Thiết kế nhà thông minh

Mục lục
CHƯƠNG 1: KHÁI QUÁT VỀ HỆ THỐNG NHÀ THÔNG MINH.................4
1.1 TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ VÀ XU HƯỚNG NHÀ THÔNG MINH.....4
1.1.1 Công nghệ nhà thông minh và Iot (Internet of Things)....................................4
1.1.2 Xu hướng của nhà thông minh trong tương lai................................................5
1.2 CÁC CHỨC NĂNG CƠ BẢN CỦA NHÀ THÔNG MINH..............................5
1.2.1 Hệ thống quản lí chiếu sáng.............................................................................5
1.2.2 Hệ thống kiểm soát ra vào................................................................................6
1.2.3 Hệ thống quan sát, thông tin liên lạc...............................................................7
1.2.4 Hệ thống cảm biến và báo động, báo cháy......................................................8
1.2.5 Hệ thống quản lý cấp điện, nước, gas..............................................................8
1.2.6 Hệ thống công tắc điều khiển trạng thái..........................................................8
1.2.7 Hệ thống mạng, xử lý trung tâm và sự kết hợp hoạt động...............................9
1.3 NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA NHÀ THÔNG MINH..............................10
1.3.1 Tương tác giữa con người và các thiết bị.......................................................10
1.3.2 Ngôn ngữ giao tiếp giữa các thiết bị thông minh...........................................10
1.3.3 Hệ thống an toàn, an ninh..............................................................................11
CHƯƠNG 2: SƠ ĐỒ KHỐI CHO NHÀ THÔNG MINH................................11
2.1 SƠ ĐỒ ĐIỀU KHIỂN NHÀ THÔNG MINH TRÊN SMART PHONE...........11
2.1.1 Đặt vấn đề điều khiển nhà thông minh...........................................................11
2.1.2 Sơ đồ khối.......................................................................................................11
2.2. KHỐI ĐIỀU KHIỂN TRUNG TÂM................................................................13
2.2.1 Đặt vấn đề điều khiển.....................................................................................13
2.2.2 Tổng quan về bo mạch Arduino......................................................................13
2.3 KHỐI GIAO TIẾP DỮ LIỆU............................................................................15
2.3.1 Phương pháp xử lý tín hiệu và nhận diện giọng nói......................................15
1


2.3.2 Phương pháp nhận diện giọng nói sử dụng thuật toán trí tuệ nhân tạo
Google (AI)..............................................................................................................17

2.3.3 Module bluetooth HC-05................................................................................18
2.4 KHỐI CHẤP HÀNH.........................................................................................19
2.4.1 Giới thiệu mạch relay.....................................................................................19
2.4.2 Giới thiệu khóa cửa điện................................................................................22
2.4.3 Giới thiệu thiết bị cảnh báo............................................................................24
2.5 KHỐI CẢM BIẾN.............................................................................................25
2.5.1 Cảm biến mưa................................................................................................25
2.5.2 Cảm biến khí gas............................................................................................26
2.5.3. Cảm biến điện dung.......................................................................................27
CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ VÀ LẮP ĐẶT HỆ THỐNG NHÀ THÔNG MINH.30
3.1 THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TRUNG TÂM....................................30
3.1.1 Khái quát ý tưởng...........................................................................................30
3.1.2 Xây dựng sơ đồ nguyên lý..............................................................................30
3.1.3 Lắp đặt mạch điều khiển trung tâm................................................................31
3.2 PHẦN MỀM LẬP TRÌNH, THIẾT KẾ GIAO DIỆN VÀ KHỞI ĐỘNG HỆ
THỐNG...................................................................................................................32
3.2.1 Giới thiệu phần mềm Arduino IDE 1.8.10......................................................32
3.2.2 Giới thiệu phần mềm thiết kế App Inventor...................................................37
3.2.3 Kết nối Arduino với module HC-05................................................................40
3.3 LẬP TRÌNH GIAO TIẾP KHỐI ĐIỀU KHIỂN VỚI THIẾT BỊ CHẤP HÀNH
VÀ CẢM BIẾN.......................................................................................................42
3.3.1 Lưu đồ thuật toán điều khiển..........................................................................42
3.3.2 Lập trình khối xử lý trung tâm........................................................................44
3.4 LẬP TRÌNH VÀ THIẾT KẾ GIAO DIỆN ỨNG DỤNG ĐIỀU KHIỂN NHÀ
THÔNG MINH TRÊN SMART HOME.................................................................44
3.4.1 Lưu đồ thuật toán điều khiển và xử lý dữ liệu trên smart phone....................44
2


