Mô hình đồ án nhà thông minh. Giám sát và điều khiển thiết bị qua bluetooth, tin nhắn và qua mạng lan dùng arduino

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
KHOA ĐIỆN

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Tên đề tài:

ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT THIẾT BỊ ĐIỆN TRONG NHÀ
BẰNG ĐIỆN THOẠI ANDROID QUA SÓNG BLUETOOTH VÀ
MODUL SIM900A KẾT HỢP VỚI MẠNG ETHERNET

Sinh viên thực hiện
Lớp
Chuyên ngành
Giáo viên hướng dẫn
Giáo viên duyệt

ĐÀ NẴNG, 2016

: Lê Việt
: 11D3
: Tự động hóa
: GVC. Nguyễn Mạnh Hà
: T.S Nguyễn Quốc Định


TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
KHOA ĐIỆN

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

-- -- -- -- -- oOo-- -- -- -- --

-- -- -- -- -oOo- -- -- -- -- -

NHIỆM VỤ
THIẾT KẾ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Họ và tên sinh viên : Lê Việt
Lớp : 11D3
Khoa : Điện
Ngành : Kỹ thuật Điện (Tự động hóa)
Đề tài: Điều khiển và giám sát thiết bị điện trong nhà bằng điện thoại Android qua
sóng Bluetooth và Modul Sim900A kết hợp với mạng Ethernet.
Nội dung:
- Chương 1: TỔNG QUAN VỀ NHÀ THÔNG MINH
- Chương 2: CÁC THIẾT BỊ DÙNG TRONG ĐỀ TÀI
- Chương 3: THIẾT KẾ HỆ THỐNG
- Chương 4: KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM VÀ PHÂN TÍCH
Giáo viên hướng dẫn: GVC. Nguyễn Mạnh Hà
Giáo viên duyệt

: T.S Nguyễn Quốc Định

Ngày giao đề tài

: 31/1/2016

Ngày nộp đề tài

: 23/5/2016

Ngày ….. tháng ….. năm 2016
Thông qua bộ môn
(ký và ghi rõ họ tên)

Ngày ….. tháng ….. năm 2016
Giáo viên duyệt
(ký và ghi rõ họ tên)

TS. Trương Thị Bích Thanh
Ngày …. tháng …. năm 2016
Giáo viên hướng dẫn
(ký và ghi rõ họ tên)

Ngày….. tháng ….. năm 2016
Sinh viên thực hiện
(ký và ghi rõ họ tên)

GVC. Nguyễn Mạnh Hà

Đoàn Vương Quốc
Lê Việt
Đà Nẵng, ngày …. tháng …. năm 2016
CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG BẢO VỆ
(ký và ghi rõ họ tên)


LỜI CẢM ƠN
Trong quá trình thực hiện đề tài, chúng em đã cố gắng rất nhiều song do

thời gian thực hiện đề tài có hạn và một số hạn chế trong việc tìm hiểu tài liệu
liên quan nên chắc chắn không thể tránh khỏi thiếu sót, rất mong sự đóng góp ý
kiến chân thành của quý Thầy Cô và bạn bè để đồ án của em được hoàn thiện
hơn.
Em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới thầy Nguyễn Mạnh Hà. Thầy đã trực
tiếp hướng dẫn, theo sát, chỉ bảo chúng em từng bước, kịp thời một cách nhiệt
tình từ khi bắt đầu đồ án cho tới khi hoàn thành đồ án.
Em xin chân thành cảm ơn quý Thầy Cô trong Khoa Điện trường Đại
học Bách Khoa đã truyền thụ kiến thức trong suốt thời gian học tập ở trường.
Đà Nẵng, tháng 23 tháng 05 năm 2016
Người thực hiện
Lê Việt


