Nhà thông minh điều khiển bằng smartphone

TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH
KHOA ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ THI CÔNG MÔ HÌNH NHÀ THÔNG MINH
TRÊN CƠ SỞ ỨNG DỤNG BỘ ĐIỀU KHIỂN BROADLINK

Giảng viên hướng dẫn: ThS. Tạ Hùng Cường
Sinh viên thực hiện

: Hà Thanh Phi

Lớp

: 52K - ĐTTT

Mã số sinh viên

: 1151080423

NGHỆ AN - 2016
1


MỤC LỤC
MỤC LỤC....................................................................................................................2
MỞ ĐẦU......................................................................................................................5
LỜI CÁM ƠN...............................................................................................................6
TÓM TẮT ĐỒ ÁN.......................................................................................................7
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ......................................................................................8
CÁC TỪ VIẾT TẮT SỬ DỤNG TRONG ĐỒ ÁN....................................................9

CƠ SỞ LÝ THUYẾT ................................................................................................10
1.1.Giới thiệu khái quát chung về nhà thông minh......................................................10
1.1.1.Khái quát chung..............................................................................................10

Nhà thông minh (tiếng Anh là "Smart Home") hoặc hệ thống nhà thông minh là một
ngôi nhà/ căn hộ được trang bị hệ thống tự động tiên tiến dành cho điều khiển đèn
chiếu sáng, nhiệt độ, truyền thông đa phương tiện, an ninh, rèm cửa, cửa và nhiều
tính năng khác nhằm mục đích làm cho cuộc sống ngày càng tiện nghi, an toàn và
góp phần sử dụng hợp lý các nguồn tài nguyên.........................................................10
Việc thiết kế thi công các thiết bị thông minh đem lại cho ngôi nhà và chủ nhân của
nó rất nhiều lợi ích – tương tự như những lợi ích mà công nghệ và máy tính cá nhân
đã đem lại cho chúng ta 30 năm qua - bao gồm: sự tiện nghi, tiết kiệm thời gian,
tiền bạc và năng lượng...............................................................................................10
.....................................................................................................................................10
1.1.2.Các giải pháp sử dụng trong hệ thống nhà thông minh..................................10

Trên thế giới, nhà thông minh không còn xa lạ. Và ở Việt Nam, hiện cũng đã có
nhiều công ty cung cấp giải pháp nhà thông minh với nhiều giải pháp được tung ra
nhằm hiện đại hóa nhà ở, đem lại tiện ích làm thay đổi toàn bộ thói quen sinh hoạt
và lối sống hàng ngày của các gia đình, mục đích cuối cùng là nâng cao chất lượng
sống. Các giải pháp sử dụng trong việc xây dựng nhà thông minh tập trung theo
hướng đưa ra các thiết bị hỗ trợ kết nối, điều khiển dưới dạng các công tắc, ổ cắm,
thiết bị điện phụ trợ và phát triển phần mềm để thiết lập mạng thông minh gia đình
cho các thiết bị và vật dụng sẵn có trong nhà, cụ thể như bộ điều khiển trung tâm
nhà thông minh của tập đoàn BKAV, SAMSUNG hay của Xiaomi…Các thiết bị
điều khiển trung tâm đó đóng vai trò như một “bộ não” để thực hiện chức năng thay

2

thế con người để trực tiếp điều khiển hầu hết tất cả các thiết bị điện trong ngôi nhà.
Để thực hiện được điều đó có rất nhiều giải pháp có thể sử dụng như:....................10
Bộ điều khiển trung tâm Broadlink;...........................................................................11
Thiết bị điều khiển an ninh trung tâm ADT Pulse;....................................................11
Thiết bị điều khiển nhà thông minh Iris của Lowe's;................................................11
Thiết bị điều khiển Canary Smart Home Security.....................................................11
Thế nhưng để đạt hiệu quả như yêu cầu về tính kinh tế và thuận lợi cho việc nghiên
cứu và thực hiện lắp đặt thì trong đề tài này em chọn Bộ điều khiển trung tâm
Broadlink để thực hiện nghiên cứu thiết kế ngôi nhà thông minh............................11
1.1.3.Bộ điều khiển trung tâm Broadlink RM-Pro.....................................................11

Trung tâm điều khiển nhà thông minh Broadlink RM-Pro đóng vai trò như một bộ
não điều khiển các thiết bị khác trong nhà của bạn như công tắc, ổ cắm, bóng đèn…
Ngoài ra, Broadlink RM-Pro còn có thể điều khiển được các thiết bị điện khác theo
ngữ cảnh, VD như tự động bật TV, chuyển kênh xem phim yêu thích, tắt đèn tối đi
để tạo môi trường xem phim phù hợp với ngữ cảnh của từng gia đình. ..................11
.....................................................................................................................................11
1.3.1. Hệ thống quản lý chiếu sáng.........................................................................14
1.3.2. Hệ thống kiểm soát vào/ ra............................................................................15
1.3.3. Hệ thống quan sát, thông tin liên lạc..............................................................16
1.3.4. Hệ thống giải trí đa phương tiện....................................................................16
1.3.5. Hệ thống quản lý cấp điện, nước, gas...........................................................17
1.3.6. Hệ thống cảm biến và báo động, báo cháy....................................................17
1.3.7. Hệ thống điều hòa không khí, kiểm soát môi trường.....................................18
1.3.8. Hệ thống các công tắc điều khiển trạng thái..................................................18
1.3.9. Hệ thống mạng, xử lý trung tâm ...................................................................19
1.4. Những chỉ tiêu kỹ thuật của ngôi nhà thông minh.................................................20
a. Chỉ tiêu về ánh sáng............................................................................................20
b. Chỉ tiêu về thông gió............................................................................................20
c. Chỉ tiêu về nhiệt độ..............................................................................................20

d. Chỉ tiêu về an toàn ..............................................................................................21
1.5. Các bộ phận kết hợp cùng bộ điều khiển trung tâm.............................................21
1.5.1. Bộ phát sóng RF...........................................................................................21
a. IC PT2262 .......................................................................................................... 21
1.5.2. Mạch Relay....................................................................................................22

