Đồ Án Vi Xử Lí Mạch Khoá Số

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

MỤC LỤC

GVHD : Th.S BÙI THỊ DUYÊN

1


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

DANH MỤC HÌNH

LỜI CẢM ƠN
Trên thực tế không có sự thành công nào mà không
gắn liền với những sự hỗ trợ, giúp đỡ dù ít hay nhiều, dù
trực tiếp hay gián tiếp của người khác. Trong suốt thời
gian từ khi bắt đầu học tập ở giảng đường trường Đại học
Điện Lực đến nay, em đã nhận được rất nhiều sự quan
tâm, giúp đỡ của quý Thầy Cô, gia đình và bạn bè.
Với lòng biết ơn sâu sắc nhất, em xin gửi đến quý
thầy cô trong trường đã cùng với tri thức và tâm huyết
của mình đã dạy dỗ cho em kiến thức về các môn đại
cương cũng như các môn chuyên ngành, giúp em có được
cơ sở lý thuyết vững vàng và tạo điều kiện giúp đỡ em
trong suốt quá trình học tập.
GVHD : Th.S BÙI THỊ DUYÊN

2

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Nhóm thực hiện đồ án cũng xin gửi lời biết ơn sâu
sắc tới nhưng người thân, cùng toàn thể quý thầy, quý cô
trong khoa Công Nghệ Tự Động và đặc biệt là giáo viên
hướng dẫn Bùi Thị Duyên đã dìu dắt chúng em trong suốt
quá trình làm đồ án.
xin cảm ơn các bạn sinh viên trong khoa đã giúp đỡ
nhiệt tình rất nhiều mặt như: phương tiện, tài liệu, sách
vở, những ý kiến đóng góp xác đáng…để chúng tớ có thể
hoàn thành đồ án tốt nghiệp này.
Hà Nội, Ngày 4 tháng 1 năm 2016
Nhóm sinh viên thực hiện.

CHƯƠNG 1. CHƯƠNG 1: ĐẶT VẤN ĐỀ VÀ NHIỆM VỤ THƯ
1.1

Đặt vấn đề

Ngày nay, dưới sự phát triển mạnh mẽ của khoa học công nghệ nói
chung cũng như công nghệ kỹ thuật điện tử nói riêng đã góp phần không
nhỏ trong sự thay đổi và phát triển của cuộc sống con người. Các thiết bị
tự động hóa được sử dụng rộng rãi và có nhiều chức năng mạnh mẽ giúp
GVHD : Th.S BÙI THỊ DUYÊN

3


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
ích con người trong nhiều lĩnh vực như sản xuất công nghiệp, cũng như
trong đời sống sinh hoạt hằng ngày.

Kinh tế ngày càng phát triển đời sống được nâng cao nhu cầu của
con người về cuộc sống thoải mái, an toàn, tiện nghi là điều tất yếu. Do
đó ý tưởng về ngôi nhà thông minh, thân thiện mà ở đó các thiết bị có thể
làm việc tự động, con người có thể quản lý, giám sát và điều khiển tất cả
các thiết bị điện từ xa vào bất kỳ thời gian, địa điểm nào chỉ cần thông
qua các thiết bị nhỏ gọn, thông minh như điện thoại, máy tính, máy tính
bảng. Ý tưởng trên thực sự khả thi đem lại nhiều lợi ích cho con người, nó
đã được rất nhiều nhà khoa học, các công ty, tổ chức quan tâm nghiên cứu
và phát triển. Chúng ta thấy nhà thông minh đã ra đời và được ứng dụng
rộng rãi không chỉ ở các nước phát triển mà cả ở Việt Nam. Hệ thống an
toàn an ninh cho ngôi nhà thông minh là phần hết sức quan trọng và cần
thiết giúp gia chủ của ngôi nhà được yên tâm hơn, không phải lo lắng
nhiều về vấn đề trộm cắp hoặc các vấn đề phát sinh không mong muốn
như hỏa hoạn, rò rỉ khí ga, vấn đề thời tiết bất thường…
Từ những kiến thức được học với mong muốn tìm hiểu về ngôi nhà
thông minh đáp ứng nhu cầu của sinh hoạt hàng ngày. Với thời gian hạn
chế chúng em muốn dành thời gian tập chung nghiên cứu sâu vào phần hệ
thống an toàn an ninh cho ngôi nhà thông minh nên nhóm em đã quyết
định lựa chọn đề tài : “Nghiên cứu thiết kế hệ thống an ninh, an toàn
cho ngôi nhà thông minh.” làm đồ án tốt nghiệp của mình.
Nhiệm vụ thư

1.2
1.2.1
-

Nghiên cứu tổng quan về hệ thống an toàn an ninh của ngôi nhà thông
minh.
Nghiên cứu cấu trúc vi điều khiển và các loại cảm biến.
Vẽ sơ đồ khối cho hệ thống.

Thiết kế mạch cho hệ thống. Thiết kế mô hình ngôi nhà thông minh.
Lập trình phần mềm. Kiểm tra và kết luận cho hệ thống.

