(TIỂU LUẬN) báo cáo CUỐI kì NGHIÊN cứu, THIẾT kế và mô PHỎNG hệ THỐNG các THIẾT bị TRONG NHÀ THÔNG MINH

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HCM
KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ
BỘ MÔN CÔNG NGHỆ KĨ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA

---******---

BÁO CÁO CUỐI KÌ
NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ VÀ MƠ PHỎNG HỆ
THỐNG CÁC THIẾT BỊ TRONG NHÀ THÔNG MINH
Sinh viên - MSSV:

Đàm Trung Ngun

-

21151292

Nguyễn Nam Huy

-

21151244

Nguyễn Thanh Lâu

-

21151268

Từ Cơng Nam

-

21151289

Niên khóa:

2021 - 2025

Ngành:

Cơng nghệ kĩ thuật điều
khiển

Người hướng dẫn:

Bùi Thị Tuyết Đan

Đăk Nông, January 2022

và tự động hóa


CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập – Tự do – Hạnh Phúc
Đăk Nông, ngày 14 tháng 1 năm 2022

KẾ HOẠCH THỰC HIỆN
Sinh viên - MSSV - Lớp:

Ngành: Cơng nghệ kĩ thuật điều khiển và tự động hóa
Niên khóa: 2021 – 2025
Dự án: Nghiên cứu, thiết kế và mô phỏng hệ thống các thiết bị trong nhà thông minh

Giáo viên hướng dẫn: Bùi Thị Tuyết Đan
Tháng/Ngày
12/10 – 12/16 ,2021
12/17 – 12/23 ,2021
12/24 – 12/30 ,2021
12/31 – 1/6 ,2022
1/7 – 1/13 ,2022

Đăk Nông, ngày 14 tháng 01 năm 2022
Giáo viên hướng dẫn

i

Khoa Điện - Điện tử - HCMUTE


CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập – Tự do – Hạnh Phúc
Đăk Nông, ngày 14 tháng 1 năm 2022

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN
Sinh viên - MSSV - Lớp:

Ngành: Công nghệ kĩ thuật điều khiển và tự động hóa
Niên khóa: 2021 – 2025

Dự án: Nghiên cứu, thiết kế và mô phỏng hệ thống các thiết bị trong nhà thông minh

Giáo viên hướng dẫn: Bùi Thị Tuyết Đan
NHẬN XÉT
1.Nội dung dự án:
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.
2. Ưu điểm:
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
3.Nhược điểm:
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
..4.Đề nghị bảo vệ dự án?
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
..5.Đánh giá:
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.
ii

Khoa Điện - Điện tử - HCMUTE


6. Điểm:.................(Bằng tay).....................................................................................
Đăk Nông, ngày 14 tháng 01 năm 2022
Giáo viên hướng dẫn

iii

Khoa Điện - Điện tử - HCMUTE


CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập – Tự do – Hạnh Phúc
Đăk Nông, ngày 14 tháng 1 năm 2022

LỜI CẢM ƠN
Đầu tiên, chúng em xin bày tỏ lịng biết ơn tới cơ Bùi Thị Tuyết Đan, nhờ
sự hướng dẫn và góp ý của cơ đã giúp chúng em hồn thành cơng việc này. Cơ
khơng nhưng giúp nhóm chúng em giải quyết các vấn đề mà còn truyền cảm hứng
và khuyến khích nhóm chúng em để có thể hồn thành dự án nhỏ này.
Nhóm chúng em cũng rất cảm ơn anh Trần Thiện An nhờ sự góp ý cũng
như tư vấn về các phần mềm mô phỏng cũng như các kiến thức chuyên ngành.
Nhóm chúng em cũng rất cảm ơn tới ba mẹ, gia đình và bạn bè đã khuyến khích, hỗ
trợ và sự chú ý tới nhóm chúng em.
Đăk Nơng, ngày 14 tháng 01 năm 2022
Nhóm thực hiện

iv

Khoa Điện - Điện tử - HCMUTE


CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập – Tự do – Hạnh Phúc
Đăk Nông, ngày 14 tháng 1 năm 2022

TÓM TẮT DỰ ÁN
Trong luận án này, một chương trình mơ phỏng hoạt động của hệ thống các
thiết bị trong ngơi nhà thơng minh có thể hoạt động dựa trên các thông số cơ bản như
nhiệt độ, độ ẩm hay độ sáng xung quanh được theo dõi liên tục. Dự án gồm 3 phần:
Thiết kế bảng mạch phù hợp, ổn định; Xây dựng hệ thống điều khiển bằng tay hoặc
tự động và quản lý mô phỏng hoạt động cho bảng mạch; Xây dựng hệ thống điều
khiển trên web. Bảng mạch được thiết kế bằng cách tích hợp bo mạch Raspberry pi
3 để làm bộ điều khiển cho hệ thống trong nhà và bo mạch Arduino uno r3 để làm
bộ điều khiển đóng mở cửa bằng mật khẩu. Hệ thống tự động điều khiển và quản lý
mô phỏng hoạt động cho mạch thông qua phần mềm hoạt động dựa trên nền tảng
PCB kết hợp cùng nền tảng IoT có tên là Proteus.

