(Đồ án hcmute) thiết kế và thi công mô hình ngôi nhà thông minh

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM
KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP
NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HĨA

THIẾT KẾ VÀ THI CƠNG
MƠ HÌNH NGƠI NHÀ THƠNG MINH

GVHD: ThS. NGUYỄN TRƯỜNG DUY
SVTH: BÙI THẾ SƠN
MSSV: 11151205

SKL 0 0 3 9 0 0

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 7/2015

do an


TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

THIẾT KẾ VÀ THI CƠNG
MƠ HÌNH NGƠI NHÀ THƠNG MINH

SVTH : BÙI THẾ SƠN
MSSV : 11151205

Khóa : 2011 – 2015
Ngành : CN KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA
LỚP : 11151CL1
GVHD : ThS. NGUYỄN TRƯỜNG DUY

TP. Hồ Chí Minh, tháng 07/2015

do an


PHẦN A

do an


Bộ Giáo Dục Và Đào Tạo
CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật
Độc lập - Tự do - Hạnh phúc
Thành Phố Hồ Chí Minh

KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ
NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Họ và tên:

BÙI THẾ SƠN

MSSV:11151205

Lớp:
11151CL1
Ngành:
CN KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HĨA
Hệ:
ĐẠI HỌC CHÍNH QUY
Niên khóa:
2011-2015
1.Tên đề bài: “ THIẾT KẾ & THI CÔNG NGÔI NHÀ THÔNG MINH ”
2. Các số liệu ban đầu:
......................................................................................................................................
......................................................................................................................................
3. Nội dung các phần thuyết minh:
......................................................................................................................................
......................................................................................................................................
......................................................................................................................................
......................................................................................................................................
4. Các bản vẽ đồ thị:
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
5. Giáo viên hướng dẫn: Th.S Nguyễn Trường Duy
6. Ngày giao nhiệm vụ: ............................................................................................
7. Ngày hoàn thành nhiệm vụ: .................................................................................
Thông qua bộ môn
Ngày … tháng … năm 2015
Chủ nhiệm bộ môn

TS. LÊ MỸ HÀ

do an


LỜI MỞ ĐẦU
Trong những năm gần đây, ngôi nhà thông minh (smart home) đã xuất
hiện và được ứng dụng rộng rãi trong cuộc sống từ những khách sạn hay resort
sang trong cho đến những ngôi nhà hiện đại đều đươc lắp đặt hệ thống điều
khiển thông minh. Theo xu hướng phát triển đó, em quyết định lựa chọn thực
hiện nghiên cứu đề tài: “THIẾT KẾ & THI CÔNG NGÔI NHÀ THƠNG
MINH”
Ngồi việc hồn thành đồ án tốt nghiệp với những cơng việc trên đây thì
nó cịn có ý nghĩa sâu sắc đối với sinh viên thực hiện. Một lần nữa sinh viên
được thực hành những kiến thức học được từ ghế nhà trường sẽ giúp hình thành
những sản phẩm cơng nghiệp, được sử dụng, cầm tay lắp những cảm biến mà từ
trước chỉ nằm trên trang giấy. Trong quá trình tiến hành khơng thể khơng gặp
những khó khăn vấp phải, do đó kích thích sinh viên tư duy để tìm ra phương án
tối ưu và trao đổi thảo luận với thầy cô, bạn bè.
Tuy nhiên do hạn chế về kinh nghiệm thực tế và thời gian thực hiện nên
việc giải quyết đề tài khơng thể tránh khỏi những thiếu sót. Do đó rất mong sự
chỉ bảo thêm của quý thầy cơ cũng như những đóng góp của các bạn sinh viên.
Xin chân thành cảm ơn!

Người thực hiện đề tài

BÙI THẾ SƠN

do an


LỜI CẢM ƠN

Sau một thời gian học tập và nghiên cứu nhóm thực hiện đề tài đã hồn
thành đồ án tốt nghiệp được giao. Em xin chân thành gửi lời cám ơn đến:
Ban Giám Hiệu, Các cán bộ công nhân viên nhà trường đã giúp đỡ em trong
suốt thời gian học tập tại trường.
Ban Chủ Nhiệm Khoa và các Thầy Cô trong Khoa Điện – Điện Tử đã dạy
em các kiến thức cơ bản và chuyên ngành.
Các bạn cùng đồng hành với em trong suốt quá trình học tập và nghiên cứu.
Đặc biệt xin gửi lời tri ân đến Thầy Nguyễn Trường Duy, người trực tiếp
hướng dẫn đề tài tốt nghiệp đã hỗ trợ cho em rất nhiều về kiến thức, tài liệu và
cơ sở vật chất để em có thể hoàn thành tốt đề tài.

