ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP_ĐIỀU KHIỂN NGÔI NHÀ THÔNG MINH QUA SMARTPHONE

i

LỜI MỞ ĐẦU
Trong những năm gần đây, ngôi nhà thông minh (smart home) đã xuất hiện và
đƣợc ứng dụng rộng rãi trong cuộc sống từ những khách sạn hay resort sang trong cho
đến những ngôi nhà hiện đại đều đƣơc lắp đặt hệ thống điều khiển thông minh. Theo
xu hƣớng phát triển đó, em quyết định lựa chọn thực hiện nghiên cứu đề tài: “THIẾT
KẾ & THI CÔNG NGÔI NHÀ THÔNG MINH”
Ngoài việc hoàn thành đồ án tốt nghiệp với những công việc trên đây thì nó
còn có ý nghĩa sâu sắc đối với sinh viên thực hiện. Một lần nữa sinh viên đƣợc thực
hành những kiến thức học đƣợc từ ghế nhà trƣờng sẽ giúp hình thành những sản phẩm
công nghiệp, đƣợc sử dụng, cầm tay lắp những cảm biến mà từ trƣớc chỉ nằm trên
trang giấy. Trong quá trình tiến hành không thể không gặp những khó khăn vấp phải,
do đó kích thích sinh viên tƣ duy để tìm ra phƣơng án tối ƣu 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 không thể tránh khỏi những thiếu sót. Do đó rất mong sự chỉ bảo
thêm của quý thầy cô cũng nhƣ những đóng góp của các bạn sinh viên.
Xin chân thành cảm ơn!
Chủ nhiệm đề tài



ii

LỜI CẢM ƠN
Sau một thời gian học tập và nghiên cứu nhóm thực hiện đề tài đã hoàn
thành đề tài nghiên cứu khoa học đƣợc giao. Em xin chân thành gửi lời cám ơn
đến:
Ban Giám Hiệu, Các cán bộ công nhân viên nhà trƣờng đã giúp đỡ em trong

suốt thời gian học tập tại trƣờng.
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 Trƣờng Duy, ngƣời trực tiếp
hƣớng dẫn đề tài nghiên cứu khoa học 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.

Chủ nhiệm đề tài






iii

MỤC LỤC
LỜI MỞ ĐẦU i
LỜI CẢM ƠN ii
MỤC LỤC iii
DANH MỤC NHỮNG TỪ VIẾT TẮT ix
THÔNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI x
CHƢƠNG I: DẪN NHẬP 1
1.1 TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU 1
1.2 HƢỚNG GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ 2
1.3 GIỚI HẠN CỦA ĐỀ TÀI 2
1.4 NỘI DUNG ĐỀ TÀI 2
1.5 Ý NGHĨA THỰC TIỄN 3
CHƢƠNG II: CƠ SỞ LÍ LUẬN 4

2.1 ĐỐI TƢỢNG NGHIÊN CỨU: 4
2.2 DÀN Ý, PHƢƠNG TIỆN VÀ PHƢƠNG ÁN THỰC HIỆN: 4
CHƢƠNG 3: TỔNG QUÁT VỀ NGÔI NHÀ THÔNG MINH 6
3.1 KHÁI NIỆM VỀ HỆ THỐNG NGÔI NHÀ THÔNG MINH 6
3.2 CÁC CHỈ TIÊU KỸ THUẬT CỦA NGÔI NHÀ THÔNG MINH 7
3.2.1 Chỉ tiêu về ánh sáng 7
3.2.2 Chỉ tiêu về thông gió 7
3.2.3 Chỉ tiêu về nhiệt độ 7
3.2.4 Chỉ tiêu về an toàn 7
3.3 CÁC THÀNH PHẦN CỦA MỘT HỆ THỐNG NHÀ THÔNG MINH 7
3.4 NGUYÊN LÍ HOẠT ĐỘNG 8
CHƢƠNG 4: CÁC LINH KIỆN SỬ DỤNG 10
4.1 ARDUINO MEGA 2560 11
4.1.1 Giới thiệu chung về Arduino 11
4.1.2 Giới thiệu về board Arduino Mega 2560 12

iv

4.1.3 Vi điều khiển Atmega2560 14
4.1.4 Tổ chức bộ nhớ 16
4.1.5 Nguồn cấp 17
4.1.8 USB bảo vệ quá dòng 18
4.2 LCD 16X2 18
4.3 BÀN PHÍM MA TRẬN 4X4 20
4.4 MODULE CẢM BIẾN SIÊU ÂM HC-SRF05 21
4.5 CẢM BIẾN CHUYỂN ĐỘNG PIR 23
4.5.1 Khái niệm cảm biến PIR 23
4.5.2 Nguyên lý làm việc 24
4.6 MODULE CẢM BIẾN MƢA 25
4.7 MODULE GSM/GPRS SIM 900 27