3.4.2 Thiết kế giao diện điều khiển bằng phần mềm App Inventor.........................46

3.4.3 Lập trình ứng dụng điều khiển bằng phần mềm App Inventor.......................46
KẾT QUẢ THIẾT KẾ ĐỒ ÁN MÔN HỌC NHÀ THÔNG MINH..........................................48
TÀI LIỆU THAM KHẢO.....................................................................................49

3


Chương 1: Khái quát về hệ thống nhà thông minh
1.1 TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ VÀ XU HƯỚNG NHÀ THÔNG MINH
1.1.1 Công nghệ nhà thông minh và Iot (Internet of Things)
Nhà thông minh là kiểu nhà được lắp đặt các thiết bị điện, điện tử có thể
được điều khiển hoặc tự động hoá hoặc bán tự động, thay thế con người trong thực
hiện một hoặc một số thao tác quản lý, điều khiển. Hệ thống điện tử này giao tiếp
với người dùng thông qua bảng điện tử đặt trong nhà, ứng dụng trên điện thoại di
động, máy tính bảng hoặc một giao diện web.

Hình 1.1 Ảnh minh họa nhà thông minh
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 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.
“Internet of Things (IoT) là một kịch bản của thế giới, khi mà mỗi đồ vật,
con người được cung cấp một định danh của riêng mình, và tất cả có khả năng
truyền tải, trao đổi thông tin, dữ liệu qua một mạng duy nhất mà không cần đến sự
4


tương tác trực tiếp giữa người với người, hay người với máy tính. IoT đã phát triển
từ sự hội tụ của công nghệ không dây, công nghệ vi cơ điện tử và Internet.”

(Wikipedia). Trong đề tài này, việc áp dụng IoT là khi sử dụng thiết bị trung tâm
được kết nối với Internet, người dùng có thể kiểm soát thiết bị (bật/tắt) cũng như
theo dõi (ghi nhận) các thông tin thông cần thiết thông qua một thiết bị khác. Ví dụ
như: điện thoại, máy tính...
1.1.2 Xu hướng của nhà thông minh trong tương lai
Xu hướng nhà thông minh điều khiển bằng giọng nói: Công nghệ điều khiển
bằng giọng nói đã ứng dụng thành công trên một số thiết bị như smartphone, robot,
tivi … Một số công ti nhà thông minh hiên nay cũng đang nghiên cứu sẳn xuất các
thiết bị có thể điều khiển bằng giọng nói thông qua trợ lí ảo. Điển hình như gã
khổng lồ Amazon Echo và phần mềm trợ lí ảo alexa, đây là một thiết bị mãnh mẽ
nhất hiện nay.
Xu hướng phát triển nhà thông minh nhờ trí tuệ nhân tạo AI: Công nghệ trí
tuệ nhân tạo (AI) là trí tuệ do con người lập trình tạo nên với mục tiêu giúp máy
tính có thể tự động hóa các hành vi thông minh như con người, có thể học hỏi và
khả năng thích ứng thông minh của máy móc. Mọi việc trong nhà con người sẽ
khộng động tay chân nữa, từ miếng ăn cho đến giấc ngủ.
1.2 CÁC CHỨC NĂNG CƠ BẢN CỦA NHÀ THÔNG MINH
1.2.1 Hệ thống quản lí chiếu sáng
Tính năng cảm biến chuyển động: Với tính năng thông minh này thì chỉ cần
khi có người bước vào sân nhà thì các đèn trong sân sẽ tự động bật sáng để chiếu
sáng . Khi có khách vào nhà thì hệ thống chiếu sáng các đèn tiền sảnh, lầu trệt sẽ tự
động tăng dần cường độ sáng lên 30% , giúp tạo cường độ chiếu sáng vừa phải, dịu
mắt đảm bảo đủ sáng cho việc đi lại trong ngôi nhà thông minh. Đây giống như
một hiệu ứng để chào khách. Và hệ thống đèn sẽ tự động tắt sau một phút ngay sau

5


khi không còn ai di chuyển trong khu vực này. Các đèn hoạt động dựa vào cảm
biến chuyển động.