Kết luận chương 1......................................................................................................23
2.1. Sơ đồ khối hệ thống điều khiển nhà thông minh...................................................24
2.2. Các giải pháp thi công của hệ thống điều khiển trong nhà thông minh.................32
2.2.1. Hệ thống chiếu sáng......................................................................................32
2.2.2. Hệ thống đóng mở cửa..................................................................................32
2.2.3. Hệ thống điều khiển các thiết bị công nghệ...................................................32
2.3. Xây dựng mạch nguyên lý điều khiển cho các thiết bị ..........................................33
2.3.1. Hệ thống chiếu sáng......................................................................................33
3


2.3.2. Hệ thống đóng/ mở cửa ................................................................................33

THIẾT KẾ, THI CÔNG MÔ HÌNH NHÀ THÔNG.................................................35
MINH TRÊN CƠ SỞ ỨNG DỤNG BỘ ĐIỀU KHIỂN BROADLINK.................35
3.1. Thiết kế chế tạo bộ điều khiển ứng dụng cho nhà thông minh..............................35
3.2.1. Yêu cầu......................................................................................................... 35
3.2.2. Thi công mạch điều khiển thiết bị..................................................................35
3.2. Kiểm nghiệm và vận hành các thiết bị...................................................................36
3.2.1. Các bộ phận của mô hình nhà thông minh....................................................36
3.3. Cơ chế điều khiển các thiết bị qua điện thoai thông minh.....................................39

Kết luận chương 3......................................................................................................43
Chương 3 đi sâu vào nghiên cứu thiết kế và thi công thành công sản phẩm mô hình

điều khiển nhà thông minh trên cơ sở ứng dụng bộ điều khiển Broadlink, mô hình
hoạt động ổn định và đạt hiểu quả theo yêu cầu........................................................43
KẾT LUẬN................................................................................................................44
Sau một thời gian nghiên cứu, em đã xây dựng thành công mô hình “nhà thông
minh” theo yêu cầu đã đặt ra và đạt được một số kết quả như sau: .........................44
1. Những kết quả đạt được:.........................................................................................44
Tuy nhiên vẫn còn tồn tại một số hạn chế như sau:.....................................................44
2. Hướng phát triển của đề tài.....................................................................................44

TÀI LIỆU THAM KHẢO..........................................................................................45
[1] Paperback – June , Smart Home Automation with Linux and Raspberry Pi,
Steven Goodwin Paperback, 2013.............................................................................45
[2] Andrew K. Dennis, Raspberry Pi Home Automation with Arduino, Paperback,
2013............................................................................................................................45

4


MỞ ĐẦU
Hiện nay, với xu thế phát triển của công nghệ, các ngôi nhà được trang bị
các hệ thống tự động thông minh cùng với cách bố trí hợp lý, các hệ thống này
có khả năng tự điều phối các hoạt động trong ngôi nhà theo thói quen sinh hoạt
và nhu cầu cá nhân của gia chủ. Chúng ta cũng có thể hiểu ngôi nhà thông minh
là một hệ thống chỉnh thể mà trong đó, tất cả các thiết bị điện tử gia dụng đều
được liên kết với thiết bị điều khiển trung tâm và có thế phối hợp với nhau để
cùng thực hiện một chức năng. Các thiết bị này có thể tự đưa ra cách xử lý tình
huống được lập trình trước, hoặc là được điều khiển và giám sát từ xa.
Từ những yêu cầu thực tế , những đòi hỏi ngày càng cao của cuộc sống, cộng
với sự phát triển mạnh mẽ của các mạng di động nên em đã chọn đề tài: “Thiết kế,
thi công mô hình nhà thông minh trên cơ sở ứng dụng bộ điều khiển Broadlink”. Đề

tài được trình bày trong 3 chương:
- Chương 1: Cơ sở lý thuyết về hệ thống nhà thông minh;
- Chương 2: Nghiên cứu, xây dựng mô hình nhà thông minh;
- Chương 3: Thiết kế, thi công mô hình nhà thông minh trên cơ sở ứng dụng
bộ điều khiển Broadlink;
- Cuối cùng là phần kết luận và phương hướng phát triển của đề tài.

5


LỜI CÁM ƠN
Từ những kiến thức, kỹ năng đã được trang bị em đã thực hiện xong đồ án tốt
nghiệp của mình. Trong quá trình thực hiện đề tài còn gặp nhiều khó khăn, nhưng
em đã nhận được nhiều sự trợ giúp từ quý thầy cô giáo và các bạn
Đầu tiên, em xin chân thành cảm ơn giáo viên hướng dẫn Th.S Tạ Hùng
Cường đã tận tình giúp đỡ chúng em trong quá trình lựa chọn đề tài và hỗ trợ chúng
em trong quá trình thực hiện đề tài.
Bên cạnh đó, em cũng xin cảm ơn các quý thầy cô bạn sinh viên trong khoa đã
đóng góp ý kiến cho em để thực hiện đề tài đạt hiệu quả hơn.
Với thời gian thực hiện đề tài ngắn, kiến thức còn hạn hẹp, dù em đã rất cố
gắng nhưng vẫn không tránh khỏi những sai sót, em rất mong nhận được lời chỉ dẫn
thêm của quý thầy cô và bạn bè.
Nghệ An, ngày 20 tháng 5 năm 2016
Sinh viên thực hiện

Hà Thanh Phi

6

TÓM TẮT ĐỒ ÁN
Đồ án đã giới thiệu khái quát về hệ thống điêu khiển các thiết bị chiếu sáng,
thiết bị đóng mở cửa tự động, hệ thống điều hòa…trên thực tế. Nghiên cứu thiết
kế mô hình điều khiển trong ngôi nhà thông qua mạng wifi, 3G, bluetooth. Từ đó
ứng dụng vào xây dựng hệ thống trên cơ sở bộ điều khiển trung tâm Broadlink.
ABSTRACT
The graduation project generally presents the controlling system of lighting
devices, automatic opening and closing units, air-conditioning system, etc. in
actual fact. The study aims to design control model in the home through Wifi,
Bluetooth and mobile network. Thence, it will be applied for smart home
building based on Broadlink central controlling device.

