Đồ án thiết kế nhà thông minh sử dụng điện thoại điều khiển

BỘ CÔNG THƯƠNG
CỘNG
HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
BỘ CÔNG
THƯƠNG
TRƯỜNG CAO ĐẲNG
Độc lập - Tự do – Hạnh phúc
KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP
TRƯỜNG
CAO ĐẲNG KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP
Khoa: Điện tử - Tin học

Khoa: ĐIỆN TỬ - TIN

HỌC

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Đề tài: “Nghiên cứu và thiết kế mô hình nhà thông minh ”
Giảng viên hướng dẫn: Th.S PHAN QUANG THƯỞNG
Sinh viên thực hiện:
1.NGUYỄN THẾ ĐỨC
Mã số SV: 50110119
2.LƯƠNG GIA ANH
Mã số SV: 50110040
3.NÔNG THỊ CHI
Mã số SV: 50110033
4.HOÀNG VĂN HOÀN
Mã số SV: 50110041
5.NGUYỄN BÌNH NGUYÊN
Mã số SV: 50110002
6.GIÁP THỊ PHƯỢNG

Mã số SV: 50110141
7.DƯƠNG THẾ SÁNG
Mã số SV: 50110159
8.NGUYỄN VĂN TRỌNG
Mã số SV: 50110125
Lớp:
Hệ:
Khoá:

50CĐ-ĐT1
CAO ĐẲNG CHÍNH QUY
50

BẮC GIANG, THÁNG 6 NĂM 2019


ĐỀ TÀI ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Họ và tên sinh viên:
1.NGUYỄN THẾ ĐỨC
Mã số SV: 50110119
2.LƯƠNG GIA ANH
Mã số SV: 50110040
3.NÔNG THỊ CHI
Mã số SV: 50110033
4.HOÀNG VĂN HOÀN
Mã số SV: 50110041
5.NGUYỄN BÌNH NGUYÊN
Mã số SV: 50110002
6.GIÁP THỊ PHƯỢNG
Mã số SV: 50110141

7.DƯƠNG THẾ SÁNG
Mã số SV: 50110159
8.NGUYỄN VĂN TRỌNG
Mã số SV: 50110125
Giảng viên hướng dẫn:ThS.PHAN QUANG THƯỞNG
Lớp: 50CĐ-ĐT1
Khoá: 50
Hệ đào tạo: Chính quy
Ngành đào tạo: CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỆN – ĐIỆN TỬ
Ngày giao đề tài: 14 /04/ 2019
Ngày nộp quyển: 08 /06/ 2019
NỘI DUNG ĐỀ TÀI:
“Nghiên cứu và thiết kế mô hình nhà thông minh”
*Yêu cầu:
− Trong hệ thống nhà thông minh có các hệ thống:
+ Hệ thống báo cháy tự động
+ Hệ thống chống trộm tự động bằng lazer
+ Hệ thống cửa tự động bằng mật mã
+ Hệ thống đèn tự động khi trời tối
− Các thiết bị trong nhà được điều khiển bằng smartphone thông qua blutooh

Tổ trưởng bộ môn
(Ký, ghi rõ họ tên)

Bắc Giang, ngày 15 tháng 05năm 2019
TL/Hiệu trưởng
Giảng viên hướng dẫn
Trưởng khoa
(Ký, ghi rõ họ tên)
(Ký, ghi rõ họ tên)

LỜI CẢM ƠN
Chúng em xin gửi lời cảm ơn chân thành và sự tri ân sâu sắc đối với các thầy cô
của trường Cao Đẳng kỹ thuật Công Nghiệp Bắc Giang, đặc biệt các thầy cô khoa Điện
tử - Tin học của trường đã tận tình dạy dỗ em trong những năm học trên giảng đường
và trong quá trình thực hiện đồ án tốt nghiệp. Và em cũng xin chân thành cảm ơn thầy
Phan Quang Thưởng đã nhiệt tình hướng dẫn giúp đỡ chúng em hoàn thành tốt đồ án
tốt nghiệp.
Xin cảm ơn các bạn sinh viên đã đóng góp ý kiến, động viên và kích lệ tinh thần
trong quá trình thực hiện đề tài.
Trong quá trình làm đồ án, cũng như báo cáo, khó tránh phải sai sót, rất mong
các Thầy, Cô bổ xung đóng góp ý kiến. Đồng thời do trình độ lý luận cũng như kinh
nhiệm thực tiễn còn hạn chế nên bài báo cáo không thể tránh khỏi những thiếu sót,
chúng em mong nhận được ý kiến đóng góp của các Thầy, Cô để em học thêm được
nhiều kính nhiệm bổ ích cho việc học tập và công việc trong tương lai.
Chúng em xin chân thành cảm ơn!
Bắc Giang, 2019
Trưởng nhóm sinh viên thực hiện

Nguyễn Thế Đức


BỘ CÔNG THƯƠNG
TRƯỜNG CAO ĐẲNG
KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP

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

PHIẾU ĐÁNH GIÁ ĐỒ ÁN (KHÓA LUẬN) TỐT NGHIỆP CAO ĐẲNG
CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN
Giảng viên hướng dẫn: Th.s PHAN QUANG THƯỞNG