Hình 1.2 Điều khiển đèn qua máy tính bảng
Điều khiển theo hoạt cảnh: Từ màn hình màu cảm ứng thông minh của ngôi
nhà, ta có thể điều khiển toàn bộ các hệ thống chiếu sáng, an ninh, điều hòa….
trong nhà. Như ta ấn kịch bản tiếp khách thì các đèn khu thư viện sẽ bị tắt, đèn
chùm sẽ tăng độ sáng một cách nhanh chóng trong vòng 3 giây. Đồng thời các
nhóm đèn hành lang sẽ tăng dần độ sáng và các thiết bị phụ trợ khác trong ngôi nhà
cũng sẽ được bật sáng.
1.2.2 Hệ thống kiểm soát ra vào
Là hệ thống cửa từ bao gồm các thiết bị khóa từ, khóa thẻ từ, khóa cửa bằng
thẻ từ, khóa vân tay, cửa từ mở cửa nhằm mục đích bảo vệ, giám sát những khu
vực quan trọng và hạn chế người không có nhiệm vụ ra vào, có các hệ thống kiểm
soát ra vào bằng thẻ, kiểm soát ra vào bằng vân tay. Hệ thống sẽ giúp khóa cửa từ
xa và kiểm soát mọi hoạt động ra vào thông qua kết nối không giây.

6


Hình 1.3 Một số hệ thống kiểm soát ra vào
Trên thị trường hiện nay có nhiều loại sản phẩm kiểm soát cửa với đa dạng
các nhà phân phối, trong đó phân chia làm 3 loại chính đó là kiểm soát cửa bằng
vân tay, kiểm soát cửa bằng nhận diện khuôn mặt, kiểm soát cửa bằng thẻ từ hay
kết hợp nhiều loại phương thức xác thực vào một thiết bị.
1.2.3 Hệ thống quan sát, thông tin liên lạc
Hệ thống quan sát sẽ giúp việc kiểm soát an ninh, người vào/ra ngôi nhà…
giúp cho gia chủ nhận diện khách nhanh chóng thông qua hệ thống camera. Với hệ
thống camera, mọi ngóc ngách trong nhà sẽ luôn được giám sát 24/7. Chủ nhà có
thể giám sát ngôi nhà của mình, hay có thể xem con mình đang làm gì khi mình
không có nhà bằng Smartphone, máy tính bảng từ xa thống qua wifi, 3G, 4G.

Hình 1.4 Hệ thống camera
7


Hệ thống thông tin liên lạc có thể là các điện thoại cố định hoặc điện thoại
mẹ con. Hệ thống này sẽ giúp chúng ta có thể liên lạc giữa các phòng với nhau một
cách nhanh chóng. Ngoài chức năng liên lạc trong nhà, hệ thống này cần được kết
nối với mạng điên thoại để tiện cho việc giao tiếp, để làm việc này cần đến một bộ
chuyển kênh
1.2.4 Hệ thống cảm biến và báo động, báo cháy
Các cảm biến cơ bản như cảm biến khí gas, cảm biến hồng ngoại, cảm biến
chuyển động… Các bộ cảm biến chuyển động của hệ thống chiếu sáng khi được
kích hoạt sẽ tự động trở thành hệ thống chống trộm. Khi có nguy cơ bị đột nhập,
các thiết bị này sẽ lập tức cảnh báo tại chỗ bằng chuông báo động hoặc thống báo
về smartphone. Cũng tương tự như vậy hệ thống báo cháy sẽ cảnh báo chủ nhà khi
xuất hiện hỏa hoạn để có thể ngăn chặn một cách kịp thời.
1.2.5 Hệ thống quản lý cấp điện, nước, gas
Mục đích của hệ thống nhằm đo lường và báo lại các thông số điện, nước
thường xuyên, kết hợp với hệ thống quản lí chiếu sáng và hệ thống kiểm soát ra
vào từ đó có thể tự động bật/tắt các thiết bị trong nhà nhằm tiết kiệm năng lượng.
Ngoài ra cảm biến sẽ giúp bạn cảnh báo các nguy cơ khác như rò rỉ khí gas, mực
nước ở bể chứa thấp, bể đường ống nước, cháy chập điện…
1.2.6 Hệ thống công tắc điều khiển trạng thái
Hệ thống công tắc và bảng hiển thị sẽ cung cấp thông tin cũng như nhận
lệnh điều khiển từ gia chủ. Đảm bảo sự tương tác hai chiều giữa các thành viên và
hệ thống tự động. Hệ thống bao gồm: các điều khiển từ xa, các công tắc gắn tường,
các bảng điều khiển tương tác HDMI…