LỜI MỞ ĐẦU
Trong những năm gần đây, ngôi nhà thông minh (smart home) đã xuất
hiện và được ứng dụng rộng rãi trong cuộc sống từ những khách sạn hay resort
sang trọng cho đến những ngôi nhà hiện đại đều được lắp đặt hệ thống điều
khiển thông minh. Theo xu hướng phát triển đó, em quyết định lựa chọn thực
hiện nghiên cứu đề tài: “Điều khiển và giám sát thiết bị điện trong nhà bằng
điện thoại Android qua sóng Bluetooth và Modul Sim900A kết hợp với
mạng Ethernet”.
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 được thực hành những kiến thức học được từ ghế nhà trường sẽ giúp hình
thành những sản phẩm công nghiệp, được sử dụng, cầm tay lắp những cảm
biến mà từ trước chỉ nằm trên trang giấy. Trong quá trình tiến hành không thể
không gặp những khó khăn vấp phải, do đó kích thích sinh viên tư duy để tìm ra
phương án tối ưu và trao đổi thảo luận với thầy cô, bạn bè.
Tuy nhiên do hạn chế về kinh nghiệm thực tế và thời gian thực hiện nên

việc giải quyết đề tài không thể tránh khỏi những thiếu sót. Do đó rất mong
sự chỉ bảo thêm của quý thầy cô cũng như những đóng góp của các bạn sinh
viên.


MỤC LỤC
MỤC LỤC.............................................................................................................................6
1.1.1 Tổng quan tình hình nghiên cứu............................................................................................................1


MỤC LỤC HÌNH
Hình 1.1: Biệt thự Oceanfront ở California..........................................................................5
Hình 1.2: Biệt thự Cape Cod ở Cotuit, Massachusetts..........................................................5
Hình 1.3: Biệt thự tháp Clock ở Brooklyn, New York............................................................6
Hình 1.4: Biệt thự Tuxedo Park ở Atlanta, Georgia.............................................................6
Hình 1.5: Nhà thông minh Bkav SmartHome tại khu đô thị PMH TP. Hồ Chí Minh................7
Hình 1.6: Trung tâm hành chính Đà Nẵng...........................................................................8
Hình 2.1: Những thành viên khởi xướng Arduino..............................................................13
Hình 2.2 Board Arduino Uno.............................................................................................14
Hình 2.3: Module Sim 900A...............................................................................................18
Hình 2.4: Sơ đồ chân của Sim900A....................................................................................20
Hình 2.6: Ảnh thực tế module Ethernet dung chip Wiznet W5100......................................24
Hình 2.7: sơ đồ kết nối module Ethernet với MCU............................................................24
Hình 2.8: Màn hình LCD 16x02...........................................................................................24
Hình 2.9: Sơ đồ chân và hình ảnh thực tế của bàn phím ma trận 4x4................................26
Hình 2.10: Đầu dò PIR D203B và lăng kính Fresne.............................................................26
Hình 2.11: Sơ đồ hoạt động của cảm biến PIR...................................................................27
Hình 2.12: Cảm biến khí gas MQ2 và sơ đồ chân...............................................................28
Hình 2.13: Cảm biến ánh sáng quang trở..........................................................................28
Hình 2.14: khối relay.........................................................................................................30

Hình 2.15: Hình ảnh thực tế của cảm biến mưa.................................................................31
Hình 2.16: Cảm biến nhiệt độ LM 35..................................................................................32
Hình 2.17: Module Chuyển Đổi I2C cho LCD1602 chuyển Đổi I2..........................................33
Hình 2.18: Động cơ Servo SG 90........................................................................................33
Hình 2.19: Cách kết nối động cơ SG90...............................................................................33
Hình 2.20: Loa Hình 2.21: Modul ổn áp LM 2596...............................................................34


Hình 3.1: Sơ đồ khối của đề tài..........................................................................................35
Hình 3.2: Khối xử lý trung tâm..........................................................................................36
Hình 3.2: Khối Modul Sim900A..........................................................................................37
Hình 3.3: Giao tiếp giữa Modul Sim900A và Modul Slave1................................................37
Hình 3.4: LCD I2C Adaptor.................................................................................................37
Hình 3.5: Mạch thực tế khối Relay Output.........................................................................38
Hình 3.6: Nguồn Adapter 12V 2A.......................................................................................38
Hình 3.7: Giao tiếp giữa Module Bluetooth và Module Master..........................................39
Hình 3.8: Khối Module Ethernet và TP-LINK720N...............................................................40
Hình 3.9: Giới thiệu về MIT App Inventor..........................................................................41
Hình 3.10 : Phần mềm lập trình MIT App Inventor.............................................................42
Hình 3.11: Giao diện HMI trên điện thoại Android.............................................................43
Hình 3.12: Phần mềm ARDUINO IDE 1.5.4.........................................................................43
Hình 3.13: Giao diện HMI qua websever............................................................................44
Hình 3.14: Sơ đồ tổng quát hệ thống điện tử của mô hình................................................45
Hình 3.15: Thuật toán tổng quát của chương trình...........................................................47
Hình 3.16: Thuật toán điều khiển chính trên điện thoại.....................................................49
Android qua sóng Bluetooth.............................................................................................49
Hình 3.17: Lưu đồ giám sát nhiệt độ.................................................................................50
Hình 3.18: Thuật toán tổng quát trên Modul Slave1..........................................................51
Hình 3.19: Thuật toán gửi tin nhắn SMS điều khiển thiết bị...............................................52
Hình 3.20: Thuật toán xử lý SMS từ master gửi về và khi có báo động..............................53