4.7.1 Giới thiệu tổng quan về GSM 27
4.7.1.1 Khái niệm GSM 27
4.7.1.2 Lịch sử phát triển của GSM 27
4.7.1.3 Cấu trúc mạng di động 27
4.7.2.1 Tổng quan về Sim900 29
4.7.2.2 Khảo sát sơ đồ chân sim 900 30
4.7.2.3 Module sim 900 31
4.7.2.4 Các chế độ hoạt động của Module sim 900 32
4.7.2.5 Các tập lệnh AT test Module sim900 33
4.7.2 Module Sim 900 33
4.7.3 Tổng quan về tin nhắn SMS 33
4.8 CẢM BIẾN KHÍ GAS MQ2 34
4.8.1 Giới thiệu 34
4.8.2 Sơ đồ mạch cảm biến MQ2 36
4.9 CÁC LINH KIỆN KHÁC 37
CHƢƠNG 5: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MÔ HÌNH 38

v

5.1 THIẾT KẾ PHẦN CỨNG MÔ HÌNH 38
5.1.1 Sơ đồ ngôi nhà 38
5.1.2 Chức năng các khối 39
5.1.2.1 Mạch nguồn 39
5.1.2.2 Khối cảm biến nhiệt 41
5.1.2.3 Khối hiển thị LCD 42
5.1.2.4 Khối báo động 43
5.1.2.5 Khối cảm biến tín hiệu tƣơng tự 44
5.1.2.6 Khối động lực 45
5.1.2.7 Mạch nguyên lý hoàn chỉnh: 47
5.2 THIẾT KẾ PHẦN MỂM MÔ HÌNH 48

5.2.1 Phần mềm ARDUINO IDE 1.5.4 48
5.1.2 Các phần mềm lập trình Android 49
CHƢƠNG 6: LƢU ĐỒ GIẢI THUẬT 51
6.1 LƢU ĐỒ CHƢƠNG TRÌNH CHÍNH 51
6.2 LƢU ĐỒ CẢM BIẾN KHÍ GAS 52
6.3 MỘT SỐ HÌNH ẢNH THỰC TẾ 54
CHƢƠNG 7: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 55
7.1 KẾT LUẬN 55
7.2 KIẾN NGHỊ 55
TÀI LIỆU THAM KHẢO 56
PHỤ LỤC 57







vi


MỤC LỤC HÌNH
Hình 3.1: Sơ đồ khối hệ thống nhà thông minh 9
Hình 4.1: Ảnh bo mạch Arduino đời đầu sử dụng cổng RS232 11
Hình 4.2: Board Arduino Mega 2560 13
Hình 4.3: Sơ đồ vi điều khiển Atmega2560 14
Hình 4.4 : Sơ đồ khối của Arduino Mega 2560 15
Hình 4.5: Sơ đồ khối cấu trúc của AVR 16
Hình 4.6: Sơ đồ chân LCD và hình ảnh thực tế 19
Hình 4.7: Sơ đồ chân và hình ảnh thực tế của bàn phím ma trận 4x4 20

Hình 4.8: Sơ đồ kết nối của bàn phím ma trận 4x4 21
Hình 4.9: Hình ảnh của cảm biến siêu âm SRF-05 21
Hình 4.10: Biểu đồ xung SRF-05 22
Hình 4.11: Đầu dò PIR D203B và lăng kính Fresnel 24
Hình 4.12: Sơ đồ hoạt động của cảm biến PIR 25
Hình 4.13: Hình ảnh thực tế của cảm biến mƣa 25
Hình 4.14: Sơ đồ cấu tạo của module cảm biến mƣa 26
Hình 4.15: Cấu trúc mạng thông tin di động Error! Bookmark not defined.
Hình 4.16: Sim 900 29