Khoa: Điện tử - tin học

Tên đề tài: Nghiên cứu và thiết kế mô hình nhà thông minh
Sinh viên thực hiện:
1.NGUYỄN THẾ ĐỨC
2.LƯƠNG GIA ANH
3.NÔNG THỊ CHI
4.HOÀNG VĂN HOÀN
5.NGUYỄN BÌNH NGUYÊN
6.GIÁP THỊ PHƯỢNG
7.DƯƠNG THẾ SÁNG
8.NGUYỄN VĂN TRỌNG

Mã số SV: 50110119
Mã số SV: 50110040
Mã số SV: 50110033
Mã số SV: 50110041
Mã số SV: 50110002
Mã số SV: 50110141
Mã số SV: 50110159
Mã số SV: 50110125

NỘI DUNG ĐÁNH GIÁ:
STT

NỘI DUNG

THANG
ĐIỂM

1

Mức độ thời sự của đề tài, mức độ khó của đề tài.

10

2

Tính ứng dụng của đề tài vào thực tiễn

10

3

Tính đúng đắn và hợp lý của phân tích thiết kế

15

4

Giải pháp và công nghệ thực hiện

5

5

Mức độ hoàn thành công việc của sinh viên

25

6

Tinh thần và thái độ làm việc: chăm chỉ, cần cù,
nghiêm túc và tinh thần chủ động trong công việc

10

7

Khả năng đọc sách ngoại ngữ tham khảo

5

8

Khả năng tổng hợp kiến thức viết đồ án

10

9

Bố cục và hình thức trình bày đồ án theo quy định

5

ĐIỂM

CHẤM


10

Thời hạn hoàn thành và nộp đồ án
TỔNG ĐIỂM

5
100

Điểm kết luận qui đổi của giáo viên hướng dẫn: …………………… (điểm).
(Qui về điểm 10, không làm tròn, đạt từ 5 điểm trở lên mới cho bảo vệ)
Đồng ý cho bảo vệ:

Không đồng ý cho bảo vệ:
Bắc Giang, ngày…….tháng ........năm 20…..
GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN
(Ký, ghi rõ họ tên)


BỘ CÔNG THƯƠNG
TRƯỜNG CAO ĐẲNG
KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP

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

NHẬN XÉT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP CAO ĐẲNG
CỦA GIẢNG VIÊN PHẢN BIỆN

Giảng viên phản biện:..................................Bộ môn…………….Khoa...........................
Tên đồ án tốt nghiệp:.......................................................................................................
Sinh viên thực hiện:.................................................... Lớp: ............................................
Giảng viên hướng dẫn:....................................................................................................
NỘI DUNG NHẬN XÉT:
I. Nội dung báo cáo
- Bố cục, hình thức trình bày:..........................................................................................
.........................................................................................................................................
- Đảm bảo tính cấp thiết, hiện đại, không trùng lặp:........................................................
.........................................................................................................................................
- Khả năng nêu và giải quyết bài toán:............................................................................
.........................................................................................................................................
- Đảm bảo hàm lượng kiến thức nghiên cứu:
.........................................................................................................................................
.........................................................................................................................................
- Hướng phát triển cao hơn của Đề tài:............................................................................
.........................................................................................................................................
II. Sản phẩm: ................................................................................................................
.........................................................................................................................................
III. Ưu nhược điểm
.........................................................................................................................................
.........................................................................................................................................
.........................................................................................................................................


IV. Kết luận:
.........................................................................................................................................
.........................................................................................................................................
.........................................................................................................................................
.........................................................................................................................................

Đồ án/Khoá luận...................................đạt (hoặc không đạt) yêu cầu của một
ĐA/KLTN trình độ Cao đẳng. Đồng ý/Không đồng ý cho sinh viên bảo vệ trước hội
đồng chấm đồ án tốt nghiệp?.
Bắc Giang, ngày......tháng.......năm 20.....
GIẢNG VIÊN PHẢN BIỆN
(Ký, ghi rõ họ tên)


LỜI MỞ ĐẦU........................................................................................................1
CHƯƠNG 1 : TỔNG QUAN VỀ NHÀ THÔNG MINH VÀ ỨNG DỤNG VỀ
ARDUINO UNO....................................................................................................2
1.1 Tổng quan về nhà thông minh......................................................................2
1.1.1 Giới thiệu chung về nhà thông minh và xu hướng................................2
1.1.2 Lợi ích của nhà thông minh...................................................................2
1.2 Tổng quan về arduino...................................................................................3
1.2.1 Vi điều khiển AVR.................................................................................3
1.2.2 Arduino uno...........................................................................................3
CHƯƠNG 2 THIẾT KẾ CÁC THIẾT BỊ, HỆ THỐNG SỬ DỤNG TRONG
NHÀ THÔNG MINH.............................................................................................8
2.1 Thiết kế mô hình..........................................................................................8
2.1.1 Sơ đồ mặt bằng......................................................................................8
2.1.2 Thiết kế vị trí các thiết bị......................................................................9
2.2 Hệ thống cửa tự động bằng mật mã.............................................................9
2.2.1 Ưu điểm:................................................................................................9
2.2.2 Các linh kiện:......................................................................................10
2.2.3 Nguyên lý hoạt động:..........................................................................12
2.3 Các hệ thống cảm biến...............................................................................13
2.3.1 Cảm biến ánh sáng dùng quang trở.....................................................13
2.3.2 Cảm biến lazer:...................................................................................16
2.3.3 Cảm biến nhiệt, khói dùng LM 358....................................................18

