ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Xây dựng mô hình thu thập dữ liệu và điều khiển nhà thông minh

LỜI CẢM ƠN

GVHD : Đường Khánh Sơn

LỜI CẢM ƠN
Bốn năm khoảng thời gian của thời sinh viên đã sắp trôi qua, tiểu luận tốt
nghiệp là một cơng trình nghiên cứu tâm huyết, không chỉ riêng em mà đối với các bạn
sinh viên khác cũng thế, bài tiểu luận là nơi chúng em thể hiện đầy đủ nhất những gì
mà chúng em đã được học trong khoảng thời gian là sinh viên.
Trong suốt q trình làm bài em ln nhận được nhiều sự giúp đỡ của của nhiều
người là người quen, là bạn, và cả những người chưa hề quen biết, đó là động lực rất
lớn giúp em vượt qua các trở ngại các khó khăn chủ quan và khách quan trong quá
trình làm bài.
Em xin cảm ơn trường ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ CẦN THƠ đã
giúp em thực hiện được ước mơ của mình, đồng thời trường đã tạo mọi điều kiện thuận
lợi cho chúng em nâng cao kiến thức, kinh nghiệm và kỹ năng sống.
Em xin gửi lời cảm ơn đến thầy Đường Khánh Sơn là giảng viên hướng dẫn tiểu
luận của em, em chân thành cảm ơn những góp ý của thầy đã giúp bài làm của em hoàn
chỉnh hơn. Em cũng xin gửi lời cảm ơn đến các thầy cơ trong Bộ mơn Tự Động hóa,
các thầy cơ trường ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CƠNG NGHỆ CẦN THƠ đã dạy dỗ hướng
dẫn em trong suốt thời gian cịn là sinh viên, để em có những kiến thức nhất định cho
bài luận cũng như công việc sau này của em.
Và em cũng chân thành cảm ơn những người thân luôn bên cạnh động viên, lo
lắng cũng như đã hỗ trợ hết mình cho em. Con xin cảm ơn Cha Mẹ đã luôn ủng hộ con
trong suốt thời gian qua, cũng như những người bạn thân yêu luôn bên cạnh động viên
và gửi những lời chúc tốt đẹp.

SVTH : PHẠM XUÂN LỘC 1400176
HỒ CHÍ DƯƠNG 1400293

1

LỜI CẢM ƠN

GVHD : Đường Khánh Sơn

Tiểu luận là công trình tâm huyết của em, nhưng do hạn chế về kiến thức lẫn kỹ
năng nên có những điểm chưa hồn thiện, em rất mong nhận được sự góp ý từ phía
thầy cơ, các anh chị và các bạn cho bài luận thêm đầy đủ.
Cuối lời em chúc mọi người sức khỏe, chúc thầy cô thành công trên con đường
giảng dạy của mình.