Người thực hiện đề tài

BÙI THẾ SƠN

do an


LỜI MỞ ĐẦU
Trong những năm gần đây, ngôi nhà thông minh (Smarthome) đã xuất hiện và
được ứng dụng rộng rãi trong cuộc sống từ những khách sạn hay resort sang trong
cho đến những ngôi nhà hiện đại đều đươc lắp đặt hệ thống điều khiển thông minh.
Theo xu hướng phát triển đó, em quyết định lựa chọn thực hiện nghiên cứu đề tài:
“THIẾT KẾ & THI CƠNG MƠ HÌNH NGƠI NHÀ THƠNG MINH”
Ngồi việc hồn thành đồ án tốt nghiệp với những cơng việc trên đây thì nó cịn
có ý nghĩa sâu sắc đối với sinh viên thực hiện. Một lần nữa sinh viên được thực
hành những kiến thức học được từ ghế nhà trường sẽ giúp hình thành những sản
phẩm công nghiệp, được sử dụng, cầm tay lắp những cảm biến mà từ trước chỉ nằm
trên trang giấy. Trong q trình tiến hành khơng thể khơng gặp những khó khăn vấp
phải, do đó kích thích sinh viên tư duy để tìm ra phương án tối ưu và trao đổi thảo

luận với thầy cô, bạn bè.
Tuy nhiên do thực hiện đề tài một mình nên cịn nhiều hạn chế về khả năng thực
hiện, kinh nghiệm thực tế và thời gian thực hiện nên việc giải quyết đề tài không thể
tránh khỏi những thiếu sót. Do đó rất mong sự chỉ bảo thêm của q thầy cơ cũng
như những đóng góp của các bạn sinh viên.
Xin chân thành cảm ơn!
Người thực hiện đề tài
BÙI THẾ SƠN

iv

do an


LỜI CẢM ƠN
Sau một thời gian học tập và nghiên cứu thì nhóm thực hiện đề tài đã hồn thành
đề tài tốt nghiệp được giao. Em xin chân thành gửi lời cám ơn đến:
Ban Giám Hiệu, các cán bộ công nhân viên nhà trường đã giúp đỡ em trong suốt
thời gian học tập tại trường.
Ban Chủ Nhiệm Khoa và các Thầy Cô trong Khoa Điện – Điện Tử đã dạy em
các kiến thức từ cơ bản đến chuyên ngành, các bạn trong lớp cùng đồng hành với
em trong suốt quá trình học tập cũng như các anh chị các khóa trước đã chỉ bảo và
truyền đạt những kiến thức về các mơn học khác nhau giúp cho em có những cơ sở
kiến thức để thực hiện đề tài.
Đặc biệt em xin gửi lời tri ân đến Thầy Nguyễn Trường Duy, người trực tiếp
hướng dẫn đề tài tốt nghiệp của em đã hỗ trợ cho em rất nhiều về kiến thức, tài liệu
để em có thể hồn thành tốt đề tài.
Em xin chân thành cảm ơn !
Người thực hiện đề tài

BÙI THẾ SƠN

v

do an


TĨM TẮT
Trong đề tài này, nhóm thực hiện thiết kế và thi cơng Mơ Hình Ngơi Nhà
Thơng Minh dựa trên ngôi nhà thông minh thực tế của Bkav SmartHome. Đề tài
nghiên cứu ngôi nhà thông minh bao gồm các cảm biến chuyển động, cảm biến siêu
âm, cảm biến nhiệt độ, cảm biến mưa, cảm biến khí gas, hệ thống đăng nhập thông
qua password và giao tiếp với điện thoại thông qua module sim900 tin nhắn SMS,
ứng dụng Android và điều khiển thiết bị qua Internet. Toàn bộ hoạt động của mơ
hình được điều khiển bằng vi điều khiển Arduino Mega 2560. Mơ hình được thiết
kế sao cho chủ nhà có thể điều khiển thiết bị qua điện thoại Smartphone hoặc truy
cập vào trang web để xem nhiệt độ phòng và nồng độ khí gas trong nhà hoặc có thể
tắt mở thiết bị trong nhà.
Điểm mới của đề tài là có hệ thống xử lý khi trời mưa, điều khiển thiết bị qua
điện thoại Smartphone và điều khiển thiết bị thông qua Internet.