Chúng tôi sử một phương pháp theo dõi trạng thái của các thông số.
Phương pháp này thu thập thông số trạng thái của các thiết bị theo dõi và sau đó cập
nhật liên tục cho hệ thống điều khiển và quản lí.

v

Khoa Điện - Điện tử - HCMUTE


CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập – Tự do – Hạnh Phúc
Đăk Nông, ngày 14 tháng 1 năm 2022

ABSTRACT
In this thesis, a program simulates the work of the system of devices in
smarthome which can run depend on basic statistics such as temperature, humidity
or the brightness of around environment which are continuously tracked. The
project includes three parts: Design a stable and rational circuit board; Build a

manual or automatical control system; Build a control system on Web. The circuit
board is designed by combining Raspberry pi 3 as the main controller for indoor
system with Arduino uno r3 to control the state of the door ( lock or unlock ) with
password. Automatical system controls and manages the simulation activities for
circuit base on PCB combine with Iot named Proteus.
We use a tracking parameter states method. This method collects
parameter states of tracking devices and updates continuously for controling and
managing system.

vi

Khoa Điện - Điện tử - HCMUTE


Mục lục
Trang
KẾ HOẠCH THỰC HIỆN................................................... Error! Bookmark not defined.
NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN...............................................
Error! Bookmark not defined.
LỜI CẢM ƠN............................................................................................................................. Error!
Bookmark not defined.v
TÓM TẮT DỰ ÁN............................................................................................. Error! Bookmark
not defined.
ABSTRACT....................................................................................................................................... vi
MỤC LỤC.......................................................................................................................................... vii
DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT...................................................................................................... ix
DANH MỤC BẢNG......................................................................................................................... x
DANH MỤC HÌNH.......................................................................................................................... xi
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ DỰ ÁN............................................................................... 1
1.1 NỘI DUNG ĐỀ TÀI............................................................................................................ 1

1.2 GIỚI HẠN ĐỀ TÀI............................................................................................................. 1
1.3 Ý NGHĨA THỰC TIỄN..................................................................................................... 1
1.4 KHÁI NIỆM VỀ HỆ THỐNG NGƠI NHÀ THƠNG MINH............................. 1
1.5 CÁC TIÊU CHÍ KĨ THUẬT CỦA NGÔI NHÀ THÔNG MINH..................... 2
1.5.1 Chỉ tiêu về nhiệt độ.................................................................................................. 2
1.5.2 Chỉ tiêu về độ ẩm...................................................................................................... 2
1.5.3 Chỉ tiêu về ánh sáng................................................................................................. 2
1.6 CÁC THÀNH PHẦN CỦA MỘT HỆ THỐNG NHÀ THƠNG MINH..........3
1.7 NGUN LÍ HOẠT ĐỘNG............................................................................................ 3
CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÍ LUẬN.................................................................................................. 4
2.1 GIỚI THIỆU VỀ IoT........................................................................................................... 4
2.1.1 Khái niệm về Iot........................................................................................................ 4
2.1.2 Cơ sở kĩ thuật của Iot.............................................................................................. 4
2.1.3 Xu thế phát triển của thế với với IoT................................................................ 4
vii

Khoa Điện - Điện tử - HCMUTE


2.1.4 Ứng dụng của Iot....................................................................................................... 6
CHƯƠNG 3: CÁC PHẦN MỀM, LINH KIỆN SỬ DỤNG.......................................... 7
3.1 RASPBERRY PI 3............................................................................................................... 7
3.1.1 Tổng quan về Raspberry........................................................................................ 7
3.1.2 Tổng quan về Raspberry pi 3............................................................................... 7
3.1.3 Ứng dụng của Raspberry........................................................................................ 7
3.2 PROTEUS............................................................................................................................... 8
3.2.1 Tổng quan về Proteus.............................................................................................. 8
3.2.2 Ứng dụng của Proteus............................................................................................. 8
3.3 CẢM BIẾN ÁNH SÁNG.................................................................................................. 9
3.3.1 Khái niệm và ứng dụng của cảm biến ánh sáng............................................ 9