Cần Thơ, ngày 2 tháng 6 năm 2018
Sinh viên
Phạm Xn Lộc
Hồ Chí Dương

SVTH : PHẠM XN LỘC 1400176
HỒ CHÍ DƯƠNG 1400293

2


MỤC LỤC

GVHD : Đường Khánh Sơn


MỤC LỤC

GVHD : Đường Khánh Sơn

MỤC LỤC


DANH SÁCH HÌNH ẢNH

GVHD : Đường Khánh Sơn

DANH MỤC HÌNH ẢNH


DANH SÁCH BẢNG BIỂU

GVHD : Đường Khánh Sơn


DANH SÁCH BẢNG BIỂU

GVHD : Đường Khánh Sơn

DANH MỤC BẢNG BIỂU


Chương 1 TỔNG QUAN

GVHD : Ths.Đường Khánh Sơn

Chương 1 TỔNG QUAN
1.1 Đặt vấn đề

Ngày nay, với sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ và khoa học và những ứng
dụng của nó trong đời sống. Máy tính điện tử, điện thoại thơng minh khơng cịn là một
thứ phương tiện lạ lẫm đối với mọi người mà nó dần trở thành một cơng cụ làm việc và
giải trí thơng dụng và hữu ích của chúng ta. Bên cạnh sự phát triển các ứng dụng của
công nghệ vào trong mua bán, kinh doanh, giải trí thì nhu cầu sử dụng cơng nghệ điều
khiển các thiết bị điện tử, thiết bị gia dụng ngày càng gia tăng nhằm đáp ứng nhu cầu
của con người.
Với xu thế tồn cầu hố nền kinh tế thế giới, xu hướng tự động hóa-IoT ngày
càng trở nên phổ biến hơn. Hiện nay các cơng ty tự động hóa-IoT hàng đầu thế giới
không ngừng đầu tư và cải thiện các giải pháp trong lĩnh vực tự động hóa-IoT nhằm để
thay đổi sức lao động của con người bằng các thiết bị công nghệ trong đời sống sản
xuất, kinh doanh, giải trí cũng như an ninh. Hiện nay các module IoT ngày càng được
thiết kế nhỏ gọn, tiết kiệm năng lượng hơn mà vẫn đảm bảo chức năng, độ bền. Không
chỉ vậy, với sự phát triển mạnh của cộng đồng IoT đã làm cho việc lập trình cho các
module ngày càng đơn giản và bám sát vào thực tế. Chính những điều đó đã ngày càng
giúp cho việc nghiên cứu tạo ra nhiều sản phẩm được phát triển mạnh mẽ trên thế giới
nói chung và việt nam nói riêng.
Nhu cầu và mong ước về một căn nhà tiện nghi có lẽ đã ln tồn tại trong lịch sử
văn minh lồi người. Nhà thơng minh là một ví dụ điển hình của việc công nghệ đã bắt
kịp với ý tưởng sẵn có của con người, và giờ đây cơng nghệ ấy lại đi trước trong việc
kiến tạo ra những tiện nghi mới mẻ, biến trí tưởng tượng của con người thành hiện
thực.
Hiện nay, khi mạng Internet phát triển mạnh mẽ và trở nên phổ biến, người ta bắt
đầu đi vào nghiên cứu để tìm ra cách kết nối hệ thống điều khiển tự động hóa căn nhà
SVTH : Phạm Xuân Lộc 1400176
Hồ Chí Dương 1400293

8

Chương 1 TỔNG QUAN

GVHD : Ths.Đường Khánh Sơn

với mạng Internet, Xuất phát từ thực tiễn nêu trên, tôi đã chọn đề tài “Xây dựng mơ
hình thu thập dữ liệu và điều khiển nhà thông minh”.
1.2 Lịch sử giải quyết vấn đề
Tiền đề cho hệ thống tự động nhà cửa/ nhà thơng minh chính là thiết bị điều khiển
từ xa khơng dây. Được giới thiệu năm 1898 bởi Nikola Tesla, khi đó ơng đã điều khiển
mơ hình thu nhỏ của một chiếc thuyền bằng cách gửi đi sóng radio qua điều khiển từ
xa.
Thế kỷ 20 bắt đầu với sự phát triển bùng nổ của các thiết bị gia dụng, ví dụ như máy
hút bụi chạy bằng động cơ (1901) và máy hút bụi chạy bằng điện (1907). Hai thập kỷ
tiếp theo là một cuộc cách mạng thiết bị gia dụng, sự xuất hiện của tủ lạnh, máy sấy,
máy giặt,... Tuy nhiên, giá thành rất đắt đỏ và việc sở hữu những món hàng xa xỉ chỉ
xuất hiện ở những gia đình giàu có.
Bước ngoặt lớn đầu tiên đã xảy ra vào năm 1971 khi bộ vi xử lý ra đời, khiến
cho giá các thiết bị điện tử giảm mạnh. Điều này cũng đồng nghĩa với việc mọi người
có khả năng được tiếp cận với cơng nghệ dễ dàng hơn. Nhờ có bước phát triển thần kì
ấy, khái niệm "nhà thơng minh" lần đầu tiên được đưa ra vào năm 1984 bởi Hội Liên
Hiệp Xây dựng Hoa Kỳ.
Mười năm sau, khi mạng Internet phát triển mạnh mẽ và trở nên phổ biến, người
ta bắt đầu đi vào nghiên cứu để tìm ra cách kết nối hệ thống điều khiển tự động hóa căn
nhà với mạng Internet. Hiroshi Kanma và các đồng sự đã đề xuất việc hệ thống được
điều khiển thông qua bluetooth vào năm 2003. Năm 2006, hệ thống mạng lưới phức
hợp các sản phẩm gia dụng được giới thiệu. Mạng lưới này sử dụng bluetooth hoặc
mạng điện thoại để gửi dữ liệu cho nhà cung cấp và truyền dẫn trở về căn nhà của
người sử dụng. Bằng cách thức này, người dùng có thể điểu khiển các thiết bị trong nhà
kể cả khi ở bên ngoài.