vi

do an


MỤC LỤC
Trang phụ bìa .................................................................................... Trang
Nhiệm vụ đồ án tốt nghiệp ........................................................................ i
Phiếu nhận xét của giáo viên hướng dẫn................................................... ii

Phiếu nhận xét của giáo viên phản biện ................................................... iii
Lời mở đầu .............................................................................................. iv
Lời cảm ơn ............................................................................................... v
Tóm tắt.................................................................................................... vi
Mục lục .................................................................................................. vii
Danh mục những từ viết tắt ................................................................... xii
Danh mục các bảng biểu ....................................................................... xiii
Danh mục các hình ảnh biểu đồ ............................................................. xiv
CHƯƠNG 1: DẪN NHẬP ...................................................................... 1
1.1 Lý do chọn đề tài .................................................................................... 1
1.2 Hướng giải quyết vấn đề ........................................................................ 2
1.3 Giới hạn của đề tài ................................................................................. 2
1.4 Nội dung đề tài ....................................................................................... 3
1.5 Ý nghĩa thực tiễn .................................................................................... 3
1.6 Đối tượng nghiên cứu ........................................................................... 4
1.7 Dàn ý, phương tiện và phương án thực hiện: ......................................... 4
1.7.1 Dàn ý ............................................................................................... 4
1.7.2 Phương tiện và phương án thực hiện .............................................. 5
1.8 Tình hình nghiên cứu trong và ngồi nước ............................................ 5
CHƯƠNG 2: TỔNG QUÁT VỀ NGÔI NHÀ THÔNG MINH ................. 8
2.1 Khái niệm về hệ thống ngôi nhà thông minh ......................................... 8
2.2 Các chỉ tiêu kỹ thuật của ngôi nhà thông minh ...................................... 9
vii

do an


2.2.1 Chỉ tiêu về ánh sáng ........................................................................ 9
2.2.2 Chỉ tiêu về thơng gió ....................................................................... 9
2.2.3 Chỉ tiêu về nhiệt độ ......................................................................... 9

2.2.4 Chỉ tiêu về an toàn .......................................................................... 9
2.3 Các thành phần của một hệ thống nhà thông minh ................................ 9
2.4 Nguyên lí hoạt động ............................................................................. 10
CHƯƠNG 3: CƠ SỞ LÝ THUYẾT ........................................................ 11
3.1 Arduino mega 2560 .............................................................................. 11
3.1.1 Giới thiệu chung về arduino .......................................................... 11
3.1.2 Giới thiệu về board arduino mega 2560........................................ 12
3.1.3 Vi điều khiển atmega2560 ............................................................ 14
3.1.4 Sơ đồ khối ..................................................................................... 15
3.1.5 Tổ chức bộ nhớ ............................................................................ 16
3.1.6 Nguồn cấp .................................................................................... 17
3.1.7 Các cổng vào ra ........................................................................... 17
3.1.8 Cổng giao tiếp .............................................................................. 18
3.1.9 Usb bảo vệ quá dịng ................................................................... 18
3.2 LCD 16x2 ............................................................................................ 18
3.3 Bàn phím ma trận 4x4 ........................................................................ 20
3.4 Module cảm biến siêu âm hc-srf05 ..................................................... 21
3.5 Cảm biến chuyển động pir ................................................................. 23
3.5.1 Khái niệm cảm biến pir ............................................................... 23
3.5.2 Nguyên lý làm việc ...................................................................... 24
3.6 Module cảm biến mưa ........................................................................ 25
3.7 Module gsm/gprs sim 900 .................................................................. 26
3.7.1 Giới thiệu tổng quan về gsm ....................................................... 26
3.7.1.1 Khái niệm gsm .......................................................................... 26