3.4 CẢM BIẾN NHIỆT ĐỘ.................................................................................................. 10
3.4.1 Khái niệm và ứng dụng của cảm biến nhiệt độ........................................... 10
3.5 CẢM BIẾN ĐỘ ẨM......................................................................................................... 10
3.5.1 Khái niệm và ứng dụng của cảm biến độ ẩm............................................... 10
CHƯƠNG 4: THIẾT KẾ MÔ HÌNH.................................................................................... 12
4.1 YÊU CẦU THIẾT KẾ...................................................................................................... 12
4.2 THIẾT KẾ PHẦN CỨNG.............................................................................................. 13
4.2.1 Khối cảm biến nhiệt độ và độ ẩm..................................................................... 13
4.2.2 Khối cảm biến ánh sáng....................................................................................... 14
4.2.3 Khối xử lý trung tâm............................................................................................. 16
4.3 THIẾT KẾ PHẦN MỀM................................................................................................. 16
4.3.1 Giao diện điều khiển hệ thống, các chế độ điều khiển............................. 16
CHƯƠNG 5: LƯU ĐỒ GIẢI THUẬT.................................................................................. 18
5.1 Lưu đồ giải thuật chương trình cảm biến nhiệt độ và độ ẩm............................. 18
5.2 Lưu đồ giải thuật chương trình cảm biến ánh sáng............................................... 18
5.3 Kết quả thực hiện................................................................................................................ 19
KẾT LUẬN......................................................................................................................................... 21
viii

Khoa Điện - Điện tử - HCMUTE
TÀI LIỆU THAM KHẢO......................................................................................


PHỤ LỤC.................................................................................................................

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT
Từ viết tắt

Tiến

RFID

Rad

NFC

Nea

QR

Qui

PwC

Pric

SMA

Sim

SMTP

Sim

POP

Poi

IMAP

Inte

FTP

File

ATM

Aut

CPU

Cen

GPU

Gra

Ram

Ran

USB

Uni

PIC

Pro
Com

AVR

Aut

Khoa Điện - Điện tử - HCMUTE
RTD

Res


IoTs

Inte

x

Khoa Điện - Điện tử - HCMUTE


DANH MỤC BẢNG
Bảng 4.2.1 Thông số của cảm biến nhiệt độ, độ ẩm
Bảng 4.2.2 Thông số của cảm biến ánh sáng APDS 9002
Bảng 4.2.3 Kết nối module cảm biến ánh sáng
Bảng 4.2.4 Kết nối module hồng ngoại
Bảng 4.2.5 Thông số của cảm biến ánh sáng ADS 1015

xi

Khoa Điện - Điện tử - HCMUTE

DANH MỤC HÌNH

Hình 1.4.1 Điều khiển hệ thống đèn của Smarthome
Hình 1.4.2 Quan sát ngơi nhà qua điện thoại
Hình 1.4.3 Hiệu chỉnh điều hịa nhiệt độ từ xa
Hình 1.7.1 Sơ đồ khối của hệ thống
Hình 3.1.1 Hình ảnh thực tế của Raspberry Pi 3 Hình
3.3.1 Hình ảnh thực tế của cảm biến ánh sáng

Hình 3.4.1 Hình ảnh thực tế của cảm biến nhiệt độ loại RTD
Hình 3.5.1 Hình ảnh thực tế của cảm biến độ ẩm, nhiệt độ khơng khí HDC1080
Hình 4.1.1: Sơ đồ khối hệ thống
Hình 4.1.1: Sơ đồ khối hệ thống
Hình 4.2.1 Hình ảnh khối cảm biến nhiệt độ, độ ẩm
Hình 4.2.2 Hình ảnh khối cảm biến ánh sáng APDS 9002
Hình 4.2.3 Hình ảnh cảm biến ánh sáng ADS 1015
Hình 4.2.4 Hình ảnh bảng mạch khối xử lý trung tâm
Hình 4.3.1 Hình ảnh giao diện điều khiển hệ thống
Hình 5.1.1 Hình ảnh lưu đồ giải thuật chương trình cảm biến nhiệt độ và độ ẩm
Hình 5.2.1 Hình ảnh Lưu đồ giải thuật chương trình cảm biến ánh sáng
Hình 5.3.1 Hệ thống đèn điều khiển qua web
Hình 5.3.2 Hệ thống rèm điều khiển qua web
Hình 5.3.3 Hệ thống điều hịa điều khiển qua web
Hình 5.5.4 Hệ thống quạt điều khiển qua web

xii

Khoa Điện - Điện tử - HCMUTE

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ DỰ ÁN
1.1 NỘI DUNG ĐỀ TÀI
Chương 1: Tổng quan về dự án
Chương 2: Cơ sở lí luận
Chương 3: Các phần mềm, linh kiện sử dụng
Chương 4: Thiết kế mơ hình
Chương 5: Lưu đồ giải thuật
1.2 GIỚI HẠN ĐỀ TÀI
Trong phạm vi cho phép, nhóm chỉ thi công ngôi nhà thông minh trên mô
phỏng. Trong thời gian thực hiện đề tài là có hạn, nhóm thực hiện đề tài chỉ giải
quyết những vấn đề sau:
- Thiết kế hệ thống bật tắt điều hịa và quạt gió tùy thuộc vào nhiệt độ, độ ẩm.
- Thiết kệ hệ thống đóng mở rèm cửa và bật tắt đèn tùy thuộc vào độ sáng.