SVTH : Phạm Xuân Lộc 1400176
Hồ Chí Dương 1400293

9


Chương 1 TỔNG QUAN

GVHD : Ths.Đường Khánh Sơn

Hiên nay, công nghệ tự động hóa nhà ở xuất hiện gần như khắp mọi nơi, chúng
ta thậm chí đơi khi cịn chẳng nhận ra. Giờ đây, rất nhiều người trong chúng ta đã có
thể điều khiển ti vi, hệ thống sưởi, chng báo động, đèn chiếu sáng, cửa ra vào từ điện
thoại thông minh và các bộ điều khiển. Với sự phát triển như vũ bão này, có thể nói
rằng những bước tiến này làm thay đổi công nghệ nhà thông minh, trong tương lai sẽ
khơng cịn bất kỳ giới hạn nào ngồi chính trí tưởng tượng của con người.
Một số sản phẩm thương mại hiện nay trên thị trường trên thị trường:
Nest Thermostat

Hình 1.1 Thiết bị Nest Thermostat
Đây là một thiết bị tự điều chỉnh nhiệt độ và hoạt động như là cốt lõi của hệ thống điều
hòa trong nhà bạn. Nest Thermostat sử dụng mạng không dây Wi-Fi để cho phép bạn
truy cập và kiểm soát ngay cả khi đang xa nhà. Khi lần đầu tiên bắt đầu sử dụng thiết bị
này, bạn có thể chỉ cần sử dụng tính năng bật tắt cho máy điều hòa hoặc thiết lập lịch
bật tắt tự động. Sau đó, bạn có thể sử dụng tính năng điều chỉnh nhiệt độ lên hoặc

SVTH : Phạm Xuân Lộc 1400176
Hồ Chí Dương 1400293

10

Chương 1 TỔNG QUAN

GVHD : Ths.Đường Khánh Sơn

xuống cho phù hợp. Nest Thermostat cũng có thể tìm hiểu thói quen của bạn, vì vậy
thiết bị có thể sử dụng bộ cảm biến chuyển động để tự động điều chỉnh nhiệt độ.
Giá: 249 USD.
Revolv

Hình 1.2 Thiết bị Revolv
Khi bạn đang sử dụng quá nhiều thiết bị tự động trong nhà, việc mở ứng dụng phù hợp
với thiết bị có thể trở nên khó khăn và phản tác dụng. Đó là khi bạn cần Revolv để trở
thành thiết bị tự động hóa trung tâm cho ngơi nhà thơng minh của mình. Để Revolv có
thể bắt đầu làm việc chính xác, chỉ cần đặt thiết bị này ở trung tâm của nhà, kết nối vào
mạng Wi-Fi cục bộ sau đó để cho nó quét cho các thiết bị tự động khác. Thậm chí nếu
Revolv khơng thể xác định vị trí chúng, bạn có thể tự thêm thông qua ứng dụng riêng.
Giá: 299 USD.

SVTH : Phạm Xuân Lộc 1400176
Hồ Chí Dương 1400293

11


Chương 1 TỔNG QUAN

GVHD : Ths.Đường Khánh Sơn

1.3 Mục tiêu
Thiết kế, chế tạo được mơ hình cơ bản để minh họa cho nhà thông minh. Xây
dựng trên WEBSEVER để người dùng có thể truy cập trên điện thoại, máy tính để theo
dõi và điều khiển thiết bị.
1.4

Phạm vi đề tài

Để thực hiện đề tài “ Xây dựng mơ hình thu thập dữ liệu và điều khiển nhà thông minh
” cần hồn thành các nhiệm vụ sau:
Tìm hiểu ứng dụng lập trình Arduino IDE và lập trình cho vi điều khiển..
Tìm hiểu và ứng dụng kiến thức về điện tử cơ bản.
Tìm hiểu và sử dụng thư viện Esp8266 để lập trình cho Kit Esp8266 node mini.
Tìm hiểu và ứng dụng kiến thức về ngơn ngữ lập trình HTML.
1.5 Lý do chọn đề tài
Với sự phát triển của khoa học công nghệ, mức độ nhu cầu của con người ngày
càng cao. Vì thế các thiết bị tiên tiến dần ra đời để phục vụ nhu cầu Về lao động sản
xuất và sinh hoạt của con người. Khiến cho cuộc sống của chúng ta dễ dàng hơn.
Trong vài năm trở lại đây, các bước tiến lớn về công nghệ đã khiến cho ngôi nhà
của chúng ta ngập tràn các thiết bị công nghệ cao. Nói một cách đơn giản thì các giải
pháp cơng nghệ này cho phép người dùng có thể quản lý căn nhà của mình thơng qua
các thiết bị điều khiển từ xa, thường là điện thoại thông minh (smartphone). Đồng thời
thúc đẩy sự phát triển nền kinh tế theo hướng Cơng nghiệp hóa, hiện đại hóa.