2.4 Relay..........................................................................................................20
2.5 Nguồn Adapter...........................................................................................21
CHƯƠNG 3 : SƠ ĐỒ ĐẤU NỐI HỆ THỐNG ; CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU
KHIỂN; KHỞI TẠO KẾT NỐI VỚI SMART PHONE VỚI ARDUINO THÔNG
QUA BLUTOOH.................................................................................................22
3.1 Sơ đồ khối hệ thống...................................................................................22
3.2 Sơ đồ đấu nối và thiết kế phần cứng..........................................................23
3.2.1 Sơ đồ đấu nối.......................................................................................23
3.2.1.1 Hệ thống cửa tự động bằng mật mã.............................................23


3.2.1.2 Hệ thống điều khiển các thiết bị trong nhà bằng điện thoại.........24
3.2.2 Thiết kế phần cứng..............................................................................25
3.2.2.1 Mạch báo cháy, khói dùng LM358...............................................25
3.2.2.3 Mạch tự động bật đèn khi trời tối.................................................29
3.2.2.4 Mạch điều khiển các thiết bị trong nhà........................................31
3.3 Chương trình điều khiển.............................................................................31
3.3.1 Chương trình điều khiển cho mạch khóa cửa tự động bằng mật mã...31
3.3.2 Chương trình điều khiển cho mạch điều khiển các thiết bị trong nhà
thông qua Blutooh........................................................................................33
3.4 Khởi tạo kết nối giưa smart phone với arduino thông qua Blutooh...........34
3.4.1 Giới thiệu.............................................................................................34
3.4.2 Giới thiệu về mô-đun Bluetooth HC-05..............................................34
3.4.3 Các chân của mô-đun Bluetooth HC-05.............................................35
3.4.4 Chức năng của các chân......................................................................36
3.4.5 Các chế độ hoạt động..........................................................................36
3.4.6 Cài đặt mặc định của Mô-đun Bluetooth HC-05.................................36
3.4.7 Kết nối điện thoại với mô-đun Bluetooth HC-05................................36
3.5 Hình ảnh mô hình hoàn thiện.....................................................................42
KẾT LUẬN..........................................................................................................44

TÀI LIỆU THAM KHẢO....................................................................................46



DANH MỤC CÁC BẢNG CÁC HÌNH
Bảng 1.1Bảng thông số kỹ thuật arduino uno……………………………………5
Hình 1.1 Modum arduino uno ………………………………………………..….5
Hình 2.1 Sơ đồ mặt bằng ………………………………………………………...7
Hình 2.2 Sơ đồ vị trí các thiết bị ………………………………………………....8
Hình 2.3 Sơ đồ chân keypad 4x4 ………………………………………………...9
Hình 2.4 relay 12VDC.. …………………………………………………………10
Hình 2.5 quang trở CDS …...…………………………………………………….11
Hình 2.6 Mạch ứng dụng quang trở vào bật tắt đèn tự động ……………………12
Hình 2.7 lazer …………..…………………………………………………………13
Hình 2.8 Mạch chống trộm ứng ụng cảm biến lazer vs quang trở ……………...14
Hình 2.9 Vi Mạnh LM358 ………………………………………………………15
Hình 2.10 Sơ đồ chân vi mạch LM358 ………………………………………….16
Hình 2.11 relay 12VDC . ………………………………………………………..17
Hình 2.12 Nguồn adapter 12V …………………………………………………..18
Hình 3.1 Sơ đồ khối ……………………………………………………………..19
Hình 3.2 Sơ đồ kết nối keyad với arduino ………………………………………20
Hình 3.3 Sơ đồ khối đấu nối……………………………………………………..21
Hình 3.4 Sơ đồ nguyên lý mạch báo cháy, khói ………………………………...22
Hình 3.5 Sơ đồ mạch in mạch báo cháy, khói …………………………………..22
Hình 3.6 Sơ đồ mạch nguyên lý mạch chống trộm bằng lazer ………………….23
Hình 3.7 Sơ đồ nguyên lý mạch remote …………………………………………23
Hình 3.8 Sơ đồ mạch in mạch chống trộm bằng lazer ………………………......24
Hình 3.9 Sơ đồ mạch in remote …………………………………………………24
Hình 3.10 Sơ đồ nguên lý mạch tự động bật đèn khi trời tối ……………………25
Hình 3.11 Sơ đồ mạch in mạch tự động bật đèn khi trời tối …………………….25

Hình 3.12 Sơ đồ mạch in mạch điều khiển các thiết bị trong nhà ………………26
Hình 3.13 Modum blutooh HC-05 …………………………………………...….30
Hình 3.14 Các chân và thành phần trên mofum blutooh HC-05 ……………..…30