1.3 Ý NGHĨA THỰC TIỄN
Thiết kế hệ thống trên giúp người nghiên cứu có cái nhìn trực quan hơn về những
kiến thức đã tiếp thu, từ đó nâng cao hiệu quả nghiên cứu. Hệ thống được thiết kế nhằm
mục đích tạo sự thoải mái cũng như tăng sự hiện đại của ngơi nhà. Hệ thống có thể điều
khiển tự động hoặc bằng tay tùy thuộc vào ý muốn người sử dụng, giúp người sử dụng
kiểm soát được tình trạng về nhiệt độ cũng như độ sáng của ngơi nhà.

1.4 KHÁI NIỆM VỀ HỆ THỐNG NGƠI NHÀ THƠNG MINH
Ngơi nhà thơng minh là ngơi nhà có các điều kiện kỹ thuật đảm bảo cuộc sống
tốt nhất của con người, được tự động đảm bảo các chỉ tiêu kỹ thuật theo mong muốn
của người sử dụng. Ngôi nhà thông minh khác với ngơi nhà thơng thường ở chỗ nó
là một q trình tích hợp của các hệ thống như hệ thống điều khiển và giám sát môi
trường: hệ thống đảm bảo nhiệt độ, hệ thống đảm bảo ánh sáng,...
Nhiệm vụ của ngôi nhà thông minh:

+ Tự động bật đèn khi không đủ ánh sáng.
+ Điều khiển nhiệt độ môi trường theo mức đã đặt của chủ nhà.
+ Tự động phát hiện đám cháy v.v...

1

Khoa Điện - Điện tử - HCMUTE


Hình 1.4.1. Điều khiển hệ thống đèn bằng Smartphone

Hình 1.4.2 Quan sát ngơi nhà qua điện thoại

Hình 1.4.3 Hiệu chỉnh nhiệt độ điều hịa từ xa
1.5 CÁC TIÊU CHÍ KĨ THUẬT CỦA NGÔI NHÀ THÔNG MINH
1.5.1 Chỉ tiêu nhiệt độ
Nhiệt độ trong nhà cũng có thể thay đổi được tùy theo sở thích của mỗi
người thơng qua hệ thống điều khiển từ xa. Phải có cảnh báo khi nhiệt độ quá
cao hoặc quá thấp.
1.5.2 Chỉ tiêu về độ ẩm
Độ ẩm trong nhà luôn phải đảm bảo ở mức thoải mái cho người sử dụng,
chỉ tiêu này bị ảnh hưởng tương đối lớn bởi nhiệt độ.
1.5.3 Chỉ tiêu ánh sáng

2

Khoa Điện - Điện tử - HCMUTE


Đảm bảo ánh sáng theo yêu cầu sử dụng như chất lượng ánh sáng và tiết kiệm

điện, ánh sáng tại mọi nơi là như nhau, không để chỗ nào quá sáng hoặc q tối.
Ánh sáng có thể mở thơng qua hệ thống tự động hoặc thiết bị điều khiển từ xa.

1.6 CÁC THÀNH PHẦN CỦA MỘT HỆ THỐNG NHÀ THÔNG MINH
Một hệ thống nhà thông minh tiêu biểu gồm 3 thành phần sau:
- Bộ xử lý trung tâm: Được thiết kế dạng tủ, bao gồm các thiết bị chính: một

board Raspberry pi 3
- Thiết bị đầu vào: Cảm biến nhiệt, độ ẩm, ánh sáng
- Thiết bị đầu ra: Điều hòa, quạt, đèn, máy kéo rèm

1.7 NGUN LÍ HOẠT ĐỘNG
- Bình thường hệ thống hoạt động một một cách tự động, ở chế độ này nhiệt độ,
độ ẩm và ánh sáng sẽ được hệ thống điềuchỉnh tự động.
- Khi các thông số trên tăng hoặc giảm một cách khơng bình thường thì hệ

thống sẽ gửi thơng báo cho chủ nhà.