SVTH : Phạm Xn Lộc 1400176
Hồ Chí Dương 1400293

12

Chương 1 TỔNG QUAN

GVHD : Ths.Đường Khánh Sơn

Từ ý tưởng trên tôi đã tiến hành thực hiện đề tài “ Xây dựng mơ hình thu thập dữ
liệu và điều khiển nhà thông minh”.
Do kiến thức hạn hẹp và thời gian có hạn, nên đề tài của chúng em cịn hạn chế
về một số mặt, kính mong thầy thơng cảm và đóng góp ý kiến để tiểu luận của tơi
được hồn thiện hơn.

SVTH : Phạm Xuân Lộc 1400176
Hồ Chí Dương 1400293

13


Chương 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT

GVHD : Đường Khánh Sơn


Chương 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT

GVHD : Đường Khánh Sơn

Chương 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT
2.1 Khái niệm nhà thông minh
Nhà Thơng Minh Là Gì?
Lâu nay, khi bạn vắng nhà, thỉnh thoảng vẫn gợn lên trong tâm trí một vài nghi
vấn. Khơng biết mình đã tắt bếp nấu nước sơi chưa? Máy lạnh trong phòng đã tắt

chưa? Bọn trẻ ở nhà đang học bài hay xem tivi?…
Với một ngôi nhà thông minh, bạn sẽ khơng cịn phải lăn tăn lo nghĩ. Chỉ cần liếc
mắt qua màn hình của chiếc smartphone ln bên mình là bạn nhanh chóng nắm bắt
đầy đủ tình hình ở nhà, dễ dàng giao tiếp và điều khiển các vật dụng nhờ tất cả cùng
được kết nối chung vào một hệ thống nhà thông minh và nối với Internet.

Hình 2.3 Mơ hình điều khiển nhà thơng minh


Chương 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT

GVHD : Đường Khánh Sơn

Theo Định Nghĩa Từ WikiPedia Tiếng Việt: Nhà thông minh (tiếng Anh: home
automation, domotics, smart home hoặc Intellihome) là kiểu nhà được lắp đặt các thiết
bị điện, điện tử có thể được điều khiển hoặc tự động hoá hoặc bán tự động, thay thế
con người trong thực hiện một hoặc một số thao tác quản lý, điều khiển. Hệ thống điện
tử này giao tiếp với người dùng thông qua bảng điện tử đặt trong nhà, ứng
dụng trên điện thoại di động, máy tính bảng hoặc một giao diện web.
Trong căn nhà thơng minh, đồ dùng trong nhà từ phịng ngủ, phịng khách đến
toilet đều gắn các bộ điều khiển điện tử có thể kết nối với Internet và điện thoại di
động, cho phép chủ nhân điều khiển vật dụng từ xa hoặc lập trình cho thiết bị ở nhà
hoạt động theo lịch. Thêm vào đó, các đồ gia dụng có thể hiểu được ngơn ngữ của nhau
và có khả năng tương tác với nhau.
Có nhiều thương hiệu cho nhà thơng minh, tuy vậy chưa có chuẩn cơng nghiệp
nào được đặt ra cho nó và do vậy thị trường nhà phân minh rất phân mảnh. Các gói nhà
thơng minh hiện nay sử dụng các giao thức riêng cho từng công ty và khơng tương
thích với nhau. Các cơng ty cung cấp nhà thông minh hạn chế việc cài đặt độc lập của
cá nhân bằng cách không cung cấp tài liệu chi tiết về sản phẩm và kiện các cá nhân ra
tòa.

2.2

Những nguyên nhân khiến smart home chưa phổ biến
Theo xu thế lẽ ra Smart Home sẽ phát triển cùng với sự phát triển của công nghệ

nhưng hiện nay không chỉ ở Việt Nam mà còn trên thế giới, ngay cả ở các nước Âu-Mỹ
thì Smart Home vẫn chưa được phổ dụng khắp các gia đình. Hầu như người ta chỉ thấy
hệ thống Smart Home ở các resort cao cấp hay khách sạn 5 sao hoặc ở các ngôi biệt thự
của giới nhà giàu. Có 3 nguyên nhân khiến Smart Home chưa thể phổ biến.


