toà nhà thông minh ( smart home )
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (1.44 MB, 22 trang )
TRƢỜNG ĐẠI HỌC TÔN ĐỨC THẮNG – KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ
GVHD: ThS.VÕ HỮU HẬU
CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ
NHÀ THÔNG MINH ( SMART HOME )
1.1. Một số khái niệm cơ bản về nhà thông minh:
Khái niệm Nhà Thông Minh (hay thường gọi là SmartHome) ngày nay đã không
còn quá mới mẻ với nhiều người. Ở Việt Nam, Smart Home đã được nhắc đến khá rộng
rãi trong khoảng 5 năm trở lại đây. Vậy chúng ta cần hiểu một cách đơn giản “Nhà
Thông Minh là gì ?”, “Thế nào là Smarthome ?”.
Tìm kiếm trên internet, chúng ta sẽ có được hàng chục kết quả, nhưng hầu hết các
mô tả này đều chỉ mới nói đến “các thành phần của một ngôi nhà thông minh”, mà chưa
nêu rõ được ý nghĩa, mục đích, bản chất của cái gọi là “nhà thông minh”.
Thực ra thì Smarthome nên được hiểu là một khái niệm mang tính chất dễ gây ấn
tượng, dễ nhớ, dễ phục vụ cho mục đích marketing thương mại. Smarthome không phải
là một khái niệm thuộc phạm trù kỹ thuật công nghệ (technology / engineering). Chính
từ tiếng Việt dịch sát nghĩa “nhà thông minh” cũng mang tính khái niệm marketing như
vậy, nó không phải một từ chuyên môn kỹ thuật. Từ chuyên môn kỹ thuật hay được sử
dụng là “Home Automation” – Tự động hóa nhà ở. Bản thân chữ “automation” (tự
động hóa) nó thể hiện được nhiều ý nghĩa kỹ thuật hơn từ “smart” (thông minh).
Hình 1.1- Smart Home BKAV
Trang| 1
TRƢỜNG ĐẠI HỌC TÔN ĐỨC THẮNG – KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ
GVHD: ThS.VÕ HỮU HẬU
Hiểu theo cách đơn giản nhất Smart Home là ngôi nhà mà ở đó mọi thiết bị liên
quan đến điện năng đều được điều khiển trực tiếp hay điều khiển từ xa qua những nút
chạm cảm ứng hiển thị trên màn hình smart phone, tablet, máy tính cá nhân (PC,
laptop).
Nhà thông minh là ngôi nhà có một hệ thống kỹ thuật hiện đại, được lập trình tối ưu
hóa cho việc điều khiển vận hành toàn bộ các thiết bị điện trong nhà một cách hoàn toàn
tự động hoặc bán tự động, kết nối tất cả các hệ thống của ngôi nhà trong cùng một mạng
duy nhất và được điều khiển tập trung nhằm thay thế hoặc làm giảm các thao tác điều
khiển của con người. Hay nói cách khác, ngôi nhà “hiểu” và “học” được những nhu cầu
và thói quen của người sử dụng, giải thoát con người khỏi một loạt các thao tác điều
khiển phức tạp.
Nhà thông minh không đơn giản là sự trình diễn tiện ích và công nghệ mới nhất, mà
còn tăng tính di động và thoải mái của những người sử dụng. So với những ngôi nhà
bình thường, tính tự động hóa cao mang lại những hiệu quả cao như tính an toàn, độ bền
vững, tiết kiệm điện …
Trong căn nhà thông minh, đồ dùng trong nhà từ phòng ngủ, phòng khách đến 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 thiết lập cho thiết bị ở nhà tự động hoạt
động theo ý mình.
1.2. Tiêu chuẩn nhà thông minh:
1.2.1. Chỉ tiêu về ánh sáng :
Hình 1.2-Điều khiển ánh sáng bằng điện thoại
Trang| 2
TRƢỜNG ĐẠI HỌC TÔN ĐỨC THẮNG – KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ
GVHD: ThS.VÕ HỮU HẬU
Đảm bảo ánh sang theo yêu cầu sử dụng như chất lượng ánh sang và tiết kiệm điện,
ánh sang tại mỗi nơi đều như nhau, không được để chỗ quá sáng, chỗ quá tối.
Ánh sang có thể được tắt mở thông qua hệ thống tự động điều khiển hoặc điều khiển
từ xa. Ngoài ra thiết bị ánh sang cần được kết nối với một số thiết bị trong nhà như :
Thiết bị báo trộm, báo cháy…
1.2.2 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 của 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
dung gió nhân tạo. Bằng cách sử dụng quạt máy thông gió.