Hình 3.21: Thuật toán tổng quát trên Modul slave2..........................................................54
Hình 3.22: Lưu đồ chương trình điều khiển cửa chính bằng password...............................55
Hình 3.23: Thiết kế và thi công phần cứng ngôi nhà..........................................................56
Hình 3.24 : Mô hình thực tế nhìn từ trên cao xuống..........................................................56


Hình 3.25 : Khối xử lý trung tâm của ngôi nhà...................................................................57


LIỆT KÊ BẢNG
Bảng 1.1: Thông số của Arduino UNO R3...........................................................................16
Bảng 1.2: Sơ đồ chân LCD.................................................................................................25
Bảng 1.3: Thông số của Modul ổn áp LM2596 DC-DC.........................................................34
Bảng 1.4: Bảng icon và chức năng của phần mềm Arduino IDE.........................................43
Bảng 3.1: Bảng chức năng của từng Module.....................................................................46


DANH MỤC NHỮNG TỪ VIẾT TẮT
ADC (Analog Digital Converter): bộ chuyển đổi tín hiệu analog sang digital
GSM (Global System for Mobile Communication): Mạng thông tin di động
toàn cầu
PIR (Passive InfraRed sensor): Cảm biến chuyển động PIR
LCD (Liquid crystal display) : Màn hình tinh thể lỏng


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
MINH

NGÔI NHÀ THÔNG

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ NHÀ THÔNG MINH
1.1 DẪN NHẬP
1.1.1 Tổng quan tình hình nghiên cứu
Ngày nay trên thế giới với sự bùng nổ của các ngành công nghệ thông tin,
điện tử đã làm cho đời sống của con người ngày càng hoàn thiện. Các thiết bị
thông minh đã ngày càng được ứng dụng vào cuộc sống sinh hoạt hằng ngày của
mỗi con người. Đặc biệt, smartphone đã trở thành một phần quen thuộc trong
cuộc sống thường nhật của mỗi cá nhân và nhu cầu ứng dụng các ứng dụng của
smartphone vào đời sống ngày càng thiết thực. Đề tài ứng dụng thực Điều khiển
và giám sát thiết bị điện trong nhà bằng điện thoại Android qua sóng
Bluetooth và Modul Sim900A kết hợp với mạng Ethernet để nâng cao chất
lượng cuộc sống con người và đáp ứng các nhu cầu ngày càng mạnh mẽ trong
thời đại công nghệ số.
Với sự phát triển ngày càng mạnh mẽ của khoa học công nghệ, vi điều
khiển AVR và vi điều khiển PIC ngày càng thông dụng và hoàn thiện hơn,
nhưng có thể nói sự xuất hiện của Arduino vào năm 2005 tại Italia đã mở ra một
hướng đi mới cho vi điều khiển. Sự xuất hiện của Arduino đã hỗ trợ cho con
người rất nhiều trong lập trình và thiết kế, nhất là đối với những người bắt đầu
tìm tòi về vi điều khiển mà không có quá nhiều kiến thức, hiểu biết sâu sắc về
vật lý và điện tử. Phần cứng của thiết bị đã được tích hợp nhiều chức năng cơ
bản và là mã nguồn mở. Chính vì những lý do như vậy nên Arduino hiện đang
dần phổ biến và được phát triển ngày càng mạnh mẽ trên toàn 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 và tạo ra bước ngoặt quan
trọng trong lĩnh vực ngôi nhà thông minh phục vụ nhu cầu ngày càng cao của
con người trong đời sống. Tại việt nam đã bắt đầu có nhiều công ty chuyên lắp
đặt ngôi nhà hoặc hệ thống thông minh trong đó phải kể đến công ty BKAV và
SVTH: ĐOÀN VƯƠNG QUỐC – LÊ VIỆT

