Hệ thống điều khiển nhà thông minh (Smarthome) qua thiết bị Smartphone

MỤC LỤC
DANH MỤC HÌNH VẼ
CHƯƠNG I
TỔNG QUAN CHUNG HỆ THỐNG SMARTHOME
I. Khái niệm nhà thông minh
1. Định nghĩa :
Ngôi nhà thông minh là ngôi nhà có các điều kiện kỹ thuật đảm bảo cuộc
sống tiện nghi tốt nhất cho con người, được tự động hóa đảm bảo các chỉ tiêu
kỹ thuật theo mong muốn của người sử dụng.
Ngôi nhà thông minh khác với ngôi nhà bình thường ở chỗ, nó là một
quá trình tích hợp của các hệ thống như hệ thống điều khiển và giám sát môi
trường hệ điều khiển đảm bảo nhiệt độ, hệ thống đảm bảo lượng gió trong
nhà, hệ thống đảm bảo ánh sáng…, mạch đóng ngắt, điều khiển cổng ra vào,
giám sát cảnh báo cháy… thành một hệ thống mạng thống nhất.
2. Ngôi nhà thông minh ở Việt Nam
Trong Triển lãm thành tựu kinh tế - xã hội Việt Nam và Thăng Long -
Hà Nội 2010, diễn ra từ ngày 1/10 đến 6/10 tại Trung tâm triển lãm Giảng Võ
- Hà Nội, Bkav đã giới thiệu Hệ thống nhà thông minh SmartHome. Đây là
một trong những công trình công nghệ cao hoàn toàn do các kỹ sư và chuyên
gia của Công ty đầu tư phát triển công nghệ ngôi nhà thông minh Bkav
SmartHome (công ty thành viên của Bkav) nghiên cứu và sản xuất.
SmartHome kết nối sản phẩm điện tử gia dụng thành mạng thiết bị và
hoạt động theo các kịch bản khác nhau nhằm tạo môi trường sống tiện nghi,
an toàn và tiết kiệm năng lượng. Chẳng hạn, khi có người bước vào nhà, hệ
thống đèn sẽ tự bật nhờ thiết bị cảm biến hồng ngoại. Đèn chiếu sáng còn có
thể điều chỉnh ánh sáng, màu sắc theo sở thích của chủ nhân. Khi thiết bị
chiếu phim hoạt động, hệ thống đèn tự động giảm độ sáng, rèm cửa cũng tự
động khép lại để tạo không khí của một phòng chiếu phim.
1
Hình 1: Giao diện điều khiển
Ngoài ra, ngôi nhà thông minh của Bkav SmartHome còn được trang bị

hệ thống kiểm soát môi trường, cảnh báo an ninh (kiểm soát các nguy cơ
cháy, nổ hay bị xâm nhập trái phép), giải trí đa phương tiện Multimedia (quản
lý thư viện âm nhạc, phim, ảnh của chủ nhà).
Để điều khiển các thiết bị điện tử gia dụng, người dùng có thể tương tác
trên giao diện cảm ứng của máy tính bảng (tablet) được đặt ở các vị trí thuận
tiện trong nhà hoặc điện thoại di động 3G.
Tùy theo nhu cầu, người sử dụng có thể cấu hình hệ thống hoạt động
theo những kịch bản bất kỳ như lập trình hẹn giờ tắt đèn khi đi ngủ, đổ thức
ăn vào bể cá khi vắng nhà, hoặc nếu quên tắt TV, bếp gas , khi tới công sở,
họ có thể gửi tin nhắn qua điện thoại di động để điều khiển thiết bị từ xa. Hiện
nay "nhà thông minh" không còn là khái niệm xa vời, đắt đỏ. Tùy theo mức
độ sử dụng mà mức giá của SmartHome sẽ dao động từ vài triệu đến vài trăm
triệu đồng.
3. Ngôi nhà thông minh Home Automation, Inc ( Viết tắt là HAI )
- Bộ điều khiển trung tâm:
Bộ điều khiển trung tâm được coi là bộ não của một hệ thống nhà thông
minh. Bộ điều khiển trung tâm phối hợp hoạt động của tất cả các hệ thống
trong nhà thông minh để các hệ thống này có thể "nói chuyện" được với nhau.
Bộ điều khiển trung tâm điều chỉnh các hệ thống an ninh, truy nhập điều
2
khiển, hệ thống làm mát, hệ thống cấp nhiệt, hệ thống chiếu sáng và hệ thống
giám sát một cách tự động để tạo ra một môi trường sống thoải mái, tiện lợi
và an toàn.
Dòng sản phẩm điều khiển trung tâm Omni của I-Solutions được tích
hợp tính năng An ninh - báo cháy, điều khiển chiếu sáng, truy nhập điều
khiển, điều khiển nhiệt độ, giám sát và âm thanh có khả năng điều khiển bằng
lập lịch hoạt động, thời gian mặt trời mọc - mặt trời lặn, điều khiển theo ngày
- ngày trong tuần cũng như điều khiển bằng các sự kiện hệ thống như : phát
hiện chuyển động, cửa bị mở, khi thay đổi chế độ hoạt động của hệ thống.
Dòng sản phẩm điều khiển trung tâm Omni được xây dựng với 3 sản