viii

do an

3.7.1.2 Lịch sử phát triển của gsm ....................................................... 26
3.7.1.3 Cấu trúc mạng di động ............................................................. 27
3.7.2 Giới thiệu về module sim 900 ......................................................... 28
3.7.2.1 Tổng quan về sim900 ................................................................... 28
3.7.2.2 Khảo sát sơ đồ chân sim 900 ........................................................ 29
3.7.2.3 Module sim 900 ........................................................................... 35
3.7.2.4 Các chế độ hoạt động của module sim 900 ............................. 36
3.7.2.5 Các tập lệnh at test module sim900 ......................................... 36
3.7.3 Tổng quan về tin nhắn sms ......................................................... 37
3.8 Cảm biến khí gas mq2 ........................................................................ 38
3.8.1 Giới thiệu ..................................................................................... 38
3.8.2 Sơ đồ mạch cảm biến mq2 ............................................................ 39
3.9 Cảm biến nhiệt độ lm35 ....................................................................... 40
3.10 Module bluetooth hc-05 ..................................................................... 40
3.10.1 Giới thiệu .................................................................................... 40
3.10.2 Thông số kỹ thuật bluetooth hc-05 ............................................. 41
3.10.3 Sơ đồ chân hc-05......................................................................... 42
3.10.4 Chế độ hoạt động ........................................................................ 43
3.11 Module wifi esp8266 v1 ................................................................... 44
3.11.1 Giới thiệu ................................................................................... 44
3.11.2 Sơ đồ chân ................................................................................... 46
3.12 Module thu sóng rf pt2272-t4 ............................................................ 47
CHƯƠNG 4: THIẾT KẾ PHẦN CỨNG MƠ HÌNH ............................... 48
4.1 u cầu đặt ra cho mơ hình nhà thơng minh .................................... 48
4.2 Ý tưởng thiết kế .................................................................................. 48
4.3 Sơ đồ khối hệ thống ............................................................................. 49
4.4 Sơ đồ thiết kế ngôi nhà ....................................................................... 52

ix

do an


4.5 Thiết kế khối nguồn ............................................................................ 53
4.6 Thiết kế khối cảnh báo cháy............................................................... 55
4.6.1 Khối cảm biến nhiệt độ ............................................................... 55
4.6.2 Khối báo động của khối cảnh báo cháy ........................................ 56
4.6.3 Nguyên lý hoạt động ..................................................................... 57
4.7 Thiết kế khối nhập mật khẩu .............................................................. 57
4.7.1 Khối đăng nhập ........................................................................... 57
4.7.2 Khối hiển thị ................................................................................ 58
4.7.3 Nguyên lý hoạt động ..................................................................... 59
4.8 Khối xử lý khi có mưa ......................................................................... 59
4.8.1 Cảm biến mưa ............................................................................... 59
4.8.2 Phần động lực của khối cảm biến mưa ......................................... 60
4.9 Khối hệ thống gas, cửa cuốn tự động................................................... 61
4.9.1 Khối cảm biến tín hiệu tương tự ................................................... 61
4.9.2 Phần động lực ................................................................................ 62
4.10 Khối điều khiển .................................................................................. 64
4.10.1 Động cơ kéo cửa ......................................................................... 64
4.10.2 Quạt tản nhiệt mini acer 5v ......................................................... 65
4.11 Khối thiết bị báo trộm ........................................................................ 67
4.12 Khối điều khiển ngoại vi .................................................................... 67
4.13 mạch nguyên lý khối xử lý trung tâm ................................................. 68
CHƯƠNG 5: THIẾT KẾ PHẦN MỀM ................................................... 70
5.1 Yêu cầu hệ thống ................................................................................ 70
5.2 Các phần mểm được sử dụng ............................................................. 70
5.2.1 Phần mềm arduino ide 1.5.4 ....................................................... 70
5.2.2 Các phần mềm lập trình android ................................................. 71
5.2.3 Ứng dụng ardudroid .................................................................... 72

x

do an


5.3 Lưu đồ giải thuật ................................................................................. 74
5.3.1 Lưu đồ chương trình chính .......................................................... 74
5.3.2 Lưu đồ cảm biến giám sát ............................................................. 76
CHƯƠNG 6: KẾT QUẢ MƠ HÌNH THỰC TẾ ..................................... 78
CHƯƠNG 7: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ......................... 82
7.1 Kết luận ............................................................................................... 82
7.2 Hướng phát triển ................................................................................. 82
TÀI LIỆU THAM KHẢO ...................................................................... 83
PHỤ LỤC .............................................................................................. 84