Trang 1

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
MINH

NGÔI NHÀ THÔNG

CEO Nguyễn Tử Quảng đã ấp ử dự án ngôi nhà thông minh điều khiển bằng
điện thoại trên nền tảng Android từ nắm 2011 đến nay và hiện nay đang thi công
cho rất nhiều dự án trên cả nước.
Hãy nghĩ về những việc chúng ta phải làm mỗi ngày ở nhà như: Bật tắt
bóng đèn, Tivi, hệ thống báo động, báo cháy, bật điều hòa, bật quạt, tưới nước
tự động cho vườn cây, ...
Ngoài ra ngôi nhà của chúng ta còn có thể giám sát được bằng Smartphone và
gửi SMS về cho chủ nhà biết khi có người lạ đột nhập .
Xuất phát từ những thực tiễn nói trên, chúng em quyết định thực hiện đề tài
cho đồ án tốt nghiệp của mình: “Điều khiển và giám sát thiết bị điện trong
nhà bằng điện thoại Android qua sóng Bluetooth và Modul Sim900A kết
hợp với mạng Ethernet”.
1.1.2 Hướng giải quyết vấn đề
Có nhiều hướng giải quyết thiết kế 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 hướng giải quyết đề tài là sử dụng Arduino vì phù hợp với
những tiêu chí của nhóm như là muốn tìm hiểu nghiên cứu về Arduino hoặc
quan trọng là Arduino có khả năng kết nối được với các module Internet,
Android với giá thành vừa phải không quá tầm tay như PLC, cũng như không
phải thiết kế thêm mạch chuyển đổi RS232 để giao tiếp với máy tính như
EPROM. Và vì đề tài chỉ được lắp đặt trên mô hình với kích thước nhỏ nên
dùng Arduino là hợp lý nhất.

SVTH: ĐOÀN VƯƠNG QUỐC – LÊ VIỆT

Trang 2


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

NGÔI NHÀ THÔNG MINH

1.1.3 Giới hạn 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 lượng kiến thức được
truyền đạt trong suốt khóa học và khả năng có hạn, nhóm thực hiện đề tài chỉ
giải quyết những vấn đề sau:
 Thiết kế hệ thống báo cháy, báo trộm, rò rỉ khí Gas qua SMS.
 Giám sát thiết bị điện , nhiệt độ ,khí Gas trên Smartphone.
 Điều khiển thiết bị điện trong nhà, bật tắt an ninh qua hệ thống cảm biến hoặc
Smartphone kết hợp cùng SMS.
1.1.4 Nội dung đề tài
Chương 1: Tổng quan về đề tài

Chương này trình bày về kế hoạch và ý tưởng thưc hiện.
Chương 2 : Các thiết bị dùng trong đề tài
Chương này tổng quan về các thiết bị dùng trong đề tài.
Chương 3: Thiết kế hệ thống
Chương này nói về sơ đồ khối của mạch và chức năng của các khối.
Vẽ lưu đồ thuật toán chương trình điều khiển.
Chương 4: Kết quả
kết luận và hướng phát triển
Chương này chúng em đã đưa lên một số hình ảnh thực tế của ngôi nhà, nêu
lên những ưu khuyết điểm của đề tài, khẳng định những đóng góp của đề tài
vào thực tiễn. Đồng thời cũng đưa ra các đề nghị định hướng phát triển cho đề
tài.
1.1.5 Ý nghĩa thực tiễn
Thiết kế mạch điều khiển thiết bị - báo động từ xa qua điện thoại di động
đồng thời có thể giám sát trực tiếp qua mạng internet khi ở xa, giúp người
nghiên cứu có cái nhìn trực quan hơn với những kiến thức đã tiếp nhận, từ
SVTH: ĐOÀN VƯƠNG QUỐC – LÊ VIỆT