Hình 1.7.1. Sơ đồ khối của hệ thống

3

Khoa Điện - Điện tử - HCMUTE


CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÍ LUẬN
2.1 GIỚI THIỆU VỀ IoT
2.1.1 Khái niệm về Iot
Mạng lưới vạn vật kết nối Internet hoặc là Mạng lưới thiết bị kết nối
Internet viết tắt là IoT là mạng kết nối các đồ vật và thiết bị thông qua cảm biến,

phần mềm và các công nghệ khác, cho phép các đồ vật và thiết bị thu thập và
trao đổi dữ liệu với nhau.
Internet vạn vật lan tỏa lợi ích của mạng internet tới mọi đồ vật được kết
nối, chứ không chỉ dừng lại ở phạm vi một chiếc máy tính. Khi một đồ vật được
kết nối với internet, nó sẽ trở nên thơng minh hơn nhờ khả năng gửi và/hoặc
nhận thông tin và tự động hoạt động dựa trên các thơng tin đó.
Các thiết bị IoT có thể là đồ vật được gắn thêm cảm biến để thu thập dữ liệu
về môi trường xung quanh (giống như các giác quan), các máy tính/bộ điều
khiển tiếp nhận dữ liệu và ra lệnh cho các thiết bị khác, hoặc cũng có thể là các
đồ vật được tích hợp cả hai tính năng trên.
Tiềm năng ứng dụng của internet vạn vật (IoT) trải rộng trên mọi lĩnh vực.
Tuy nhiên, mọi hệ thống IoT hồn chỉnh đều có đủ 4 bước: thu thập dữ liệu,
chia sẻ dữ liệu, xử lý dữ liệu, và đưa ra quyết định.
2.1.2 Cơ sở kĩ thuật của Iot
Điểm quan trọng của loT đó là các đối tượng phải có thể được nhận biết và
định dạng (identifiable). Nếu mọi thứ được "đánh dấu" để phân biệt bản thân đối
tượng đó với những thử xung quanh thì chúng ta có thể hồn tồn quản lí được nó
thơng qua máy tính. Việc đánh dấu (tagging) có thể được thực hiện thông qua
nhiều công nghệ, chẳng hạn như RFID, NFC, mã vạch, mã QR, watermark kĩ
thuật số... Việc kết nối thì có thể thực hiện qua wifi, mạng viễn thơng băng rộng
(3G, 4G), Bluetooth, ZigBee, hồng ngoại...
Ngồi những kĩ thuật nói trên, nếu nhìn từ thế giới web, chúng ta có thể sử
dụng các địa chỉ độc nhất để xác định từng vật, chẳng hạn như địa chỉ IP. Mỗi
thiết bị sẽ có một IP riêng biệt khơng nhầm lẫn. Sự xuất hiện của IPv6 với không
gian địa chỉ cực kì rộng lớn sẽ giúp mọi thứ có thể dễ dàng kết nối vào Internet
cũng như kết nối với nhau.
2.1.3 Xu thế phát triển của thế với với IoT
Mặc dù đã có từ lâu nhưng kỷ nguyên Internet of Things chỉ thực sự được chú
ý và bùng nổ trong những năm gần đây, sau sự phát triển của smartphone, tablet
và những kết nối không dây,... Và ngay sau khi nhận được sự chú ý của cộng

đồng, IoT đã cho thấy tiềm năng của mình với những số liệu đáng kinh ngạc.
4

Khoa Điện - Điện tử - HCMUTE


Là “một trong những phát kiến quan trọng và quyền lực nhất của loài
người", Cisco IBSG, nhà cung cấp giải pháp và thiết bị mạng hàng đầu hiện nay
dự báo: Đến năm 2020, sẽ có khoảng 50 tỷ đồ vật kết nối vào Internet, bao gồm
hàng tỷ thiết bị di động, tivi, máy giặt, Để thấy được sự phát triển của lĩnh vực
này, họ cũng đưa ra số liệu vào năm 1984, khi mà Cisco mới thành lập mới chỉ
có khoảng 1.000 thiết bị được kết nối mạng toàn cầu, đến năm 2010, con số này
đã lên mức 10 tỷ.
Intel, đơn vị mới tham gia vào thị trường sản xuất chip cho các thiết bị
thông minh phục vụ IoT cũng đã thu về hơn 2 tỷ USD trong năm 2014 từ lĩnh
vực này, tăng trưởng 19% so với năm 2013. Những con số khẳng định IoT là xu
hướng của tương l lai. Internet of Things. đến năm 2020 dự kiến sẽ đạt đến 4 tỷ
người kết nối với nhau, 4 ngàn tỷ USD doanh thu, hơn 25 triệu ứng dụng hơn 25
tỷ hệ thống những thông minh và 50 ngàn tỷ Gigabytes dữ liệu.
Tác động của loT rất đa dạng, trên các lĩnh vực: quản lý hạ tầng, y tế, xây
dựng và tự động hồn, giao thông....
Cụ thể với lĩnh vực sản xuất - chế tạo, hiện theo thống kê của PwC, đã có
35% nhà sản xuất sử dụng cảm biến thông minh, 10% dự kiến sẽ sử dụng và 8%
có kế hoạch sử dụng các thiết bị thơng minh này trong 3 năm tới.
Trong lĩnh vực dầu khí, khai thác mỏ, dự kiến sẽ có 5,4 triệu thiết bị loT được
triển khai tại các cơ sở khai thác tới năm 2020. Chủ yếu sẽ là các bộ cảm biến kết
nối Internet giúp cung cấp thông tin về môi trường. Dầu khí là một trong những
ngành cơng nghiệp chủ chốt ứng dụng loT trên diện rộng tới năm 2020. Trong khi
đó, xe hơi kết nối đang là xu hướng nổi bật của thiết bị loT hiện nay. Dự tính tới
năm 2020, sẽ có hơn 220 triệu xe kết nối lưu thông trên đường.

