thiết kế điều khiển thiết bị bằng giọng nói với google assistant ( google home)

Báo cáo nghiên cứu khoa học

GVHD: ThS. Lưu Hoàng

MỤC LỤC
Trang
NHIỆM VỤ ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU
LỜI CÁM ƠN
LỜI MỞ ĐẦU
MỤC LỤC
CHƯƠNG 1: Mở Đầu ...................................................................................

1

1.1. Đặt vấn đề ............................................................................................

1

1.2. Phương pháp nghiên cứu ......................................................................

1

1.3. Mục tiêu, nhiệm vụ ..............................................................................

2

CHƯƠNG 2: Tổng Quan ..............................................................................

3

2.1. Trợ lý ảo ...............................................................................................

3

2.1.1. Khái niệm .....................................................................................

3

2.1.2. Google Assistant ............................................................................

4

2.1.3. Google Home ................................................................................

5

2.2. Internet Of Thing ..................................................................................

7

2.2.1. Khái niệm ......................................................................................

7

2.2.2. Ứng dụng ....................................................................................... 10
2.3. Blynk .................................................................................................... 13
2.3.1 Hệ sinh thái Blynk. ......................................................................... 13
2.2.2. Tính năng của Blynk ...................................................................... 14
2.4. Nhà thông minh .................................................................................... 14
2.4.1. Khái niệm ...................................................................................... 14
2.4.2. Ứng dụng ....................................................................................... 15

2.4.3. Các hệ sinh thái nhà thông minh trên thế giới ................................ 15
CHƯƠNG 3: Thiết bị và giải pháp công nghệ ............................................. 17
3.1. Kit NodeMCU Lua ESP8266 ............................................................... 17
3.2. Công tắc cảm ứng ................................................................................. 18
3.3. Module relay 4 kênh ............................................................................. 21
SVTH: Mai Thanh Tuấn


Báo cáo nghiên cứu khoa học

GVHD: ThS. Lưu Hoàng

3.4. Đèn led 6W .......................................................................................... 23
3.5. Phần mềm IDE ..................................................................................... 24
CHƯƠNG 4: Thiết kế điều khiển thiết bị bằng giọng nói với Google Assistant
(Google Home) ............................................................................................... 28
4.1. Sơ đồ khối ............................................................................................ 28
4.2. Sơ đồ kết nối ........................................................................................ 29
4.3. Mô hình thực tế .................................................................................... 30
4.4. Lưu đồ giải thuật ................................................................................. 32
CHƯƠNG 5 : Kết Luận Và Hướng Phát Triển Đề Tài ............................... 34
5.1. Kết luận ................................................................................................ 34
5.1.1. Những mặt đã làm được................................................................. 34
5.1.2. Những hạn chế tồn tại .................................................................... 34
5.2. Hướng phát triển đề tài ......................................................................... 34
TÀI LIỆU THAM KHẢO............................................................................. 35
PHỤ LỤC: Code chương trình ..................................................................... 36

SVTH: Mai Thanh Tuấn

Báo cáo nghiên cứu khoa học

GVHD: ThS. Lưu Hoàng

Chương 1
Mở Đầu
1.1. Đặt vấn đề
Ngày nay, xã hội càng hiện đại, khoa học kỹ thuật càng phát triển thì cuộc
sống của con người càng có nhu cầu sử dụng đầy đủ các thiết bị thông minh để
phục vụ cho sinh hoạt và công việc của mình. Một thực tế rất gần với con người
là trong chính căn nhà của mình, mong muốn được dụng công nghệ tự động hóa
càng được rộng rãi, tất cả 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 thời gian đúng mong muốn.
Nhu cầu về kiểm soát hệ thống thiết bị điện và điều khiển thiết bị thông
minh ngày càng phổ biến như kiểm tra trạng thái của đèn, quạt, máy lạnh, các
thiết bị khác, có thể mở hay tắt và các thiết bi ̣điện trong nhà từ xa bằng thiết bị
điện thoại di động, thiết bị máy tính thông qua mạng internet.
Hiện nay với nền khoa học phát triển với các trợ lý ảo thông minh hỗ trợ
AI như: Google Assistant (Google), Alexa (Amazon), Siri (Apple), Cortana
(Microsoft), … Các thiết bị trong ngôi nhà thông minh ngoài được điều khiển
qua các app trên điện thoại, web,… còn được điều khiển qua trợ lý ảo cũng dần
được phát triển. Vì vậy, em đã tìm hiểu, nghiên cứu, chọn đề tài: “ Điều khiển
thiết bị bằng giọng nói qua Google Asstiant (Google Home) ” để làm đồ án tốt
nghiệp của mình.
Kết quả nghiên cứu từ đề tài này sẽ giúp em có nhiều kinh nghiệm để sau
khi tốt nghiệp chúng em có đủ khả năng nghiên cứu chế tạo hoàn chỉnh thiết bị
điều khiển hệ thống điện cho ngôi nhà thông minh đáp ứng được sử dụng yêu