Chương 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT

GVHD : Đường Khánh Sơn

2.3 Rào cản tâm lý hàng trăm năm để lại
Từ khi nhân loại phát minh ra điện và đưa điện trở thành ứng dụng sinh hoạt vào
mỗi gia đình thì thời gian cũng xấp xỉ 150 năm và ở Việt Nam cũng vào 1 thế kỷ.
Trong suốt quãng thời gian rất dài đó cho đến hiện tại việc điều khiển thiết bị điện như
đèn điện, máy móc vẫn đơn giản dựa vào công tắc theo kiểu On/Off bất chấp nhân loại
đã đi rất xa trên con đường kỹ thuật công nghệ.
Mặc dù việc điều khiển cơ học tồn tại rất nhiều nhược điểm, tạo ra nguy cơ lớn về
tai nạn điện, cháy nổ và tổn hao điện năng ngoài ý muốn nhưng do việc sử dụng quá
lâu dài tạo ra rào cản tâm lý quá lớn khiến người dân thường có mặc định sử dụng thiết
bị Smart Home là không cần thiết dù nhiều người hoàn toàn đủ điều kiện để lắp đặt.
2.4 Giá cả chưa bình dân để phổ cập
Trở ngại thứ hai khiến Smart Home chưa phổ cập nằm ở giá thành còn quá cao.
Đối với những người yêu thích cơng nghệ và muốn áp dụng thành tựu cơng nghệ vào
ngơi nhà thì khi tìm hiểu thiết bị Smart Home họ lại nghe nói rằng các thiết bị này rất

đắt đỏ.
Trên thực tế điều này cũng khơng sai vì nhiều hệ thống Smart Home từ Âu-Mỹ
nếu lắp trọn bộ cho một căn biệt thự 1 tầng trệt, 1 tầng lầu rộng chừng 300m2 nhiều khi
lên đến 1 tỷ đồng. Cái giá này khiến hầu hết những người có ý định dùng Smart Home
đều phải e ngại.
Khi tìm hiểu kỹ càng về các sản phẩm Smart Home trên thị trường hiện nay điều
ngạc nhiên có những cơng ty cơng nghệ của Việt Nam đang làm chủ công nghệ và sản
xuất thiết bị Smart Home mà tiêu biểu là 2 công ty như Bkav hay ACIS (TP HCM).
Đặc biệt công ty ACIS, được tạo dựng bởi nhóm cựu sinh viên của đội Robocon
Bách Khoa – TPHCM, đã tạo nên một cuộc “cách mạng” về giá cả khi đưa giá thành


Chương 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT

GVHD : Đường Khánh Sơn

chỉ bằng 1/4 so với các sản phẩm của nước ngoài, dao động từ 30 – 150 triệu đồng tùy
theo gói lắp đặt, từ căn hộ chung cư, nhà phố cho đến biệt thự sân vườn.
Ông Đỗ Nguyễn Thanh Đồng, Giám đốc cơng ty ACIS, nói điểm cốt lõi giúp
ACIS tạo ra giá “khơng tưởng” là do làm chủ hồn tồn về công nghệ và sản xuất.
Công ty ACIS lắp đặt trực tiếp cho khách hàng chứ không qua trung gian và cũng
khơng mất chi phí tư vấn. Về cơng nghệ thì sản phẩm của ACIS được bảo hành 5 năm,
1 đổi 1 và “có lẽ trên thế giới cũng khơng có sản phẩm nào dám làm như chúng tơi”.
2.5 E ngại về sự phức tạp khi lắp đặt và sử dụng
Người dùng luôn hỏi và đặt ra các câu hỏi giống nhau đó là nhà thơng minh là gì?
Sử dụng nhà thơng minh như thế nào? Tính e sợ và tính ì chính là trở ngại lớn nhất để
cơng nghệ phát triển. Sở dĩ cơng tắc điện truyền thống khó bị thay thế là vì cách điều
khiển đơn giản Bật/Tắt trong khi nghe nói đến Smart Home, hầu như mọi người hình
dung đến sự phức tạp khi điều khiển vì liên quan đến công nghệ cao. Đối với các công
ty cơng nghệ đã có bề dày và được cơng chúng biết đến như Bkav thì họ vẫn khó khăn

trong việc tiếp cận khách hàng.
Ông Đỗ Nguyễn Thanh Đồng lý giải: “Khơng chỉ với ACIS mà cịn với các cơng
ty Smart Home khác, trở ngại lớn nhất vẫn nằm ở việc làm sao thuyết phục được khách
hàng, giúp họ vượt qua được sự e ngại về việc khó khăn khi áp dụng công nghệ Smart
Home. Thực ra, thành tựu công nghệ tạo ra khơng phải để làm khó người dùng mà giúp
con người giải phóng được thời gian, tâm sức cho những việc lặt vặt ở nhà”.
Lấy ví dụ tiêu biểu, ông Đồng cho hay như khi lắp Smart Home, nhiều khách
hàng đều nghĩ phải áp dụng khi xây nhà mới chứ nhà đang hiện hữu phải phá vách, đục
tường trong khi thực tế đơn giản chỉ thay công tắc cơ bằng bảng công tắc cảm ứng
ACIS, thời gian thi công chỉ mất 1 ngày và khách hàng sử dụng ngay lập tức.