Trang 3


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

NGÔI NHÀ THÔNG MINH

đó nâng cao thêm hiệu quả nghiên cứu. Mạch điều khiển thiết bị - báo động từ
xa qua điện thoại được thiết kế từ vi điều khiển cùng với một số IC khác nên
giá thành tương đối thấp, giúp tiết kiệm được chi phí. Hệ thống có thể được
ứng dụng tại nhà riêng, cơ quan xí nghiệp trường học và đặc biệt tại những
nơi nguy hiểm…giúp 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 người
điều khiển kiểm soát được thiết bị và đề phòng cháy, trộm xảy ra.
1.2 CƠ SỞ LÝ LUẬN
1.2.1 Tình hình ứng dụng nhà thông minh trên thế giới
Hiện nay trên thế giới, việc sử dụng điện thoại Smartphone điều khiển qua
Bluetooth hay việc sử dụng tin nhắn SMS điều khiển thiết bị từ xa không còn
mới mẻ nữa vì đề tài này đã được nghiên cứu và đã áp dụng vào thực tế trong
cuộc sống. Người dùng chỉ cần một điện thoại Smartphone (bất cứ đâu) cũng có
thể điều khiển và giám sát các ứng dụng không chỉ trong nhà mà còn trong bất
cứ các lĩnh vực công nghiêp hay nông nghiêp khác.
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.
Hiện tại trên thế giới có rất nhiều hãng cung cấp nhà thông minh. trong đó
nổi bật nhất là các hãng Home Automation Inc (HAI- Nay là Leviton security &
Automation), ELK, Vantage, Control4.
Dưới đây là một số nhà thông minh nổi tiếng thế giới:

SVTH: ĐOÀN VƯƠNG QUỐC – LÊ VIỆT

Trang 4


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

NGÔI NHÀ THÔNG MINH

Hình 1.1: Biệt thự Oceanfront ở California

Nằm ở Pacific Ocean cách khoảng 60 dặm về phía đông nam của Los Angeles và

10 dặm về phía đông của đảo Catalina, ngôi biệt thự kiểu Tuscan (Italy) có hệ thống
điều khiển từ xa đèn , rèm, nghe/nhìn và nhiều thiết bị khác.

Hình 1.2: Biệt thự Cape Cod ở Cotuit, Massachusetts
Công nghệ của ngôi nhà thông minh rộng 7,6 mẫu (gần 31.000 mét vuông)
không chỉ là các hệ thống trong nhà chính gồm 4 phòng ngủ, mà còn cả ánh
sáng, nhiệt và các tiện nghi khác trong cả ngôi nhà để hàng 1 phòng ngủ. Hệ
thống công nghệ này điều khiển audio/video, 14 chiếc TV màn hình phẳng và cả
nhiệt độ trong hầm rượu vang.
Ngôi biệt thự có 4 năm tuổi này cũng có tới 8 phòng tắm, 4 lò sưởi và một bể
bơi.

SVTH: ĐOÀN VƯƠNG QUỐC – LÊ VIỆT

Trang 5


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

NGÔI NHÀ THÔNG MINH

Hình 1.3: Biệt thự tháp Clock ở Brooklyn, New York
Những khung cửa sổ của ngôi nhà này rất đặc biệt, được chạm khắc hình ảnh
4 chiếc đồng hồ khổng lồ, và cả bốn chiếc đồng hồ này vẫn đang hoạt động bình
thường. Ngoài ra, ngôi nhà được trang bị các hệ thống kỹ thuật số với hệ thống
điều khiển Crestron kiểm soát ánh sáng, nhiệt, điều hoà không khí, nghe/nhìn và
bóng râm.
Những tiện nghi khác của ngôi nhà bao gồm 3,5 phòng ngủ, cầu thang máy
riêng, trần nhà cao từ 16-50 foot (4,8 mét đến 15 mét) và dịch vụ bảo vệ 24 giờ.