1.2.2
-

Nội dung nghiên cứu bao gồm:

Các trang thiết bị sử dụng:

Các đầu vào cảm biến:
Cảm biến nhiệt độ & độ ẩm DHT22.
Cảm biến chuyển động PIR.
Cảm biến khí MQ135.
GVHD : Th.S BÙI THỊ DUYÊN

4


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Cảm biến báo mưa.
-

Vi điều khiển sử dụng: vi điều khiển Arduina Mega 2560.

-

Các module sử dụng:
Mô hình ngôi nhà.
Module sim 900A.

Module nguồn LM2596, ASM1117.
Module cảm biến chuyển động PIR HC- SR501.
Module cảm biến khí MQ 135.
Module RFID RC522.

-

Điều khiển các cơ cấu chấp hành:
Đèn báo động.
Chuông báo động.
Vòi phun nước tự động sprinkler chữa cháy.
Động cơ đóng mở giếng trời.
Động cơ đóng mở cửa.
Camera giám sát.

1.2.3
-

-

Hoạt động của hệ thống an toàn an ninh cho nhà thông minh:

Hệ thống báo và chữa cháy: Khi nhiệt độ ở mức 68 0C thì hệ thống báo có
cháy thông qua: chuông, nhắn tin đến số điện thoại chủ nhà….và hệ thống
dập lửa từ vòi phun tự động sprinkler sẽ hoạt động.
Hệ thống báo có rò rỉ khí ga: Khi môi trường trong nhà có chất gây cháy,
thì cảm biến sẽ nhận biết và báo thông qua chuông và nhắn tin đến số chủ
nhà để khắc phục.

-

Hệ thống cảnh báo có đột nhập: Khi có hiện tượng xâm nhập trái phép
thì hệ thống sẽ cảnh báo cho chủ nhà thông qua tin nhắn và hú còi báo
động, nếu là ban đêm thì đèn sẽ tự động bật sáng.

-

Hệ thống đóng mở cửa tự động dành cho chủ nhà: Khi chủ nhà quẹt thẻ
thì cửa sẽ tự động mở, nếu cửa mở mà không nhận được các thông tin trên
từ chủ nhà thì hệ thống sẽ không cho cửa mở. Đồng thời còi báo động sẽ
kêu.

-

Hệ thống giám sát ngôi nhà bằng camera: Các hệ thống camera tại từng
vị trí trong nhà sẽ được nối với trung tâm và được hiện thị trên một số
màn hình ở trong nhà tại những vị trí mà gia chủ dễ dàng quan sát. Do
điều kiện chi phí chúng em chỉ dùng 1 camera trong đồ án này.
GVHD : Th.S BÙI THỊ DUYÊN

5


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
-

Hệ thống báo và xử lý khi có mưa: Khi có mưa đột
ngột cảm biến mưa sẽ nhận biết có mưa gửi tín hiệu về
trung tâm. Vi xử lý trung tâm sẽ điều khiển các thiết bị
như động cơ đóng mở giếng trời.

GVHD : Th.S BÙI THỊ DUYÊN

6


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
2.1

Thực trạng các hệ thống an toàn an ninh của ngôi nhà thông
minh.

Ở nhiều nước phát triển, hạ tầng hiện đại, nhà thông minh đã được
thịnh hành từ lâu và người ta không coi nó là thứ xa xỉ, mà là những cái
cần thiết, rất đời thường khiến cuộc sống tiện nghi hơn. Ở Việt Nam, Nhà
thông minh bắt đầu xuất hiện trong vài năm trở lại đây, khi mà các căn hộ
hiện đại mọc lên, các tòa biệt thự hay các công trình lớn… Cùng với nó là
sự hiện diện của nhiều công ty cung cấp giải pháp nhà thông minh tại thị
trường Việt Nam.
Ở góc độ của những người kinh doanh thị trường nhà thông minh
thì người ta cho rằng đấy là những ngôi nhà hiện đại hoặc những ngôi nhà
thoả mãn được các yêu cầu của cư dân hiện đại. Những người thiết kế
công nghệ thì cho rằng đấy là những ngôi nhà được tự động hoá ở mức
cao, kiểm soát và điều khiển được các thiết bị điện, điện tử trong ngôi nhà
một cách đồng bộ. Ví dụ: kiểm soát được khí hậu, chiếu sáng, giải trí…
Thực hiện được các ý muốn của chủ nhà như: Tự động bật đèn khi ánh
sáng trở nên nhá nhem tối, tự động mở nước chảy vào bồn tắm hoặc báo
hiệu sự bắt đầu của buổi sáng bằng âm thanh đặc trưng, đảm bảo an ninh,
an toàn cho ngôi nhà nhờ cảnh báo xử lý cháy, trộm… mà không cần sự

trông giữ của chủ nhà… Các thiết bị trong ngôi nhà thông minh có quan
hệ chặt chẽ với nhau, tương tác, hỗ trợ nhau, phù hợp trên cả phương diện
chức năng, kỹ thuật, thẩm mĩ, kinh tế.
Hệ thống tòa nhà thông minh Building Management System
(BMS) và nhà thông minh Smart Home.
2.2.1 Hệ thống BMS
2.2