xi

do an


DANH MỤC NHỮNG TỪ VIẾT TẮT
ADC

: Analog Digital Converter

CPU

: Central Processing Unit

DC

: Direct Current

HTML

: HyperText Markup Language

EIR

: Equipment Indentity Register

EPROM

: Erasable Programmable Read Only Memory

IC

: Integrated Circuit

IDE

: Integrated development environment

IP

: Internet Protocol

LCD

: Liquid crystal display

LED

: Light Emitting Diode

PIC

: Programmable Interface Controller

GSM

: Global System for Mobile Communication

TDMA

: Time Division Multiple Access

WLAN

: Wireless Local Area Network

xii

do an


DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU

BẢNG .................................................................................................... TRANG

Bảng 3.1: Các thông số kỹ thuật của Arduino Mega 2560 ............................. 13
Bảng 3.2: Bảng mô ta chân LCD .................................................................. 18
Bảng 3.3: Thông số kỹ thuật của SRF-05 ..................................................... 22
Bảng 3.4: Chức năng từng chân của Sim900.................................................. 32
Bảng 3.5: Sơ đồ chân HC-05 .......................................................................... 40
Bảng 3.6: Thông số kỹ thuật của ESP8266 V1 .............................................. 43
Bảng 4.1: Các chân của bộ nguồn (theo CPUZ.NET) ................................. 52

xiii

do an


DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH BIỂU ĐỒ
HÌNH ................................................................................................. TRANG
Hình 1.1: Nhà thơng minh Bkav SmartHome ............................................... 5
Hình 3.1: Ảnh bo mạch Arduino đời đầu sử dụng cổng RS232 ................. 11
Hình 3.2: Board Arduino Mega 2560 ......................................................... 12
Hình 3.3: Sơ đồ vi điều khiển Atmega2560 ................................................ 14
Hình 3.4 : Sơ đồ khối của Arduino Mega 2560 .......................................... 15
Hình 3.5: Sơ đồ khối cấu trúc của AVR ..................................................... 16
Hình 3.6: Sơ đồ chân LCD và hình ảnh thực tế ....................................... 17
Hình 3.7: Sơ đồ chân và hình ảnh thực tế của bàn phím ma trận 4x4 .... 19
Hình 3.8: Sơ đồ kết nối của bàn phím ma trận 4x4 .................................. 21
Hình 3.9: Hình ảnh của cảm biến siêu âm SRF-05 .................................. 20
Hình 3.10: Biểu đồ xung SRF-05 .............................................................. 22
Hình 3.11: Đầu dị PIR D203B và lăng kính Fresnel ............................... 23
Hình 3.12: Sơ đồ hoạt động của cảm biến PIR ........................................ 24
Hình 3.13: Hình ảnh thực tế của cảm biến mưa ....................................... 25
Hình 3.14: Sơ đồ cấu tạo của module cảm biến mưa ............................... 26

Hình 3.15: Cấu trúc mạng thơng tin di động ........................................ 26
Hình 3.16: Sim900 ...................................................................................... 28
Hinh 3.17: Sơ đồ chân Sim 900 ................................................................... 28
Hình 3.18: Module Sim 900 thực tế .......................................................... 35
Hình 3.19: Cảm biến khí gas MQ2 và sơ đồ chân .................................... 39
Hình 3.20 : Sơ đồ mạch MQ2 ..................................................................... 37
Hình 3.21: LM35 ......................................................................................... 38
Hình 3.22: Module bluetooth HC-05 .......................................................... 39
Hình 3.23: Module wifi ESP8266 V1 ........................................................ 42
xiv

do an


Hình 3.24: Sơ đồ chân ESP8266 V1 ........................................................... 42
Hình 3.25: Module thu sóng PT2272-T4 .................................................... 43
Hình 4.1: Sơ đồ khối hệ thống nhà thơng minh .......................................... 46
Hình 4.2: Sơ đồ thiết bị trong ngơi nhà ..................................................... 48
Hình 4.3: Nguồn máy tính ......................................................................... 53
Hình 4.4: Khay chứa pin AA ..................................................................... 50
Hình 4.5: Mạch cảm biến nhiệt độ LM35 ................................................. 50
Hình 4.6: Khối báo động ............................................................................ 52
Hình 4.7: Khối nhập mật khẩu.................................................................... 53
Hình 4.8: Khối hiển thị LCD ...................................................................... 54
Hình 4.9: Sơ đồ kết nối cảm biến mưa ....................................................... 55
Hình 4.10: Động cơ RC Servo Futaba S3003 ............................................ 56
Hình 4.11: Sơ đồ kết nối cảm biến siêu âm và gas ..................................... 57
Hình 4.12: Động cơ giảm tốc DC ............................................................... 58
Hình 4.13: Sơ đồ kết nối động cơ DC ........................................................ 59
Hình 4.14: Động cơ servo SG90 ................................................................ 60