7


DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ

Hình 2.1. Sơ đồ khối tổng quát của mô hình nhà thông minh Error: Reference source
not found
Hình 2.2. Smartphone............................................Error: Reference source not found
Hình 2.3. Phần mềm giao tiếp với bộ điều khiển trung tâm. .Error: Reference source
not found
Hình 2.4. Bộ điều khiển qua mạng internet............Error: Reference source not found
Hình 2.5. Bộ điều khiển qua mạng internet và wifi.........Error: Reference source not
found
Hình 2.6. Bộ điều khiển qua Wifi...........................Error: Reference source not found
Hình 2.7. Sơ đồ khối thu tín hiệu RF......................Error: Reference source not found
Hình 2.8. Đèn LED chiếu sáng...............................Error: Reference source not found
Hình 2.9. Quạt điện.................................................Error: Reference source not found
Hình 2.10. Máy bơm nước......................................Error: Reference source not found

Hình 2.11. Smart TV...............................................Error: Reference source not found
Hình 2.12. Điều hòa nhiệt độ..................................Error: Reference source not found
Hình 2.13. Cửa cuốn và cửa cổng tự động.............Error: Reference source not found
Hình 2.14. Mạch bật/ tắt hệ thống đèn chiếu sáng. Error: Reference source not found
Hình 2.15. Mạch cầu H...........................................Error: Reference source not found

8


CÁC TỪ VIẾT TẮT SỬ DỤNG TRONG ĐỒ ÁN
Từ viết tắt

Tiếng anh

Tiếng Việt

BJT

Bipolar junction transistor

Tranzito lưỡng cực nối

ACS

Access Control System

Hệ thống kiểm soát vào ra

LED

Light-emitting diode

Diode phát quang

PLC

Programmable Logic Controller

Thiết bị điều khiển khả trình

RF

Radio Frequency

Tần số vô tuyến điện

9


Chương 1
CƠ SỞ LÝ THUYẾT
1.1. Giới thiệu khái quát chung về nhà thông minh
1.1.1. Khái quát chung
Nhà thông minh (tiếng Anh là "Smart Home") hoặc hệ thống nhà thông minh
là một ngôi nhà/ căn hộ được trang bị hệ thống tự động tiên tiến dành cho điều
khiển đèn chiếu sáng, nhiệt độ, truyền thông đa phương tiện, an ninh, rèm cửa, cửa
và nhiều tính năng khác nhằm mục đích làm cho cuộc sống ngày càng tiện nghi, an
toàn và góp phần sử dụng hợp lý các nguồn tài nguyên.
Việc thiết kế thi công các thiết bị thông minh đem lại cho ngôi nhà và chủ
nhân của nó rất nhiều lợi ích – tương tự như những lợi ích mà công nghệ và máy

tính cá nhân đã đem lại cho chúng ta 30 năm qua - bao gồm: sự tiện nghi, tiết kiệm
thời gian, tiền bạc và năng lượng.

Hình 1.1. Mô hình nhà thông minh
1.1.2. Các giải pháp sử dụng trong hệ thống nhà thông minh
Trên thế giới, nhà thông minh không còn xa lạ. Và ở Việt Nam, hiện cũng đã
có nhiều công ty cung cấp giải pháp nhà thông minh với nhiều giải pháp được tung
ra nhằm hiện đại hóa nhà ở, đem lại tiện ích làm thay đổi toàn bộ thói quen sinh
hoạt và lối sống hàng ngày của các gia đình, mục đích cuối cùng là nâng cao chất
lượng sống. Các giải pháp sử dụng trong việc xây dựng nhà thông minh tập trung
theo hướng đưa ra các thiết bị hỗ trợ kết nối, điều khiển dưới dạng các công tắc, ổ
cắm, thiết bị điện phụ trợ và phát triển phần mềm để thiết lập mạng thông minh gia
đình cho các thiết bị và vật dụng sẵn có trong nhà, cụ thể như bộ điều khiển trung
10


tâm nhà thông minh của tập đoàn BKAV, SAMSUNG hay của Xiaomi…Các thiết bị
điều khiển trung tâm đó đóng vai trò như một “bộ não” để thực hiện chức năng thay
thế con người để trực tiếp điều khiển hầu hết tất cả các thiết bị điện trong ngôi nhà.
Để thực hiện được điều đó có rất nhiều giải pháp có thể sử dụng như:
- Bộ điều khiển trung tâm Broadlink;

-

Thiết bị điều khiển an ninh trung tâm ADT Pulse;
Thiết bị điều khiển nhà thông minh Iris của Lowe's;

Thiết bị điều khiển Canary Smart Home Security.
Thế nhưng để đạt hiệu quả như yêu cầu về tính kinh tế và thuận lợi cho
việc nghiên cứu và thực hiện lắp đặt thì trong đề tài này em chọn Bộ điều khiển

trung tâm Broadlink để thực hiện nghiên cứu thiết kế ngôi nhà thông minh.
1.1.3. Bộ điều khiển trung tâm Broadlink RM-Pro
Trung tâm điều khiển nhà thông minh Broadlink RM-Pro đóng vai trò như một
bộ não điều khiển các thiết bị khác trong nhà của bạn như công tắc, ổ cắm, bóng
đèn…Ngoài ra, Broadlink RM-Pro còn có thể điều khiển được các thiết bị điện khác
theo ngữ cảnh, VD như tự động bật TV, chuyển kênh xem phim yêu thích, tắt đèn
tối đi để tạo môi trường xem phim phù hợp với ngữ cảnh của từng gia đình.