BMS (Building Management System) là một hệ thống đồng bộ cho
phép điều khiển và quản lý mọi hệ thống kỹ thuật trong toà nhà như hệ
thống điện, hệ thống cung cấp nước sinh hoạt, điều hoà thông gió, cảnh
báo môi trường, an ninh, báo cháy - chữa cháy v.v…, đảm bảo cho việc
vận hành các thiết bị trong nhà được chính xác, kịp thời.
Hiện nay, hầu hết các tòa nhà cao tầng trên thế giới như: tổ hợp văn
phòng, trung cư cao cấp, nhà băng, nhà chính phủ, tòa nhà sân bay…đều
được trang bị hệ thống điều khiển và quản lí tòa nhà BMS (Building
Management System). Việc này góp phần quan trọng trong việc vận hành
GVHD : Th.S BÙI THỊ DUYÊN

7


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
một cách hiệu quả và kinh tế các tòa nhà, bên cạnh đó tăng cường một các
hữu hiệu an toàn và an ninh.
Các chức năng, phạm vi hoạt động của hệ thống BMS là rất rộng
lớn vì nó quản lí, điều khiển mọi hoạt động của các hệ thống kỹ thuật hạ
tần tòa nhà. Do đó, tùy theo yêu cầu, chức năng hoạt động của từng tòa
nhà mà các hệ thống BMS cần phải trang bị sao cho phù hợp.
Trên thị trường có rất nhiều hãng cung cấp BMS như: Honeywell,

Siemens, Delta Control, Azbil (Yamatake), TAC (Schneider), KMC
Control, Control Application,...
-

Hệ thống BMS cung cấp các tính năng sau:

Điều khiển và gián sát cho các hệ thống cơ – điện trong tòa nhà
nhằm đảm bảo tính vận hành của các hệ thống một các tối ưu và hiệu quả
Phối hợp hoạt động của các hệ thống cơ – điện trong tòa nhà để đáp
ứng tốt nhất các yêu cầu về mức đọ sử dụng, đảm bảo an ninh, an toàn và
tiện nghi, thoải mái cho con người trong tòa nhà
Tạo ra một công cụ giao tiếp người/máy cho các nhân viên vận hành
tòa nhà để họ có thể vận hành các hệ thống cơ – điện trong tòa nhà một
cách an toàn chính xác và hiệu quả.
Thống kê các số liệu về tình trạng hoạt động, thông số kỹ thuật của
các hệ thống cơ – điện trong tòa nhà.
Tự động phát hiện sớm các sự cố, đưa ra cảnh báo để kịp khắc phục
sửa chữa để tránh ảnh hưởng trực tiếp đến hoạt động của tòa nhà.
Tạo ra một môi trường làm việc thân thiện, thỏa mái cho người
tham gia hoạt động.
-Đối

tượng quản lý và điều khiển của hệ thống BMS:
Hệ thống phân phối điện năng.
Hệ thống máy phát và ắc quy điện dự phòng.
Hệ thống chiếu sáng tòa nhà.
Hệ thống điều hòa nhiệt độ.
Hệ thống thông gió.
Hệ thống cấp, thoát nước và xử lý nước, rác thải.
Hệ thống phòng cháy và chữa cháy.

Hệ thống thang máy và thang thoát hiểm.

GVHD : Th.S BÙI THỊ DUYÊN

8


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Hệ thống an ninh bao gồm quản lý vào ra, kết hợp chấm công, hệ
thống camera an ninh, hàng rào hồng ngoại và xung điện hệ thống nhận
dạng sinh học và phỏng sinh học…
Hệ thông âm thanh công cộng.
Hệ thống thông báo hình ảnh công cộng.
Hệ thống thông tin liên lạc.
Hệ thống quản lý bãi trông giữ xe.
…

Hình 1: Các đối tượng quản lý của BMS
-

Đối tượng quản lý của hệ thống an toàn, an ninh của tòa nhà:
Trạm phân phối điện.
Hệ thống chiếu sáng.
Hệ thống báo cháy, chữa cháy.
Hệ thống thẻ kiểm soát ra vào.
Hệ thống camera giám sát.
Hệ thống chống trộm, cảnh báo có người đột nhập.

2.2.2

Nhà thông minh Smart Home

GVHD : Th.S BÙI THỊ DUYÊN

9


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Cuộc sống hiện đại ngày nay là sự lên ngôi của những sản phẩm
thông minh. Ta đã biết và có thể đã sử dụng đến Smart phone (điện thoại
thông minh) hay Smart tivi (tivi thông minh). Đặc biệt, khi nhà ở là nhu
cầu không thể thiếu của xã hội thì sự ra đời của Smart home (Nhà thông
minh), thật sự đã trở thành một cuộc cách mạng của nhà ở hiện đại.
Không chỉ là những ứng dụng thông minh tiên tiến nhất, nhà thông minh
còn là nơi hội tụ của những sản phẩm góp phần công nghệ hóa cuộc sống
của con người và tạo nên kiến trúc đặc biệt cho nhà ở hiện đại.
Smart home là một loại hình nhà ở hiện đại, được ứng dụng những
yếu tố công nghệ cao và những sản phẩm thông minh nhằm tạo cho ngôi
nhà một hệ thống đặc biệt. Tất cả các thiết bị và nội thất trong ngôi nhà
hầu như được ứng dụng công nghệ tự động hóa và được thiết lập tinh vi
theo một hệ thống hoàn chỉnh để phù hợp cho sự điều khiển của người
dùng.