vii

Hinh 4.17: Sơ đồ chân Sim 900 30
Hình 4.18: Module Sim 900 thực tế 31
Hình 4.19: Cảm biến khí gas MQ2 và sơ đồ chân 35
Hình 4.20 : Sơ đồ mạch MQ2 36
Hình 4.21: Transistor 37
Hình 5.2 : Nguồn máy tính 39
Hình 5.1 : Sơ đồ thiết bị trong ngôi nhà 38
Hình 5.3 Mạch cảm biến nhiệt LM35 41
Hình 5.4: Sơ đồ chân LCD 42
Hình 5.5: Khối báo động 44
Hình 5.6 : Sơ đồ kết nối cảm biến tƣơng tự 45
Hình 5.7: Động cơ servo SG90 46

viii


LIỆT KÊ BẢNG
Bảng 1: Các thông số kỹ thuật của Arduino Mega 2560 13
Bảng 2: Bảng mô ta chân LCD 19
Bảng 3: Thông số kỹ thuật của SRF-05 22
Bảng 4:Các chân của bộ nguồn 422














ix

DANH MỤC NHỮNG TỪ VIẾT TẮT

ADC (Analog Digital Converter) bộ chuyển đổi tín hiệu analog sang digital
EIR ( Equipment Indentity Register) Thanh ghi định dạng thiết bị

IDE (Integrated development environment) Môi trƣờng lập trình
LCD (Liquid crystal display) màn hình tinh thể lỏng
LED (Light Emitting Diode) đèn điốt phát quang
GSM ( Global System for Mobile Communication) Mạng thông tin toàn cầu
TDMA (Time Division Multiple Access) Phân chia các truy cập theo thời gian

x

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƢỜNG ĐH SƢ PHẠM KỸ THUẬT TPHCM

THÔNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI
1. Thông tin chung:
- Tên đề tài: Ngôi nhà thông minh
- SV thực hiện Mã số SV:
- SV thực hiện: Mã số SV:
- Lớp: Khoa: Năm thứ: Số năm đào tạo:
- Ngƣời hƣớng dẫn:
2. Mục tiêu đề tài:
Thiết kế mô hình ngôi nhà thông minh

3. Tính mới và sáng tạo:
Điều khiển thiết bị thông qua điện thoại di động

4. Kết quả nghiên cứu:
Thi công hoàn tất mô hình và đã nghiên cứu cách điều khiển thiết bị qua di động.

5. Đóng góp về mặt giáo dục và đào tạo, kinh tế - xã hội, an ninh, quốc phòng và
khả năng áp dụng của đề tài:
Đƣa những kiến thức về cảm biến đến gần với mọi ngƣời hơn và từ mô hình có thể sử
dụng lắp vào nhà thật khi hợp tác với các nhà thầu xây dựng.

6. Công bố khoa học của SV từ kết quả nghiên cứu của đề tài (ghi rõ tên tạp chí
nếu có) hoặc nhận xét, đánh giá của cơ sở đã áp dụng các kết quả nghiên cứu (nếu có):

Ngày tháng năm

SV chịu trách nhiệm chính
thực hiện đề tài
(kí, họ và tên)



Nhận xét của ngƣời hƣớng dẫn về những đóng góp khoa học của SV thực hiện đề
tài (phần này do người hướng dẫn ghi):


Ngày tháng năm
Xác nhận của Trƣờng
(kí tên và đóng dấu)
Ngƣời hƣớng dẫn
(kí, họ và tên)

1

CHƢƠNG I: DẪN NHẬP
1.1 TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU
Ngày nay, với sự phát triển mạnh mẽ vƣợt bậc của Khoa học kỹ thuật, vi
điều khiển AVR và PIC ngày càng thông dụng hơn, nhƣng có thể nói sự xuất hiện
của Arduino vào năm 2005 tại Italia đã mở ra một hƣớng đi mới cho vi điều
khiển. Sự xuất hiện của Arduino đã hỗ trợ cho con ngƣời rất nhiều trong lập trình
và thiết kế, nhất là đối với những ngƣời mới bắt đầu tìm tòi về vi điều khiển mà
không có nhiều kiến thức về lập trình và điện tử. Phần cứng của thiết bị đã đƣợc
tích hợp nhiều chức năng cơ bản và là mã nguồn mở với ngôn ngữ C cùng thƣ