cầu trên thi ̣trường với giá thành hợp ̣ lý, chất lượng đảm bảo, phù hợp ̣ với điều
kiện sống tại Việt Nam.
1.2. Phương pháp nghiên cứu
SVTH: Mai Thanh Tuấn

Trang 1


Báo cáo nghiên cứu khoa học

GVHD: ThS. Lưu Hoàng

- Nghiên cứu tài liệu qua sách báo về lĩnh vực IOT
- Nghiên cứu cơ sở lý thuyết để thiết kế mạch điều khiển thiết bị với trợ lý ảo
Google Assistant của Google
- Tìm hiểu nguyên lý hoạt động của các module và thiết bị điện trong nhà
1.3. Mục tiêu, nhiệm vụ
- Tìm hiểu về hệ thống điều khiển thông minh các thiết bị trong nhà .

- Tìm hiểu về Google Assistant (Google Home), IOT.
- Thiết kế mạch điều khiển thiết bị bằng giong nói qua Google Assistant (Google
Home)
- Xây dựng mô hình mẫu điều khiển thiết bị qua Google Assistant (Google
Home)
- Kiểm tra, đánh giá tính ứng dụng của đề tài.

SVTH: Mai Thanh Tuấn

Trang 2

Báo cáo nghiên cứu khoa học

GVHD: ThS. Lưu Hoàng

CHƯƠNG 2
TỔNG QUAN
2.1. Trợ lý ảo
2.1.1. Khái niệm
Trợ lý ảo là một khái niệm mới trong lĩnh vực công nghệ, phần mềm, lần
đầu được biết tới trên thế giới vào năm 1961 tại Hội chợ Thế giới Seattle, dưới
dạng một thiết bị có tên IBM Shoebox, với khả năng nhận diện giọng nói.
Đến năm 1970, Bộ Quốc phòng Hoa Kỳ và cơ quan DARPA của Bộ này
đã phát triển công cụ "Harpy" có thể nhận dạng khoảng 1000 từ, tương đương
vốn từ vựng của một đứa bé 3 tuổi.
Phải tới những năm 1990, trợ lý ảo mới được các nhà sản xuất hàng đầu
như Microsoft, IBM, Philips và Lernout & Hauspie chính thức nghiên cứu và áp
dụng trên các máy tính cá nhân. Trong đó, sự kiện ra mắt chiếc điện thoại thông
minh đầu tiên IBM Simon vào năm 1994 đặt nền móng cho các trợ lý ảo thông
minh mà ta biết tới ngày nay.
Năm 2011, trợ lý ảo số hiện đại đầu tiên được cài đặt trên một điện thoại
thông minh là Siri, từng được giới thiệu là một tính năng trên chiếc iPhone 4S
của Apple.
Từ năm 2017 đến nay, trợ lý ảo bắt đầu được người dùng chú ý nhờ các
ứng dụng thực tiễn, đặc biệt là sự đầu tư mạnh tay từ các tập đoàn lớn như
Amazon với Alexa, Google với Google Assistant hay Apple với Siri.