Hình 4.15: Sơ đồ nối dây động cơ servo .................................................... 60
Hình 4.16: Quạt tản nhiệt 5V...................................................................... 61
Hình 4.17: Đèn led màu xanh ..................................................................... 61
Hình 4.18: Sơ đồ kết nối thiết bị báo trộm ................................................. 62
Hình 4.19: Sơ đồ kết nối các thiết bị ngoại vi ............................................ 63
Hình 4.20: Sơ đồ khối ngơi nhà thơng minh ............................................ 64
Hình 5.1: Phần mềm lập trình Arduino ..................................................... 64
Hình 5.2: Giao diện phần mềm Android SDK ......................................... 65
Hình 5.3: Ứng dụng Ardudroid ................................................................. 66
Hình 5.4: Web Server cơ bản .................................................................... 71
Hình 5.5: Lưu đồ ngơi nhà ......................................................................... 72

xv

do an


Hình 5.6: Lưu đồ cảm biến giám sát ......................................................... 74
Hình 6.1: Tổng thể ngơi nhà ...................................................................... 76
Hình 6.2: Thơng báo tin nhắn qua SMS ................................................... 77
Hình 6.3: Điều khiển thiết bị qua Smartphone.......................................... 77
Hình 6.4: Kết quả tạo web .......................................................................... 78
Hình 6.5: Đăng nhập vào Web server ......................................................... 79

xvi

do an


CHƯƠNG 1: DẪN NHẬP

1.1 LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI
Ngày nay, với sự phát triển mạnh mẽ vượt bậc của Khoa học kỹ thuật, vi
điều khiển Atmega và PIC ngày càng thơng dụng hơn nhưng có thể nói sự xuất hiện
của Arduino vào năm 2005 tại Italia đã mở ra một hướng đi mới cho vi điều khiển.
Sự xuất hiện của Arduino đã hỗ trợ cho con người rất nhiều trong lập trình và thiết
kế, nhất là đối với những người mới bắt đầu tìm tịi về vi điều khiển mà khơng có
nhiều kiến thức về lập trình và điện tử. Phần cứng của thiết bị đã được tích hợp
nhiều chức năng cơ bản và là mã nguồn mở với ngôn ngữ C cùng thư viện phong
phú nên Arduino hiện đang dần phổ biến trên thế giới.
Đặc biệt trong những thập niên gần đây cùng với sự phát triển của hệ thống
thơng minh, ngành tự động hóa đã phát triển tạo ra bước ngoặt quan trọng trong lĩnh
vực ngôi nhà thông minh phục vụ nhu cầu ngày càng cao của con người trong đời
sống. Tại Việt Nam đã bắt đầu có nhiều công ty chuyên lắp đặt ngôi nhà hoặc hệ
thống thơng minh trong đó phải kể đến cơng ty BKAV của CEO Nguyễn Tử Quảng
đã ấp ủ dự án ngôi nhà thông minh điều khiển bằng điện thoại trên nền tảng
Android từ năm 2011 đến nay và hiện nay đang thi công cho rất nhiều dự án trên cả
nước.
Hãy nghĩ về tất cả những gì lặp đi lặp lại mà con người phải làm mỗi ngày ở
nhà: Bật đèn, tắt đèn, bật máy nước nóng, tắt máy nước nóng, bật – tắt hệ thống báo
động, tưới nước cho vườn cây...Thêm vào đó cịn bao nhiêu việc phải nhớ làm
như trả tiền điện, thay dầu xe, mua thêm thuốc, đón con đi học về... Sẽ thật tuyệt vời
nếu có cách nào đó giúp giải quyết tất cả những việc này? Và đó chính là tất cả
mục đích của ngơi nhà thơng minh.
Xuất phát từ những thực tiễn nói trên, em quyết định thực hiện đề tài tốt
nghiệp: “Thiết kế và thi cơng mơ hình ngơi nhà thơng minh”.