Hình 1.2. Bộ điều khiển trung tâm Broadlink
a. Các chức năng cơ bản của bộ điều khiển trung tâm Broadlink
- Học lệnh điều khiển remote hồng ngoại: TV, điều hòa, công tắc, ổ cắm điều
khiển từ xa IR…
- Học lệnh điều khiển remote radio RF: cửa cuốn, rèm cửa, công tắc điều
khiển từ xa RF v.v..
- Hỗ trợ điều khiển trực quan trên IOS, Android.
b. Phương thức giao tiếp của bộ điều khiển Broadlink với con người
11


Với khả năng kết nối được với mọi thiết bị trong gia đình, thiết bị điều khiển
nhà thông minh Broadlink RM Pro có thể hiện đại hóa ngôi nhà. Có thể dễ dàng
điều khiển được rất nhiều thiết bị khác, từ tivi, máy lạnh…mà không cần sử dụng
nhiều remote. Thiết bị điều khiển nhà thông minh Broadlink RM Pro có khả năng
tương tác với smartphone, có thể dùng điện thoại của mình để điều khiển bất cứ
thiết bị nào trong nhà vô cùng dễ dàng và thuận tiện qua mạng wifi hoặc 3G.
Trung tâm điều khiển kết nối vào mạng wifi và có thể dùng smartphone,
máy tính bảng, tivi box, tivi, laptop… (chạy hệ điều hành IOS, ANDROID) để điều
khiển mọi thiết bị điện trong nhà (có điều khiển hồng ngoại (IR) hoặc radio (RF)
như tivi,đầu DVD, camera, điều hòa, công tắc điện điều khiển….), miễn là điện
thoại được kết nối internet (Wifi, 3G, GPRS…) ở bất kì đâu trên thế giới.

1.2. Mạng wifi, 3G
1.2.1. Mạng Wifi (Wireless Fidelity)
a. Khái niệm
Mạng wifi là hệ thống mạng không dây sử dụng sóng vô tuyến, giống
như điện thoại di động, truyền hình và radio. Hệ thống này đã hoạt động ở một
số sân bay, quán cafe, thư viện hoặc khách sạn. Hệ thống cho phép truy cập
Internet tại những khu vực có sóng của hệ thống này, hoàn toàn không cần đến cáp
nối. Ngoài các điểm kết nối công cộng (hotspots), WiFi có thể được thiết lập ngay
tại nhà riêng.
b. Hoạt động
Truyền thông qua mạng không dây là truyền thông vô tuyến hai chiều:
- Thiết bị adapter không dây (hay bộ chuyển tín hiệu không dây) của máy

tính chuyển đổi dữ liệu sang tín hiệu vô tuyến và phát những tín hiệu này đi bằng
một ăng-ten.
- Thiết bị router không dây nhận những tín hiệu này và giải mã chúng. Nó gởi
thông tin tới Internet thông qua kết nối hữu tuyến Ethernet.

12


Hình 1.3. Hệ thống mạng wifi
Quy trình này vẫn hoạt động với chiều ngược lại, router nhận thông tin từ
Internet, chuyển chúng thành tín hiệu vô tuyến và gởi đến adapter không dây của
máy tính.
c. Các sóng vô tuyến sử dụng cho WiFi
Giống với các sóng vô tuyến sử dụng cho thiết bị cầm tay, điện thoại di động
và các thiết bị khác. Nó có thể chuyển và nhận sóng vô tuyến, chuyển đổi các mã
nhị phân 1 và 0 sang sóng vô tuyến và ngược lại. Tuy nhiên, sóng WiFi có một số
khác biệt so với các sóng vô tuyến khác ở chỗ:

- Truyền và phát tín hiệu ở tần số 2.4 GHz hoặc 5 GHz. Tần số này cao hơn so
với các tần số sử dụng cho điện thoại di động, các thiết bị cầm tay và truyền hình.
Tần số cao hơn cho phép tín hiệu mang theo nhiều dữ liệu hơn.
- Dùng chuẩn 802.11:
Chuẩn 802.11b là phiên bản đầu tiên trên thị trường. Đây là chuẩn chậm nhất
và rẻ tiền nhất, và nó trở nên ít phổ biến hơn so với các chuẩn khác. 802.11b phát
tín hiệu ở tần số 2.4 GHz, nó có thể xử lý đến 11 megabit/giây, và nó sử dụng mã
CCK (complimentary code keying).
Chuẩn 802.11g cũng phát ở tần số 2.4 GHz, nhưng nhanh hơn so với chuẩn
802.11b, tốc độ xử lý đạt 54 megabit/giây. Chuẩn 802.11g nhanh hơn vì nó sử dụng
mã OFDM (orthogonal frequency-division multiplexing), một công nghệ mã hóa
hiệu quả hơn.
Chuẩn 802.11a phát ở tần số 5 GHz và có thể đạt đến 54 megabit/ giây. Nó
cũng sử dụng mã OFDM. Những chuẩn mới hơn sau này như 802.11n còn nhanh
hơn chuẩn 802.11a, nhưng 802.11n vẫn chưa phải là chuẩn cuối cùng.
Chuẩn 802.11n cũng phát ở tần số 2.4 GHz, nhưng nhanh hơn so với chuẩn
802.11a, tốc độ xử lý đạt 300 megabit/giây.
Chuẩn 802.11ac phát ở tần số 5 GHz
WiFi có thể hoạt động trên cả ba tần số và có thể nhảy qua lại giữa các tần số
khác nhau một cách nhanh chóng. Việc nhảy qua lại giữa các tần số giúp giảm thiểu
sự nhiễu sóng và cho phép nhiều thiết bị kết nối không dây cùng một lúc.
1.2.2. Mạng 3G
a. Định nghĩa
3G là thống thông tin di động thế hệ thứ 3 (Third Generation). Nó cho phép
người dùng di động truyền tải cả dữ liệu thoại và dữ liệu ngoài thoại (tải dữ liệu, gửi
email, tin nhắn nhanh, hình ảnh, âm thanh, video clips...).
13