LỜI MỞ ĐẦU
Với cuộc cách mạng công nghiệp 4.0 đang bùng nổ như hiện nay, ngành công
nghiệp đang phát triển cực kì mạnh mẽ và đặc biệt là ngành công nghiệp điện tử.
Ngành công nghiệp điện tử đóng vai trò rất quan trọng trong cuộc sống, nó đã hiện
diện trong cuộc sống con người từ sớm từ những thiết bị đơn giản như đèn điện,
tivi,đài radio... đến những thứ máy móc phức tạp và những ứng dụng cao như hệ thống
camera, robot, các hệ thống tự dộng...tất cả đều được ứng dụng rộng rãi và góp phần
hiệu quả vào công việc giúp giải phóng sức lao động của con người. Trong các ngôi
nhà hiện nay không hề thiếu những thiết bị là sản phẩm của ngành công nghiệp điện tử.
Tuy nhiên,do khác nhau về cấu trúc, việc điều khiển còn đôi khi bất cập cộng thêm
việc điều khiển các thiết bị một cách thủ công ở một khoảng cách địa lí lớn là không
dễ, do đó đã có rất nhiều ý tưởng được đưa ra như điều khiển tự động các thiết bị đó
chỉ bằng một thiết bị khác, có thể nằm một chỗ hay không cần ở nhà cũng có thể giám
sát và điều khiển các thiết bị trong nhà. Vậy nên việc áp dụng các công nghệ điều khiển
tự động nhằm giải quyết tương tác giữa môi trường và các thiết bị trong nhà một cách
linh hoạt, dễ dàng là điều tất yếu và từ đó khái niệm Nhà Thông Minh ra đời.
Nhà thông minh hiểu đơn giản là ngôi nhà mà các thiết bị gia dụng trong nó như: Hệ
thống chiếu sáng, sưởi ấm, máy lạnh, TV, camera an ninh,…có khả năng tự động hóa
và giao tiếp với nhau theo một lịch trình hay kịch bản định sẵn.Cộng thêm sự phát triển
của công nghệ Kết nối vạn vật(Internet of Things - IoT) sẽ khiến nhà thông minh sẽ trở
thành xu thế của thị trường trong tương lai gần đây.
Nhận ra điều đó, chúng em đã quyết định chọn đề tài “ Thiết kế mô hình nhà thông
minh ”. Tuy nhiên với lượng kiến thức còn hạn chế nên đồ án của chúng em chưa được
hoàn chỉnh và không tránh khỏi việc thiếu sót, nên chúng em mong nhận được sự chỉ
bảo giúp đỡ thêm của các thầy cô trong khoa để đồ án của chúng em thêm hoàn thiện

hơn.
Chúng em xin chân thành cảm ơn thầy giáo Phan Quang Thưởng cùng các thầy cô
giáo khác trong khoa đã giúp đỡ bọn em hoàn thành đồ án này.

1


CHƯƠNG 1 : TỔNG QUAN VỀ NHÀ THÔNG MINH VÀ ỨNG DỤNG
VỀ ARDUINO UNO
1.1 Tổng quan về nhà thông minh
1.1.1 Giới thiệu chung về nhà thông minh và xu hướng
Từ đầu thế kỷ 21, khái niệm nhà thông minh đã nhen nhóm ở nhiều quốc gia. Nhiều
phiên bản đã ra đời trên thế giới, nhưng với sự phát triển của công nghệ và làn sóng
Internet of Things (IoT - Vạn vật kết nối), nhà thông minh trong tương lai sẽ có những
tính năng ngoài sức tưởng tượng so với hiện tại. Ngôi nhà trong tương lai sẽ đủ thông
minh để phân biệt các thành viên trong gia đình, đồng thời có khả năng phục vụ nhu
cầu của từng cá nhân dựa trên các dấu hiệu sinh trắc học riêng như dấu vân tay, nhiệt
độ cơ thể và hay nhịp tim. Thông qua một thiết bị đeo tay như đồng hồ thông minh,
ngôi nhà sẽ dựa vào nhịp tim và tình trạng của cơ thể chủ nhân để tự động điều chỉnh
ánh sáng, nhiệt độ phòng, phát bài hát yêu thích...
Nhà Thông Minh là ngôi nhà tích hợp giải pháp giúp bạn điều khiển, kiểm soát ngôi
nhà, hệ thống an ninh một cách thông minh, tự động và từ xa qua internet bằng các
thiết bị di động như điện thoại, ipad, máy tính bảng...
Giải pháp nhà thông minh giúp bạn điều khiển và kiểm soát các thiết bị trong nhà
thuận tiện và hiệu quả hơn. Bạn sẽ dùng điện thoại hoặc máy tính bảng của mình điều
khiển tất cả các thiết bị trong nhà thay vì dùng các remote thông thường khác. Các thiết
bị dùng remote trong nhà của bạn như: cửa cuốn, tivi, máy lạnh, máy quạt, rèm cửa, âm
ly, loa,…đều có thể được điều khiển bằng bộ điều khiển trung tâm của giải pháp nhà
thông minh. Như vậy, các remote trong nhà của bạn sẽ được “nghỉ ngơi” và bạn không
cần phải lo lắng việc cất giữ chúng và tìm kiếm mỗi lần cần điều khiển các thiết bị của