Hình 2.1: Các trợ lý ảo trên các dòng Smartphone
SVTH: Mai Thanh Tuấn

Trang 3


Báo cáo nghiên cứu khoa học

GVHD: ThS. Lưu Hoàng

Từ trên chúng ta có thể hiểu đơn giản trợ lý ảo là phần mềm, công cụ được xây dựng
dựa trên nền tảng trí thông minh nhân tạo (AI) và được các nhà phát triển hệ điều
hành, hay các hãng công nghệ tích hợp sâu vào trong hệ điều hành với mục đích chính
là hỗ trợ người dùng thiết bị dễ dàng hơn bằng chính thói quen mà người dùng thường
làm trên thiết bị.

2.1.2. Google Assistant
Google Assistant là một trợ lý cá nhân ảo được phát triển bởi Google và
được giới thiệu tại hội nghị nhà phát triển của hãng vào tháng 5 năm 2016.
Không giống như Google Now, Google Assistant có thể tham gia các cuộc trò
chuyện hai chiều.
Assistant ban đầu được đưa vào ứng dụng nhắn tin Google Allo, và loa
thông minh Google Home. Sau một thời gian chỉ có mặt trên hai chiếc điện thoại
thông minh Pixel và Pixel XL của hãng, Google bắt đầu triển khai Assistant trên
các thiết bị Android khác vào tháng 2 năm 2017, bao gồm cả các điện thoại
thông minh bên thứ ba và các thiết bị Android Wear, và được phát hành dưới
dạng ứng dụng riêng biệt trên IOS vào tháng 5. Cùng với sự ra mắt một bộ phát
triển phần mềm (SDK) vào tháng 4 năm 2017 cho phép các nhà phát triển bên
thứ ba có thể tự xây dựng phần cứng tương thích với Google Assistant, Assistant
đã và đang được tiếp tục mở rộng hỗ trợ cho một lượng lớn thiết bị, bao gồm cả
xe hơi và các thiết bị nhà thông minh. Các chức năng của Assistant cũng có thể
được bổ sung bởi các nhà phát triển bên thứ ba.
Người dùng chủ yếu có thể tương tác với Google Assistant qua giọng nói

tự nhiên, hoặc có thể nhập qua bàn phím. Các chức năng cơ bản của nó cũng
tương tự như Google Now, như tìm kiếm trên Internet, đặt sự kiện trên lịch và
báo thức, điều chỉnh cài đặt phần cứng trên thiết bị người dùng và hiển thị thông
tin từ tài khoản Google của người dùng. Google cũng bổ sung các tính năng
khác cho Assistant bao gồm khả năng nhận diện vật thể và thu thập thông tin về
vật thể thông qua máy ảnh của thiết bị, cùng với việc hỗ trợ mua sản phẩm và
chuyển tiền.
SVTH: Mai Thanh Tuấn

Trang 4


Báo cáo nghiên cứu khoa học

GVHD: ThS. Lưu Hoàng

Hình 2.2: Sử dụng Google Assistant trên điện thoại
Vào 6-5-2019, Google đã bổ sung tiếng Việt vào danh sách những ngôn
ngữ được hỗ trợ bởi Google Assistant. Nhờ đó, người Việt đã có thể sử dụng
những câu lệnh bằng tiếng Việt để hỏi đáp, truy vấn thông tin.
Còn trước đây, người Việt muốn sử dụng Google Assistant buộc phải ra
lệnh bằng tiếng Anh (hoặc một ngôn ngữ nước ngoài khác). Rào cản ngôn ngữ
khiến cho Google Assistant cũng như các trợ lý ảo khác không được sử dụng
rộng rãi tại Việt Nam.
2.1.3. Loa thông minh Google Home
Google Home là một thương hiệu loa thông minh được phát triển bởi
Google. Các thiết bị cho phép người dùng nói lệnh thoại để tương tác với các
dịch vụ thông qua Google Assistant , trợ lý ảo của công ty . Cả hai dịch vụ nội
bộ và bên thứ ba đều được tích hợp, cho phép người dùng nghe nhạc, kiểm soát
phát lại video hoặc ảnh hoặc nhận cập nhật tin tức hoàn toàn bằng giọng

nói. Các thiết bị Google Home cũng có hỗ trợ tích hợp cho tự động hóa gia
đình , cho phép người dùng điều khiển các thiết bị gia đình thông minh bằng
giọng nói của họ. Thiết bị Google Home đầu tiên được phát hành tại Hoa Kỳ
vào tháng 11 năm 2016, với các sản phẩm tiếp theo được phát hành trên toàn cầu
từ 2017.
SVTH: Mai Thanh Tuấn

