Ứng dụng IoT để điều khiển thiết bị điện trong các ngôi nhà thông thường

Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2020. ISBN: 978-604-82-3869-8

ỨNG DỤNG IOT ĐỂ ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ ĐIỆN
TRONG CÁC NGÔI NHÀ THÔNG THƯỜNG
1

Nguyễn Văn Thắng1, Trần Văn Hội1
Trường Đại học Thủy lợi, email:

1. TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU

Công nghệ IoT đang phát triển mạnh mẽ
kéo theo rất nhiều các ứng dụng được triển
khai trong đời sống con người, bao gồm điều
khiển từ xa các trang thiết bị trong nhà.
Chính nhu cầu và xu hướng phát triển này đã
dẫn tới các nghiên cứu liên quan: Trích dẫn
[1] thiết kế và tạo ra một hệ thống tự động
hóa ngơi nhà dùng WiFi. Nghiên cứu trình
bày sâu về Wifi (ESP8266 module), các
phương pháp kết nối, phần cứng (dùng
Arduino) và phần mềm điều khiển. Nghiên
cứu [2] cũng dùng Module Wifi ESP8266 và
các mạch Rơle riêng rẽ, tuy nhiên phần điều
khiển dùng ứng dụng trên hệ điều hành
Android và truy cập qua Cloud Server.
Bên cạnh đó các cơng trình nghiên cứu [3]
sử dụng Wifi dựa trên chuẩn IEEE 802.11n,
đó là giao thức LAN (WLAN).
Trong số các nghiên cứu trên thì nghiên cứu
[3] chỉ sử dụng sóng Wifi trong phạm vi ngắn.

Cịn nghiên cứu [1] [2] có thể điều khiển qua
Internet, tuy nhiên đều đang sử dụng phần
cứng rời rạc, chưa tích hợp với nhau để giảm
kích thước, giảm chi phí lắp đặt.
Bên cạnh đó, các nghiên cứu ở trên và một
số nghiên cứu khác đi sâu giải quyết vấn đề ở
dạng mơ hình, sơ đồ khối, mẫu thực nghiệm
mà chưa giải quyết bài tốn thực tế: Các ngơi
nhà truyền thống hiện nay có các thiết bị điện
như quạt, tủ lạnh, đèn chiếu sáng, bình nóng
lạnh… đang sử dụng cơng tắc đóng mở. Vậy
làm thế nào để cải tạo, thêm tính năng có thể
điều khiển từ xa qua Internet. Đồng thời các
thiết bị cần tích hợp vào cùng module để giảm

kích thước, tiết kiệm thời gian, giảm chi phí
khi cải tạo và tăng tính thẩm mỹ của thiết bị.
2. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

Tìm hiểu, thu thập tài liệu có liên quan,
tham khảo các đề tài có tính ứng dụng tương
tự, tìm hiểu các sản phẩm có tính ứng dụng cao
trong đề tài. Khảo sát thực tế, thiết kế và tối ưu
hệ thống và thực hiện mơ hình thử nghiệm.
3. GIẢI PHÁP THỰC HIỆN

3.1 u cầu về thiết bị, mạng truyền thông
Nghiên cứu này sử dụng: 01 smart phone
có đăng ký mạng 4G để cài đặt phần mềm
điều khiển và kết nối Internet; 01 Wifi có kết

nối internet; 01 module điều khiển khơng dây
qua Internet (yêu cầu điều khiển tối thiểu là 4
thiết bị); một số chuyển mạch và thiết bị điều
khiển như bóng đèn, quạt…
3.2 Thiết kế hệ điều khiển tích hợp
khơng dây
Đánh giá thực trạng mạng điện của các gia
đình hiện nay: Ở hầu hết các gia đình, hệ
thống điện được bố trí như trong hình 1.
Điện lưới 220 VAC được đưa tới Aptomat
tổng của gia đình, sau đó được đưa tới
Aptomat của từng tầng. Mục đích, dễ dàng
tắt tồn bộ điện của căn nhà bằng Aptomat
tổng hoặc tắt điện từng tầng để tiện cho việc
thay thế, sửa chữa…
Thông thường, ở mỗi tầng sẽ có các thiết bị
như: Đèn chiếu sáng (đèn âm trần, đèn tuýp,
đèn ngủ, đèn ngoài trời, đèn cầu thang, đèn
hành lang...), ổ cắm, điều hịa, bình nóng lạnh.

233


Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2020. ISBN: 978-604-82-3869-8

gia đình, Wifi tiếp tục kết nối và truyền tín
hiệu điều khiển tới Module điều khiển từ xa,
tại đây các Rơle sẽ được đóng/mở để mở/ tắt
thiết bị điện.