mình.
Cảm biến chuyển động (hay cảm biến chiếm chỗ) có thể điều khiển đèn, tivi, máy
tính, hệ thống âm thanh, lò nướng sẽ tắt khi không có người trong phòng hay ở nhà.
Cảm biến ánh sáng có thể điều khiển rèm cửa, màn trang trí nội thất và cửa sổ khi nhận
được số liệu thời tiết ngoài trời. Trong khi đó, cảm biến nhiệt độ sẽ điều khiển hoạt
động máy điều hòa khi nhiệt độ ngoài trời quá nóng hoặc quá lạnh. Một ngôi nhà có
nhiều thiết bị luôn cho có cảm giác không kiểm soát được mức độ tiêu thụ năng lượng.
Nhà thông minh sẽ cài đặt nhiều cảm biến để tự động tắt hay mở các thiết bị ở thời
điểm thích hợp nhằm tiết kiệm điện và năng lượng. Ngoài ra, ngôi nhà còn có trang bị
các công tắc cảm ứng điều khiển từ xa nhằm tiết kiệm điện tối ưu cho các thiết bị điện
trong nhà.
1.1.2 Lợi ích của nhà thông minh
Nhà thông minh đem lại rất nhiều lợi tích và tiện nghi như:
- Đem lại cuộc sống tiện dụng với hàng loạt các kịch bản tích hợp sẵn trên từng công
tắc cảm ứng.

2


- Hệ thống an ninh - Báo trộm hoạt động đồng bộ và hiệu quả, bảo vệ an toàn cho con
người và tài sản trong nhà.
- Các phần mềm trực quan sinh động giúp quan sát và điều khiển mọi thiết bị trong nhà
từ nơi xa.
- Bảo vệ ngôi nhà các nguy cơ về điện và giúp gia tăng tuổi thọ cho thiết bị điện
trongnhà.
- Hệ thống tự tối ưu thời gian sử dụng thiết bị và cho phép tắt khẩn cấp thiết bị từ xa
mà không cần chạy về nhà => chống lãng phí và tiết kiệm tầm 30% chi phí tiền điện
hàng tháng.
- Tiết kiệm điện: Tối đi ngủ hay ngày đi làm bạn không phải sợ quên tắt thiết bị điện
- Tiết kiệm thời gian: chỉ bằng 1 thao tác điều khiển ngữ cảnh bạn đã chuyển chế độ

ngôi nhà theo ý muốn như đi ngủ, ra ngoài….
- Quan sát ngôi nhà từ xa dễ dàng
1.2 Tổng quan về arduino
1.2.1 Vi điều khiển AVR
Vi điều khiển AVR do hãng Atmel sản xuất được gới thiệu lần đầu năm 1996. AVR
có rất nhiều dòng khác nhau bao gồm dòng Tiny AVR (như AT tiny 13, AT tiny 22…)
có kích thước bộ nhớ nhỏ, ít bộ phận ngoại vi, rồi đến dòng AVR ( chẳn hạn
AT90S8535, AT90S8515,…) có kích thước bộ nhớ vào loại trung bình và mạnh hơn là
dòng Mega ( như ATmega32, ATmega128,…) với bộ nhớ có kích thước vài Kbyte đến
vài trăm Kb cùng với các bộ ngoại vi đa dạng được tích hợp trên chip, cũng có dòng
tích hợp cả bộ LCD trên chip ( dòng LCD AVR ). Tốc độ của dòng Mega cũng cao hơn
so với các dòng khác. Sự khác nhau cơ bản giữa các dòng chính là cấu trúc ngoại vi,
còn nhân thì vẫn như nhau
Arduino là một board mạch vi xử lý, nhằm xây dựng các ứng dụng tương tác với
nhau hoặc với môi trường được thuận lợi hơn. Phần cứng bao gồm một board mạch
nguồn mở được thiết kế trên nền tảng vi xử lý AVR Atmel 8bit, hoặc ARM Atmel 32bit. Những Model hiện tại được trang bị gồm 1 cổng giao tiếp USB, 6 chân đầu vào
analog, 14 chân I/O kỹ thuật số tương thích với nhiều board mở rộng khác nhau.
1.2.2 Arduino uno
Arduino UNO có thể sử dụng 3 vi điều khiển họ 8bit AVR là ATmega8,
ATmega168, ATmega328. Bộ não này có thể xử lí những tác vụ đơn giản như điều
khiển đèn LED nhấp nháy, xử lí tín hiệu cho xe điều khiển từ xa, làm một trạm đo nhiệt
độ - độ ẩm và hiển thị lên màn hình LCD,… hay những ứng dụng khác mà bạn đã được
xem ở.
Thiết kế tiêu chuẩn của Arduino UNO sử dụng vi điều khiển ATmega328 với giá
khoảng 90.000đ. Tuy nhiên nếu yêu cầu phần cứng của bạn không cao hoặc túi tiền
không cho phép, bạn có thể sử dụng các loại vi điều khiển khác có chức năng tương
đương nhưng rẻ hơn như ATmega8 (bộ nhớ flash 8KB) với giá khoảng 45.000đ hoặc
ATmega168 (bộ nhớ flash 16KB) với giá khoảng 65.000đ.