Chương 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT

2.6

GVHD : Đường Khánh Sơn

Hướng giải quyết trên nền tảng cơ bản.
Ngôi nhà thông minh đã trải qua một lịch sử lâu dài và đầy trắc trở. Những năm

gần đây đã xuất hiện nhiều xu hướng công nghệ ban đầu tỏ ra hứa hẹn nhưng rồi nhanh
chóng bị qn lãng. Tuy vậy, đã có cơng ty đạt được những thành công nhất định.
Vào năm 1975, bắt đầu xuất hiện nhiều sản phẩm cho nhà thông minh, khi một
công ty ở Scotland phát triển công nghệ X10 cho phép các sản phẩm tương thích nói
chuyện với nhau qua các đường dây điện sẵn có trong nhà. Mọi vật dụng và thiết bị đều
là những bộ thu nhận lệnh từ những bộ phát là bảng điều khiển hay chiếc remote.
Chẳng hạn, muốn tắt đèn trong một phòng khác, bạn chỉ việc nhấn remote và lệnh điều
khiển phát đi tín hiệu mã hóa bao gồm các thơng tin: đăng ký lệnh với hệ thống, số
định danh (duy nhất) thiết bị nhận lệnh và mã lệnh (chẳng hạn trong trường hợp này là

“tắt”). Q trình diễn ra khơng đầy 1 giây. Ưu thế rõ rệt của X10 là chi phí đầu tư thấp,
khơng phải lập mạng riêng cho vật dụng gia đình.
Nhưng X10 gặp một số hạn chế trong thực tế. Tín hiệu truyền qua mạng dây điện
trong nhà không phải lúc nào cũng đảm bảo độ tin cậy do nhiễu bởi dịng điện và các
thiết bị khác. Tín hiệu điều khiển bị nhiễu có thể khiến thiết bị X10 không nhận được
lệnh hoặc hiểu sai, kiểu như nhầm tắt đèn thành đóng cửa. Giải pháp được đưa ra là bổ
sung các thiết bị lọc nhiễu, nhưng không giải quyết vấn đề triệt để, vả lại còn làm tăng
chi phí đầu tư. X10 cịn được phát triển để hỗ trợ cả giao tiếp khơng dây qua sóng
radio, nhưng vẫn thiếu mã hóa như khi truyền qua dây điện, và mỗi mạng X10 chỉ quản
lý được 256 thiết bị.
Để tránh nhược điểm của X10, nhiều công nghệ khác cho nhà thơng minh được
phát triển dựa trên mạng riêng, có dây hoặc không dây. Những năm gần đây, cùng
với xu hướng sử dụng smartphone và máy tính bảng, những cơng nghệ sử dụng sóng
radio để truyền tín hiệu trở nên phổ biến. Trong đó, có hai cơng nghệ tỏ ra nổi trội với


Chương 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT

GVHD : Đường Khánh Sơn

nhiều hứa hẹn là ZigBee và Z-Wave. Cả hai công nghệ này đều là công nghệ mạng
không dây kiểu mắt lưới (Wireless Mesh Network), nghĩa là tín hiệu truyền tới đích
qua nhiều tuyến đường.
Z-Wave sử dụng thuật toán định tuyến nguồn (Source Routing Algorithm) để xác
định tuyến đường truyền tin nhanh nhất. Mỗi thiết bị Z-Wave được nhúng một mã, và
khi thiết bị được nối vào hệ thống, bộ điều khiển mạng căn cứ vào mã để xác định vị trí
và đăng ký thiết bị vào mạng. Khi một lệnh truyền qua, bộ điều khiển sử dụng thuật
toán để xác định cách thức truyền tín hiệu. Vì đường đi này có thể phải ghi nhớ nhiều
trên mạng, Z-Wave đặt ra quan hệ thứ bậc giữa các thiết bị: một số bộ điều khiển khởi
phát tín hiệu, và số cịn lại là thụ động chỉ chuyển tín hiệu đi và phản hồi.