Về bảo hiểm, 74% lãnh đạo trong ngành bảo hiểm tin rằng loT sẽ thay đổi
cơ bản chính sách bảo hiểm trong 5 năm tới, 74% có kế hoạch đầu tư phát triển
và thực hiện các chiến lược về loT - theo một nghiên cứu của SMA Research.
Còn với quốc phòng, chỉ tiêu cho các thiết bị bay không người lái dự kiến sẽ
đạt 8,7 tỉ USD vào năm 2020. Ngoài ra, theo dự báo của Frost & Sullivan, sẽ có
khoảng 126.000 robot quân sự sẽ được triển khai vào năm 2020.
Lĩnh vực nông nghiệp cũng không nằm ngồi vịng xốy loT. Dự kiến sẽ có
75 triệu thiết bị IoT được triển khai trong lĩnh vực nảy vào năm 2020, với tỉ lệ
tăng hàng năm đạt 20%. Chủ yếu đó sẽ là những bộ cảm biến đặt trong lòng đất
để theo dõi độ axit, nhiệt độ và các thơng số giúp canh tác vụ mùa hiệu quả hơn.
Vì thế, Internet of Things đang là chìa khóa của thành cơng trong tương lai.
Bên cạnh đó, cơng nghệ khơng dây đáp ứng đa tiêu chuẩn đang giúp giảm giá
5

Khoa Điện - Điện tử - HCMUTE


thành các mặt hàng thiết bị kết nối không dây; và những giao thúc Internet mới
đã giúp hiện thực hóa việc kết nối hàng tỷ thiết bị vào mạng lưới Internet.
Hiện trên thị trường đang có ngày càng nhiều thiết bị di động giá rẻ, sự cải
thiện về điều kiện kinh tế của nhóm khách hàng Châu Á đã dẫn đến sự gia tăng
theo cấp số nhân về sử dụng thiết bị di động ở khu vực này.
2.1.4 Ứng dụng của Iot
loT có rất nhiều ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau như tự động hóa
ngơi nhà, mua sắm thơng minh, quản lí các thiết bị cá nhân, đồng hồ đo thơng
minh, phản hỏi i trong các tình huống khẩn cấp, quản lí mơi trường. Hiện nay
nhiều hãng, cơng ty, tổ chức trên thế giới đang nghiên cứu các nền tảng giúp
xây dựng nhanh ứng dụng dành cho loT. Đại học British Columbia
ở Canada hiện đang tập trung vào một bộ toolkit cho phép phát triển phần mềm

loT chỉ bằng các công nghệ tiêu chuẩn Web cũng như giao thức phổ biến. Cơng
ty như ioBridge thì cung cấp giải pháp kết nối và điều khiển hầu như bất kì
thiết bị nào có khả năng kết nối Internet, kể cả đèn bàn, quạt máy…
IoT vẫn còn một số trở ngại như chưa có một ngơn ngữ chung. Ở mức
cơ bản nhất, Internet là một mạng dùng để nối thiết bị này với thiết bị khác.
Nếu chỉ riêng có kết nối khơng thơi thì khơng có gì đảm bảo rằng các thiết
bị biết cách nói chuyện nói nhau. Để các thiết bị có thể giao tiếp với nhau,
chúng sẽ cần một hoặc nhiều giao thức (protocols), có thể xem là một thứ
ngôn ngữ chuyên biệt để giải quyết một tác vụ nào đó. Chắc chắn bạn đã ít
nhiều sử dụng một trong những giao thức phổ biến nhất thế giới, đó là
HyperText Transfer Protocol (HTIP) để tải web. Ngoài ra chúng ta cịn có
SMTP, POP, IMAP dành cho email, FTP dùng để trao đổi file... Những giao
thức như thế này hoạt động ổn bởi các máy chủ web, mail và FTP thường
khơng phải nói với nhau nhiều, khi cần, một phần mềm phiên dịch đơn giản
sẽ đứng ra làm trung gian để hai bên hiểu nhau. Còn với các thiết bị IoT,
chúng phải đảm đương rất nhiều thứ, phải nói chuyện với nhiều loại máy
móc thiết bị khác nhau. Đáng tiếc rằng hiện người ta chưa có nhiều sự đồng
thuận về các giao thức để loT trao đổi dữ liệu.