3

Bảng 1.1 Thông số kỹ thuật arduino uno:
ều khiển
ATmega328 họ 8bit
Điện áp hoạt động
5V DC (chỉ được cấp qua cổng USB)
Tần số hoạt động
16 MHz
Dòng tiêu thụ
khoảng 30mA
Điện áp vào khuyên dùng
7-12V DC
Điện áp vào giới hạn
6-20V DC
Số chân Digital I/O
14 (6 chân hardware PWM)
Số chân Analog
6 (độ phân giải 10bit)
Dòng tối đa trên mỗi chân I/O
30 mA
Dòng ra tối đa (5V)
500 mA
Dòng ra tối đa (3.3V)
50 mA
32 KB (ATmega328) với 0.5KB dùng bởi
Bộ nhớ flash
bootloader
SRAM
2 KB (ATmega328)

EEPROM
1 KB (ATmega328)

* năng lượng:
Arduino UNO có thể được cấp nguồn 5V thông qua cổng USB hoặc cấp nguồn ngoài
với điện áp khuyên dùng là 7-12V DC và giới hạn là 6-20V. Thường thì cấp nguồn
bằng pin vuông 9V là hợp lí nhất nếu bạn không có sẵn nguồn từ cổng USB. Nếu cấp
nguồn vượt quá ngưỡng giới hạn trên, bạn sẽ làm hỏng Arduino UNO.
* Các chân năng lượng:
• GND (Ground): cực âm của nguồn điện cấp cho Arduino UNO. Khi bạn dùng
các thiết bị sử dụng những nguồn điện riêng biệt thì những chân này phải được
nối với nhau.
• 5V: cấp điện áp 5V đầu ra. Dòng tối đa cho phép ở chân này là 500mA.
• 3.3V: cấp điện áp 3.3V đầu ra. Dòng tối đa cho phép ở chân này là 50mA.
• Vin (Voltage Input): để cấp nguồn ngoài cho Arduino UNO, bạn nối cực dương
của nguồn với chân này và cực âm của nguồn với chân GND.
• IOREF: điện áp hoạt động của vi điều khiển trên Arduino UNO có thể được đo
ở chân này. Và dĩ nhiên nó luôn là 5V. Mặc dù vậy bạn không được lấy nguồn
5V từ chân này để sử dụng bởi chức năng của nó không phải là cấp nguồn.
• RESET: việc nhấn nút Reset trên board để reset vi điều khiển tương đương với
việc chân RESET được nối với GND qua 1 điện trở 10KΩ.
* Vi điều khiển Atmega328 tiêu chuẩn cung cấp cho người dùng:
• 32KB bộ nhớ Flash: những đoạn lệnh bạn lập trình sẽ được lưu trữ trong bộ
nhớ Flash của vi điều khiển. Thường thì sẽ có khoảng vài KB trong số này sẽ
được dùng cho bootloader nhưng đừng lo, bạn hiếm khi nào cần quá 20KB bộ
nhớ này đâu.

4

•

•

•

2KB cho SRAM (Static Random Access Memory): giá trị các biến bạn khai
báo khi lập trình sẽ lưu ở đây. Bạn khai báo càng nhiều biến thì càng cần nhiều
bộ nhớ RAM. Tuy vậy, thực sự thì cũng hiếm khi nào bộ nhớ RAM lại trở thành
thứ mà bạn phải bận tâm. Khi mất điện, dữ liệu trên SRAM sẽ bị mất.
1KB
cho
EEPROM (Electrically Eraseble Programmable Read Only Memory):
đây
giống như một chiếc ổ cứng mini – nơi bạn có thể đọc và ghi dữ liệu của mình
vào đây mà không phải lo bị mất khi cúp điện giống như dữ liệu trên SRAM
*

* Các cổng vào/ra:

Hình 1.1 Modum arduino uno
Arduino UNO có 14 chân digital dùng để đọc hoặc xuất tín hiệu. Chúng chỉ có 2 mức
điện áp là 0V và 5V với dòng vào/ra tối đa trên mỗi chân là 40mA. Ở mỗi chân đều có
các điện trở pull-up từ được cài đặt ngay trong vi điều khiển ATmega328 (mặc định thì
các điện trở này không được kết nối).
Một số chân digital có các chức năng đặc biệt như sau:
• 2 chân Serial: 0 (RX) và 1 (TX): dùng để gửi (transmit – TX) và nhận (receive
– RX) dữ liệu TTL Serial. Arduino Uno có thể giao tiếp với thiết bị khác thông
qua 2 chân này. Kết nối bluetooth thường thấy nói nôm na chính là kết nối Serial
không dây. Nếu không cần giao tiếp Serial, bạn không nên sử dụng 2 chân này