b. Sự ra đời của mạng 3G

Quốc gia đầu tiên đưa mạng 3G vào sử dụng rộng rãi là Nhật Bản và hiện tại
là khắp thế thế giới. Không cần nói thì chúng ta cũng biết mạng di động 3G đã trở
nên quan trong như thế nào trong cuộc sống.
Hệ thống 3G yêu cầu một mạng truy cập radio hoàn toàn khác so với hệ thống
2G. Điểm mạnh của công nghệ này so với công nghệ 2G là cho phép truyền, nhận
các dữ liệu, âm thanh, hình ảnh chất lượng cao cho cả thuê bao cố định và thuê bao
đang di chuyển ở các tốc độ khác nhau. Với công nghệ 3G, các nhà cung cấp có thể
mang đến cho khách hàng các dịch vụ đa phương tiện, như âm nhạc chất lượng cao;
hình ảnh video chất lượng và truyền hình số; Các dịch vụ định vị toàn cầu (GPS);
E-mail, games,...
Phổ biến nhất của mạng 3G là hệ thống mạng di động truyền tải tốc độ cao
HSDPA (High Speed Downlink Packet Access), phát triển từ 3G và hiện đang được
hơn 166 nhà mạng tại 75 nước đưa vào cung cấp cho người dùng. Nó mang đến tốc
độ tải lên đến 7.2Mbps (tương đương 900MB/giây). Hiện nay hầu như tất cả các
nhà mạng ở Việt Nam đều cung cấp mạng 3G với tốc độ này cho người dùng.
a. Ưu điểm và nhược điểm của mạng 3G
- Ưu điểm:
+ Sử dụng được mọi nơi. Nơi nào có sóng điện thoại, nơi đó có internet 3G.
+ Thích hợp với khách hàng có nhu cầu sử dụng thấp.
+ Rất phù hợp cho việc di chuyển, du lịch.
+ Đáp ứng được các dịch vụ trực tuyến: truy cập internet, ứng dụng online,
dạy học trên mạng, game online…
- Nhược điểm:
+ Bị chia sẻ băng thông với các thuê bao khác. Khi có nhiều thuê bao cùng
truy cập tốc độ sẽ bị giảm xuống.
+ Tốc độ không ổn định mà phụ thuộc vào vị trí thuê bao, trạm phát sóng 3G
và cường độ sóng điện thoại (có lúc sẽ rất thấp)
+ Chi phí cao. Vì không có trọn gói. Bạn sẽ phải trả một khoản phí rất cao cho
các sở thích xem video hay nghe nhạc.
1.3. Các thiết bị điều khiển trong nhà thông minh

1.3.1. Hệ thống quản lý chiếu sáng
Hệ thống chiếu sáng là một trong những chức năng quan trọng nhất trong một
ngôi nhà. Việc thiết kế hệ thống chiếu sáng đảm bảo tính thẩm mỹ, môi trường sống

14


khỏe, tiết kiệm năng lượng không chỉ tạo ra môi trường sống an toàn và như hiện
đại trong ngôi nhà.

Hình 1.4. Hệ thống quản lý chiếu sáng
Hệ thống chiếu sáng sẽ được tích hợp chung với các hệ thống khác hoặc sẽ
được tách riêng ra để điều khiển độc lập. Các giải pháp đều nhằm tối ưu hóa hệ
thống và giúp gia chủ điều khiển dễ dàng hơn. Các giải pháp kết hợp sẽ được tính
đến để tự động hóa tới mức tối đa.Chỉ một thao tác đơn giản có thể điều khiển toàn
bộ hệ thống chiếu sáng theo ý muốn.
- Chiếu sáng theo từng khu vực hoặc toàn bộ ngôi nhà;
- Tự động bật hoặc tắt khi có hoặc không có người trong nhà;
- Điều chỉnh độ sáng tùy biến, chiếu sáng theo màu sắc;
- Chiếu sáng theo kịch bản, ngữ cảnh phối hợp với hệ thống rèm, âm nhạc;
- Điều khiển qua iPhone/iPad/Andoid/Laptop.
1.3.2. Hệ thống kiểm soát vào/ ra
Khi gia chủ đi vắng, việc kiểm soát các hệ thống vào ra trong ngôi nhà là
rất quan trọng, giúp đề phòng trộm v.v…Ngôi nhà thông minh cung cấp hệ thống
kiểm soát vào ra cho phép chủ nhà quản lý và cấp quyền “đăng nhập” cho các
thành viên trong gia đình và người thân.
Hệ thống cửa ra vào ở các phòng sẽ được lắp đặt các khóa vân tay hoặc
khóa phím v.v…nhằm nhận dạng người trong nhà hoặc khách để cấp quyền
“đăng nhập”. Ngoài ra, còn có thể dùng hệ thống nhận diện khuôn mặt hay giọng
nói tùy vào phòng riêng của mỗi người.