CHƯƠNG 3: CÁC PHẦN MỀM, LINH KIỆN SỬ DỤNG
3.1 Raspberry pi 3
3.1.1 Tổng quan về Raspberry
Raspberry là một máy vi tính rất nhỏ gọn, kích thước hai cạnh chỉ cỡ một cái
thẻ ATM, trong đó đã tích hợp mọi thứ cần thiết để bạn sử dụng như một máy vi
6

Khoa Điện - Điện tử - HCMUTE


tính. Bộ xử lý SoC Broadcom BCM2835 của nó bao gồm CPU, GPU, RAM,

khe cắm thẻ microSD, WiFi, Bluetooth và 4 cổng USB 2.0.
3.1.2 Tổng quan về Raspberry Pi 3
Raspberry Pi 3 là một máy tính nhỏ gọn, kích thước hai cạnh cỡ bằng một
chiếc thẻ ATM. Nó được tích hợp mọi thứ cần thiết để bạn sử dụng như một cái
máy vi tính. Trên bo mạch của Raspberry Pi 3 có các thành phần: CPU, GPU,
RAM, khe cắm thẻ microSD, Wifi, Bluetooth và 4 cổng USB.

Hình 3.1.1. Hình ảnh thực tế của Raspberry Pi 3
3.1.3 Ứng dụng của Raspberry
Ban đầu, tổ chức Raspberry Pi Foundation phát triển dự án Raspberry với
mục tiêu chính là giảng dạy máy tính cho trẻ em và tạo ra một công cụ giá rẻ
(chỉ vài chục USD) để sinh viên nghiên cứu học tập. Tuy nhiên, sau khi xuất
hiện, Raspberry Pi được cộng đồng đánh giá cao về tính ứng dụng với phần
cứng được hỗ trợ tốt, Pi đã nhanh chóng phát triển một cách rộng rãi. Pi phù
hợp cho những ứng dụng cần khả năng xử lý mạnh mẽ, đa nhiệm hoặc giải trí
và đặc biệt cần chi phí thấp. Hiện nay đã có hàng ngàn ứng dụng đa dạng được
cài đặt trên Rasberry Pi.

3.2 Proteus
3.2.1 Tổng quan về Proteus
Phần mềm Proteus cho phép mô phỏng hoạt động của mạch điện tử bao gồm
phần thiết kế mạch và viết chương trình điều khiển cho các họ vi điều khiển như
MCS-51, PIC. AVR, . Proteus là phần mềm mô phỏng mạch điện tử của Labcenter
Electronics, mơ phịng cho hầu hết các linh kiện điện tử thông dụng.
7

Khoa Điện - Điện tử - HCMUTE


Phần mềm bao gồm 2 chương trình: ISIS (Intelligent Schematic Input

System) cho phép mô phong mạch và ARES (Advanced Routing and Editing
Software) dùng để về mạch in
3.2.2 Các ứng dụng của Proteus
- Vẽ sơ đồ nguyên lý
Bạn có thể dễ dàng vẽ được các sơ đồ mạch điện tử trên Proteus một cách
dễ dàng và nhanh chóng. Bạn lấy linh kiện mong muốn từ thư viện của Proteus,
sau đó kết nối các linh kiện lại với nhau để tạo ra một mạch điện tử hồn chỉnh.
- Mơ phỏng
Khả năng ứng dụng chính của Proteus là mơ phịng, phân tích các kết quả từ
các mạch nguyên lý. Proteus giúp người sử dụng có thể thấy trước được mạch
thiết kế chạy đúng hay sai trước khi thi công mạch.
Các công cụ phục vụ cho việc phân tích mạch có độ chính xác khá cao như
vôn kế đo điện áp, ampe kế đo dòng điện, máy đao động ký.
Đối với các bạn yêu thích điện tử thì đây là cơng cụ tuyệt vời. Nó giúp cho
các bạn tự học, tự nghiên cứu và thiết kế thứ các mạch điện tử và chạy mô
phỏng để kiểm tra kết quả từ đó rút ra được những bài học hữu ích. Điều này sẽ
giúp bạn tiết kiệm được thời gian và tiền bạc khi bạn không có điều kiện mà lại
ham học và nghiên cứu.
- Thiết kế mạch in PCB
Là tính năng dễ sử dụng trong Proteus. Bạn có thể tự tạo bản thiết kế hoặc
bắt Proteus làm hộ bạn. Tự tạo bản thiết kể rất dễ dàng chỉ cần bạn đặt những
chi tiết vào sơ đồ và vẽ đường mạch điện chạy qua. Đừng lo lắng về việc vi
phạm bất kỳ quy tắc thiết kế nào bởi vì nó sẽ tự động phát hiện ra lỗi. Cịn nếu
muốn Proteus làm thay bạn thì chỉ cần đặt các chi tiết vào vị trí tương ứng rồi
cho chạy tự động. Nó sẽ về ra các cách đặt đường mạch và lựa bản tốt nhất. Và
hiện nay còn có một tùy chính nữa “Auto placer”, nó u cầu bạn xác lập kích
thước bàng bằng cách vẽ hình dáng và kích cỡ bàn mạch. Sau đó, nó tự động đặt
các chi tiết vào trong khn. Sau đó, tất cả việc bạn phải làm là lập sơ đồ mach.
Ngoài ra, trong q trình thiết kế mạch in bạn cũng có thể xem hình 3D.
Tinh năng này rất hữu ích, nó cho phép bạn thiết ra những board mạch in đẹp

theo mong muốn của mình.