Hình 2: Nhà thông minh Smart Home
Những tiêu chí cần có trong ngôi nhà thông minh smart Home:
-

Smart home thân thiện với môi trường: Đây không phải yếu tố tiên quyết
trong hệ thống smart home, tuy nhiên nó là yếu tố góp phần cho smart
home của bạn trở nên hoàn hảo. Một cấu trúc smart home cần có một hệ

sinh thái phong phú để tạo sự cân bằng cả về mặt phong thủy cũng như
mặt thẩm mĩ. Khi mà đô thị chật chội, ngôi nhà được bao phủ toàn bộ bởi
kính, thép, bê tông, thì một môi trường trong lành là mơ ước của không ít
GVHD : Th.S BÙI THỊ DUYÊN

10


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

-

người bởi hệ sinh thái không chỉ điều hòa không khí mà còn mang lại
nhiều lợi ích cho sức khỏe con người.
Một kiến trúc thông minh: Thiết kế một bản mẫu đẹp, có khả năng thích
ứng một cách linh hoạt với những thay đổi trong việc trang bị những thiết
bị kĩ thuật công nghệ cũng như thích nghi được xu hướng kiến trúc của
nhiều thời đại.
- Tiết kiệm năng lượng:
Hệ thống nhà thông minh – Smart home không thể thiếu một tiêu chí tối
cần thiết đó là tiết kiệm năng lượng. Thể hiện ở việc các thiết bị có thể
khai thác và sử dụng tốt các nguồn nhiên liệu có sẵn trong tự nhiên như
sức gió, sức mặt trời, sức nước thay vì tiêu tốn quá nhiều nguyên liệu bởi
sự ứng dụng các thiết bị công nghệ hiện đại.

-

Hệ thống kĩ thuật: Đây là nhân tố quan trọng nhất quyết
định một ngôi nhà có đúng là smart home hay không. Phân
loại hệ thống kĩ thuật trong smart home có thể điểm qua

một số nhóm chính sau:

-

Hệ thống báo cháy và chữa cháy: Hệ thống báo cháy cảm ứng khi có hiện
tượng cháy (nồng độ khói, nhiệt độ), và thông báo bằng âm thanh (loa,
còi), đèn chiếu sáng.

-

Hệ thống an ninh: Bao gồm các hệ thống cửa tự động, camera quan sát,
đầu ghi hình, bộ nhớ lưu trữ, ghi nhận và lưu trữ thông tin trong hệ thống
nhà.

-

Hệ thống nhiệt: Điều hoà nhiệt độ, lò sưởi, bình nước nóng...)

-

Hệ thống giải trí: Truyền hình, đầu DVD, máy nghe nhạc…

-

Hệ thống cấp nước: Phòng vệ sinh, tưới vườn...

-

Hệ thống điều khiển thiết bị thông minh: Với hệ thống thiết bị này chủ
nhân có thể làm chủ căn nhà tiện nghi hiện đại của mình mà không mất

quá nhiều thời gian và công sức .

-

Hệ thống âm thanh đa vùng: Hệ thống âm thanh đa vùng của Smart Home
giúp cho các khu vực khác nhau trong nhà cùng 1 lúc có thể phát các
nguồn nhạc khác nhau tùy theo sở thích của từng người.

GVHD : Th.S BÙI THỊ DUYÊN

11


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
-

Hệ thống kiểm soát môi trường: Nhà thông minh Smart Home được trang
bị hệ thống kiểm soát môi trường với các cảm biến nhiệt độ, độ ẩm, nồng
độ oxy đặt ở khắp các vị trí thích hợp trong ngôi nhà.

-

Hệ thống điều khiển rèm mành: Smart Home còn tự động hoạt động theo
thói quen của người dùng, như buổi sáng rèm tự động kéo lên, đi ngủ rèm
tự động đóng lại, hệ thống còn phân biệt được nhu cầu ánh sáng của mùa
đông, mùa hè khác nhau để tự động điều chỉnh đóng mở cho phù hợp.
-

Đối tượng quản lý của Smart Home trong hệ thống an toàn, an ninh:
Kiểm soát vào ra

Cảnh báo cháy, rò rỉ khí gas
Thông báo tình trạng môi trường, không khí trong nhà.
Camera an ninh, hàng rào điện tử, phát hiện kính vỡ…
Phát hiện và thông báo tới chủ nhà khi vấn đề mất an toàn an ninh.
V.v...