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
thông minh , ngành tự động hóa đã phát triển tạo ra bƣớc ngoặt quan trọng trong
lĩnh vực ngôi nhà thông minh phục vụ nhu cầu ngày càng cao của con ngƣời trong
đời sống. Tại Việt Nam đã bắt đầu có nhiều công ty chuyên lắp đặt ngôi nhà hoặc
hệ thống thông minh trong đó phải kể đến công 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 nƣớc.
Hãy nghĩ về tất cả những gì lặp đi lặp lại bạn phải làm mỗi ngày ở nhà mình :
Bật đèn, tắt đèn, bật máy nƣớc nóng, tắt máy nƣớc nóng, bật – tắt hệ thống báo
động, tƣới nƣớc cho vƣờn cây….Thêm vào đó còn bao nhiêu việc bạn phải nhớ
làm nhƣ trả tiền điện, thay dầu xe, mua thêm thuốc, đón con đi học về….Sẽ thật
tuyệt vời nếu có cách nào đó giúp bạn giải quyết tất cả những việc này? Và đó
chính là tất cả mục đích của Nhà thông minh/Tự động hóa.
Xuất phát từ những thực tiễn nói trên, nhóm quyết định thực hiện đề tài nghiên
cứu khoa học: “Ngôi nhà thông minh “ .


2

1.2 HƢỚNG GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ
Có nhiều hƣớng thiết kết bộ xử lý trung tâm để điều khiển ngôi nhà gồm có :
 Dùng các IC rời.
 Dùng PIC.
 Dùng Arduino.
 Dùng PLC.
Ở đây, nhóm đã chọn hƣớng giải quyết đề tài là sử dụng Arduino vì phù hợp với
những tiêu chí của nhóm nhƣ là muốn tìm hiểu nghiên cứu về Arduino hoặc quan
trọng là Arduino có khả năng kết nối đƣợc với các module Internet, Android với giá

thành vừa phải không quá tẩm tay nhƣ PLC, cũng nhƣ không phải thiết kế thêm mạch
chuyển đổi RS232 để giao tiếp với máy tính nhƣ EPROM. Và vì đề tài chỉ đƣợc lắp
đặt trên mô hình với kích thƣớc nhỏ nên dùng Arduino là hợp lý nhất.
1.3 GIỚI HẠN CỦA ĐỀ TÀI
Trong phạm vi cho phép nhóm chỉ thi công ngôi nhà thông minh trên mô hình.
Trong thời gian thực hiện đề tài là có hạn, với lƣợng kiến thức đƣợc 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
 Thiết kế hệ thống cảnh báo mƣa
 Thiết kế hệ thống đèn, cửa , quạt tự động

1.4 NỘI DUNG ĐỀ TÀI
Chương 1: Dẫn nhập
Chương 2 : Cơ sở lý luận

3

Chƣơng này trình bày về kế hoạch và ý tƣởng thực hiện
Chương 3: Giới thiệu ngôi nhà thông minh
Trong chƣơng này, ta tìm hiểu về cách hoạt động của nhà thông minh
Chương 4: Các linh kiện sử dụng
Chương 5: Thiết kế và thi công mô hình
Chƣơng này trình bày các thiết kế chi tiết, nguyên lý hoạt động của mạch điện, cũng
nhƣ kết quả thu đƣợc
Chương 6:Giải thuật
Chương 7: Kết luận và kiến nghị
Chƣơng này nêu những ƣu và khuyết của đề tài, khẳng định những đóng góp của đề
tài vào thực tiễn. Đồng thời cũng đƣa ra các đề nghị hƣớng phát triển cho đề tài.

1.5 Ý NGHĨA THỰC TIỄN
Thiết kế mạch điều khiển thiết bị - báo động từ xa qua điện thoại di động
giúp ngƣời 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 đƣợc thiết kế từ vi điều khiển cùng với một số IC khác
nên giá thành tƣơng đối thấp, giúp tiết kiệm đƣợc chi phí. Hệ thống có thể đƣợc
ứng dụng tại nhà riêng, cơ quan xí nghiệp trƣờng học và đặc biệt tại những nơi
nguy hiểm…giúp chúng ta có thể điều khiển các thiết bị theo ý muốn, đồng thời
mạch còn có chức năng báo động từ xa qua điện thoại giúp ngƣời điều khiển
kiểm soát đƣợc thiết bị và đề phòng cháy, trộm xảy ra.