Hình 1.3- Máy điều hòa thông minh
Trang| 3
TRƢỜNG ĐẠI HỌC TÔN ĐỨC THẮNG – KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ
GVHD: ThS.VÕ HỮU HẬU
1.2.3 Chỉ tiêu về nhiệt độ :
Hình 1.4-Bảng điều khiển nhiệt độ và độ ẩm
Đảm bảo nhiệt động trong nhà luôn phù hợp với khí hậu từng môi trường , tránh
tình trạng khi ra vào nhà với 2 nhiệt độ khác xa nhau , gây bệnh cho người ở.
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, hiển thị nhiệt độ (vì con người có thể chịu được ở nhiệt độ 90 độ C, nếu như nhiệt
động được tang từ từ, nên ta cần có bộ phận hiển thị để quan sát nhiệt độ).
Trang| 4
TRƢỜNG ĐẠI HỌC TÔN ĐỨC THẮNG – KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ
GVHD: ThS.VÕ HỮU HẬU
1.2.4 Chỉ tiêu về an toàn:
Hình 1.5- Chỉ tiêu an toàn
Cần đảo bảo việc phát hiện và cảnh báo khi có người lạ xâm nhập, như phát loa báo,
bật đèn, tự động liên hệ với công an, tự đóng kín các cửa ra vào. Cần đảo bảo an toàn
về độ bền, tuỳ theo từng vùng mà cảnh báo về độ bền của ngôi nhà khi có bão hoặc gặp
hỏa hoạn.
Trang| 5
TRƢỜNG ĐẠI HỌC TÔN ĐỨC THẮNG – KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ
GVHD: ThS.VÕ HỮU HẬU
CHƢƠNG 2: THIẾT KẾ MÔ HÌNH
TÒA NHÀ THÔNG MINH
2.1. Mục tiêu và yêu cầu :
Thiết kế mô hình tòa nhà thông minh là một biệt thự phố theo phong cảnh hiện đại đồng
thời thỏa yêu cầu về phạm vi giải quyết và kỹ thuật của một ngôi nhà thông minh ngoài
thực tế.
Hình 2.1-Mô hình trên mạng
Trang| 6
TRƢỜNG ĐẠI HỌC TÔN ĐỨC THẮNG – KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ
GVHD: ThS.VÕ HỮU HẬU
2.1.1 Yêu cầu và phạm vi có thể giải quyết :
Trong luận văn ngôi nhà thông minh để giới hạn nội dung công việc chọn ngôi nhà 1
trệt,1 lầu với các phòng bố trí phù hợp và có các hệ thống điều khiển sau :
Thiết kế hệ thống ánh sáng trong nhà.
Thiết kế hệ thống đo nhiệt độ và độ ẩm trong nhà.
Thiết kế hệ thống kiểm soát tiêu thụ năng lượng.
Thiết kế hệ thống mái che tự động.
Thiết kế hệ thống cửa tự động.
Thiết kế giao diện sử dụng trên Web.
Hình 2.2-BKAV Smart Home
2.1.2 Yêu cầu kỹ thuật của ngôi nhà thông minh :
Các hệ thống được thiết kế một cách gọn nhẹ, không được quán cồng kềnh, mạch thiết kế
gọn mức tối đa mà vẫn đảm bảo đầy đủ chức năng theo yêu cầu.
Gía cả lắp ráp ở mức độ phù hợp, cần lựa chọn linh kiện phù hợp, giá thành rẻ nhưng vẫn
đảm bảo về chất lượng.
Các thiết bị cần được đảm bảo về độ bền chất lượng.
Trang| 7
TRƢỜNG ĐẠI HỌC TÔN ĐỨC THẮNG – KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ
GVHD: ThS.VÕ HỮU HẬU
Các thiết bị tự động cần được cô lập với các thiết bị bình thường trong nhà, tránh trường
hợp gặp sự cố.
2.2 Thiết kế bản vẽ, mô phỏng và mô hình thực tế:
2.2.1 Thiết kế bản vẽ CAD :
Hình 2.3- Bản vẽ mặt ngang của tầng trệt
Trang| 8
TRƢỜNG ĐẠI HỌC TÔN ĐỨC THẮNG – KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ
GVHD: ThS.VÕ HỮU HẬU
Hình 2.4-Bản vẽ mặt ngang của tầng 1
Trang| 9
TRƢỜNG ĐẠI HỌC TÔN ĐỨC THẮNG – KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ
GVHD: ThS.VÕ HỮU HẬU
Hình 2.5- Bản vẽ mặt đứng bề ngoài ngôi nhà
Trang| 10
TRƢỜNG ĐẠI HỌC TÔN ĐỨC THẮNG – KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ
GVHD: ThS.VÕ HỮU HẬU
2.2.2 Mô phỏng Sketchup :
Sau khi lên bản vẽ CAD, tiếp theo mô phỏng ngôi nhà 3D trên phần mềm Sketchup để
thấy được sát với thực tế.