phẩm chính : Omni ProII, Omni IIe, Omni LT đáp ứng được hầu hết các yêu
cầu về quy mô, mức độ phức tạp, giá thành của hệ thống.
Omni ProII là bộ điều khiển trung tâm mạnh nhất. Omni ProII có các
tính năng mạnh mẽ và khả năng quản lý số lượng thiết bị lớn nhất. Omni
ProII được thiết kế cho biệt thự cỡ lớn và trung tâm thương mại.
Hình 2: Bộ điều khiển trung tâm Omni ProII
Omni IIe là bộ điều khiển có khả năng tích hợp với hệ thống an ninh,
3
điều khiển nhiệt độ, điều khiển chiếu sáng, hệ thống điện thoại, pin dự phòng,
Omni IIe được tích hợp 5 cổng nối tiếp với các Protocol cung cấp khả năng
tích hợp điều khiển các hệ thống khác như : hệ thống chiếu sáng Centralite,
X-10, UPB, PLCBUS, C-Bus, Litouch, Dynalite. Hệ thống âm thanh :
NUVO, Xantech, Russound, Speakercrafe.
Hình 3: Bộ điều khiển trung tâm Omni IIe
Omni IIe được tích hợp một cổng Ethernet cho phép kết nối với mạng
Internet.
Omni IIe hỗ trợ 48 phân vùng an ninh, 4 thermostats, 64 nhóm đèn, và 4
đầu đọc thẻ. Omni IIe là bộ điều khiển thiết kế cho biệt thự cỡ vừa với các
tính năng mạnh mẽ.
Omni LT là sản phẩm cuối cùng trong dòng điều khiển Omni. Omni LT
được thiết kế cho biệt thự cỡ nhỏ, căn hộ chung cư.
Hình 4: Bộ điều khiển trung tâm Omni LT
4
Omni LT là bộ điều khiển có khả năng tích hợp với hệ thống an ninh,
điều khiển nhiệt độ, điều khiển chiếu sáng, hệ thống điện thoại, pin dự phòng,
Omni LT được tích hợp 1 cổng nối tiếp với các Protocol cung cấp khả năng
tích hợp điều khiển các hệ thống khác như : hệ thống chiếu sáng Centralite,
X-10, UPB, PLCBUS, C-Bus, Litouch, Dynalite.
Omni IIe hỗ trợ 24 phân vùng an ninh, 2 thermostats, 16 nhóm đèn.
Âm nhạc – giải trí

- Hệ thống âm thanh:
Với hệ thống âm thanh đa vùng, bạn có thể nghe cùng một nguồn nhạc
tại cùng một thời điểm với mức âm lượng khác nhau tại từng phòng trong
ngôi nhà của mình. Hoặc đặt hệ thống âm thanh trong các phòng để nghe
cùng một nguồn nhạc với cùng một mức âm lượng.
Các hệ thống âm thanh đa vùng truyền thống thường yêu cầu có nhiều
thiết bị phát nhạc tại tủ trung tâm hoặc các thiết bị phát nhạc đặc chủng.
I-SOLUTIONS SMART AUDIO (ISA) thực sự là một cuộc cách mạng!
Hệ thống cho phép bạn nghe nhạc từ các thiết bị cá nhân như : laptop, ipod,
DVD .v.v.hoặc bất cứ thiết bị nghe nhạc nào mà bạn muốn mua trong tương
lai. ISA cho phép bạn đặt thiết bị phát âm thanh tại các điểm nhận nguồn âm
trong nhà và dễ dàng thayđổi thiết bị phát âm thanh mà không ảnh hưởng tới
hệ thống
ISA là một hệ thống âm thanh có tính linh động cao. hệ thống cho phép
bạn mở rộng một cách dễ dàng. Bộ âm thanh cơ bản sẽ cung cấp âm nhạc cho
4 phòng từ 4 nguồn âm nhạc khác nhau. Bạn có thể mở rộng hệ thống lên tối
đa 8 phòng với 6 nguồn âm nhạc.
5
Hình 5: Music gateway (kho lưu trữ âm nhạc)
ISA là hệ thống âm thanh có thể hoạt động độc lập hoặc tích hợp với bộ
điều khiển trung tâm để có thể hoạt động một cách tự động và gia tăng tính
năng của toàn hệ thống nhà thông minh.
- An ninh – cảnh báo:
Mỗi hệ thống điều khiển trung tâm dòng Omni của I-Solutions đều được
tích hợp tính năng an ninh, báo khói, báo cháy theo chuẩn UL- CP 01. Hệ
thống có khả năng phát hiện sự xâm nhập, khói, nhiệt, khí CO, nước và các
mối nguy hiểm khác có thể xảy ra với ngôi nhà bạn thông qua các cảm biến
có dây và không dây.
Hệ thống an ninh ISS cung cấp các tính năng điều khiển cho các thiết bị
đầu cuối không nằm trong chuẩn an ninh như : Đèn trong nhà và ngoài trời