8

Hình 1.5 Bảng điều khiển của nhà thông minh
Thông thường để điều khiển tất cả các thiết bị trong nhà, bạn cần tới hàng
chục công tắc, thậm chí với căn nhà lớn hàng trăm công tắc. Với nhà thông minh,
bạn có thể điều khiển tất cả bằng một vài nút bấm trên màn hình cảm ứng của
smartphone hay máy tính bảng. Bạn cũng có thể điều khiển và kiểm soát ngôi nhà
thông qua giao diện trực quan 3D, ở đó các thiết bị được mô phỏng giống như đang
sử dụng thực tế, chỉ cần chạm vào thiết bị tương ứng trong màn hình để điều khiển
1.2.7 Hệ thống mạng, xử lý trung tâm và sự kết hợp hoạt động
Ngôi nhà thông minh được đánh giá cao và khác hẳn với các ngôi nhà bình
thường là do nó được trang bị hệ thống mạng điều khiển, toàn bộ thay đổi và điều
khiển tự động trong ngôi nhà được xử lí đồng nhất thông qua hệ thống mạng và xử
lí trung tâm. Nó có vai trò quan trọng, làm nhiệm vụ liên kết các hệ thống khác
trong ngôi nhà lại với nhau, điều phối của hệ thống chấp hành một cách nhịp nhàng
theo các điều kiện tác động được lập trình trước.

9


1.3 NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA NHÀ THÔNG MINH
1.3.1 Tương tác giữa con người và các thiết bị
Sự kiện tương tác kích hoạt hệ thống nhà thông minh dựa vào cơ chế cảm
biến hành động. Nó hoạt động nhờ vào các cảm biến thông minh trong nhà của
bạn. Một số sự kiện tương tác như nhiệt độ, độ ẩm, giọng nói…

Hình 1.6 Điều khiển các thiết bị bằng smartphone
Bạn có thể điều khiển tất cả các thiệt bị trong hệ thống điều khiển thông
minh bằng giọng nói giúp bật/tắt thiết bị hay ngữ cảnh một cách nhanh
chóng.Ngoài ra, còn giúp trẻ em và cả người lớn tuổi không am hiểu về công nghệ
cũng có thể sử dụng dễ dàng.

1.3.2 Ngôn ngữ giao tiếp giữa các thiết bị thông minh
Trong một thế giới kết nối an toàn, các sản phẩm thông minh cần phải có
khả năng trao đổi thông tin giữa các thiết bị với nhau. Để có thể làm được như vậy,
chúng cần phải có chung một ngôn ngữ. Ngôn ngữ này giúp các thiết bị có thể hiểu
được nhau nhằm thực hiện một hành động, chẳng hạn như bật/tắt đèn. Các ngôn
ngữ cho các thiết bị nhà thông minh như bluetooth, wifi, knx,…
10


1.3.3 Hệ thống an toàn, an ninh
Hệ thống an ninh: Bao gồm các hệ thống cửa tự động, camera quan sát, đầu
ghi hình, bộ nhớ lưu trữ, bộ điều khiển trung tâm cho phép người sử dụng có thể
nắm được trực tiếp hay xem lại toàn bộ mọi hoạt động diễn ra ở các khu vực có
thiết bị kiểm soát. Hệ thống an ninh còn có thể báo động bằng còi, chiếu sáng, gọi
điện đến các số điện thoại cần thiết và có khả năng phong toả khu vực bị đột nhập.