Hình 3: Ví dụ về hệ thống cảnh báo đột nhập và báo cháy
Trong phạm vi nội dung, cũng như thời gian để hoàn thành đồ án tốt
nghiệp chúng em tập trung nghiên cứu và tìm hiểu hệ thống an toàn, an
ninh cho ngôi nhà thông minh.
2.2.3

Một số hãng sản xuất Smart Home hiện này

Các tiện ích được trang bị cho ngôi nhà thông minh ngày càng đa
dạng và hiện đại. Đây là thị trường tiềm năng phát triển nhanh trong thời
gian gần và cả trong tương lai. Vì vậy nó dành được sự quan tâm nghiên
GVHD : Th.S BÙI THỊ DUYÊN

12


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
cứu của các công ty và tập đoàn trên thế giới, trong đó có cả Việt nam tiêu
biểu như hệ thống an toàn an ninh của: BKAV, BOSCH, LUMI …
a, Hệ thống nhà thông minh BKAV Smart Home:
BKAV Smart Home là thế hệ nhà thông minh mới của Việt Nam,
kết nối tất cả các thiết bị trong ngôi nhà của bạn thành một hệ thống mạng
có thể điều khiển chúng theo một kịch bản thông minh, bao gồm: hệ thống
chiếu sáng, điều hòa không khí, cảm biến môi trường, camera giám sát,

báo rò rỉ khí gas, cảnh báo khi có người đột nhập…
-

Đối tượng quản lý của BKAV Smart Home trong hệ thống an toàn, an
ninh của ngôi nhà:
Hệ thống ánh sáng thông minh.
Hệ thống điều khiển rèm mành.
Hệ thống kiểm soát môi trường.
Hệ thống camera giám sát.
Hệ thống báo cháy, rò rỉ khí gas.
Hệ thống báo động khi có người đột nhập .
V.v...

Hình 4: Đối tượng quản lý của BKAV Smart Home
-

Tính năng của BKAV Smart Home:
Điều khiển chỉ bằng một vài nút bấm qua smart phone, máy tính

bảng.
GVHD : Th.S BÙI THỊ DUYÊN

13


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Hệ thống kiểm soát môi trường được trang bị các cảm biến nhiệt độ,
độ ẩm, nồng độ oxy … đặt ở khắp các vị trí thích hợp trong ngôi nhà.
Kiểm soát ngôi nhà từ bất cứ đâu và điều khiển ngôi nhà từ thiết bị
di động, máy tính bảng thông qua kết nối Internet (Wifi, 3G).

An toàn với hệ thống an toàn, an ninh thông minh Hệ thống an ninh
trong ngôi nhà nắm giữ vai trò quan trọng, bảo vệ ngôi nhà 24/7, kiểm
soát các nguy cơ cháy nổ (rò rỉ khí gas, chập điện), bị xâm nhập trái
phép… Hệ thống này gồm các thiết bị kiểm soát vào ra ACS, cảm biến
phát hiện người, cảm biến phát hiện kính vỡ, cảm biến khói, hệ thống IP
camera ghi hình, hàng rào điện tử…
Ra lệnh bằng giọng nói để điều khiển thiết bị.
b, Hệ thống nhà thông minh của Bosch
Bosch là một tập đoàn cung cấp các dịch vụ và sản phẩm công
nghệ hàng đầu thế giới trong đó có các sản phẩm tạo sự tiện ích cũng như
an toàn an ninh với ngôi nhà của bạn.
-Đối

tượng quản lý của BOSCH trong hệ thống an toàn, an ninh của ngôi

nhà:
Hệ thống quan sát hình ảnh.
Hệ thống báo động chống đột nhập .
Hệ thống báo cháy EN54 UL ,ULC,FM…
Hệ thống kiểm soát ra vào.

GVHD : Th.S BÙI THỊ DUYÊN

14


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Hình 5: Đối tượng quản lý của Bosh
-

Tính năng của Bosh

Bảng điều khiển được điều chỉnh từ bàn phím hoặc thông qua
mạng.
Các hệ thống hình ảnh được đưa ra theo nguyên tắc nhất định qua
đó các sản phẩm dễ hiểu hơn, dễ dàng lắp đặt hơn, chính xác hơn và kết
nối tốt hơn.
Hệ thống chống trộm đột nhập được tích hợp với các giải pháp
ngăn chặn để đáp ứng những chỉ tiêu an ninh cao nhất. Dòng thiết bị
không dây tích hợp bảng điều khiển cung cấp giải pháp an toàn có khả
năng mở rộng cho bất kỳ ứng dụng nào.
Hệ thống chống cháy có bảng điều khiển có thể lập trình được cho
lập trình và vận hành. Các phần mở rộng tùy chọn như các phần chuyển
tiếp mở module thu và chuyển mạch chính cho ghép.
c, Hệ thống nhà thông minh của LUMI
Lumi Việt Nam là nhà sản xuất thiết bị điện thông minh và cung
cấp giải pháp nhà thông minh trong nước được khách hàng lựa chọn nhiều
nhất trong phân khúc hệ thống nhà thông minh trung và cao cấp bởi tính
tiện ích, đơn giản và dễ dàng trong sử dụng.
GVHD : Th.S BÙI THỊ DUYÊN

15


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
-

Đối tượng quản lý của LUMI trong hệ thống an toàn, an ninh của tòa nhà:
Hệ thống an ninh giám sát.