nếu không cần thiết
• Chân PWM (~): 3, 5, 6, 9, 10, và 11: cho phép bạn xuất ra xung PWM với độ
phân giải 8bit (giá trị từ 0 → 2 8-1 tương ứng với 0V → 5V) bằng hàm analog
Write(). Nói một cách đơn giản, bạn có thể điều chỉnh được điện áp ra ở chân
này từ mức 0V đến 5V thay vì chỉ cố định ở mức 0V và 5V như những chân
khác.
• Chân giao tiếp SPI: 10 (SS), 11 (MOSI), 12 (MISO), 13 (SCK). Ngoài các
chức năng thông thường, 4 chân này còn dùng để truyền phát dữ liệu bằng giao
thức SPI với các thiết bị khác.
• LED 13: trên Arduino UNO có 1 đèn led màu cam (kí hiệu chữ L). Khi bấm nút
Reset, bạn sẽ thấy đèn này nhấp nháy để báo hiệu. Nó được nối với chân số 13.
Khi chân này được người dùng sử dụng, LED sẽ sáng.

5


Arduino UNO có 6 chân analog (A0 → A5) cung cấp độ phân giải tín hiệu 10bit (0 →
210-1) để đọc giá trị điện áp trong khoảng 0V → 5V. Với chân AREF trên board, bạn
có thể để đưa vào điện áp tham chiếu khi sử dụng các chân analog. Tức là nếu bạn cấp
điện áp 2.5V vào chân này thì bạn có thể dùng các chân analog để đo điện áp trong
khoảng từ 0V → 2.5V với độ phân giải vẫn là 10bit.

* Lập trình cho Arduino:
Các thiết bị dựa trên nền tảng Arduino được lập trình bằng ngôn riêng. Ngôn ngữ này
dựa trên ngôn ngữ Wiring được viết cho phần cứng nói chung. Và Wiring lại là một
biến thể của C/C++. Một số người gọi nó là Wiring, một số khác thì gọi là C hay C/C+
+. Riêng mình thì gọi nó là “ngôn ngữ Arduino”, và đội ngũ phát triển Arduino cũng
gọi như vậy. Ngôn ngữ Arduino bắt nguồn từ C/C++ phổ biến hiện nay do đó rất dễ
học, dễ hiểu.

6


7


CHƯƠNG 2 THIẾT KẾ CÁC THIẾT BỊ, HỆ THỐNG SỬ DỤNG TRONG
NHÀ THÔNG MINH
2.1 Thiết kế mô hình
2.1.1 Sơ đồ mặt bằng

Hình 2.1Sơ đồ mặt bằng mô hình
Mô hình nhà thông minh nhóm em có kích thước 60x100cm. Gồm 6 phòng:
Phòng khách (kích thước 30x57cm, có 1 cửa chính ra vào )
Phòng bếp (kích thước 20x43cm được thông với phòng khách )
2 Phòng ngủ (kích thước lần lượt là 20x23cm và 20x28cm mỗi phòng ngủ đều có cửa
thông với phòng khách)
Kho (kích thước 13x20cm đặt cạnh phòng ngủ và nhà vệ sinh )
WC (kích thước 20x28cm có 1 cửa nối với nhà bếp)

8


2.1.2 Thiết kế vị trí các thiết bị

2

2

2

2

1
3
2

3
6

2
4

5

Hình 2.2 Sơ đồ vị trí các thiết bị
Chú thích: vị trí các thiết bị, modum trong mô hình
1 cảm biến nhiệt và cảm biến khói
2 đèn chiếu sáng
3 quạt
4 keypad 4x4
5 quang trở
6 rơle điều khiển (mặt dưới mô hình)
2.2 Hệ thống cửa tự động bằng mật mã
2.2.1 Ưu điểm:
- Tiện lợi và đơn giản sử dụng với người dùng.
- An ninh được đảm bảo nghiêm ngặt và an toàn.
- Linh hoạt trong quá trình sử dụng, vận hành khóa.
- Tiết kiệm chi phí lắp đặt so với các loại khóa khác.

9


2.2.2 Các linh kiện:
Keypad 4x4; Arduino uno r3 ; Khóa cửa DC12V ; Relay 5V
* Keypad 4x4:

Hình 2.3 Sơ đồ chân keypad 4x4
Trên đây là hình ảnh sơ đồ nguyên lý của module bàn phím 4x4. Tuy có đến 16 nút
nhấn, nghĩa là nếu làm một cách thông thường (dùng chân digital) thì chúng ta phải cần
đến 16 chân Arduino để đọc. Nhưng với bàn phím này, chúng ta chỉ cần dùng 8 chân (4
chân hàng ngang (row), và 4 chân cột dọc (column)).
Để kiểm tra một nút có được nhấn hay không? Họ sẽ sử dụng phương pháp quét được
mô tả bằng đoạn mã giả như sau:
Với mỗi hàng (R1 đến R4), Chọn ra hàng Ri
Cấp cực âm (0v) cho hàng Ri
Nếu điện áp ở chân Cj bất kì là dương (INPUT PULLUP) => chưa nhấn
Nếu điện áp ở chân Cj bất kì là âm (INPUT PULLUP) => đang nhấn
* Khóa điện DC 12V:
khóa điện Dc12v có chức năng hoạt động như một ổ khóa cửa sử dụng Solenoid để
kích đóng mở bằng điện, được sử dụng nhiều trong nhà thông minh hoặc các loại tủ,
cửa điện,..., khóa sử dụng điện áp 12 / 24VDC, là loại thường đóng với chất lượng tốt,
độ bền cao.
Thông số kỹ thuật:
+ Vật liệu: Thép không gỉ
+ Nguồn điện: 12V DC
+ Dòng điện làm việc: 0.8A
+ Công suất: 9.6W