4

CHƢƠNG II: CƠ SỞ LÍ LUẬN
2.1 Đối tƣợng nghiên cứu:
Đề tài hƣớng tới một phƣơng thức điều khiển tự động có sự kết hợp của nhiều lĩnh
vực liên quan nhƣ: tổng đài điện thoại, vi mạch điện tử …Do đó, để tạo ra đƣợc một
sản phẩm hoàn thiện theo mục đích đặt ra của đề tài thì ngƣời thực hiện cần phải tập
trung nghiên cứu chủ yếu đến đối tƣợng: Vi mạch điện tử: là một đối tƣợng giữ vai trò
trung tâm trong việc liên kết và xử lý tín hiệu từ các đối tƣợng khác. Trong đề tài có 1
board mạch chính là Arduino, board này đƣợc thiết kế và thi công từ các linh kiện
điện tử đã có sẵn ngoài thị trƣờng nhƣ: 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 đƣợc lập trình từ trƣớc. Đối với hệ thống báo cháy thông qua SMS khi
nhận đƣợc tín hiệu từ cảm biến, board sẽ điều khiển phát câu thông báo cháy đƣợc ghi
sẵn trong câu lệnh.
Tổng đài điện thoại giữ vai trò quyết định đƣờng truyền tín hiệu, mọi tín hiệu sẽ

đƣợc truyền trên đƣờng dây điện thoại theo phƣơng thức truyền quy ƣớc của tổng đài
và sự cho phép của tổng đài.
2.2 Dàn ý, phƣơng tiện và phƣơng án thực hiện:
2.2.1 Dàn ý :
Từ những lập luận trên, nhóm thực hiện tiến hành xây dựng đồ án với những
nội dung dàn ý nhƣ sau:
Phần viết báo cáo gồm các nội dung chính:
 Mô hình, sơ đồ khối và phƣơng án thiết kế.
 Lý thuyết thiết kế.
 Thiết kế phần cứng.
 Thiết kế phần mềm.
 Tóm tắt – Kết luận – Đề nghị và hƣớng phát triển đề tài.
Phần thi công mô hình và mạch điện gồm:
 Thi công tất cả các mạch điện trong đồ án.

5

2.2.2 Phƣơng tiện và phƣơng án thực hiện:
Nhóm thực hiện xây dựng phƣơng án tiến hành công việc dựa trên những phƣơng tiện
vật chất sẵn có (máy vi tính, các dụng cụ làm mạch điện) nhƣ 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 đƣa ra mô 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 hƣớng dẫn
duyệt.
 Giai đoạn 2:
Sau khi đƣa ra đƣợc mô hình dự kiến, đƣợc giáo viên hƣớng dẫn đồng ý, nhóm
tiến hành thực hiện từng phần của mô hình đó là :
1. Thiết kế, thi công mạch điện.

2. Viết chƣơng trình và cho chạy thử nghiệm.
 Giai đoạn 3:
Thử nghiệm lại chƣơng trình và viết báo cáo.
 Giai đoạn 4:
Kiểm tra lại toàn bộ những gì đã làm đƣợc và báo cáo với thầy hƣớng dẫn về những
kết quả của đề tài.
2.3. LẬP KẾ HOẠCH NGHIÊN CỨU:
Ngày nhận đề tài: 28/04/2014.
Ngày nộp đề tài: 19/06/2015.
Để hoàn thành đề tài đúng tiến độ, ngƣời thực hiện đề tài định sẵn kế hoạch thực hiện
theo từng giai đoạn trong toàn quỹ thời gian nhƣ sau:
 Tham khảo tài liệu: từ 28/04/2014 đến 02/05/2014.
 Thi công phần mềm: từ 03/05/2014 đến 25/10/2014.
 Thi công phần cứng: từ 26/10/2014 đến 20/05/2015.
 Chạy thử nghiêm và khắc phục sai xót: từ 20/05/2015 đến 26/05/2015.
 Làm báo cáo lý thuyết: từ 03/02/2015 đến 26/05/2015