1

do an

1.2 HƯỚNG GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ
Có nhiều hướng thiết kế bộ xử lý trung tâm để điều khiển ngôi nhà gồm có:
 Dùng các IC rời.
 Dùng vi điều khiển PIC.
 Dùng vi điều khiển Arduino.
 Dùng PLC.
Nếu dùng các IC rời để xử lý thì khi thi cơng sẽ có rất nhiều board mạch để
cùng kết hợp xử lý một công việc khiến cho khối xử lý cồng kềnh, kết nối phức tạp
sau này khó mở rộng và sửa chữa.
Nếu dùng PIC thì khi muốn giao tiếp với thiết bị qua bluetooth hay wifi thì
phải thi cơng thêm một board chuyển đổi cho mỗi loại và PIC rất hạn chế việc đọc
các tín hiệu tương tự. Cịn PLC thì giá thành cao chỉ phù hợp sử dụng trong công
nghiệp.
Do đó nhóm chọn hướng giải quyết đề tài là sử dụng Arduino bởi vì phù hợp
với những tiêu chí của nhóm như là muốn tìm hiểu nghiên cứu về Arduino và quan
trọng là Arduino có khả năng kết nối được với các module Internet, Bluetooth,
WLAN, ứng dụng trên điện thoại Android với giá thành vừa phải không quá đắt
như PLC, cũng như không phải thiết kế thêm mạch chuyển đổi RS232 với nhiều
hạn chế để giao tiếp với máy tính như vi xử lý PIC. Cuối cùng vì đề tài chỉ được
lắp đặt trên mơ hình với kích thước nhỏ nên dùng Arduino là hợp lý nhất.
1.3 GIỚI HẠN CỦA ĐỀ TÀI
Trong phạm vi cho phép nhóm chỉ thi cơng ngơi nhà thơng minh trên mơ
hình. Trong thời gian thực hiện đề tài là có hạn, với lượng kiến thức được truyền đạt
trong suốt khóa học và khả năng có hạn, nhóm thực hiện đề tài chỉ giải quyết những
vấn đề sau:
 Thiết kế hệ thống báo cháy qua SMS.
 Thiết kế hệ thống cảnh báo khí gas qua SMS.

2

do an


 Thiết kế hệ thống xứ lý khi có mưa.
 Thiết kế hệ thống cửa cuốn tự động.
 Điều khiển thiết bị qua điện thoại Smartphone và qua trang web.
1.4 NỘI DUNG ĐỀ TÀI
Chương 1: Dẫn nhập
Trong chương này trình bày về kế hoạch và ý tưởng thực hiện.
Chương 2: Giới thiệu về ngôi nhà thông minh
Trong chương này, ta tìm hiểu về cách hoạt động của nhà thơng minh.
Chương 3: Cơ sở lý thuyết
Trong chương này trình bày về nguyên lý hoạt động các mạch sử dụng.
Chương 4: Thiết kế phần cứng mơ hình
Trong chương này trình bày các thiết kế chi tiết, nguyên lý hoạt động của
mạch điện, cũng như kết quả thu được.
Chương 5: Thiết kế phần mềm mơ hình
Trong chương này trình bày về lưu đồ thuật tốn và phần mềm lập trình.
Chương 6: Kết quả mơ hình thực tế
Chương này sẽ trình bày những hình ảnh thực tế từ thi cơng mơ hình.
Chương 7: Kết luận và hướng phát triển
Chương này nêu những ưu và khuyết của đề tài, khẳng định những đóng góp
của đề tài vào thực tiễn.
1.5 Ý NGHĨA THỰC TIỄN
Thiết kế mạch điều khiển thiết bị - báo động từ xa qua điện thoại di động
giúp người nghiên cứu có cái nhìn trực quan hơn với những kiến thức đã tiếp nhận,
từ đó nâng cao thêm hiệu quả nghiên cứu. Mạch điều khiển thiết bị - báo động từ xa
qua điện thoại được thiết kế từ vi điều khiển cùng với một số IC khác nên giá thành
tương đối thấp, giúp tiết kiệm được chi phí. Hệ thống có thể được ứng dụng tại nhà