10

+ Yêu cầu nguồn cấp: 12VDC/1A
+ Kích thước: L54xD38xH28

11


* Modum Relay 5V:

Hình 2.4 Modum relay 5v
- Tín hiệu vào điều khiển: 5V_DC.
- Nguồn khuyên dùng: 5V - 1A hoặc 5V-2A.
- Mặc định tín hiệu từ vi điều khiển.
- Đầu ra: Tiếp điểm Relay đóng ngắt 220V 10A.
- Mạch sử dụng cách ly thông qua PC 817.
- Có Di-ot 1N4007 SMD chống ngược.
- Sử dụng Tranzito C1815 SMD để kích dòng.
- Muốn cách ly thì sử dụng 2 nguồn riêng.
- Kích thước: 55mmx25mm.
CÁCH SỬ DỤNG : Có 5 chân ( VRL; VCC; IN; GND; MAS )
- Nối chân VCC với chân VRL
- Nối chân GND với chan MAS
- Đưa tín hiệu từ Vi Điều Khiển hoặc Cảm Biến vào chân IN
Đầu ra:
COM: Chân Chung của Relay
NC: Tiếp điểm thường đóng
NO: Tiếp điểm thường mở
2.2.3 Nguyên lý hoạt động:
Khi ta nhấn tổ hợp mật mã trên keypad 4x4 các tín hiệu truyền về ardui no . Nếu tổ hợp

mật mã đúng với mật mã ta đã lập trình trên arduino xung tín hiệu sẽ được truyền đi từ
chân 13 trên arduino đến và kích mở relay làm khóa điện DC12V hoạt động , cửa sẽ
được mở. Để đóng cửa ta cũng dùng mã trên keypad để khóa cửa.

12


2.3 Các hệ thống cảm biến
2.3.1 Cảm biến ánh sáng

dùng quang trở

Hình 2.5 quang trở CDS
*Đặc điểm:
1
Các tế bào phát xạ ảnh – Đây là các photodevices giải phóng các electron tự
do từ một vật liệu nhạy sáng như xêzi khi bị một photon tràn đầy năng
lượng. Lượng năng lượng mà các photon phụ thuộc vào tần số ánh sáng và
tần số càng cao, năng lượng càng nhiều thì các photon chuyển đổi năng
lượng ánh sáng thành năng lượng điện.
2
Các tế bào dẫn điện ảnh – Các photodevices này thay đổi điện trở của chúng
khi chịu ánh sáng. Photoconductivity kết quả từ ánh sáng đánh một vật liệu
bán dẫn mà kiểm soát dòng chảy hiện tại thông qua nó. Do đó, nhiều ánh
sáng tăng dòng điện cho một điện áp áp dụng đã cho. Vật liệu quang dẫn phổ
biến nhất là Cadmium Sulphide được sử dụng trong quang điện LDR.
3
Các tế bào quang điện – Các photodevices này tạo ra một emf tương ứng với
năng lượng ánh sáng bức xạ nhận được và tương tự có hiệu lực với quang
điện. Năng lượng ánh sáng rơi vào hai vật liệu bán dẫn kẹp lại với nhau tạo

ra điện áp xấp xỉ 0.5V. Vật liệu quang điện phổ biến nhất là Selen được sử
dụng trong các tế bào năng lượng mặt trời.
4
Thiết bị ghép nối ảnh – Các thiết bị quang này chủ yếu là các thiết bị bán
dẫn thực sự như photodiode hoặc phototransistor sử dụng ánh sáng để điều
khiển dòng electron và lỗ trên đầu nối PN của chúng. Thiết bị chụp ảnh được
thiết kế đặc biệt cho ứng dụng máy dò và sự thâm nhập ánh sáng với phản
ứng quang phổ của chúng được điều chỉnh theo bước sóng ánh sáng tới.
* Thông số kỹ thuật:
Điện áp tối đa (V–dc): 150
Công suất (mW): 100mW
Nhiệt độ môi trường: – 30°C -> +70°C
Đỉnh phổ (nm): 560

13


Trở kháng khi có ánh sáng (10Lux): 5-10KΩ
Trở kháng khi tối: 0.8MΩ
Thời gian đáp ứng: 30ms
Các đặc tính kháng Illumination: 2
- Quang trở thường được ứng dụng vào các mạch bật đèn tự động sáng tối

Hình 2.6 Mạch ứng dụng quang trở vào bật tắt đèn tự động

Mạch cảm biến ánh sáng dùng quang trở có ưu điểm:
+ nhỏ gọn
+ độ chính xác cao.
+ hoàn toàn tự động thông minh

14