6

CHƢƠNG 3: TỔNG QUÁT VỀ NGÔI NHÀ THÔNG MINH
3.1 Khái niệm về hệ thống ngôi nhà thông minh
Ngôi nhà thông minh là ngôi nhà có các điều kiện kỹ thuật đảm bảo cuộc sống
tốt nhất của con ngƣời, đƣợc tự động bảo đảm các chỉ tiêu kỹ thuật theo mong muốn
của ngƣời sử dụng. Ngôi nhà thông minh khác với ngô nhà bình thƣờng ở chỗ nó là
một quá trình tích hợp của các hệ thống nhƣ hệ thống điều khiển và giám sát môi
trƣờng : hệ thống điều khiển đảm bảo nhiệt độ, hệ thống đảm bảo ánh sáng, mạch
đóng ngắt, điều khiển cửa ra vào, giám sát cảnh báo cháy thành một hệ thống mạng
thống nhất.
Albert Einstein chỉ dùng 1 tủ quần áo rất bé để bớt phí thời gian nghĩ về việc
mình phải mặc gì. Đơn giản hóa cuộc sống giúp ông có thêm thời gian và năng lƣợng

để tập trung cho công việc của mình. Tự động hóa nhà cửa cũng đi theo hƣớng đó. Nó
đơn giản hóa cuộc sống cho bạn bằng cách chuyển những việc nhàm chán, lặp lại từ
tay bạn sang cho hệ thống điều khiển của chính ngôi nhà ấy. Với một ngôi nhà “thông
minh” hơn, bạn có thể tập trung sức lực và thời gian cho những ngƣời, những việc có
ý nghĩa với mình hơn.
Nhiệm vụ của ngôi nhà thông minh:
 Đóng mở cửa tự động khi có ngƣời ra vào.
 Bật đèn khi có ngƣời sử dụng hoặc tắt đèn khi không ai sử dụng.
 Tự động phát hiện ra cháy một cách nhanh chóng, chính xác và kịp thời trong vùng
hệ thống đang bảo vệ, tự động phát ra các tín hiệu báo động, chỉ thị và các tín hiệu
điều khiển các thiết bị ngoại vi của hệ thống báo cháy tự động nhằm thực hiện một
nhiệm vụ cụ thể nhƣ nhắn tin hoặc gọi điện thoại cho chủ nhà.
 Điều chỉnh nhiệt độ trong phòng theo mức đã đƣợc đặt trƣớc bởi chủ nhà v.v

7

3.2 CÁC CHỈ TIÊU KỸ THUẬT CỦA NGÔI NHÀ THÔNG MINH
3.2.1 Chỉ tiêu về ánh sáng
Đảm bảo ánh sáng theo yêu cầu sử dụng nhƣ chất lƣợng ánh sáng và tiết kiệm
điện, ánh sáng tại mỗi nơi đều nhƣ nhau, không để chỗ quá sáng chỗ quá tối. Ánh sáng
có thể đƣợc tắt mở thông qua hệ thống tự động điều khiển hoặc điều khiển từ xa.
Ngoài ra thiết bị ánh sáng cần đƣợc kết nối với một số thiết bị trong nhà nhƣ : thiết bị
báo trộm, báo cháy.
3.2.2 Chỉ tiêu về thông gió
Đảm bảo lƣợng gió vừa đủ , tốc độ gió phù hợp với yêu cầu chung. Ngoài ra
lƣợng gió và tốc độ gió có thể đƣợc thay đổi tùy theo yêu cầu của ngƣời sử dụng. Hệ
thống tự động nhận biết nhiệt độ trong nhà điều chỉnh phù hợp với khí hậu từng môi
trƣờng, tránh tình trạng khi ra vào nhà với 2 nhiệt độ khác xa nhau, gây bệnh cho
ngƣời.
3.2.3 Chỉ tiêu về nhiệt độ