15


Hình 1.5. Hệ thống kiểm soát vào/ ra
Mỗi khi có sự kiện mới, hệ thống kiểm soát ra vào này cũng sẽ kích hoạt
các hệ thống khác để lưu giữ các thay đổi do người dùng tạo ra.
1.3.3. Hệ thống quan sát, thông tin liên lạc
Một ngôi nhà bình thường sẽ có từ 4 đến 5 phòng kín, và do vậy sẽ có một
vài vấn đề khó khăn khi giao tiếp từ phòng này sang phòng khác. Một hệ thống
thông tin liên lạc nội bộ có thể giúp giải quyết vấn đề này.

Hình 1.6. Hệ thống quan sát, thông tin liên lạc
Hệ thống liên lạc nội bộ đơn giản có thể là các điện thoại cố định hoặc điện
thoại mẹ bồng con. Ngoài chức năng liên lạc trong nhà, hệ thống này cần được
kết nối với mạng điện thoại để tiện cho việc giao tiếp và công việc hơn, để làm
việc này cần đến một bộ chuyển kênh.
Hệ thống quan sát sẽ giúp việc kiểm soát an ninh, người vào/ ra ngôi nhà…
giúp cho gia chủ nhận diện khách nhanh chóng thông qua camera.
1.3.4. Hệ thống giải trí đa phương tiện
Ngôi nhà là nơi sinh hoạt của một gia đình có thể gồm nhiều thế hệ và mỗi
thế hệ lại có nhu cầu giải trí khác nhau. Do đó, một hệ thống giải trí đa phương
tiện sẽ cung cấp cho các thành viên những hoạt động giải trí phù hợp, ví dụ như:
- Các hệ thống âm nhạc giải trí;
16


- Game tích hợp trên TV, máy tính;

Hình 1.7. Hệ thống giải trí đa phương tiện

1.3.5. Hệ thống quản lý cấp điện, nước, gas
Đối với một ngôi nhà bình thường thì việc cung cấp và đo lường các chỉ số
điện nước đều phải thông qua các cơ quan nhà nước.

Hình 1.8. Hệ thống quản lý cấp điện, nước, gas
Ngôi nhà thông minh cung cấp giải pháp nhằm đo lường và báo lại các
thông số điện, nước thường xuyên, kết hợp với hệ thống quản lý chiếu sáng và hệ
thống kiểm soát vào ra, từ đó tự động bật/tắt các thiết bị trong nhà nhằm tiết
kiệm năng lượng. Ngoài ra, các cảm biến sẽ giúp hạn chế và cảnh báo các nguy
cơ khác như rò rỉ gas, mực nước ở bể chứa thấp, bể đường ống nước, cháy chập
điện…
1.3.6. Hệ thống cảm biến và báo động, báo cháy
Hệ thống các cảm biến là thành phần quan trọng trong bất kì hệ thống nào
của ngôi nhà, các cảm biến có nhiệm vụ gửi các thông số đo được về cho bộ xử
lý trung tâm để có giải pháp phù hợp với từng gói dữ liệu và xử lý từng tình
huống tương ứng.
17


Hình 1.9. Hệ thống cảm biến và báo động, báo cháy
Các cảm biến cơ bản như cảm biến nhiệt độ, độ ẩm, cảm biến gas, cảm biến
áp suất, cảm biến hồng ngoại…
1.3.7. Hệ thống điều hòa không khí, kiểm soát môi trường
Thông thường thì một ngôi nhà cần có những không gian xanh, nó không
chỉ giúp các thành viên trong gia đình thư giãn mà còn giúp điều hòa không khí.
Việc xây dựng và duy trì màu xanh trong ngôi nhà là cần thiết, do đó hệ thống
điều hòa không khí và kiểm soát môi trường sẽ giúp ích rất nhiều trong việc
chăm sóc cây như độ ẩm cần thiết, hay là ánh sáng phù hợp…

Hình 1.10. Hệ thống điều hòa không khí, kiểm soát môi trường

1.3.8. Hệ thống các công tắc điều khiển trạng thái
Hệ thống các công tắc và bảng hiển thị sẽ cung cấp thông tin cũng như nhận
lệnh điều khiển từ gia chủ. Đảm bảo sự tương tác hai chiều giữa các thành viên

18


và hệ thống tự động. Hệ thống bao gồm: các điều khiển từ xa, các công tắc gắn
tường, các bảng điều khiển tương tác HMI, điện thoại thông minh…

Hình 1.11. Hệ thống các công tắc điều khiển trạng thái
1.3.9. Hệ thống mạng, xử lý trung tâm
Ngôi nhà thông minh được đánh giá cao và khác hẳn những ngôi nhà bình
thường là do nó được trang bị một hệ thống mạng điều khiển và toàn bộ các thay
đổi và điều khiển tự động trong ngôi nhà được xử lý đồng nhất thông qua hệ
thống mạng và xử lý trung tâm. Nó có vai trò quan trọng, làm nhiệm vụ liên kết
các hệ thống khác trong ngôi nhà lại với nhau, điều phối của hệ thống chấp hành
một cách nhịp nhàng theo các điều kiện tác động được lập trình từ trước. Chúng
ta gọi đó là các hoạt cảnh - hay là các điều kiện môi trường trong ngôi nhà.