Hình 1. Hệ thống điện thông thường
Sau Aptomat của từng tầng lại dùng các
Aptomat cho từng thiết bị: Điều hịa, bình
nóng lạnh; các thiết bị còn lại như các ổ cắm,
đèn chiếu sáng sẽ đấu nối từ một vài đôi dây
chạy từ Aptomat của tầng đó. Trong q
trình đấu điện cho các loại đèn sẽ sử dụng
công tắc một chiều hoặc cơng tắc đảo chiều.
Như vậy, tồn bộ việc tắt bật các thiết bị
trong nhà đều phải qua công tắc, aptomat.
Trong nhiều trường hợp như: Người già,
trẻ em, những người có sức khỏe yếu không
đủ sức khỏe đi lên/ xuống các tầng, di
chuyển giữa các vị trí trong nhà để tắt bật
thiết bị; ngồi ở cơ quan hay đâu đó ngồi nhà
muốn bật bình nóng lạnh ở nhà để khi về nhà
có nước nóng dùng ngay hoặc muốn bật
trước điều hịa làm mát phòng để hưởng thụ
mát mẻ ngay khi về tới nhà… xa hơn nữa là
muốn ngôi nhà thông minh và hiện đại hơn
mà ít phải cải tạo nhất có thể thì hệ thống
điện thơng thường khơng thể đáp ứng được
vì phải trực tiếp tắt/ bật cơng tắc tại nhà.
Trong nghiên cứu này tác giả bài báo đề
xuất một giải pháp có thể giải quyết được
những vấn đề trên. Cụ thể, nghiên cứu sẽ cải
tiến hệ thống điện để có thể vừa giữ nguyên
chế độ hiện tại (bật tắt bằng cơng tắc) vừa có
thể lựa chọn điều khiển các thiết bị điện qua
mạng Internet, Wifi và ứng dụng trên máy

tính và điện thoại thơng minh. Hình 2 mơ tả
ngun lý hoạt động ở chế độ điều khiển
thông minh qua Internet, Wifi và module
điều khiển thiết bị không dây, smart phone
và ứng dụng Blynk.
Nguyên lý hoạt động: Tín hiệu điều khiển
tắt mở trên App của điện thoại được truyền
qua mạng 3G/4G qua Internet tới Wifi của

Hình 2. Điều khiển thiết bị điện qua Internet
Hình 3 mơ tả kết nối và 02 chế độ làm việc:
Bật tắt trực tiếp (2) và điều khiển từ xa (1). Ở
một thời điểm chỉ hoạt động ở 1 chế độ.
Để thực hiện giải pháp này cần thêm một
chuyển mạch đặt giữa Aptomat các tầng và
các moudule điều khiển từ xa.
Ở chế độ (2) chuyển mạch như hình vẽ.
Chế độ (1) chuyển mạch chuyển về vị trí 1.

Hình 3. Hệ thống điều khiển kết hợp
Trong bài báo này, tác giả đã xây dựng mơ
hình điều khiển bằng cách chọn Smart relay
ESP07 ESP8266 điều khiển 4 thiết bị. Module
dùng nguồn nuôi 5 VDC-0,5 A, tải cho phép
250VAC-10A và công suất max 800VA.
4. KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM

Từ chuyển mạch trong hình 3, tiến hành
đấu nối các thiết bị điện với các Rơle trong
module điều khiển từ xa xem hình 4.

234


Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2020. ISBN: 978-604-82-3869-8

5. KẾT LUẬN:

Hình 4. Sơ đồ đấu nối thiết bị từng tầng
vào Rơle trong module điều khiển
Đấu nối xong, tiến hành tải và cài đặt phần
mềm điều khiển Blynk trên smart phone.
Tiếp đến, cài đặt thông số, đặt tên các thiết bị
cần điều khiển.
Dưới đây lần lượt mô tả thiết bị liên quan
và chế độ điều khiển mở 01 thiết bị hình 5 và
điều khiển mở cả 4 thiết bị hình 6.

Nghiên cứu đã cải tiến hệ thống điện của
các ngơi nhà thơng thường để có thể làm việc
ở hai chế độ: Dùng công tắc trực tiếp hoặc
điều khiển tắt/ mở thiết bị qua Smart Phone.
Giải pháp cải tiến không phải khoan đục,
đi lại hệ thống dây điện nên khơng ảnh
hưởng đến mỹ quan, cơng sức trong khi chi
phí đầu tư thấp.
Có thể kết hợp với camera an ninh, mạng
cảm biến khơng dây… để giám sát và điều
khiển tồn diện ngôi nhà.
Cần chọn chế độ làm việc thông qua

chuyển mạch (Ví dụ cầu giao hai chiều)
Do khơng phải đi lại đường dây nên
những thiết bị dùng chung một đường điện sẽ
không thể điều khiển riêng biệt được. Muốn
khắc phục cần đi lại dây.
Trên thị trường hiện nay chưa có thiết bị
điều khiển nào cho phép điều khiển không
hạn chế số thiết bị nên mỗi căn nhà cần sử
dụng một số module phụ thuộc vào loại
module và số thiết bị cần điều khiển.
6. TÀI LIỆU THAM KHẢO:

Hình 5. Điều khiển mở 01 thiết bị

[1] Anjuman-i-islam’s
kalsekar
technical
campus panvel, 2016, “Home Automation
Using Arduino Wifi Module ESP8266”, a
project report.
[2] Kusuma S M, Assistant Professor,
Department of telecommunication, 2017,
MSRIT,
Bangalore,
India.
“Home
Automation Using Internet of Things”.
[3] Niharika Shrotriya, Anjali Kulkarni, Priti
Gadhave, 2014, International Journal of
Science, Engineering and Technology

Research (IJSETR), “Smart Home Using
Wi-Fi”.
[4] />SMART-RELAY-ESP07-ESP8266-DIEUKHIEN-4-THIET-BI.html.

.

Hình 6. Điều khiển mở 04 thiết bị
235