Hình 2.6- Mô phỏng ngôi nhà nhìn hướng Tây Nam
Hình 2.7-Mô phỏng ngôi nhà nhìn hướng Đông Nam
Trang| 11
TRƢỜNG ĐẠI HỌC TÔN ĐỨC THẮNG – KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ
GVHD: ThS.VÕ HỮU HẬU
Hình 2.8-Mô phỏng ngôi nhà nhìn từ trên
Hình 2.9-Mô phỏng ngôi nhà nhìn tổng quát
Trang| 12
TRƢỜNG ĐẠI HỌC TÔN ĐỨC THẮNG – KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ
GVHD: ThS.VÕ HỮU HẬU
2.2.3 Mô hình thực tế :
Hình 2.10-Mô hình thực
Hinh2.11-Mô phỏng
Trang| 13
TRƢỜNG ĐẠI HỌC TÔN ĐỨC THẮNG – KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ
GVHD: ThS.VÕ HỮU HẬU
CHƢƠNG 3: THIẾT BỊ SỬ DỤNG
3.1.Cảm Biến :
3.1.1 Cảm biến nhiệt độ và độ ẩm DHT11 :
Hình 3.1-Cảm biến nhiệt độ và độ ẩm ra chân
- DHT11 có cấu tạo 4 chân như hình. Nó sử dụng giao tiếp số theo chuẩn 1 dây.
Thông số kỹ thuật:
o Do độ ẩm: 20%-95%
o Nhiệt độ: 0-50ºC
o Sai số độ ẩm ±5%
o Sai số nhiệt độ: ±2ºC
Trang| 14
TRƢỜNG ĐẠI HỌC TÔN ĐỨC THẮNG – KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ
GVHD: ThS.VÕ HỮU HẬU
Hình 3.2-Sơ đồ đấu nối
Code test :
#include <DHT.h>
#include <Wire.h>
#include <LiquidCrystal_I2C.h>
LiquidCrystal_I2C lcd(0x27,20,4);
int cambienquang = 26;// khai báo chân digital 10 cho cảm biến
int Led = 13;//kháo báo chân digital 13 cho đèn LED
const int DHTPIN = 22;
const int DHTTYPE = DHT11;
int rainSensor = 24;
DHT dht(DHTPIN, DHTTYPE);
byte degree[8] = {
0B01110,
0B01010,
0B01110,
0B00000,
0B00000,
0B00000,
0B00000,
0B00000
};
Trang| 15
TRƢỜNG ĐẠI HỌC TÔN ĐỨC THẮNG – KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ
GVHD: ThS.VÕ HỮU HẬU
void setup() {
lcd.begin();
lcd.backlight();
lcd.print("Nhiet do: ");
lcd.setCursor(0,1);
lcd.print("Do am: ");
lcd.setCursor(0,2);
lcd.print("Test Sensor: ");
lcd.createChar(1, degree);
pinMode(rainSensor,INPUT);
pinMode(Led,OUTPUT);//pinMode xuất tín hiệu đầu ra cho led
pinMode(cambienquang,INPUT);//pinMode nhận tín hiệu đầu vào cho cảm biê
dht.begin();
}
void loop() {
float h = dht.readHumidity();
float t = dht.readTemperature();
int value = digitalRead(cambienquang);//lưu giá trị cảm biến vào biến value
digitalWrite(Led,value);//xuất giá trị ra đèn LED
int value1 = digitalRead(rainSensor);//Đọc tín hiệu cảm biến mưa
if (isnan(t) || isnan(h)) { // Kiểm tra xem thử việc đọc giá trị có bị thất bại hay
không. Hàm isnan bạn xem tại đây />}
else {
lcd.setCursor(10,0);
lcd.print(round(t));
lcd.print(" ");
lcd.write(1);
lcd.print("C");
lcd.setCursor(10,1);
lcd.print(round(h));
lcd.print(" %");
}
if (value1 == HIGH) { // Cảm biến đang không mưa
lcd.setCursor(0,3);
Trang| 16
TRƢỜNG ĐẠI HỌC TÔN ĐỨC THẮNG – KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ
GVHD: ThS.VÕ HỮU HẬU
lcd.print("No Raining");
} else {
lcd.setCursor(0,3);
lcd.print("Raining ");
}
delay(100);
}
3.1.2 Cảm biến ánh sáng quang trở :
Hình 3.3- Cảm biến ánh sáng quang trở
Thông số kỹ thuật :
- Ngõ ra A0 là ngõ Analog dùng để đo giá trị một giá trị cường độ ánh sáng chính xác
hơn.