được bật lên khi có sự kiện, báo động hoặc hệ thống điều hòa sẽ tự động tắt
khi hệ thống phát hiện có khói để không làm lan rộng khói và đám cháy.
Hệ thống an ninh ISS cho phép người dùng thay đổi các thông báo -
cảnh báo an ninh bằng hệ thống điện thoại, Email, camera giám sát theo yêu
cầu của từng khu vực cần bảo vệ. Không chỉ có bạn gọi và đăng nhập vào hệ
thống để điều chỉnh ánh sáng, nhiệt độ, thiết lập chế độ an ninh mà hệ thống
cũng có thể gọi cho bạn hoặc gửi email cho bạn để cảnh báo các mối nguy
6
hiểm đang xảy ra với ngôi nhà bạn. Hệ thống sẽ gọi và thông báo với bạn khi
trẻ nhỏ từ trường trở về nhà hoặc chế độ an ninh cao bị hủy bỏ.
Hệ thống an ninh ISS đã được chứng minh độ tin cậy cao với Pin dự
phòng trong trường hợp mất điện.
Hệ thống an ninh ISS sử dụng HAI C3 có khả năng kết nối mạng điện
thoại GSM trong trường hợp đường dây điện thoại bị cắt.
Hệ thống an ninh ISS với các camera giám sát cho phép bạn quan sát và
ghi lại hình ảnh các sự kiện xảy ra ở nhà bạn.
Hệ thống an ninh ISS cung cấp các sản phẩm truy nhập điều khiển để
bạn hạn chế quyền sử dụng tại một số khu vực như : Chỉ mở cửa vào khu vực
bể bơi với thẻ từ có quyền điều khiển. Điều này giúp hạn chế các rủi ro có thể
xảy ra với trẻ nhỏ.
Hệ thống an ninh ISS hoạt động như tai, mắt trong nhà bạn để tạo ra các
tính năng tự động như : đèn tự bật sáng, điều hòa tự bật khi có người hoặc cửa
bị mở.
Điều khiển chiếu sáng - rèm – và các phụ tải khác
Với hệ thống điều khiển chiếu sáng thông minh I-Solutions Lighting
Control (ILC) người sử dụng sẽ nhận thấy sự tiện lợi của hệ thống chiếu sáng
có tính mở rộng cao. Hệ thống điều khiển chiếu sáng sẽ làm tăng sự tiện nghi
và giá trị của ngôi nhà. Nếu được trang bị cùng hệ thống điều khiển trung tâm
và hệ thống an ninh để điều khiển ánh sáng theo lịch trình và sự kiện sẽ tiết
kiệm được một lượng lớn điện năng tiêu thụ.

I-Solutions Lighting Control (ILC) là hệ thống điều khiển chiếu sáng
thông minh linh động mềm dẻo. Vì vậy có thể thêm phòng, thêm đèn bất cứ
lúc nào và cập nhật hệ thống khi muốn thay đổi mà không cần phải đi thêm
dây điều khiển miễn là ngôi nhà đã trang bị hệ thống điện tiêu chuẩn ( Hệ
thống điện 220V-50Hz - có cấp dây trung tính về vị trí đặt công tắc điều
khiển ).Để trang bị thêm và mở rộng hệ thống, đơn giản chỉ là thay thế công
7
tắc cũ bằng bộ điều khiển đèn thông minh ILC-Smart switch.
Dòng sản phẩm điều khiển chiếu sáng ILC bao gồm : Bộ điều chỉnh độ
sáng (Dimmer), Bộ đóng cắt thông minh (Switch), Bộ điều khiển rèm
(Curtain controller), Bộ điều khiển theo kịch bản (Sence) và các module ổ
cắm (Plugin module). Bộ điều khiển theo kịch bản (ILC Sence Switch) sẽ
giúp bạn thiết lập kịch bản chiếu sáng chỉ với một lần nhấn nút bằng cách
điều khiển toàn bộ đèn trong một phòng hoặc một khu vực.
- Quản lý năng lượng:
Hệ thống cấp nhiệt và hệ thống điều hòa không khí (HVAC)
Theo các nghiên cứu về hiệu quả sử dụng năng lượng tại Mỹ thì hệ thống
HVAC chiếm 56% tổng năng lượng tiêu thụ. Nếu bạn sử dụng hệ thống quản
lý và điều khiển hệ thống HVAC Omnistats bạn sẽ giảm được chi phí năng
lượng của gia đình mình.
Omnistats điều khiển hệ thống HVAC một cách tự động với lịch hoạt
động theo ngày trong tuần và theo giờ trong ngày phù hợp với thói quen sinh
hoạt của gia đình bạn. Omnistat tự động tắt hệ thống HVAC khi bạn không có
nhà và khởi động lại hệ thống khi bạn trở về nhà.
Omnistats là sản phẩm hợp tác giữa HAI và bộ năng lượng của mỹ
nhằm tìm ra giải pháp tiết kiệm năng lượng tại nước này. Omnistats mang lại
hiệu quả tiết kiệm năng lượng cao nhất và giúp bạn có một môi trường sống
hoàn hảo.
Điều khiển độ ẩm là một tính năng quan trọng khác để tạo ra môi trường
sống thoải mái đồng thời với việc tiết kiệm năng lượng. Model RC-2000 của