Trang 5


Báo cáo nghiên cứu khoa học

GVHD: ThS. Lưu Hoàng

Hình 2.3: Google Home
Thông qua các bản cập nhật phần mềm cho các thiết bị Google Home và
Google Assistant, chức năng bổ sung đã được thêm vào theo thời gian. Nhiều
loa có thể được đặt trong các phòng khác nhau trong một ngôi nhà để phát lại
nhạc đồng bộ. Một bản cập nhật vào tháng 4 năm 2017 đã mang đến sự hỗ trợ
cho nhiều người dùng, cho phép thiết bị phân biệt giữa tối đa sáu người bằng
giọng nói. Vào tháng 5 năm 2017, Google đã công bố nhiều bản cập nhật, bao
gồm: gọi điện thoại rảnh tay miễn phí tại Hoa Kỳ và Canada; cập nhật chủ động
trước các sự kiện theo lịch trình; phản hồi trực quan trên thiết bị di động
hoặc TV có hỗ trợ Chromecast ; Truyền phát âm thanh Bluetooth ; và khả năng
thêm lời nhắc và lịch hẹn.

Hình 2.4: Google Home Mini
SVTH: Mai Thanh Tuấn

Trang 6

Báo cáo nghiên cứu khoa học

GVHD: ThS. Lưu Hoàng

Loa Google Home ban đầu được phát hành vào tháng 11 năm 2016, có
hình dạng hình trụ với đèn LED trạng thái màu trên đầu. Vào tháng 10 năm
2017, Google đã công bố hai bổ sung cho dòng sản phẩm, Google Home Mini
hình puck thu nhỏ và Google Home Max lớn hơn. Vào tháng 10 năm 2018, công
ty đã phát hành Google Home Hub, một loa thông minh với màn hình hiển thị
video màn hình cảm ứng 7 inch. Một màn hình thông minh thứ hai có tên
Google Nest Hub Max đã được công bố vào tháng 5 năm 2019 và sẽ có màn
hình 10 inch và máy quay video.

Hình 2.5: Google Hud
Vào tháng 5 năm 2019, Google đã thông báo rằng các thiết bị Google
Home sẽ được đổi thương hiệu dưới biểu ngữ Google Nest
2.2. Internet Of Thing
2.2.1. Khái niệm
Internet of Things (IoT) là thuật ngữ dùng để chỉ các đối tượng có thể được
nhận biết cũng như sự tồn tại của chúng trong một kiến trúc mang tính kết nối.
Đây là một viễn cảnh trong đó mọi vật, mọi con vật hoặc con người được cung
SVTH: Mai Thanh Tuấn

Trang 7


Báo cáo nghiên cứu khoa học

GVHD: ThS. Lưu Hoàng

cấp các định danh và khả năng tự động truyền tải dữ liệu qua một mạng lưới mà
không cần sự tương tác giữa con người-với-con người hoặc con người-với-máy
tính. IoT tiến hoá từ sự hội tụ của các công nghệ không dây, hệ thống vi cơ điện
tử (MEMS) và Internet. Cụm từ này được đưa ra bởi Kevin Ashton vào năm
1999. Ông là một nhà khoa học đã sáng lập ra Trung tâm Auto-ID ở đại học MIT.