Chương 2: SƠ ĐỒ KHỐI CHO NHÀ THÔNG MINH
2.1 SƠ ĐỒ ĐIỀU KHIỂN NHÀ THÔNG MINH TRÊN SMART PHONE
2.1.1 Đặt vấn đề điều khiển nhà thông minh
- Nhà thông minh là nhà có hệ thống các thiết bị liên tục kết nối và giao tiếp
với nhau, là sự kết hợp giữa các thiết bị điện trong nhà và hình thành được hệ
thống mạng điều khiển từ xa giúp chúng ta kiểm soát và điều khiển được các thiết
bị như:
 Hệ thống điện
 Hệ thống báo cháy
 Hệ thống báo khí gas
 Hệ thống báo thời tiết
2.1.2 Sơ đồ khối
Trên hình 2.1 là sơ đồ khối của ngôi nhà thông minh:

11


Cảm biến mưa

Đèn báo

Cảm biến đóng

Động cơ

mở cửa

KHỐI
Cảm biến khí gas

XỬ

LÍ

TRUNG TÂM

Còi buzzer

Module Bluetooth
Đèn led

HC05

Nguồn cấp

Hình 2.1 Sơ đồ khối smart home
Trong sơ đồ khối trên:
- Bo mạch Arduino là khối xử lý trung tâm có chức năng xử lý một phần dữ
liệu và điều khiển thiết bị trong nhà thông minh
- Cảm biến mưa: được sử dụng để phát hiện mưa, nước hoặc các dung dịch dẫn
điện tiếp xúc với bề mặt cảm biến sẽ phát ra tín hiệu để làm các ứng dụng tự động
như phát hiện mưa, báo mực nước tự động,...
-Cảm biến đóng mở cửa: sử dụng cảm biến một chạm, Cảm ứng 1 chạm điện
dung được sử dụng trong các ứng dụng cảm ứng điện dung: bàn phím, công tắc
chìm, báo động,…, với ưu điểm có thể nhận biết thao tác chạm thông qua điện
12


dung của tay người, cảm ứng 1 chạm điện dung có thể phát hiện xuyên qua các vật
thể phi kim có độ dày tối đa lên đến 5mm.
-Cảm biến khí gas: sử dụng phần tử SnO2 có độ dẫn điện thấp hơn trong không
khí sạch, khi khí dễ cháy tồn tại, cảm biến có độ dẫn điện cao hơn, nồng độ chất dễ
cháy càng cao thì độ dẫn điện của SnO2 sẽ càng cao và được tương ứng chuyển
đổi thành mức tín hiệu điện. MQ-2 là cảm biến khí có độ nhạy cao với LPG,
Propane và Hydrogen, mê-tan (CH4) và hơi dễ bắt lửa khác, với chi phí thấp và
phù hợp cho các ứng dụng khác nhau. Cảm biến xuất ra cả hai dạng tín hiệu là
Analog và Digital, tín hiệu Digital có thể điều chỉnh mức báo bằng biến trở.
- Module Bluetooth HC-05: sử dụng điện thoại để điều khiển các thiết bị. Khi
đó chúng ta sẽ lập trình một phần mềm trên điện thoại, kết nối với module
bluetooth HC-05. Vi điều khiển sẽ giao tiếp với HC-05 để nhận lệnh từ điện thoại
hoặc gửi dữ liệu lên điện thoại, từ đó đưa ra các hành động thích hợp(như bật tắt
đèn,...) hoặc gửi thông tin về trạng thái thiết bị, ... Giao tiếp giữa các thiết bị phần
cứng với nhau, mỗi thiết bị sẽ trang bị một module HC-05 và việc gửi nhận dữ liệu
giữa các thiết bị phần cứng sẽ thông qua module HC-05