- Điện áp vào từ 3.3V - 5V
- Tích hợp sẵn bộ so sánh opamp LM393.
- Trên mạch có 1 biến trở 10K ohm dùng để điều chỉnh độ nhạy sáng.
Trang| 17
TRƢỜNG ĐẠI HỌC TÔN ĐỨC THẮNG – KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ
GVHD: ThS.VÕ HỮU HẬU
Hình 3.4-Sơ đồ nối chân
Test code :
int cambien = 10;// khai báo chân digital 10 cho cảm biến
int Led = 13;//kháo báo chân digital 13 cho đèn LED
void setup (){
pinMode(Led,OUTPUT);//pinMode xuất tín hiệu đầu ra cho led
pinMode(cambien,INPUT);//pinMode nhận tín hiệu đầu vào cho cảm biê
}
void loop (){
int value = digitalRead(cambien);//lưu giá trị cảm biến vào biến value
digitalWrite(Led,value);//xuất giá trị ra đèn LED
Trang| 18
TRƢỜNG ĐẠI HỌC TÔN ĐỨC THẮNG – KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ
GVHD: ThS.VÕ HỮU HẬU
3.1.3 Cảm biến mƣa :
Hình 3.5-Cảm biến mưa
Mạch cảm biến mƣa gồm 2 bộ phận:
+ bộ phận cảm biến mưa được gắn ngoài trời
+ bộ phận điều chỉnh độ nhạy cần được che chắn
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 màu đỏ sẽ
sáng lên, chân D0 được kéo xuống thấp (0V).
Mạch hoạt động với nguồn 5V.
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.
Có 2 dạng tín hiệu: Analog( AO) và Digital (DO)
Trang| 19
TRƢỜNG ĐẠI HỌC TÔN ĐỨC THẮNG – KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ
GVHD: ThS.VÕ HỮU HẬU
- Dạng tín hiệu : TTL, đầu ra 100mA ( Có thể sử dụng trực tiếp Relay, Còi công suất
nhỏ...)
- Điều chỉnh độ nhạy bằng biến trở.
- Sử dụng LM358 để chuyển AO --> DO
Kích thước Board:
- Kích thước: 5.4*4.0 mm
- Dày 1.6 mm
Test code :
#include <DHT.h>
#include <Wire.h>
#include <LiquidCrystal_I2C.h>
LiquidCrystal_I2C lcd(0x27,20,4);
int rainSensor = 26; // Chân tín hiệu cảm biến mưa ở chân digital 6 (arduino)
void setup() {
lcd.begin();
lcd.backlight();
lcd.print("Test Sensor: ");
pinMode(rainSensor,INPUT);// Đặt chân cảm biến mưa là INPUT, vì tín hiệu sẽ được
truyền đến cho Arduino
Serial.begin(9600);// Khởi động Serial ở baudrate 9600
Serial.println("Da khoi dong xong");
}
void loop() {
int value = digitalRead(rainSensor);//Đọc tín hiệu cảm biến mưa
if (value == HIGH) { // Cảm biến đang không mưa
Serial.println("Dang khong mua");
lcd.setCursor(0,1);
lcd.print("No Raining");
Trang| 20
TRƢỜNG ĐẠI HỌC TÔN ĐỨC THẮNG – KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ
GVHD: ThS.VÕ HỮU HẬU
} else {
Serial.println("Dang mua");
lcd.setCursor(0,1);
lcd.print("Raining ");
}
delay(1000);
}
Trang| 21
TRƢỜNG ĐẠI HỌC TÔN ĐỨC THẮNG – KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ
GVHD: ThS.VÕ HỮU HẬU
TÀI LIỆU THAM KHẢO
Tiếng Việt :
[1] />[2] />[3] />[4] Hướng dẫn thiết kế hệ thống quản lý tòa nhà-TS.Nguyễn trung Hòa-Vụ trưởng vụ
KHCNMT, Bộ Xây dựng.
Trang| 22