Hình 1.4: Biệt thự Tuxedo Park ở Atlanta, Georgia

SVTH: ĐOÀN VƯƠNG QUỐC – LÊ VIỆT

Trang 6


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

NGÔI NHÀ THÔNG MINH

Ngôi biệt thự rộng 2 mẫu (hơn 8.000 mét vuông) này hội tụ đầy đủ mọi loại
công nghệ tiên tiến nhất, từ nhà hát tại gia có giá gần 1 triệu USD đến hệ thống
ánh sáng, nhiệt và rất nhiều thứ bạn có thể điều khiển từ xa.
Hầu như mọi căn phòng trong ngôi nhà đều kết nối với hệ thống bảo mật và
âm nhạc, được trang bị cáp CAT5, hệ thống tổng đài điện thoại PBX và truy cập
Internet tốc độ cao. Ngoài ra, căn nhà cũng có hệ thống nhiệt/làm mát công nghệ
cao và các cửa sổ điều chỉnh nhiệt cùng chức năng cách nhiệt hữu dụng.
1.2.2 Tình hình nhà thông minh trong nước
Nhìn chung, hiện nay ở Việt Nam có rất nhiều công ty cung cấp giải pháp
nhà thông minh nhưng ít có doanh nghiệp cung cấp được đồng bộ, tổng thể các
giải pháp điều khiển thông minh trong tòa nhà theo đúng tiêu chuẩn châu Âu và
Mỹ. Đa số các doanh nghiệp Việt Nam hiện nay thiên về cung cấp một số giải
pháp nhỏ lẻ như giải pháp về an ninh, an toàn trong các tòa nhà và thường thì
mỗi doanh nghiệp có một thế mạnh. Các thiết bị đi kèm giải pháp nhà thông
minh cũng được nhập khẩu từ thị trường châu Á nhiều hơn.
Điển hình nhà thông minh bậc nhất Việt Nam chính là Trung Tâm hành chính
Đà Nẵng.

Hình 1.5: Nhà thông minh Bkav SmartHome tại khu đô thị PMH TP. Hồ Chí

Minh.

SVTH: ĐOÀN VƯƠNG QUỐC – LÊ VIỆT

Trang 7


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

NGÔI NHÀ THÔNG MINH

Hình 1.6: Trung tâm hành chính Đà Nẵng

SVTH: ĐOÀN VƯƠNG QUỐC – LÊ VIỆT

Trang 8


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
MINH

NGÔI NHÀ THÔNG

1.2.3 Đối tượng nghiên cứu
Đề tài hướng tới một phương thức điều khiển tự động có sự kết hợp của
nhiều lĩnh vực liên quan như: tổng đài điện thoại, điều khiển và lập trình trên
App Android, điều khiển thiết bị qua ethernet… Trong đề tài có 1 board mạch
chính là Arduino, board này được thiết kế và thi công từ các linh kiện điện tử
đã có sẵn ngoài thị trường như: điện trở, tụ điện, các IC số, vv… với sự điều
khiển trung tâm là vi điều khiển. Board này khi nhận tín hiệu từ cảm biến sẽ

điều khiển nhiệm vụ được lập trình từ trước. Đối với hệ thống báo cháy thông
qua SMS khi nhận được tín hiệu từ cảm biến, board sẽ điều khiển phát câu
thông báo cháy được ghi sẵn trong câu lệnh, hay thông báo trực tiếp qua còi.
1.2.4 Tiến trình và phương án thực hiện
 Giai đoạn 1:
Tìm hiểu về các hệ thống báo trộm, báo cháy, đóng mở cửa sử dụng mật
mã, bật tắt thiết bị điện và hiển thị ngôi nhà cục bộ rồi đưa ra mô hình dự kiến
về thiết bị điều khiển và giám sát ngôi nhà thông minh qua mạng điện thoại,
điều khiển và giám sát qua điện thoại Android qua sóng Bluetooth hay giám sát
trực tiếp qua Ethernet .Sau đó, trình lên giáo viên hướng dẫn duyệt.
 Giai đoạn 2:
Sau khi đưa ra được mô hình dự kiến, được giáo viên hướng dẫn đồng ý,
nhóm tiến hành thực hiện từng phần của mô hình đó là:
1. Thiết kế, thi công mạch điện.
2. Viết chương trình và cho chạy thử nghiệm.
 Giai đoạn 3:
Thử nghiệm lại chương trình và viết báo cáo.
 Giai đoạn 4:
Kiểm tra lại toàn bộ những gì đã làm được và báo cáo với thầy hướng dẫn
về

những kết quả của đề tài.