2.2. KHỐI ĐIỀU KHIỂN TRUNG TÂM
2.2.1 Đặt vấn đề điều khiển
Nhà thông minh được điều khiển bởi khối điều khiển trung tâm ( bộ não) xử lí
tính toán dữ liệu và ra lệnh điều khiển cho thiết bị khối chấp hành. Nên vấn đề thiết
lập khối điều khiển trung tâm là vô cùng quan trọng. Độ tin cậy, ổn định, tốc độ
đáp ứng có tốt hay không phụ thuộc rất nhiều vào việc thiết kế, lập trình, tối ưu cả
phần cứng lẫn phần mềm của khối điều khiển trung tâm.
2.2.2 Tổng quan về bo mạch Arduino
a)Cấu tạo bo mạch Arduino

13


Hình 2.2: Bo mạch Arduino Uno
Thông số kỹ thuật bo mạch hình 2.2:
 Vi điều khiển (Microcontroller): Atmega328
 Điện áp hoạt động (Operating Voltage): 5V
 Điện áp vào (Input Voltage):7-12V
 Điện áp giới hạn (Input Voltage limits):6-20V
 Ngõ vào ra số (Digital I/O):14 (6 ngõ ra PWM)
 Ngõ vào Analog (Analog input): 6
 Dòng một chiều (DC current) cho các chân vào/ra (I/O):40mA
 Dòng một chiều (DC current) cho các chân 3.3V:50mA


Bộ nhớ Flash (Flash Memory): 32KB (ATmega328) với 0.5KB

được dùng cho Bootloader.
 SRAM: 2KB(ATmega328)

 EEPROM: 1KB(ATmega328)
14


 Clock Speed:16MHz
b) Sơ đồ chân của Arduino
*

Sơ đồ chân

Hình2.3 Sơ đồ chân Arduino Uno R3
- Chân A0 đến chân A5: chân đọc tín hiệu analog
- Từ chân 0 đến chân 13: truyền nhận dữ liệu vào hoặc ra
- Chân 3,5,6,9,10,11: ngoài chức năng xuất ra 5V và 0V các chân này cũng có
thể dùng để băm xung (PWM)
- Chân 0,1: truyền nhận dữ liệu giữa Arduino và Module Bluetooth

15


2.3 KHỐI GIAO TIẾP DỮ LIỆU
2.3.1 Phương pháp xử lý tín hiệu và nhận diện giọng nói
 Sử dụng MIT APP INVENTOR để xây dựng VoiceControl:

-Nền tảng cho phép nhà lập trình tạo ra các ứng dụng phần mềm cho hệ điều
hành Android (OS). Bằng cách sử dụng giao diện đồ họa, nền tảng cho phép người
dùng kéo và thả các khối mã (blocks) để tạo ra các ứng dụng có thể chạy trên thiết
bị Android. Đến thời điểm hiện tại 07/2017, phiên bản iOS của nền tảng này đã bắt
đầu được đưa vào thử nghiệm bởi Thunkable, là một trong các nhà cung cấp ứng
dụng web cho ngôn ngữ này..

Hình 2.5 MIT APP INVENTOR
-Như hình dưới đây là các khối mã Blocks và cho phép chúng ta chèn được các
câu lệnh vào từng khối mã Blocks.

16


2.3.2 Phương pháp nhận diện giọng nói sử dụng thuật toán trí tuệ nhân tạo
Google (AI)

Hình 2.6 Điện toán đám mây

17


-Điện toán đám mây (tiếng Anh: cloud computing), còn gọi là điện toán máy
chủ ảo, là mô hình điện toán sử dụng các công nghệ máy tính và phát triển dựa vào
mạng Internet. Thuật ngữ "đám mây" ở đây là lối nói ẩn dụ chỉ mạng Internet (dựa
vào cách được bố trí của nó trong sơ đồ mạng máy tính) và như một liên tưởng về
độ phức tạp của các cơ sở hạ tầng chứa trong nó. Ở mô hình điện toán này, mọi khả
năng liên quan đến công nghệ thông tin đều được cung cấp dưới dạng các "dịch
vụ", cho phép người sử dụng truy cập các dịch vụ công nghệ từ một nhà cung cấp
nào đó "trong đám mây" mà không cần phải có các kiến thức, kinh nghiệm về công
nghệ đó, cũng như không cần quan tâm đến các cơ sở hạ tầng phục vụ công nghệ
đó. Điện toán đám mây là khái niệm tổng thể bao gồm cả các khái niệm như phần
mềm dịch vụ, Web 2.0 và các vấn đề khác xuất hiện gần đây, các xu hướng công
nghệ nổi bật, trong đó đề tài chủ yếu của nó là vấn đề dựa vào Internet để đáp ứng
những nhu cầu điện toán của người dùng.
-Ví dụ, dịch vụ Google AppEngine cung cấp những ứng dụng kinh doanh trực