dòng sản phẩm Omnistats được tích hợp cảm biến độ ẩm và tính năng điều
khiển các thiết bị tăng/giảm độ ẩm.
I-Solutions cung cấp các sản phẩm cảm biến nhiệt độ, độ ẩm làm cơ sở
để điều khiển các thông số môi trường trong nhà, hầm rượu, kho lạnh. Ngoài
ra, còn cung cấp các cảm biến nhiệt độ nước để giám sát và điều khiển nhiệt
8
độ bể bơi, spa.
Các sản phẩm Omnistat có khả năng hoạt động độc lập hoặc tích hợp với
hệ thống điều khiển trung tâm để tạo ra các tính năng điều khiển tự động.
Sử dụng hệ thống điều khiển trung tâm Omnistat có khả năng điều khiển
hệ thống HVAC theo thời gian, sự kiện hệ thống, và các thông số môi trường
đo được từ cảm biến. Hơn nữa, hệ thống điều khiển trung tâm cho phép điều
khiển hệ thống HVAC bằng điện thoại, qua Internet và các giao diện hệ thống
khác như : màn hình cảm ứng, điều khiển từ xa, smartphone .v.v.
"HAI khuyến cáo tích hợp sử dụng hệ thống HVAC Carrier
Infinity/Bryant Evolution ," Giám đốc Công nghệ, Brian Yokum nói. "Hệ
thống HVAC Carrier Infinity và Bryant Evolution tăng tính tiện nghi sử dụng
và hiệu quả năng lượng đáng kể thông qua hệ thống kiểm soát HAI."
Và còn rất nhiều hệ thống tiện ích thông minh khác nữa…
II. Thiết kế hệ thống trong nhà thông minh
1. Tiêu chuẩn ngôi nhà thông minh
Hình 6: Hình ảnh về home automation
9
Với sự phát triển không ngừng của khoa học hiện đại, con người đã ngày
càng nâng cao hơn đời sống của mình và luôn mơ ước tới một cuộc sống hiện
đại và tiện nghi nhất. Chính từ những nhu cầu đó, con người đã có rất nhiều
sáng tạo phục vụ cho cuộc sống của bản thân họ và cho toàn xã hội. Và ý
tưởng cho “ngôi nhà thông minh” cũng xuất phát từ nhu cầu thực tiễn như
vậy. Những công nghệ phục vụ cho ngôi nhà mơ ước đã có từ rất lâu nhưng
mới gần đây mới được đưa ra công bố rộng rãi. Có rất nhiều công ty đã đưa ra

giải pháp cho hệ thống ngôi nhà thông minh nhưng nói chung, tất cả đều
hướng đến các tiêu chuẩn sau đây:
- Đảm bảo an ninh, an toàn cho ngôi nhà.
- Đem lại sự thoải mái cho người sử dụng
- Cung cấp các dịch vụ giải trí chất lượng cao.
- Cung cấp khả năng giám sát, điều khiển từ xa.
- Tăng hiệu suất các hệ thống, giảm điện năng tiêu thụ.
2. Các công đoạn thiết kế một ngôi nhà thông minh
Trước tiên, bạn cần phải xác định những tính năng mà bạn muốn có cho
ngôi nhà mình. Và bạn lựa chọn cho mình một trong rất nhiều công nghệ nhà
thông minh hiện nay.Ở đây chúng ta sử dụng công nghệ truyền dẫn tín hiệu
điều khiển trên đường dây điện (Powerline-Communication - PLC) cho các
ứng dụng điều khiển chiếu sáng và các thiết bị điện khác. Công nghệ PLC
hiện nay đã được cải tiến rất nhiều so với công nghệ X10 nguyên thủy với các
biến thể : Universal Powerline Bus (UPB), Powerline communication Bus
(PLC-bus), X10-2
nd
Insteons, Leviton .v.v. sở dĩ chúng tôi lựa chọn công nghệ
PLC cho thiết kế nhà tự động vì những lợi ích to lớn mà công nghệ này đem
lại. Công nghệ PLC ngày nay đã đạt đến độ tin cậy bằng các công nghệ I-bus
( EIB, C-Bus, CE-Bus, Lonwork .v.v. ),và việc thi công với các thiết bị sử
10
dụng công nghệ PLC dễ dàng như thi công hệ thống điện thông thường. Do
vậy, sẽ tiết kiệm rất nhiều phụ kiện, tủ, cáp điện, nhân công so với sử dụng
công nghệ I-bus. Mặt khác, trong trường hợp có lỗi hệ thống nếu bạn sử dụng
thiết bị công nghệ PLC bạn vẫn sử dụng được hệ thống như hệ thống điện
bình thường trong khi bạn chờ kỹ thuật viên tới hỗ trợ bạn.
3. Xây dựng hệ thống
Mạng Lan
Để khai thác tốt nhất các tính năng của hệ thống nhà thông minh, bạn