Chống đột nhập.
Kiểm soát môi trường hiển thị nhiệt độ, độ ẩm, báo mưa…
Báo cháy và tự động chữa cháy.
Kiểm soát ra vào.
Kiểm soát toàn bộ ngôi nhà qua các thiết bị smartphone, máy tính…

Hình 6: Các đối tượng quản lý của Lumi
-

Cũng giống như các hệ thống của các thương hiệu trên LUMI cũng đảm
bảo được đầy đủ tính năng như:
Cho phép bạn điều khiển, giám sát, đặt lịch hẹn giờ, vận hành nhiều
thiết bị trong ngôi nhà thông minh cùng lúc.
Có thể điều chỉnh nhiệt độ của một hay nhiều điều hòa ở bất cứ khi
nào có điện thoại hay máy tính bảng trên tay.
Hệ thống điện thông m inh an ninh giám sát cho ngôi nhà được đặt
quan trọng ưu tiên hàng đầu bảo vệ an toàn cho gia đình bạn. Hệ thống
GVHD : Th.S BÙI THỊ DUYÊN

16


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Camera được lắp đặt tại các khu vực cần được giám sát và hoạt động liên
tục suốt ngày đêm ghi lại toàn bộ các hoạt động diễn ra hàng ngày.
Các thiết bị đều có thể phòng và chống trộm đều do bạn cài đặt. Ví
dụ bạn và gia đình đi vắng và đặt chế độ chống đột nhập cho cảm biến đặt
ở tầng thượng: Khi cửa mở, ngay lập tức, còi hú vang lên, đèn xoáy quay
sáng, hệ thống chiếu sáng bật lên, toàn bộ rèm cửa mở ra… tất cả các thiết
bị đều tham gia “chống trộm” ngay khi có sự đột nhập trái phép.

Kiểm soát tất cả thiết bị trong nhà bất cứ thời gian nào và ở bất kỳ
đâu trên thế giới chỉ với chiếc điện thoại hoặc máy tính bảng có kết nối
Internet.
Cảm biến môi trường sẽ đo thông số môi trường và gửi về bộ điều
khiển trung tâm đồng thời hiện thị trên điện thoại di động.

GVHD : Th.S BÙI THỊ DUYÊN

17


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
2.3

Các cảm biến được sử dụng trong hệ thống

2.3.1

Cảm biến nhiệt độ - độ ẩm

Trong phạm vi đồ án này em sử dụng cảm biến DHT22.Cấu tạo cảm
biến gồm 2 phần : cảm biến độ ẩm dạng điện dung và một nhiệt điện
trở( thực tế là 1 cảm biến nhiệt độ dạng DS18B20). Ngoài ra còn có một
số thành phần cơ bản bên trong như vi điều khiển 8 bit để chuyển đổi
tương tự số và đọc dữ liệu tinh chỉnh, bù nhiệt độ được lưu trữ trong
ROM OTP và xuất giá trị của nhiệt độ, độ ẩm ra đầu ra của cảm biến. Dữ
liệu đầu ra của cảm biến là tín hiệu số nên DHT22 có thể giao tiếp với
mọi vi điều khiển một cách dễ dàng
Cảm biến: DTH22
Chân 1: VCC

Chân 2: DATA
Chân 3: NC
Chân 4: GND
Hình 7: Cảm biến DTH22
-

Các đặc điểm chung:
Được bù nhiệt độ trên toàn bộ dải đo.
Tín hiệu số đã được chỉnh định.
Có khả năng truyền tín hiệu đi xa 20m.
Giữ được độ ổn định, chính xác của cảm biến trong thời gian dài.
Tiêu thụ dòng ít chỉ 2.5mA khi chuyển đổi giá trị.
Không cần thêm thành phần gắn ngoài bổ sung.

-

Một số thông số kỹ thuật:
Điện áp hoạt động 3.3-5v.
Chuẩn giao tiếp 1 wire.
Dải đo độ ẩm 0 - 99,9%.
Dải đo nhiệt độ -40 - 80 ºC.
Sai số độ ẩm ±2%.

GVHD : Th.S BÙI THỊ DUYÊN

18


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Sai số nhiệt độ ± 0.5ºC°.°°

-

Giao tiếp với vi điều khiển và cảm biến:

Bus dữ liệu một dây được sử dụng để giao tiếp giữa vi điều khiển và
cảm biến DHT22, thời gian để thực hiện 1 lần giao tiếp là 5ms
Dữ liệu gồm phần nguyên và phần thập phân, DHT22 sẽ gửi bit có
trọng số cao trước.
Dữ liệu là 8 bit số nguyên của dữ liệu độ ẩm + 8 bit số thập phân
của dữ liệu độ ẩm + 8 bit số nguyên của dữ liệu nhiệt độ + 8 bit số thập
phân của dữ liệu nhiệt độ + 8 bit kiểm tra lỗi.
Nếu dữ liệu truyền đúng thì mã kiểm tra lỗi sẽ là 8 bit cuối cùng
của “8 bit số nguyên của dữ liệu độ ẩm + 8 bit số thập phân của dữ liệu độ
ẩm + 8 bit số nguyên của dữ liệu nhiệt độ + 8 bit số thập phân của dữ liệu
nhiệt độ”.
Khi vi điều khiển gửi tín hiệu bắt đầu, DHT22 chuyển từ trạng thái
nghỉ sang trạng thái chạy, khi vi điều khiển hoàn thành việc gửi tín hiệu
bắt đầu thì DHT22 sẽ gửi phản hồi tín hiệu có độ dài 40 bit tới vi điều
khiển. Khi không có tín hiệu bắt đầu từ vi điều khiển, DHT22 sẽ không
gửi tín hiệu phản hồi tới vi điều khiển. Một tín hiệu bắt đầu từ vi điều
khiển gửi tới DHT22 thì DHT22 sẽ gửi phản hồi dữ liệu nhiệt độ, độ ẩm
về vi điều khiển một lần. Khi DHT22 hoàn thành việc gửi dữ liệu thì nó
lại chuyển về trạng thái tiết kiệm năng lượng.
2.3.2