tuyến thông thường, có thể truy nhập từ một trình duyệt web, còn các phần mềm và
dữ liệu đều được lưu trữ trên các máy chủ. Để có được điện toán đám mây này cần
phải có những thanh Ram để có thể trao đổi dữ liệu
2.3.3 Module bluetooth HC-05

Hình 2.6 Module Bluetooth HC-05
-Điện áp hoạt động: 3.3V.
18


-Module có 2 chế độ làm việc (có thể lựa chọn chế độ làm việc bằng cách thay
đổi trạng thái chân 34 KEY):
-Tự động kết nối
-Đáp ứng theo lệnh: khi làm việc ở chế độ này, các bạn có thể gửi các
lệnh AT để giao tiếp với module
-Module HC05 có thể nhận 1 trong 3 chức năng: Master, Slave, Loopback (có
thể

lựa

chọn

các

chức

năng

bằng

lệnh

AT).

-Giao tiếp với module bằng giao tiếp nối tiếp không đồng bộ qua 2
đường RX và TX, vì vậy các bạn có thể sử dụng PC với chuẩn RS232 hoặc các
dòng vi điều khiển để giao tiếp.
2.4 KHỐI CHẤP HÀNH
2.4.1 Giới thiệu mạch relay
a) Giới thiệu chung
-Relay là một công tắc (khóa K). Nhưng khác với công tắc ở một chỗ cơ bản,
relay được kích hoạt bằng điện thay vì dùng tay người. Chính vì lẽ đó, relay được
dùng làm công tắc điện tử! Vì relay là một công tắc nên nó có 2 trạng
thái: đóng và mở.
-Trên thị trường chúng ta có 2 loại module relay: module relay đóng ở mức
thấp (nối cực âm vào chân tín hiệu rơ-le sẽ đóng), module relay đóng ở mức
cao (nối cực dương vào chân tín hiệu relay sẽ đóng). Nếu sơ sánh giữa 2 module
relay có cùng thông số kỹ thuật thì hầu hết mọi kinh kiện của nó đều giống nhau,
chỉ khác nhau ở chỗ transistor của mỗi module. Chính vì cái transistor này nên mới
sinh ra 2 loại module (có 2 loại transistor là NPN - kích ở mức cao, và PNP - kích
ở mức thấp).

19


Hình 2.7:Module relay kích ở mức cao

Hình 2.8 Module relay kích ở mức thấp

b) Cấu tạo mạch relay

20


-Sử dụng Module 4 Relay 5V với opto cách ly kích H/L với opto cách ly nhỏ
gọn, có opto và transistor cách ly giúp cho việc sử dụng trở nên an toàn với board
chính, mạch sử dụng để đóng ngắt nguồn điện công suất cao AC hoặc DC, có thể
chọn đóng khi kích mức cao hoặc mức thấp bằng Jumper. Module 4 Relay kích
H/L(5VDC) sử dụng nguồn 5VDC để nuôi mạch, tín hiệu kích có thể tùy chọn
kích mức cao( HIGH-5VDC) hoặc mức thấp(LOW-0VDC) qua Jumper trên mỗi
relay. Thích hợp cho các thiết bị sử dụng mức tín hiệu 5VDC.
-Thông số kỹ thuật:
+Điện áp nuôi mạch: 5VDC
+Dòng tiêu thụ: khoảng 200mA/relay
+Tín hiệu kích: High(5VDC) hoặc Low(0VDC) chọn bằng jumper
+Nguồn nuôi: 5VDC
+Tiếp điểm đóng ngắt max:250VAC-10A hoặc 30VDC-10A
+Kích thước: 72(L)* 55(W)* 19(H) mm