cần xây dựng cho ngôi nhà mình một hệ thống mạng LAN tốt nhất và bạn nên
sử dụng dịch vụ Internet. Bạn nên sử dụng mạng wi-fi cho ngôi nhà mình để
bạn có thể sử dụng internet một cách thoải mái không bị vướng víu bởi dây
cáp mạng. mặt khác việc sử dụng mạng wi-fi mở ra cho bạn khả năng ứng
dụng rất lớn, vì hầu hết các thiết bị di động ngày nay đều cung cấp kết nối wi-
fi. Với một chiếc Smart phone hoặc lap-top kết nối wi-fi bạn dễ dàng điều
khiển được toàn bộ hệ thống thiết bị trong gia đình bạn, lướt web hay quan
sát hình ảnh từ các camera an ninh. Hiện nay còn có các phần mềm chạy trên
các thiết bị di động để bạn dễ dàng quản lý ngôi nhà mình qua wi-fi.
Để có một mạng LAN tốt bạn cần chuẩn bị đầy đủ các thiết bị cần có
bao gồm : Thuê bao ADSL từ các nhà cung cấp dịch vụ như FPT, Viettel,
Megavnn .v.v. Router ADSL, chuyển mạch mạng 10/100/1000 Mbps, máy
tính chủ, wi-fi access point, và các thiết bị ngoại vi như máy tính cá nhân,
smart phone .v.v. – Hình 1.7 mạng LAN là nền tảng để tích hợp hệ thống
điều khiển, hệ thống giải trí và các hệ thống khác, đảm bảo cho các hệ thống
hoạt động đồng bộ, thống nhất.
11
Hình 7: Mô hình mạng
- Hệ thống điều khiển :
Để xây dựng được một hệ thống điều khiển thực sự tốt, ổn định. Bạn cần
lựa chọn một hệ thống điều khiển chất lượng cao. Bộ điều khiển trung tâm
của HAI được trang bị các tính năng điều khiển tự động, điều khiển chiếu
sáng, an ninh, điều hòa không khí, lập lịch hoạt động .v.v. thiết lập các chế độ
hoạt động : away – đi xa, day – ban ngày, night - buổi tối, vacation - chống
trộm. Hơn nữa, bạn có thể tự tạo ra các chế độ mong muốn như : đón khách,
xem phim, ăn tối, thư giãn, nghe nhạc .v.v. với các chế độ hoạt động của hệ
thống chiếu sáng, an ninh, điều hòa phù hợp với nhu cầu sử dụng của bạn.
Hệ thống sử dụng các cảm biến tuyến tính để điều chỉnh hoạt động
của các hệ thống chiếu sáng, điều hòa, an ninh phù hợp với sự thay đổi của
môi trường xung quanh. Hệ thống được lập trình và điều khiển, quan sát

trạng thái hệ thống từ các màn hình cảm ứng, máy tính, Palmtop computer,
smartphone .v.v
12
Hình 8: Smart phone
- Công nghệ điều khiển chiếu sáng
Các thiết bị điều khiển chiếu sáng trong hệ thống nhà thông minh được
tích hợp chíp thông minh bên trong để thực hiện các lệnh điều khiển của hệ
thống điều khiển trung tâm và từ các thiết bị điều khiển khác. Trước hết bạn
lựa chọn cho mình một hệ thống điều khiển chiếu sáng tương thích với hệ
thống điều khiển trung tâm của bạn, tiếp đó bạn lựa chọn phương thức truyền
thông cho thiết bị của ngôi nhà bạn. Hiện nay có 2 phương thức truyền thông
chủ yếu là không dây và có dây.
Với phương thức truyền thông không dây bằng sóng RF bạn dễ dàng lắp
đặt và thay đổi vị trí thiết bị trong ngôi nhà mình. Nhưng nhược điểm lớn nhất
của phương thức truyền thông không dây là tín hiệu không truyền được đi xa
và nhất là với thiết kế kiến trúc ở việt nam, tín hiệu điều khiển bị lớp tường,
bê tông dày ngăn cản, hấp thụ. Nên tín hiệu điều khiển không được ổn định,
dẫn đến điều khiển không chính xác. Một số chuẩn điều khiển thông qua sóng
RF điển hình là : Z-wave (Zensys), RadioRA (Lutron), Vizia RF (ACT) .
Với phương thức truyền thông có dây bạn có hai lựa chọn :
13
Phương thức truyền thông bằng đường điều khiển riêng rẽ thường được
gọi là I-Bus như : EIB, C-Bus, lonwork .v.v. với phương thức truyền thông
bằng đường điều khiển riêng rẽ tín hiệu điều khiển được đảm bảo độ tin cậy
rất cao 99,99%. Nhưng nhược điểm của hệ thống xây dựng bằng các thiết bị
I-Bus là bạn phải đi đường điều khiển đến từng thiết bị, bạn sẽ gặp rất nhiều
khó khăn khi thay đổi vị trí thiết bị. Mặt khác, các thiết bị I-Bus có giá thành
khá cao do thiết kế có công suất lớn. Do vậy các thiết bị I-Bus chỉ phù hợp
với điều khiển chiếu sáng công nghiệp. Một số hãng sản xuất thiết bị I-Bus
điển hình là : ABB, Clipsal, Hager, EDT, Legrand .v.v.