8

Khoa Điện - Điện tử - HCMUTE


3.3 Cảm biến ánh sáng
3.3.1 Khái niệm và ứng dụng của cảm biến ánh sáng
- Cảm biến ánh sáng là các thiết bị quang điện chuyển đổi năng lượng ánh
sáng (photon) cho dù ánh sáng nhìn thấy được hay tia hồng ngoại thành tín
hiệu điện (electron).
- Ứng dụng trong các thiết bị chiếu sáng như đèn. Điều này đem đến rất

nhiều tiện lợi và an toàn khi sử dụng về đêm, đặc biệt với những gia đình có
người cao tuổi và trẻ nhỏ…
- Cảm biến thay đổi ánh sáng màn hình trong điện thoại thơng minh và máy

tính bảng.

Hình 3.3.1 Hình ảnh thực tế của cảm biến ánh sáng
3.4 Cảm biến nhiệt độ
3.4.1 Khái niệm và ứng dụng của cảm biến nhiệt độ
Cảm biến nhiệt độ là thiết bị dùng để đo sự biến đổi về nhiệt độ của môi
trường xung quanh hoặc của các đại lượng cần đo.
9

Khoa Điện - Điện tử - HCMUTE

Cảm biến nhiệt độ được sử dụng với nhiều chứng năng và nhiều ứng dụng
khác nhau như: dùng đo nhiệt độ trong bồn đun nước, đun dầu, đo nhiệt độ lò
nung, lò sấy,… Một số cảm biến nhiệt được sử dụng cho các lĩnh vực cụ thể
như: Nhiêt kế điện tử, bán dẫn, can nhiệt loại T được sử dụng trong nghiên cứu
về nơng nghiệp.

Hình 3.4.1 Hình ảnh thực tế của cảm biến nhiệt độ loại RTD
3.5 Cảm biến độ ẩm
3.5.1 khái niệm và ứng dụng của cảm biến độ ẩm
- Cảm biến độ ẩm là dòng cảm biến dùng để đo độ ẩm khơng khí hoặc đo độ
ẩm đất. Cảm biến đo độ ẩm được ứng dụng trong nhiều ngành và lắp đặt nhiều
ứng dụng khác nhau.
- Cảm biến đo độ ẩm thường được tìm thấy ở nơi cần kiểm sốt độ ẩm. ...
- Tương tự trong nhà kính, phòng tắm hơi, bảo tàng và máy ấp trứng cũng

sử dụng máy đo độ ẩm để đảm bảo lượng ẩm khơng khí ở mức thích hợp cho
cây, người…

10

Khoa Điện - Điện tử - HCMUTE


Hình 3.5.1 Hình ảnh thực tế của cảm biến độ ẩm, nhiệt độ khơng khí HDC1080

11

Khoa Điện - Điện tử - HCMUTE

CHƯƠNG 4: THIẾT KẾ MƠ HÌNH
4.1 U CẦU THIẾT KẾ
Chúng ta đang sống trong một thời đại với rất nhiều công nghệ hiện đại
khiến cho cuộc sống của chúng ta trở nên 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 có thể điều hành căn nhà của mình thơng qua các thiết bị
điều khiển từ xa, thường là điện thoại thơng minh hoặc máy tính bảng. Có thể
kiểm sốt các thiết bị điện chiếu sáng đến các thiết bị đảm bảo an ninh..
Giới thiệu về bộ điều khiển: Cấu trúc đơn giản, dễ điều khiển
Mô hình nhà thơng minh được thiết kế với các chức năng như sau:
- Tự động bật/tắt đèn, mở/đóng rèm khi ánh sáng đạt đến ngưỡng nhất

định.
- Tự động bật tắt điều hòa, quạt khi nhiệt độ đạt các ngưỡng nhất định.

Với các chức năng thiết kế nêu trên, sơ đồ khối của hệ thống được thiết kế
như hình

Hình 4.1.1: Sơ đồ khối hệ thống
- Khối nguồn là khối cung cấp nguồn cho bộ điều khiển hệ thống và các

khối mạch khác hoạt động. Yêu cầu đối với khối nguồn là tính ổn định và
giá trị điện áp cung cấp phải phù hợp với các khối chức năng khác của bộ
điều khiển. Ở đây sử dụng nguồn 5V-2A .

12

Khoa Điện - Điện tử - HCMUTE