Hình 2.9 Module 4 relay 5V
21


c) Sơ đồ nguyên lý của Module 4 relay

Hình 2.10 Sơ đồ nguyên lý Module 4 relay 5V
2.4.2 Giới thiệu khóa cửa điện
a) Giới thiệu chung
Động cơ servo:

22


Hình 2.11 Động cơ servo
Thông số kỹ thuật:
Khối lượng : 9g
ID nhà sản xuất: TPSG90S
Kích thước: 23×12.2x29mm
Mô men xoắn: 1.8kg/cm (4,8V)
Tốc độ hoạt động: 60º trong 0.1 giây
Điện áp hoạt động: 4.8V(~5V)
Delay: 10us
c) Nguyên lý, cấu tạo và cách điều khiển
Nguyên lý hoạt động: Rotor của động cơ là một nam châm vĩnh cửu có từ
trường mạnh và stator của động cơ được cuốn các cuộn dây riêng biệt, được cấp
nguồn theo một trình tự thích hợp để quay rotor.
23


Nếu thời điểm và dòng điện cấp tới các cuộn dây là chuẩn xác thì chuyển
động quay của rotor phụ thuộc vào tần số và pha, phân cực và dòng điện chạy
trong cuộn dây stator.
Động cơ servo được hình thành bởi những hệ thống hồi tiếp vòng kín. Tín
hiệu ra của động cơ được nối với một mạch điều khiển. Khi động cơ vận hành thì
vận tốc và vị trí sẽ được hồi tiếp về mạch điều khiển này. Khi đó bầt kỳ lý do nào
ngăn cản chuyển động quay của động cơ, cơ cấu hồi tiếp sẽ nhận thấy tín hiệu ra
chưa đạt được vị trí mong muốn. Mạch điều khiển tiếp tục chỉnh sai lệch cho động
cơ đạt được điểm chính xác nhất. Bộ điều khiển servo.
2.4.3 Giới thiệu thiết bị cảnh báo
a) Giới thiệu chung

-Buzzer module KY-012:

Hình 2.12 Buzzer module KY-012
-Thông số kỹ thuật của hình buzzer:
+Điện áp làm việc: 3-5 VDC
+Tần số âm thanh: 1.5- 2. 5kHz
+Trở kháng: 8Ω
+Kích thước: 19 * 16mm
b) Cấu tạo

24


- Còi buzzer cấu tạo bởi một tấm thạch anh mỏng. Thạch anh có đặc tính dao
động khi được đặt một điện áp nhất định vào hai cực. Người ta ứng dụng tính chất
này của thạch anh để làm bộ dao động cho đồng hồ đeo tay, còi, bộ phát xung,vv..
c) Nguyên lý hoạt động
Nguyên lý hoạt động:
-Nếu đặt một điện áp xoay chiều vào thì nó sẽ biến dạng theo tần số của điện
áp đó. Khi thay đổi đến một tần số nào đó, thì nó sẽ cộng hưởng. Mạch tương
đương của nó gồm một L và một C nối tiếp với nhau. Cả cụm ấy song song với
một C khác và một R cách điện. Tần số cộng hưởng của Thạch anh tùy thuộc vào
hình dáng và kích thước của nó. Mỗi tinh thể thạch anh có 2 tần số cộng hưởng:
tần số cộng hưởng nối tiếp, và tần số cộng hưởng song song. Hai tần số này khá
gần nhau và có trị số khá bền vững, hầu như rất ít bị ảnh hưởng bởi các điều kiện
môi trường bên ngoài. Ngoài ra, hệ số phẩm chất của mạch cộng hưởng rất lớn,
nên tổn hao rất thấp.
2.5 KHỐI CẢM BIẾN
2.5.1 Cảm biến mưa
a) Giới thiệu chung

Cảm biến mưa sử dụng để phát hiện mực nước, trời mưa, hay các môi trường
có nước. Mạch cảm biến mưa được đặt ngoài trời để kiểm tra trời có mưa không,
qua đó truyền tín hiệu điều khiển đóng / ngắt rơ le.
b) Cấu tạo

25