Phương thức truyền thông bằng dây dẫn thứ hai là công nghệ truyền tín
hiệu điều khiển trên đường dây điện thường gọi là công nghệ PowerLine
Communication (PLC). Được ra đời và phát triển từ những thập niên 80 của
thế kỷ 20 tại mỹ, với dự án thử nghiệm truyền tải thông tin trên đường dây
điện mang tên là X-10. Kể từ đó hàng loạt các thiết bị điều khiển sử dụng
đường dây điện mang tên dự án X10 đã ra đời. X10 đã sớm có mặt tại việt
nam từ đầu năm 2000. Nhưng do các nhà cung cấp tại việt nam đã không xây
dựng được một giải pháp tổng thể, đặc biệt là các hệ thống đều thiếu thiết bị
điều khiển trung tâm chuyên dụng, nên vô hình chung đã biến các thiết bị X-
10 trở thành một hệ thống không có nhiều tính năng ưu việt hơn hệ thống điện
thông thường, nên hệ thống X-10 đã không trở thành một hệ thống điều khiển
phổ biến tại việt nam. Hiện nay đã đưa thiết bị điều khiển trung tâm vào thiết
kế hệ thống nhà thông minh để khai thác tối đa các tính năng ưu việt của hệ
thống chiếu sáng sử dụng công nghệ
truyền tín hiệu điều khiển trên đường dây điện. Phương thức truyền tín
hiệu điều khiển trên đường dây điện có được ưu điểm của phương thức truyền
tin có dây và không dây là : vừa có độ tin cậy cao, vừa dễ dàng lắp đặt.
Ở việt nam khi nhắc tới phương pháp truyền tín hiệu điều khiển trên
14
đường dây điện thì chúng ta thường nghĩ ngay tới X10. nhưng trên thực tế các
sản phẩm
sử dụng công nghệ X10 truyền thống hiện nay không còn nữa mà thay
vào đó là các sản phẩm được sử dụng công nghệ cao hơn X10 rất nhiều.
Trong số đó có X10-2nd ( X10 thế hệ thứ 2 ), UPB, PLC-Bus là những chuẩn
truyền tín hiệu điều khiển trên đường dây điện đảm bảo độ tin cậy ngang với
các thiết bị I-Bus (99,98%) và có tốc độ truyền tin nhanh.
X10-2
nd
: Là sản phẩm của tập đoàn sản xuất thiết bị điều khiển chiếu
sáng BMB electronic có trụ sở tại Hà Lan. Các sản phẩm này hoàn toàn tương

thích với các thiết bị điều khiển trung tâm của HAI, Honeywell, Home-seer,
Crestron, 4control, M-Gold .v.v. Nhược điểm của hệ thống này là cần có bộ
lọc nhiễu.
UPB : UPB (Universal PowerLine Bus) được phát triển bởi PCS-
lightingcontrol tại mỹ. hệ thống này có độ bảo toàn thông tin rất cao
(99,99%), tốc độ truyền tín hiệu điều khiển rất nhanh, không cần bộ lọc nhiễu.
UPB tương thích với các thiết bị điều khiển trung tâm của HAI, Honeywell,
Home-seer, Crestron, 4control, M-Gold .v.v. Nhưng đáng tiếc, UPB vẫn chưa
có sản phẩm cho hệ thống điện 220v-50Hz tại việt nam.
PLC-Bus : PLC-Bus là sản phẩm của tập đoàn ATS Hà Lan. PLC-Bus
được ví như UPB dành cho mạng điện 220v-50Hz. PLC-bus có độ bảo toàn
thông tin 99,99%, tốc độ truyền tín hiệu ngang với UPB, và cũng không cần
bộ lọc nhiễu. mặt khác, ATS Hà lan đã chọn Trung Quốc là nơi đặt nhà máy
OEM (lắp ráp, tạo mẫu mã sản phẩm từ các module tích hợp sẵn của ATS)
nhằm giảm chi phí trong quá trình sản xuất mà vẫn đảm bảo được chất lượng
cho sản phẩm. Do đó, giá thành của PLC-bus đã giảm hơn rất nhiều so với
các sản phẩm UPB sản xuất tại mỹ, hợp với túi tiền người việt nam. Các sản
15
phẩm PLC-Bus tương thích với các thiết bị điều khiển trung tâm của HAI,
Honeywell, Home-seer, Crestron, 4control, M-Gold .v.v.
- Thiết bị điều khiển chiếu sáng
Có 2 loại thiết bị điều khiển chiếu sáng :
• Thiết bị đóng cắt (SWITCH-ON/OFF) : Thiết bị này sử dụng cho mọi
loại đèn và một số thiết bị điện khác. Cường độ dòng điện định mức của thiết
bị này dao động trong khoảng 5A - 25A.
• Thiết bị thay đổi độ sáng đèn (DIMMER): Thiết bị này cho phép
tăng/giảm, đặt độ sáng phù hợp với nhu cầu sử dụng của bạn, do đó giúp bạn
tiết kiệm điện năng. Thiết bị này chỉ sử dụng cho đèn sợi đốt, đèn halogen
.v.v. công suất định mức của thiết bị này dao động từ 250W-700W.
Bộ điều khiển chiếu sáng