ZigBee, đúng như tên gọi, truyền tín hiệu ngoằn ngèo (Zigzag) như ong bay (Bee)
từ bộ phát tới bộ nhận theo một đường đi tối ưu nhất. Trái với Z-Wave là công nghệ
độc quyền, nền tảng ZigBee dựa trên bộ tiêu chuẩn của IEEE (Institute for Electrical
and Electronics Engineers – Viện Kỹ thuật Điện và Điện tử) về mạng cá nhân khơng
dây. Nghĩa là bất kỳ cơng ty nào cũng có thể tạo ra sản phẩm tương thích ZigBee mà
khơng tốn phí bản quyền cấp phép cơng nghệ, điều đó đem lại lợi thế trên thị trường
cho ZigBee.
Sử dụng mạng không dây tiện cho việc lắp đặt thiết bị nhưng có thể bị nhiễu, như
trường hợp mạng dây điện. Công ty Insteon đưa ra một giải pháp kết hợp cả hai kiểu
giao tiếp, qua dây điện và sóng vơ tuyến, tạo nên mạng dual-mesh cho gia đình. Nếu
tín hiệu truyền qua mạng khơng dây gặp trục trặc, nó sẽ truyền lại qua dây điện, và
ngược lại. Công nghệ Insteon không định tuyến tín hiệu truyền mà dùng phương thức
phát quảng bá, và mỗi thiết bị nhận được lại phát tiếp, cứ như vậy cho đến khi lệnh
truyền được thực hiện. Các thiết bị có vai trị bình đẳng, ngược với kiểu một bộ phát và
một bộ nhận. Điều này có nghĩa là mạng dùng thiết bị Insteon phát tín hiệu mạnh hơn.


Chương 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT

2.7

GVHD : Đường Khánh Sơn

Giải pháp thiết lập nhà thông minh
Các công nghệ đã đề cập ở trên, gồm X10, ZigBee, Z-Wave và Insteon thực chất

chỉ cung cấp các giao thức trao đổi thông tin cho nhà thông minh. Các công ty phát
triển công nghệ lập ra những liên minh với các nhà sản xuất thiết bị điện gia dụng để
tạo ra những sản phẩm tương thích cho người dùng cuối, đáp ứng nhu cầu tự động hóa
và điều khiển thiết bị trong nhà. Các cơng nghệ nhà thơng minh này có thể áp dụng cho

hầu hết sản phẩm trang bị trong gia đình, giúp người dùng kiểm soát và điều khiển mọi
thứ, từ ánh sáng, nhiệt độ, an ninh an toàn, cho đến quản lý năng lượng.
Với một hệ thống nhà thông minh, bạn có thể: tắt/bật các thiết bị trong nhà, điều
chỉnh nhiệt độ từ trên giường hay đang ở bất kỳ đâu bằng smartphone; cũng từ
smartphone bạn dễ dàng chuyển màu và chỉnh độ sáng tối cho các bóng đèn; cảm biến
chuyển động sẽ gửi cảnh báo tới hệ thống phát báo động hay smartphone của bạn khi
có chuyển động đáng ngờ xung quanh ngôi nhà. Tự bản thân các sản phẩm cũng có độ
thơng minh riêng, như: tủ lạnh đưa ra công thức nấu ăn bữa tối dựa trên thực phẩm sẵn
có bên trong; máy giặt gửi tin nhắn báo cho chủ nhân biết đã giặt xong. Nhiều thiết bị
phối hợp hoạt động “ăn ý” với nhau, chẳng hạn khi xảy ra hỏa hoạn, người trong nhà
được đánh thức, cửa các phòng tự động mở và ánh sáng bật lên dẫn đường đến khu vực
an toàn, cuộc gọi đến lực lượng chữa cháy được tự động thực hiện.
Những sản phẩm cho nhà thông minh và tăng tiện nghi cho cuộc sống gia đình
hiện nay đã được bán nhiều. Điều bạn cần quan tâm trước khi mua là kiểm tra công
nghệ liên quan đến sản phẩm. Các sản phẩm sử dụng cùng công nghệ về nguyên tắc sẽ
tương tác được với nhau dù là của các nhà sản xuất khác nhau. Nếu khác cơng nghệ có
thể dùng các thiết bị chuyển đổi, chẳng hạn để kết nối một sản phẩm X10 với một sản
phẩm Z-Wave cần có thiết bị cầu nối, nhưng điều đó làm phức tạp thêm hệ thống và


Chương 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT

GVHD : Đường Khánh Sơn

thường địi hỏi người dùng phải có kỹ năng và lịng kiên nhẫn để thiết lập cho chúng
hiểu nhau
Để tự thiết kế nhà thơng minh cho mình, bạn có thể thực hiện từng phần, tùy theo
khả năng đầu tư của bản thân và muốn tự động hóa ngơi nhà tới đâu. Ban đầu bạn nên
nghĩ tới tự động hóa những thao tác lặp lại thường xuyên trong ngày, hay mỗi lần thao
tác khá tốn cơng và mất thì giờ.