SVTH: ĐOÀN VƯƠNG QUỐC – LÊ VIỆT

Trang 8


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

NGÔI NHÀ THÔNG MINH

1.3 MỘT VÀI NÉT VỀ NGÔI NHÀ THÔNG MINH
1.3.1 Nhà thông minh là gì?
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.
Hệ thống cũng có thể điều chỉnh rèm cửa theo yêu cầu, kiểm soát nhiệt độ, hệ
thống camera giám sát, hệ thống khóa cửa tự động, hệ thống phòng ngừa trộm.
Trong căn nhà thông minh, đồ dùng trong nhà từ phòng ngủ, phòng khách đèn
toilet đều gắn các bộ điều khiển điện tử có thể kết nối với Internet và điện thoại
di động, cho phép chủ nhân điều khiển vật dụng từ xa hoặc lập trình cho thiết bị
ở nhà hoạt động theo lịch. Thêm vào đó, các đồ gia dụng có thể hiểu được ngôn
ngữ của nhau và có khả năng tương tác với nhau.
Nhiệm vụ của ngôi nhà thông
minh:
 Điều khiển đóng mở cửa chính:
• Chế độ điều khiển bằng tay: Nhập mật khẩu để đóng ,mở cửa.
• Chế độ điều khiển từ xa : Điều khiển đóng, mở cửa bằng Smartphone qua
Bluetooth.
• Điều khiển qua Ethernet Shield.
 Điều khiển đóng, mở cửa Gara xe bằng Smartphone qua Bluetooth.
 Điều khiển đèn phòng vệ sinh:
• Chế độ điều khiển tự động : Tự động bật đèn khi trời tối và có người vào
phòng, tự động tắt đèn khi người ra khỏi phòng.
• Chế độ điều khiển từ xa : Điều khiển bật tắt thiết bị bằng Smartphone qua
Bluetooth, Module Sim900A và qua mạng Ethernet.
 Điều khiển nâng, hạ giàn che mưa:

• Chế độ điều khiển tự động : Khi trời mưa thì hệ thống phơi đồ sẽ tự nâng
lên và ngược lại sẽ hạ xuống.
• Chế độ điều khiển từ xa : Điều khiển nâng hạ giàn che mưa bằng
Smartphone qua Bluetooth hoặc qua SMS khi chủ nhà ở một nơi rất xa.
SVTH: ĐOÀN VƯƠNG QUỐC – LÊ VIỆT

Trang 9


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

NGÔI NHÀ THÔNG MINH

 Điều khiển đèn phòng ngủ,phòng bếp bằng bằng Smartphone qua Bluetooth
 Điều khiển đèn phòng khách bằng Smartphone qua Bluetooth hoặc qua
SMS khi người ở một nơi rất xa.
 Điều khiển quạt phòng khách:
• Chế độ tự động: Khi nhiệt độ vượt quá giá trị nhiệt độ đặt trước thì kiểm
tra xem có người trong phòng hay không(thông qua cảm biến PIR ở
phòng khách) nếu có thì quạt sẽ tự bật,ngược lại quạt tắt.
• Chế độ điều khiển từ xa: Điều khiển bật tắt quạt bằng Smartphone qua
Bluetooth
 Hệ thống cảnh báo khí Gas : Khi có nồng độ Gas vượt qua giới hạn cho
phép sẽ thì hệ thống báo động qua loa đồng thời gửi tin nhắn cho chủ nhà
với nội dung :“báo động:nồng độ gas cao” qua SMS.
 Hệ thống cảnh báo cháy: Khi nhiệt độ vượt quá giá trị đặt trước thì hệ thống
sẽ báo động qua loa đồng thời gửi tin nhắn cho chủ nhà với nội dung :“báo
động:cháy nhà” qua SMS.
 Hệ thống an ninh:Hê thống an ninh sẽ được kích hoạt bằng Smartphone qua
Bluetooth hoặc SMS mà không dùng bất kỳ nút bấm vật lý nào nhằm đảm

bảo an ninh. Khi hệ thống an ninh được bật nếu có trộm đột nhập sẽ tác
động đến hệ
thống cảm biến ánh sáng, PIR, khi đó hệ thống sẽ báo động qua loa đồng
thời gửi tin nhắn với nội dung cho chủ nhà với “báo động:có trộm đột
nhập” qua sms.
 Giám sát trạng thái tất cả thiết bị điện trong nhà,hệ thống an ninh,chế độ
điều khiển.
1.3.2 Các chỉ tiêu kỹ thuật của ngôi nhà thông minh
1.3.2.1 Hệ thống an ninh
- Được xây dựng với thiết bị an ninh không dây.
- Thiết lập các chế độ an ninh khác nhau cho ngôi nhà.
- Báo cáo tình trạng an ninh của ngôi nhà đến người sử dụng.
- Phối hợp với hệ thống chiếu sang để điều khiển chiếu sáng. Hệ thống an ninh
sử dụng các loại cảm biến không dây: Cảm biến phát hiện mở cửa như cảm biến
SVTH: ĐOÀN VƯƠNG QUỐC – LÊ VIỆT