Nhiệt độ trong nhà cũng có thể thay đổi đƣợc tùy theo sở thích của mỗi ngƣời
thông qua hệ thống điều khiển từ xa. Phải có thiết bị cảnh báo và phòng chống khi
nhiệt độ quá cao, nhƣ thiết bị báo cháy , còi báo động.
3.2.4 Chỉ tiêu về an toàn
Cần đảm bảo việc phát hiện và cảnh báo khi có ngƣời lạ xâm nhập, nhƣ phát
qua còi báo động, bật đèn, tự động liên hệ với chủ nhà, tự động đóng kín các cửa ra
vào. Cần đảm bảo an toàn về độ bền, tùy theo từng vùng mà cảnh báo về độ bền của
ngôi nhà khi có bão hoặc gặp hỏa hạn.
3.3 CÁC THÀNH PHẦN CỦA MỘT HỆ THỐNG NHÀ THÔNG MINH
Một hệ thống nhà thông minh tiêu biểu sẽ có 3 thành phần nhƣ sau:
 Bộ xử lý trung tâm
Đƣợc thiết kế dạng tủ, bao gồm các thiết bị chính : một board Arduino, các mạch xử
lý, một bộ nguồn chính và một bộ nguồn dự phòng.

8

 Thiết bị đầu vào
- Đầu báo: báo nhiệt, báo gas, báo mƣa.
- Cảm biến siêu âm, cảm biến PIR
- Công tắc hành trình
- Bàn phím nhập Password
 Thiết bị đầu ra
- Còi báo động.
- Đèn LED chiếu sáng
- Cửa ra vào, cửa gara
- Màn hình LCD 16x2 hiển thị mã Password nhập vào và thông báo
- Bộ quay số điện thoại tự động module sim 900a

3.4 NGUYÊN LÍ HOẠT ĐỘNG

Sơ đồ khối của hệ thống nhà thông minh













9

Hình 3.1: Sơ đồ khối hệ thống nhà thông minh

Nguyên lý hoạt động:
 Bình thƣờng toàn bộ hệ thống ở chế độ auto. Ở chế độ này, khi chủ nhà nhập mật
khẩu đăng nhập đã đặt trƣớc có màn hình LCD 16x2 hiển thị tình trạng đăng nhập
, nếu mật khẩu đúng thì cửa chính sẽ mở và đèn quạt sẽ đƣợc hoạt động, nếu mật
khẩu sai quá 5 lần thì còi sẽ cảnh báo và ở chế độ khóa toàn bộ. Nếu trung tâm
CẢM BIẾN
(PIR, siêu
âm, khí gas
)
BỘ XỬ LÝ
TRUNG TÂM
ĐIỀU KHIỂN
LOA
ĐÈN,
QUẠT,
CỬA
NHẬP
PASSWORD
ĐIẾU KHIỂN
NGOẠI VI
(GSM)
LCD
XỬ LÝ

SỰ CỐ

10

nhận đƣợc tín hiệu từ các thiết bị cảm biến thì trung tâm sẽ xử lý và thực thi điều
khiển các thiết bị đã đƣợc lập trình từ trƣớc
 Khi xảy ra sự cố (cháy, trộm, rò rỉ gas) thì cảm biến sẽ gữi tín hiệu truyền về trung
tâm . Tại trung tâm báo sự cố sẽ diễn ra các hoạt động xử lý tín hiệu truyền về theo
chƣơng trình đã cài đặt để đƣa ra tín hiệu thông báo khu vực xảy ra cháy qua loa
trung tâm. Đồng thời các thiết bị ngoại vi tƣơng ứng sẽ kích hoạt để phát tín hiệu
báo động cháy và thực hiện các nhiệm vụ đã đề ra.












11

CHƢƠNG 4: CÁC LINH KIỆN SỬ DỤNG
4.1 ARDUINO MEGA 2560
4.1.1 Giới thiệu chung về Arduino
Arduino thật sự đã gây sóng gió trên thị trƣờng cho mảng ngƣời dùng tự chế ra
sản phẩm riêng của mình trên thế giới trong vài năm gần đây. Sự phát triển của

Arduino đƣợc ví giống sự thành công cùa điện thoại thông minh Apple trong thị
trƣờng thiết bị số. Số lƣợng ngƣời dùng lớn và số lƣợng các ứng dụng đƣợc phát triển
từ Arduino cao đã làm cho ngay cả những ngƣời sáng lập ra cũng ngạc nhiên.