Bạn có thể bắt đầu với mảng chiếu sáng và sau đó bổ sung dần các thiết bị giám
sát an ninh, an toàn cho ngơi nhà. Nếu có điều kiện về tài chính và muốn đầu tư bài bản
để tận hưởng cuộc sống tiện nghi thoải mái, bạn sẽ cần tới chuyên gia giúp lên giải
pháp tổng thể từ đầu, hình dung căn nhà sẽ hoạt động ra sao, khả năng nâng cấp về lâu
dài. Việc lựa chọn công nghệ không dây chẳng những tiện cho triển khai hệ thống, ít
ảnh hưởng nhất đến những bố trí hiện tại trong nhà, mà cịn dễ dàng đáp ứng những
nâng cấp về sau. Điều quan trọng là bạn chọn được đúng đối tác am hiểu cơng nghệ,
thành thạo trong việc lắp đặt, bảo trì và nhanh chóng khắc phục sự cố nếu xảy ra.


Chương 3 XÂY DỰNG MƠ HÌNH NHÀ THƠNG MINH

GVHD : Đường Khánh Sơn


Chương 3 XÂY DỰNG MƠ HÌNH NHÀ THƠNG MINH

GVHD : Đường Khánh Sơn

Chương 3 XÂY DỰNG MƠ HÌNH NHÀ THƠNG MINH
3.1 Xây dựng phần cứng
3.1.1
Module Wifi Esp8266

ESP8266 là dòng chip tích hợp Wi-Fi 2.4Ghz có thể lập trình được, được sản xuất
bởi một công ty bán dẫn Trung Quốc: Espressif Systems.

Hình 3.4 Sơ đồ chân & Sơ đồ khối
Được phát hành đầu tiên vào tháng 8 năm 2014, đóng gói đưa ra thị trường dạng
Mô dun ESP-01, được sản xuất bởi bên thứ 3: AI-Thinker. Có khả năng kết nối Internet

Chương 3 XÂY DỰNG MƠ HÌNH NHÀ THƠNG MINH

GVHD : Đường Khánh Sơn

qua mạng Wi-Fi một cách nhanh chóng và sử dụng rất ít linh kiện đi kèm. Với giá cả
có thể nói là rất rẻ so với tính năng và khả năng ESP8266 có thể làm được.
ESP8266 có một cộng đồng các nhà phát triển trên thế giới rất lớn, cung cấp
nhiều Module lập trình mã mở giúp nhiều người có thể tiếp cận và xây dựng ứng dụng
rất nhanh.
Hiện nay tất cả các dòng chip ESP8266 trên thị trường đều mang nhãn
ESP8266EX, là phiên bản nâng cấp của ESP8266
Pin
1
2

Name
VDDA
LNA

Type
P
I/O

3
4
5
6

VDD3P3
VDD3P3
VDD_RTC
TOUT

P
P
P
I

7

CHIP_PU

I

8

XPD_DCDC

I/O

9
10
11
12
13
14

MTMS

MTDI
VDDPST
MTCK
MTDO
GPIO2

I/O
I/O
P
I/O
I/O
I/O

15
16

GPIO0
GPIO4

I/O
I/O

Function
Analog Power 2.5V ~ 3.6V
RF antenna interface Chip output
impedance=39+j6 Ω. It is suggested to
retain the π-type matching network to
match the antenna.
Amplifier Power 2.5V ~ 3.6V
Amplifier Power 2.5V ~ 3.6V

NC (1.1V)
ADC pin. It can be used to test the powersupply voltage of VDD3P3 (Pin3 and
Pin4) and the input power voltage of
TOUT (Pin 6). However, these two
functions cannot be used simultaneously
Chip Enable High: On, chip works
properly Low: Off, small current
consumed
Deep-sleep wakeup (need to be connected
to EXT_RSTB); GPIO16
GPIO 14; HSPI_CLK
GPIO 12; HSPI_MISO
Digital/IO Power Supply (1.8V ~ 3.6V)
GPIO 13; HSPI_MOSI; UART0_CTS
GPIO 15; HSPI_CS; UART0_RTS
UART Tx during flash programming;
GPIO2
GPIO0; SPI_CS2
GPIO4