Trang 10


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

NGÔI NHÀ THÔNG MINH

phát hiện chuyển động Pir, cảm biến sánh sáng. Bộ điều khiển trung tâm cung
cấp kết nối với đường dây điện thoại và sóng di động GSM.
Người dùng thiết lập chế độ an ninh và kiểm tra trạng thái của từng khu vực
từ Internet, Smartphone, màn hình cảm ứng.
1.3.2.2 Chỉ tiêu về ánh sáng
Đảm bảo ánh sáng theo yêu cầu của người sử dụng như chất lượng ánh sáng
và tiết kiệm điện, ánh sáng tại mỗi nơi đều như nhau.

Ánh sáng có thể được tắt mở thông qua hệ thống tự động diều 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,..
Thông báo trạng thái bật tắt của từng thiết bị chiếu sáng, điều khiển tới từng
thiết bị bằng giao diện điều khiển của hệ thống.
1.3.2.3 Chỉ tiêu an toàn
Đảm bảo việc phát hiện và cảnh báo khi có người lạ xâm nhập, hỏa hoạn...
như phát loa báo động, bật đèn, tự động liên hệ với công an,tự động đóng kín
các cửa ra vào.
1.2.3.4 Chỉ tiêu về nhiệt độ
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. Phải có thiết bị cảnh báo và phòng
chống khi nhiệt độ quá cao, như thiết bị báo cháy , còi báo động.

1.2.3.5 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 khóa phím nhằm nhận dạng người trong nhà hoặc
khách để cấp quyền “đăng nhập”.
SVTH: ĐOÀN VƯƠNG QUỐC – LÊ VIỆT

Trang 11


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

NGÔI NHÀ THÔNG MINH

1.2.3.6 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. Các cảm biến cơ bản như cảm biến nhiệt độ, cảm biến
Gas, cảm biến hồng ngoại…

CHƯƠNG 2: CÁC THIẾT BỊ DÙNG TRONG ĐỀ TÀI
2.1 ARDUINO UNO R3
2.1.1 Giới thiệu chung về arduino
2.1.1.1 Arduino là gì?

SVTH: ĐOÀN VƯƠNG QUỐC – LÊ VIỆT

Trang 12


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

NGÔI NHÀ THÔNG MINH

Arduino là một bo mạch vi điều khiển do một nhóm giáo sư và sinh
viên Ý thiết kế và đưa ra đầu tiên vào năm 2005. Mạch Arduino được sử dụng
để điều khiển nhiều đối tượng khác nhau. Nó có thể thực hiện nhiều nhiệm vụ
từ lấy tín hiệu từ cảm biến đến điều khiển đèn, động cơ, và nhiều đối tượng
khác. Ngoài ra mạch còn có khả năng liên kết với nhiều Module khác nhau
như Module đọc thẻ từ, Ethernet shield, sim900A,….để tăng khả ứng dụng của
mạch.
Phần cứng bao gồm một board mạch nguồn mở được thiết kế trên nền tảng vi
xử lý AVR Atmel.

8bit, hoặc ARM, Atmel 32-bit,…. Hiện phần cứng của Arduino có tất cả 6
phiên bản, Tuy nhiên phiên bản thường được sử dụng nhiều nhất là Arduino
Uno và Arduino Mega. Arduino Uno được sử dụng rất rộng rãi trên thế giới.

Hình 2.1: Những thành viên khởi xướng Arduino

2.1.1.2 Tại sao lại chọn Arduino?
Hiện tại ở Việt Nam và trên thế giới cũng có nhiều bo mạch vi điều
khiển khác nhau. Tuy nhiên Arduino có một số ưu điểm mà khiến nó trở nên
nổi tiếng và hiện đang được sử dụng rộng rãi trên thế giới. Những ưu điểm đó
SVTH: ĐOÀN VƯƠNG QUỐC – LÊ VIỆT

Trang 13