Hình 1.12. Hệ thống mạng, xử lý trung tâm
Một vài sự kết hợp tiêu biểu:

19


- Hệ thống chiếu sáng với Hệ thống xử lý trung tâm có thể được lập trình
theo thói quen của người sử dụng. Các thiết bị chiếu sáng sẽ hoạt động theo chu
trình thời gian đặt trước.
- Hệ thống chiếu sáng kết hợp với Hệ thống cảm biến cung cấp khả năng tự

động điều khiển ánh sáng như: đèn tự động tắt khi không có người trong phòng,
một số khu vực tự sáng đèn khi qúa 18h…
- Hệ thống cảnh báo kết hợp với hệ thống chiếu sáng: khi có vấn đề xảy ra
như cháy nổ, phát hiện ăn trộm…Các bóng đèn sẽ chớp sáng liên tục, đồng thời
sẽ có tiếng còi báo hiệu.
- Hệ thống cảm biến kết hợp với hệ thống xử lý trung tâm báo cáo tình
trạng lưu trữ điện trong các UPS, báo cáo mực nước trong bồn chứa…Nhằm đảm
bảo nguồn cung cho nhu cầu sinh hoạt hằng ngày.
- Hệ thống giải trí đa phương tiện kết hợp với hệ thống chiếu sáng nhằm
đem lại những giây phút thư giãn cho thành viên trong gia đình.
1.4. Những chỉ tiêu kỹ thuật của ngôi nhà thông minh
a. Chỉ tiêu về ánh sáng
Đảm bảo ánh sáng theo yêu cầu sử dụng như chất lượng ánh sáng và tiết
kiệm điện, ánh sáng tại mỗi nơi đều như nhau, không được để nơi quá sáng hoặc
nơi ánh sáng không đủ.
Ánh sáng có thể được tắt mở thông qua hệ thống tự động điều khiển hoặc
điều khiển từ xa. Ngoài ra thiết bị ánh sáng cần được kết nối với một số thiết bị
trong nhà như: thiết bị báo trộm, báo cháy.
b. Chỉ tiêu về thông gió
Đảm bảo lượng gió vừa đủ, tốc độ gió phù hợp với yêu cầu chung. Ngoài ra
lượng gió và tốc độ gió có thể được thay đổi tùy theo yêu cầu của người sử dụng.
Hệ thống có thể tự động nhận biết được khi nào thì sử dụng gió tự nhiên và
khi nào sử dụng gió nhân tạo bằng cách sẻ dụng quạt máy thông gió.
c. Chỉ tiêu về nhiệt độ
Đảm bảo nhiệt độ trong nhà luôn phù hợp với khí hậu từng môi trường,
tránh tình trạng khi ra vào nhà với 2 nhiệt độ khác nhau sẽ ảnh hưởng trực tiếp
tới sức khỏe con người.
Nhiệt độ trong nhà cũng có thể thay đổi được tùy theo sở thích của mỗi
người thông qua hệ thống điều khiển từ xa.

20


Phải có thiết bị cảnh báo và phòng chống khi nhiệt độ quá cao, như thiết bị
báo cháy, hiển thị nhiệt độ ( vì con người có khả năng chịu được ở nhiệt độ
90oC, nên ta cần có bộ phận hiện thị để dễ dàng quan sát nhiệt độ phòng).
d. Chỉ tiêu về an toàn
Cần đảm bảo việc phát hiện và cảnh báo khi có người lạ xâm nhập, như
phát loa báo, bật đèn, tự động liên hệ với chủ căn hộ, tự động đóng kín cửa ra
vào. Bên cạnh đó còn phải quan tâm tới độ ổn định khi hoạt động và độ bền theo
thời gian.
1.5. Các bộ phận kết hợp cùng bộ điều khiển trung tâm
1.5.1. Bộ phát sóng RF
a. IC PT2262

Hình 1.13. IC PT2262

Hình 1.14. Sơ đồ chân IC PT2262
IC PT2262 có nhiều nhóm, nhiều phiên bản, phân nhóm theo cách chữ viết
tiếptheo ở bên sau chữ PT2262, hình vẽ cho thấy có nhóm 18 chân và có nhóm 20
chân,theo tên ghi trên các chân của IC chúng ta hiểu công dụng của từng chân như
sau:
Chân cuối của hàng dưới cho nối masse và chân cuối của hàng trên cho nối
với nguồn Vcc, từ 4V đến 15V. Trên chân OSC1 và OSC2 dùng gắn điện trở R để
định tần cho xung nhịp, dùng tạo ra các dãy xung mã lệnh. Tần số xung nhịp phải
lấy tương thích giữa bên phát và bên nhận.
21


Các chân A0 - A5 dùng nhập mã địa chỉ, trên mỗi chân có thể có 3 trạng thái,

cho nối masse là bit 0, cho nối vào nguồn dương là bit 1 và bỏ trống là bit F.
Chân A6/D0 – A11/D5 có thể dùng như các chân địa chỉ từ A6 đến A11,
nhưng khi dùng như chân nhập dữ liệu Data thì chỉ xác lập theo mức 1 và mức 0,
chỉ có 2 trạng thái.
Chân TE dùng cho xuất nhóm xung mã lệnh, nó có tác dụng ở mức áp
thấp. Nghĩa là khi chân này ở mức áp thấp, nó sẽ cho xuất ra xung mã lệnh trên
chân Dout.
Chân Dout, là chân ngã ra của nhóm tín hiệu mã lệnh, các tín hiệu mã lệnh đều
ở dạng xung, nghĩa là lúc ở mức áp thấp, lúc ở mức áp cao.
b. Sơ đồ mạch phát sóng RF

Hình 1.15. Sơ đồ khối phát
Hình vẽ cho thấy các hàng chân địa chỉ A0...A5 và chân dữ liệu D0...D5 bên
IC phát và bên IC thu là giống nhau. Vậy nếu Bạn cho chân nào nối masse thì chân
đó đượcđịnh là bit 0, nếu cho nối lên đường nguồn thì được định là bit 1 và nếu
chân đó bỏ trống thì xem như là bit F. Chỉ khi mã lệnh của bên phát và bên thu
được đặt giống nhau vàtần số xung nhịp phù hợp, lúc đó cặp IC này mới “hiểu
nhau”, có tác dụng dùng trong điều khiển, nếu có khác nhau thì bên thu sẽ không
nhận ra bên phát và sẽ không phát lệnh điều khiển VT theo lệnh của bên phát.
1.5.2. Mạch Relay
a. Relay
Rơ le (relay) là một công tắc chuyển đổi hoạt động bằng điện. Nói là một công
tắc vì rơ le có 2 trạng thái ON và OFF. Rơ le ở trạng thái ON hay OFF phụ thuộc
vào có dòng điện chạy qua rơ le hay không.