Cảm biến rò rỉ khí gas

Trong đồ án này để báo khói, rò rỉ khí gas giúp cảnh báo cháy nổ thì
chúng em đã sử dụng module cảm biến khí MQ135. MQ 135 là một cảm
biến khí, thường được dùng trong các thiết bị kiểm tra chất lượng không

khí bên trong cao ốc, văn phòng, công ty,…Phát hiện NH 3, NOX, Alcohol,
Benzen, khói, CO 2,…Với những tính năng hữu ích và vượt trội cùng cấu
tạo đơn giản và chi phí thấp nên được ứng dụng rộng dãi trong công
nghiệp và dân dụng.

GVHD : Th.S BÙI THỊ DUYÊN

19


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Hình 8: Cảm biến khí MQ135
Tính năng:

-

Kích thước 32mm*20mm.
Phạm vi phát hiện tương đối rộng.
Bền, tuổi thọ cao.
Phản ứng nhanh, độ nhạy cao.
Mạch điều khiển đơn giản.
-

Thông số kỹ thuật:
Bảng 1: Thông số kỹ thuật MQ135

Ký hiệu

VC

VH
RL
RH
PH

Tên tham số

Điều kiện kỹ thuật

Điện áp nguồn
Điện áp của heater
Điện trở tải (thay đổi được)
Điện trở của heater
Công suất tiêu thụ của heater

-

GVHD : Th.S BÙI THỊ DUYÊN

20

≤ 24V DC
5V ± 0.1 AC/DC
2kΩ - 47kΩ
33Ω ± 5%
< 800mW


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
-Sơ

đồ và cách kết nối:

Hình 9: Sơ đồ chân MQ 135

Hình 10: Sơ đồ kết nối MQ 135
-

Cách kết nối module MQ135 là :
VCC nối nguồn +5V.
GND nối GND.
AO nối A6 của Arduino Mega 2560.
DO nối Digital 32 của Arduino Mega 2560.

2.3.3 Cảm biến nhận biết mưa
- Mạch cảm biến mưa gồm 2 bộ

phận:

Bộ phận cảm biến mưa được gắn ngoài trời
Bộ phận điều chỉnh độ nhạy cần được che chắn
GVHD : Th.S BÙI THỊ DUYÊN

21


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Mạch cảm biến mưa hoạt động bằng cách so sánh hiệu điện thế của
mạch cảm biến nằm ngoài trời với giá trị định trước (giá trị này thay đổi
được thông qua 1 biến trở màu xanh) từ đó phát ra tín hiệu đóng / ngắt rơ

le qua chân D0.
Khi cảm biến khô ráo (trời không mưa), chân D0 của module cảm
biến sẽ được giữ ở mức cao (5V-12V). Khi có nước trên bề mặt cảm biến
(trời mưa), đèn led đỏ sẽ sáng lên, chân D0 được kéo xuống thấp (0V).
Mạch hoạt động với nguồn 5v.

Hình 11: Cảm biến nhận biết mưa
-

Thông số kỹ thuật :
Điện áp: 5V.
Led báo nguồn (Màu xanh).
Led cảnh báo mưa (Màu đỏ).
Hoạt động dựa trên nguyên lý: Nước rơi vào board sẽ tạo ra môi
trường dẫn điện.
Dạng tín hiệu: Analog( AO) và Digital (DO).

-

Kích thước Board: Kích thước: 5.4*4.0 mm, Dày 1.6 mm.

GVHD : Th.S BÙI THỊ DUYÊN

22


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Hình 12: Sơ đồ kết nối của cảm biến mưa
2.3.4

Cảm biến chuyển động

Để thực hiện các chức năng như bật đèn tự động khi có người đi qua
hoặc chế độ chống trộm chúng em đã sử dụng cảm biến hồng ngoại thụ
động. Cảm biến PIR (Passive InfrarRed sensor) tức là bộ cảm biến thụ
động dùng nguồn kích thích là tia hông ngoại. Tia hồng ngoại (IR) chính
là các tia phát ra từ các vật thể có nhiệt độ. Trong có cơ thể sống như con
người chúng ta luôn có thân nhiệt (thông thường là ở 37ºC), và từ cơ thể
chúng ta sẽ luôn phát ra các tia nhiệt, hay còn gọi là các tia hồng ngoại,
người ta sẽ dùng một tế bào điện để chuyển đổi tia nhiệt ra dạng tín hiệu
điện và nhờ đó mà có thể làm ra cảm biến phát hiện các vật thể nóng đang
chuyển động. Cảm biến này gọi là thụ động vì nó không dùng nguồn nhiệt
tự phát (làm nguồn kích từ hay chủ động) mà chỉ phụ thuộc vào các nguồn
nhiệt phát ra từ bên ngoài.