Hình 4.1: Ảnh bo mạch Arduino đời đầu sử dụng cổng RS232
Arduino đƣợc khởi động vào năm 2005 nhƣ là một dự án dành cho sinh viên
trại Interaction Design Institute Ivrea (Viện thiết kế tƣơng tác Ivrea) tại Ivrea, Italy.
Những nhà thiết kế của Arduino cố gắng mang đến một phƣơng thức dễ dàng, không
tốn kém cho những ngƣời yêu thích, sinh viên và giới chuyên nghiệp để tạo ra những
nhiết bị có khả năng tƣơng tác với môi trƣờng thông qua các cảm biến và các cơ cấu
chấp hành. Những ví dụ phổ biến cho những ngƣời yêu thích mới bắt đầu bao gồm các

12

robot đơn giản, điều khiển nhiệt độ và phát hiện chuyển động. Đi cùng với nó là một
môi trƣờng phát triển tích hợp (IDE) chạy trên các máy tính cá nhân thông thƣờng và
cho phép ngƣời dùng viết các chƣơng trình cho Aduino bằng ngôn ngữ C hoặc C++.
Vào thời điểm đó các sinh viên sử dụng một "BASIC Stamp" (con tem Cơ Bản) có giá
khoảng $100, xem nhƣ giá dành cho sinh viên. Massimo Banzi, một trong những
ngƣời sáng lập, giảng dạy tại Ivrea. Cái tên "Arduino" đến từ một quán bar tại Ivrea,
nơi một vài nhà sáng lập của dự án này thƣờng xuyên gặp mặt. Bản thân quán bar này
có đƣợc lấy tên là Arduino, Bá tƣớc của Ivrea, và là vua của Italy từ năm 1002 đến
1014


Arduino là một board mạch vi xử lý, nhằm xây dựng các ứng dụng tƣơng tác

với nhau hoặc với môi trƣờng đƣợc thuận lợi hơn. Phần cứng bao gồm một board
mạch nguồn mở đƣợc thiết kế trên nền tảng vi xử lý AVR Atmel 8bit, hoặc ARM
Atmel 32-bit. Những Model hiện tại đƣợc trang bị gồm 1 cổng giao tiếp USB, 6 chân
đầu vào analog, 14 chân I/O kỹ thuật số tƣơng thích với nhiều board mở rộng khác
nhau.
Giá của các board Arduino giao động xung quanh €20, hoặc $27. Các board
Arduino có thể đƣợc đặt hàng ở dạng đƣợc lắp sẵn hoặc dƣới dạng các kit tự-làm-lấy.
Thông tin thiết kế phần cứng đƣợc cung cấp công khai để những ai muốn tự làm một
mạch Arduino bằng tay có thể tự mình thực hiện đƣợc (mã nguồn mở). Ngƣời ta ƣớc
tính khoảng giữa năm 2011 có trên 300 ngàn mạch Arduino chính thức đã đƣợc sản
xuất thƣơng mại, và vào năm 2013 có khoảng 700 ngàn mạch chính thức đã đƣợc đƣa
tới tay ngƣời dùng


4.1.2 Giới thiệu về board Arduino Mega 2560

13

Arduino Mega 2560 là một bo mạch đƣợc thiết kế với bộ xử lý trung tâm là vi điều
khiển công suất thấp 8-bit CMOS AVR Atmega2560. Có 54 ngõ vào/ra số, 16 ngõ vào
analog, thạch anh 16 MHz , kết nối USB, 1 jack cắm điện, header ICSP, và một nút reset. Nó
cung cấp mọi thứ cần thiết để hỗ trợ các vi điều khiển, chỉ cần kết nối với máy tính bằng cáp
USB hoặc một adapter AC-DC hoặc pin.
Hình 4.2: Board Arduino Mega 2560
Bảng 1: Các thông số kỹ thuật của Arduino Mega 2560
Vi điều khiển
ATmega2560
Điện áp hoạt động
5V
Điện áp đầu vào (đề nghị)

7-12V
Điện áp vào (giới hạn)
6-20V
Phạm vi nhiệt độ hoạt động
-

 đến 


Số ngõ vào/ra dạng tín hiện số
54
Số ngõ vào dạng tƣơng tự
16
Dòng điện DC trong mỗi chân vào/ra số
40 mA
Dòng điện chân nguồn 3.3V
50 mA
Bộ nhớ
256 KB
SRAM
8 KB
EEPROM
4 KB
Xung nhịp
16 MHz

14

4.1.3 Vi điều khiển Atmega2560

Hình 4.3: Sơ đồ vi điều khiển Atmega2560

15

4.1.3 Sơ đồ khối

Hình 4.4 : Sơ đồ khối của Arduino Mega 2560