22


Hình 1.16. Mạch Relay
b. Sơ đồ mắc Relay vào mạch:

Hình 1.17. Sơ đồ mắc Relay vào mạch
Nguyên lý hoạt động:
Khi có dòng điện chạy qua rơ le, dòng điện này sẽ chạy qua cuộn dây bên
trong và tạo ra một từ trường hút. Từ trường hút này tác động lên một đòn bẩy bên
trong làm đóng hoặc mở các tiếp điểm điện và như thế sẽ làm thay đổi trạng thái
của rơ le. Số tiếp điểm điện bị thay đổi có thể là 1 hoặc nhiều, tùy vào thiết kế.
Rơ le có 2 mạch độc lập nhau hoạt động. Một mạch là để điều khiển cuộn dây
của rơ le: Cho dòng chạy qua cuộn dây hay không, hay có nghĩa là điều khiển rơ le
ở trạng thái ON hay OFF. Một mạch điều khiển dòng điện ta cần kiểm soát có qua
được rơ le hay không dựa vào trạng thái ON hay OFF của rơ le.
Kết luận chương 1
Kết thúc chương 1 đã nghiên cứu về các giải pháp và thiết bị được sử dụng
trong ngôi nhà thông minh trên thực tế, cụ thể như sau:
- Tìm hiểu về hệ thống nhà thông minh;
- Các giải pháp đặt ra để áp dụng vào thực tế;
- Tìm hiểu trung tâm điều khiển Broadlink;
- Các chỉ tiêu cơ bản đặt ra đối với ngôi nhà thông minh.

23


Chương 2
NGHIÊN CỨU, XÂY DỰNG MÔ HÌNH
ĐIỀU KHIỂN CÁC THIẾT BỊ CHO NHÀ THÔNG MINH
2.1. Sơ đồ khối hệ thống điều khiển nhà thông minh
Để xây dựng mô hình điều khiển các thiết bị cho nhà thông minh thì trước
tiên phải xây dựng sơ đồ khối tổng quát cho hệ thống, qua đó làm cơ sở để nghiên
cứu và triển khai thiết kế chế tạo, sau đây là sơ đồ tổng quát của mô hình nhà thông
minh.

THIẾT BỊ ĐIỆN
BỘ ĐIỀU KHIỂN

SMARTPHONE

TRONG NHÀ

TRUNG TÂM

Hình 2.1. Sơ đồ khối tổng quát của mô hình nhà thông minh
Sơ đồ gồm 3 khối chính như sau:
- Khối thiết bị Smarthome;
- Khối Điều khiển trung tâm;
- Khối thiết bị điện trong nhà.
Sau đây là chức năng của các khối:
a. Smartphone:
Điện thoại thông minh như một máy tính di động, vì nó có một hệ điều hành
riêng biệt vì có thể hiển thị phù hợp các trang website bình thường và người dùng
có thể thay đổi một giao diện. Và sở hữu khả năng mở ứng dụng, Tiện hơn và dễ
dàng cài đặt lẫn gõ bỏ ứng dụng; điện thoại thông minh có màn hình cảm ứng độ
phân giải cao, và sẵn sàng để gọi bàn phím ảo và viết chữ tay.
Có thể tiến hành đa tác vụ thao tác, và có một đa phương tiện mạnh
mẽ, Email,Truy cập Internet, và hoàn toàn có thể thay đổi các thiết bị truyền thống
như MP3,MP4,PDA điện thoại thông minh có thể thay thế xử lý các vấn đề máy
tính văn phòng và các vấn đề khác, nó có thể giao tiếp với mạng duy trì một thời
gian kết nối liền mạch với thời gian, đồng thời có thể vô hiệu hóa mạng bất cứ lúc
nào, và đồng bộ hóa dữ liệu với máy tính, máy tính xách tay và các thiết bị khác.

24

Hình 2.2. Smartphone
Để có thể giao tiếp với bộ điều khiển trung tâm, chiếc Smartphone phải có một
ứng dụng để thực hiện điều đó, Trên thị trường phần mềm có rất nhiêu ứng dụng,
trong đề tài này sẽ sử dụng phần mềm E-control để giao tiếp bởi những ưu điểm
vượt trội như:
- Giao diện đẹp mắt;
- Trực quan, dẽ dàng điều khiển;

Hình 2.3. Phần mềm giao tiếp với bộ điều khiển trung tâm
b. Bộ điều khiển trung tâm
Có chức năng nhận lệnh từ Smartphone của chủ nhà để thực hiện tính toán,
xử lý thông tin và đưa ra tín hiệu điều khiển phần cứng, Bộ điều khiển trung tâm
phải được kết nối Wifi hoặc mạng Internet.
Để hiểu và thu được tín hiệu phát đi từ điện thoại của chủ căn hộ, yêu cầu thiết
bị phải kết nối được wifi, 3G hoặc internet...Nhưng làm thế nào để thuận tiện, dễ
dàng thi công và lắp đặt, giá cả thấp mà vẫn đảm bảo được hết các chức năng cần
thiết. Trên thị trường có rất nhiều bộ thu như vậy

25