GVHD : Th.S BÙI THỊ DUYÊN

23


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Hình 13: Cảm biến chuyển động PIR
-

Cấu tạo:

Mọi vật thể đều được cấu tạo từ những phân tử nhỏ li ti, nhiệt là
một dạng năng lượng tạo ra từ các xao động của các phần tử, đó là các

chuyển động hỗn loạn, không có trật tự. Từ các xao động này, nó phát ra
các tia nhiệt, bằng cảm giác thông thường của giác quan, chúng ra gọi nó
sức nóng. Ở mỗi người thân nhiệt ổn định ở mức 37ºC, đó là nguồn nhiệt
mà ai cũng có và nếu dùng linh kiện cảm ứng thân nhiệt, chúng ta sẽ có
thiết bị phát hiện ra các vật thể phát ra tia nhiệt.
Người ta tạo ra cảm biến PIR bằng cách gắn 2 cảm ứng pyroelentric
tia nhiệt nằm ngang và được nối vào cực Gate của một transistor FET để
khuếch đại tín hiệu điện, có 3 ngõ ra, chân 1 (Drain) nối nguồn Vcc, chân
2 (Source) tín hiệu output ngõ ra của cảm biến, chân 3 (Ground) nối mass.
Ngoài ra phía trên 2 cảm ứng pyroelectric tia nhiệt người ta gắn thêm một
tấm kính để lọc lấy tia nhiệt (tia hồng ngoại)
-

Thông số kỹ thuật:
Điện áp sử dụng: 4.5 – 20V DC
Đầu ra tín hiệu: 0 hoặc 3.3V
Thời gian trễ: tùy chỉnh từ 0 – 200 giây
Kích thước: 32 x 24 x 15mm
Góc quét phát hiện: dưới 100º
Cảm biến PIR: 500BP
Khoảng cách phát hiện: 2 – 5m
Chế độ hoạt động ( 2 chế độ):
GVHD : Th.S BÙI THỊ DUYÊN

24


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
L: không lặp lại kích hoạt
H: lặp lại kích hoạt

-

Nguyên lý làm việc:
PIR HC – SR501 cảm biến chuyển động chỉnh được độ nhạy bảo
gồm 2 biến trở. Một biến trở điều chỉnh độ nhạy của cảm biến ( có tên
SX), một biến trở điều chỉnh thời gian đóng của cảm biến ( T X). Vặn biến
trở về bên phải sẽ làm tăng giá trị của biến trở và ngược lại.
Điều làm cho PIR HC – SR501 trở nên đặc biệt đó là khả năng điều
chỉnh được độ nhạy. Khả năng này thực sự rất hữu ích khi trong nhà
chúng ta có thú cưng. Với cảm biến PIR không có biến trở điều chỉnh độ
nhạy, khi thú cưng của bạn đi ngang qua sẽ vẫn có tác dụng với cảm biến
và làm cảm biến đóng. Điều này thật sự không tốt và gây phiền phức. Nó
gây nên báo động giả cho một số trường hợp:
Tự động cảm ứng khi có người vào phạm vi của cảm ứng
Kiểm soát ánh sáng (tùy chọn): Bạn có thể xem bị trí lắp quang trở,
khi có quang trở sẽ thiết đặt module hoạt động ban ngày hoặc ban đêm
Thiết lập 2 chế độ kích hoạt: L- không lặp đi lặp lại; H- có thể lặp
đi lặp lại.
Không lặp đi lặp lại: Module tự động đưa về mức thấp khi hết thời
gian trễ.
Lặp đi lặp lại: Module luôn giữ ở mức cao cho đến khi không còn
người chuyển động.
2.3.5

Hệ thống dập lửa khi có cháy

Hệ thống dập lửa bằng vòi phun tự động sprinkler:
Hệ thống chữa cháy bằng nước tự động sprinkler là một hệ thống
chữa cháy phổ biến hiện nay.
Hệ thống này phù hợp với các toà nhà cao tầng, nhà xưởng, công

trình...
Không phù hợp cho lắp đặt các khu vực phòng máy chủ IT hoặc
những sản phẩm có đặc tính hư hại nhiều khi gặp nước.
-

Ưu điểm: Lắp đặt nhanh, dễ dàng và không tốn nhiều chi phí như các hệ
thống chữa cháy chuyên dụng khác.
Nhược điểm: Không phù hợp với các phòng máy chủ, trung tâm điều
khiển, những kho hàng chứa sản phẩm kỵ nước hoặc các chất cháy mà
nước không chữa cháy được như: Thiết bị điện, điện tử, xăng, dầu…
- Cấu tạo chung:
GVHD : Th.S BÙI THỊ DUYÊN

25