riêng, cơ quan xí nghiệp trường học và đặc biệt tại những nơi nguy hiểm... giúp

3

do an


chúng ta có thể điều khiển các thiết bị theo ý muốn, đồng thời mạch cịn có chức
năng báo động từ xa qua điện thoại giúp người điều khiển kiểm sốt được thiết bị
và đề phịng cháy, trộm xảy ra.
1.6 ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU
Đề tài hướng tới một phương thức điều khiển tự động có sự kết hợp của
nhiều lĩnh vực liên quan như: tổng đài điện thoại, vi mạch điện tử… Do đó, để tạo
ra được một sản phẩm hồn thiện theo mục đích đặt ra của đề tài thì người thực hiện
cần phải tập trung nghiên cứu chủ yếu đến đối tượng: Vi mạch điện tử là một đối
tượng giữ vai trò trung tâm trong việc liên kết và xử lý tín hiệu từ các đối tượng
khác. Trong đề tài có một board mạch chính là Arduino, board này được thiết kế và
thi công từ các linh kiện điện tử đã có sẵn ngồi thị trường như: điện trở, tụ điện,
các IC số,…v…v… với sự điều khiển trung tâm là vi điều khiển. Board này khi
nhận tín hiệu từ cảm biến sẽ điều khiển nhiệm vụ được lập trình từ trước. Đối với hệ
thống báo cháy thơng qua SMS khi nhận được tín hiệu từ cảm biến, board sẽ điều
khiển phát câu thông báo cháy được ghi sẵn trong câu lệnh.
1.7 DÀN Ý, PHƯƠNG TIỆN VÀ PHƯƠNG ÁN THỰC HIỆN:
1.7.1 Dàn ý
Từ những lập luận trên, nhóm thực hiện tiến hành xây dựng đồ án với những
nội dung dàn ý như sau:
Phần viết báo cáo gồm các nội dung chính:
 Mơ hình, sơ đồ khối và phương án thiết kế.
 Lý thuyết thiết kế.
 Thiết kế phần cứng.

 Thiết kế phần mềm.
 Tóm tắt – Kết luận – Đề nghị và hướng phát triển đề tài.
Phần thi công mơ hình và mạch điện gồm:
 Thi cơng tất cả các mạch điện và mơ hình trong đồ án.

4

do an


1.7.2 Phương tiện và phương án thực hiện
Nhóm thực hiện xây dựng phương án tiến hành công việc dựa trên những
phương tiện vật chất sẵn có (máy vi tính, các dụng cụ làm mạch điện) như sau:
 Giai đoạn 1:
Tìm hiểu về các hệ thống báo trộm, báo cháy, đóng mở cửa sử dụng mật mã,
đo và hiển thị ngôi nhà cục bộ rồi đưa ra mơ hình dự kiến về thiết bị điều khiển và
giám sát ngôi nhà thông minh qua mạng điện thoại, từ đó lựa chọn ra kiểu mẫu phù
hợp nhất với khả năng để thực hiện. Sau đó, trình lên giáo viên hướng dẫn duyệt.
 Giai đoạn 2:
Sau khi đưa ra được mơ hình dự kiến, được giáo viên hướng dẫn đồng ý,
nhóm tiến hành thực hiện từng phần của mơ hình đó là :
1. Thiết kế, thi cơng mạch điện.
2. Viết chương trình và cho chạy thử nghiệm.
 Giai đoạn 3:
Thử nghiệm lại chương trình và viết báo cáo.
 Giai đoạn 4:
Kiểm tra lại toàn bộ những gì đã làm được và báo cáo với thầy hướng dẫn về
những kết quả của đề tài.
1.8 TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU TRONG VÀ NGỒI NƯỚC
 Tình hình nghiên cứu trong nước:

5

do an


Hình 1.1: Nhà thơng minh Bkav SmartHome
Bkav SmartHome là hệ thống nhà thơng minh hồn chỉnh, kết nối tất cả các
thiết bị trong ngôi nhà thành một hệ thống mạng, để có thể điều khiển chúng theo
các kịch bản thơng minh, bao gồm: hệ thống đèn chiếu sáng, rèm cửa, điều hoà
nhiệt độ, ti vi, dàn âm thanh, cảm biến mơi trường, chng cửa có hình, camera an
ninh, hàng rào điện tử, cảnh báo rị rỉ khí gas...
Trên thực tế sử dụng nhà thông minh, người dùng thường xuyên phát sinh
nhu cầu và thay đổi kịch bản sử dụng theo thời gian, hồn cảnh. Hệ thống Nhà
thơng minh Bkav SmartHome sẽ tự học lại các thay đổi và cập nhật các kịch bản
cho phù hợp. Người dùng không chỉ điều khiển ngơi nhà trực tiếp trên smartphone,
máy tính bảng bằng giao diện trực quan 3D mà cịn có thể điều khiển bằng giọng
nói thơng qua cơng nghệ trợ lý ảo.
(Theo báo điện tử của trang web www.bkav.com.vn)
 Tình hình nghiên cứu ở nước ngoài:
Đầu năm 2014, Google mua lại Nest (hãng sản xuất bộ điều khiển nhiệt độ
thông minh và thiết bị báo khói), Samsung ra mắt hệ thống nhà thơng minh khép
kín trong các thiết bị của hãng hay gần đây nhất là Apple ra mắt nền tảng ứng dụng
nhà thông minh HomeKit. Nhà thông minh của Google điều khiển các thiết bị đơn
6

do an