Hình 9: Bộ điều khiển chiếu sáng HAI OmniBus
HAI OmniBus là sự kết hợp lợi ích của hệ thống điều khiển chiếu sáng
sự linh hoạt của hệ thống điều khiển phân tán. Nó có khả năng điều khiển 256
16
nhóm đèn, quạt, rèm, bơm, và rất nhiều các thiết bị khác
Bộ điều khiển chiếu sáng OmniBus có thể hoạt động độc lập hoặc tích
hợp với bộ điều khiển trung tâm. Bộ điều khiển trung tâm có khả năng thay
đổi tùy chỉnh chiếu sáng theo thời gian trong ngày, tạo ra lịch hoạt động, sử
dụng các thay đổi sự kiện của hệ thống để điều khiển đèn chiếu sáng
Thiết bị giao tiếp người sử dụng
Để điều khiển hệ thống, bạn cần trang bị cho hệ thống của mình một số
thiết bị giao tiếp người sử dụng. Chúng tôi khuyên bạn nên sử dụng màn hình
cảm ứng để theo dõi và điều khiển toàn bộ các thiết bị trong nhà của mình.
Hình 10: Màn hình cảm ứng và rất dễ sử dụng
Phần mềm điều khiển :
Hiện nay có một số phần mềm điều khiển chuyên dụng để bạn quản lý
ngôi nhà mình một cách dễ dàng. Dưới đây là một số phần mềm mà bạn có
thể lựa chọn :
1. SNAP –LINK :
Snap-link cho phép bạn điều khiển và theo dõi trạng thái của các thiết bị
trong gia đình bạn. Snap-Link không cần phải cài đặt, truy nhập trực tiếp và
khối điều khiển trung tâm thông qua kết nối Ethernet. Snap-Link cài trực tiếp
17
lên PC, Lap-top. Với Snap-link và Lap-top kết nối wi-fi bạn dễ dàng điều
khiển, và kiểm soát mọi thiết bị trong nhà mình.
Hình 11: Giao diện người dùng của snap-link.
WEB-LINK II :
18
Hình 12: Giao diện web
Lắp đặt hệ thống :

Nên chọn khu vực đặt bộ điều khiển trung tâm ở tầng hầm. vì ở khu vực
này là nơi cần phải bảo vệ nhiều nhất, và cũng là khu vực không ảnh hưởng
tới sinh hoạt hàng ngày. Nếu nhà không có tầng hầm, có thể tìm một vị trí
thuận lợi nhất, tránh các tác động của môi trường tới hệ thống, tiết kiệm cáp
nối, dễ dàng lắp đặt và bảo trì.
4. Hướng thực hiện đề tài
Nhìn chung thì những công nghệ sử dụng làm giải pháp cho ngôi nhà
thông minh hiện nay đem lại một sự tiện ích vô cùng to lớn. Với những công
nghệ tiên tiến như vậy, ngôi nhà không còn là một vật vô tri vô giác mà hình
như nó đã có cảm giác và có sự quan hệ mật thiết với gia chủ. Bên cạnh
những thành tựu to lớn đó thì các giải pháp ngôi nhà thông minh cho dù là do
các tập đoàn lớn hay các doanh nghiệp nhỏ cung cấp đều phụ thuộc khá nhiều
vào chất lượng dịch vụ viễn thông, bao gồm mạng điện thoại và Internet tốc
19
độ cao. Một khi hai dịch vụ này không ổn định thì việc truy nhập điều khiển
từ xa của người sử dụng chắc chắn bị hạn chế rất nhiều.
Như đã nói ở trên về công nghệ truyền dẫn tín hiệu điều khiển trên
đường dây điện lực – công nghệ PLC có ưu điểm là vừa có độ tin cậy cao
(99,98%), vừa dễ dàng lắp đặt.Xong nó cũng có những hạn chế nhất định .
Đường dây truyền tải điện không phải được thiết kế dành cho truyền dữ liệu,
do đó có rất nhiều vấn đề cần được khắc phục. Công suất nhiễu trên đường
dây điện lực là tập hợp tất cả các nhiễu loạn khác nhau thâm nhập vào đường
dây và vào máy thu. Các tải được kết nối vào mạng như ti vi, máy tính, máy
hút bụi… phát nhiễu và truyến bá qua đường dây điện; các hệ thống truyền
thông khác cũng có thể đưa thêm nhiễu vào máy thu.
Đường dây điện được ra đời phục vụ cho việc truyền năng lượng điện
chứ không nhằm mục đích truyền thông tin. Khi đưa thông tin truyền trên đó,
ta sẽ gặp phải rất nhiều yếu tố gây nhiễu cho tín hiệu. Thực tế, đường dây
điện lực là một môi trường truyền thông rất nhạy cảm, đặc tính của kênh thay
đổi theo thời gian tùy thuộc vào tải và vị trí, cho đến nay các đặc tính cụ thể

của kênh vẫn là những vấn đề được nghiên cứu nhằm đưa ra các giải pháp xử
lý hiệu quả.
Có thể điều khiển ngôi nhà thông minh sử dụng PLC (bộ điều khiển khả
trình Programable Logic Controller) là một phương pháp ít được nghĩ tới. Và
cũng có thể mọi người nghĩ rằng đó là một giải pháp chưa được tối ưu. Nhưng
như đã phân tích ở trên, các giải pháp cho dù là do các doanh nghiệp lớn trên
thế giới đưa ra cũng còn có những hạn chế của nó. Mỗi giải pháp đều có
những ưu điểm, nhược điểm riêng, chính vì vậy, giải pháp mà em đưa ra trong
đồ án thực hiện lần này cũng không thể tránh khỏi những hạn chế. Song em
đã cố gắng phát huy tối đa những ưu điểm của bộ PLC để thiết kế một mô
hình ngôi nhà thông mình theo cách của riêng mình.
20
CHƯƠNG II
HỆ THỐNG SMARTHOME
I. Hệ thống chiếu sáng
Tùy theo loại ngôi nhà, yêu cầu của từng người, giới hạn về kiến trúc và
nhiều yếu tố khác, có thể tổ chức hệ thống điều khiển và tự động hóa theo các
phương pháp phù hợp. Yếu tố chung nhất cần đảm bảo là tính linh hoạt cho
các nhu cầu thiết kế khác nhau. Có ba phương pháp thiết kế chiếu sáng:
+ Thiết kế tập trung : Hệ thống thiết kế tập trung khi mọi mạch điện
220V đều bắt nguồn từ một tủ điều khiển và hoạt động theo sự điều khiển của
một hệ thống điều khiển trung tâm.
+ Thiết kế phân tán :sử dụng khi mà các bộ đèn được thiết kế theo yêu
cầu của từng khu vực trong nhà, hoặc dùng một chuỗi các bộ đèn đồng nhất
và điều chỉnh công suất chiếu sáng của từng bộ đèn sao cho tương thích với
21
yêu cầu chiếu sáng của từng khu vực.
+ Thiết kế lai ghép - Kết hợp tập trung và phân tán
Thiết kế chiếu sáng là sự kết hợp của cả khoa học và nghệ thuật. Trong
phạm vi đồ án này, em xin tập trung vào khía cạnh khoa học hay nói cách

khác là về phương diện cách thức điều khiển ánh sáng và ứng dụng của chúng
trong cuộc sống thực tế. Một thiết kế chiếu sáng tốt cần phải thỏa mãn một số
tiêu chí sau:
Cung cấp đủ sáng phù hợp với từng yêu cầu của mỗi vị trí trong ngôi nhà.
- Đảm bảo chất lượng chiếu sáng .
- Đáp ứng được chi phí.
- Quan tâm đến tính thẩm mỹ của các đèn được lựa chọn.
- Hệ thống quản lý chiếu sáng theo yêu cầu của ánh sáng môi trường
- Tiết kiệm tối đa năng lượng tiêu thụ .
- Có tính đến những vấn đề liên quan đến bảo dưỡng hệ thống bao gồm
lắp đặt các đèn và dễ dàng trong việc làm sạch hệ thống
Các khái niệm cơ bản về ánh sáng
- Ánh sáng: là từ phổ thông dùng để chỉ các bức xạ điện từ có bước
sóng nằm trong vùng quang phổ nhìn thấy được bằng mắt thường (tức là từ
khoảng 400 nm đến 700 nm). Giống như mọi bức xạ điện từ, ánh sáng có thể
được mô tả như những đợt sóng hạt chuyển động gọi là photon. Ánh sáng do
Mặt Trời tạo ra còn được gọi là ánh nắng(hay còn gọi là ánh sáng trắng bao
gồm nhiều ánh sáng đơn sắc biến thiên liên tục từ đỏ đến tím); do Mặt Trăng
tạo ra còn được gọi là ánh trăng; do đèn tạo ra còn được gọi là ánh đèn; do
các loài vật phát ra gọi là ánh sáng sinh học.
"Ánh sáng lạnh" là ánh sáng có bước sóng tập trung gần vùng quang phổ
22
tím. "Ánh sáng nóng" là ánh sáng có bước sóng nằm gần vùng đỏ. Ánh sáng
có quang phổ trải đều từ đỏ đến tím là ánh sáng trắng; còn ánh sáng có bước
sóng tập trung tại vùng quang phổ rất hẹp gọi là "ánh sáng đơn sắc".
-Lumen: Đơn vị của quang thông; thông lượng được phát ra trong phạm
vi một đơn vị góc chất rắn bởi một nguồn điểm với cường độ sáng đều nhau
là một Candela. Một lux là một lumen trên mỗi mét vuông. Lumen (lm) là
đương lượng trắc quang của Oát, được tăng lên để phù hợp với phản ứng mắt
của “người quan sát chuẩn” 1 W = 683 lumen tại bước sóng 555 nm.

- Hiệu suất tải lắp đặt: Đây là độ chiếu sáng duy trì trung bình được
cung cấp trên một mặt phẳng làm việc ngang trên mỗi Oát công suất với độ
chiếu sáng nội thất chung được thể hiện bằng lux/W/m².
- Lux: Đây là đơn vị đo theo hệ mét cho độ chiếu sáng của một bề mặt.
Độ chiếu sáng duy trì trung bình là các mức lux trung bình đo được tại các
điểm khác nhau của một khu vực xác định. Một lux bằng một lumen trên mỗi
mét vuông.
- Độ cao lắp đặt: Độ cao của đồ vật hay đèn so với mặt phẳng làm việc.
- Hiệu suất phát sáng danh nghĩa: Tỷ số giữa công suất lumen danh
nghĩa của đèn và tiêu thụ điện danh nghĩa, được thể hiện bằng lumen trên oát.
- Hiệu suất tải mục tiêu: Giá trị của hiệu suất tải lắp đặt được xem là có
thể đạt được với hiệu suất cao nhất, được thể hiện bằng lux/W/m².
- Hệ số sử dụng (UF): Đây là tỷ lệ của quang thông do đèn phát ra tới
mặt phẳng làm việc. Đây là đơn vị đo thể hiện tính hiệu quả của sự phối hợp
chiếu sáng.
- Quang thông và cường độ sáng: Đơn vị quốc tế của cường độ sáng I
là Candela (cd). Một lumen bằng quang thông chiếu sáng trên mỗi mét vuông
(m2) của một hình cầu có bán kính một mét (1m) khi một nguồn ánh sáng
23