Hình 2.6:“Internet of Things”
"Thing" - sự vật - trong Internet of Things, có thể là một trang trại động
vật với bộ tiếp sóng chip sinh học, một chiếc xe ô tô tích hợp các cảm biến để
cảnh báo lái xe khi lốp quá non, hoặc bất kỳ đồ vật nào do tự nhiên sinh ra hoặc
do con người sản xuất ra mà có thể được gán với một địa chỉ IP và được cung
cấp khả năng truyền tải dữ liệu qua mạng lưới.
IoT phải có 2 thuộc tính: một là đó phải là một ứng dụng internet. Hai là, nó
phải lấy được thông tin của vật chủ.

SVTH: Mai Thanh Tuấn

Trang 8


Báo cáo nghiên cứu khoa học

GVHD: ThS. Lưu Hoàng

Hình 2.7: Sự gia tăng nhanh chóng của giao tiếp máy – máy.
Một ví dụ điển hình cho IoT là tủ lạnh thông minh, nó có thể là một chiếc
tủ lạnh bình thường nhưng có gắn thêm các cảm biến bên trong giúp kiểm tra
được số lượng các loại thực phẩm có trong tủ lạnh, cảm biến nhiệt độ, cảm biến

phát hiện mở cửa, …và các thông tin này được đưa lên internet. Với một danh
mục thực phẩm được thiết lập trước bởi người dùng, khi mà một trong các loại
thực phẩm đó sắp hết thì nó sẽ thông báo ngay cho chủ nhân nó biết rằng cần
phải bổ sung gấp, thậm chí nếu các loại sản phẩm được gắn mã ID thì nó sẽ tự
động trực tiếp gửi thông báo cần nhập hàng đến siêu thị và nhân viên siêu thị sẽ
gửi loại thực phẩm đó đến tận nhà.

Hình 2.8: Ứng dụng tủ lạnh trong IoT
SVTH: Mai Thanh Tuấn

Trang 9


Báo cáo nghiên cứu khoa học

GVHD: ThS. Lưu Hoàng

2.2.2. Ứng dụng
Với những hiệu quả thông minh rất thiết thực mà IoT đem đến cho con
người, IoT đã và đang được tích hợp trên khắp mọi thứ, mọi nơi xung quanh thế
giới mà con người đang sống. Từ chiếc vòng đeo tay, những đồ gia dụng trong
nhà, những mãnh vườn đang ươm hạt giống, cho đến những sinh vật sống như
động vật hay con người…đều có sử dụng giải pháp IoT.

Hình 2.9: Tổng quan về ứng dụng của IoT.
Ứng dụng trong lĩnh vực vận tải:
Ứng dụng điển hình nhất trong lĩnh vực này là gắn chíp lấy tọa độ GPS
lên xe chở hàng, nhằm kiểm soát lộ trình, tốc độ, thời gian đi đến của các xe chở
hàng. Ứng dụng này giúp quản lý tốt khâu vận chuyển, có những xử lý kịp thời
khi xe đi không đúng lộ trình hoạt bị hỏng hóc trên những lộ trình mà ở đó mạng

di động không phủ sóng tới được, kiểm soát được lượng nhiên liệu tiêu hao ứng
với lộ trình đã được vạch trước…

Hình 2.10: Theo dõi lộ trình đi của xe chở hàng.
SVTH: Mai Thanh Tuấn

Trang 10


Báo cáo nghiên cứu khoa học

GVHD: ThS. Lưu Hoàng

Ứng dụng trong lĩnh vực sản xuất nông nghiệp:
Quá trình sinh trưởng và phát triển của cây trồng trải qua nhiều giai đoạn
từ hạt nảy mầm đến ra hoa kết trái. Ở mỗi giai đoạn cần có sự chăm sóc khác
nhau về chất dinh dưỡng cũng như chế độ tưới tiêu phù hợp. Những yêu cầu này
đòi hỏi sự bền bỉ và siêng năng của người nông dân từ ngày này sang ngày khác
làm cho họ phải vất vả. Nhưng nhờ vào ứng dụng khoa học kỹ thuật, sử dụng
cảm biến để lấy thông số nhiệt độ, độ ẩm, độ pH của đất trồng, cùng với bảng dữ
liệu về quy trình sinh trưởng của loại cây đó, hệ thống sẽ tự động tưới tiêu bón
lót cho cây trồng phù hợp với từng giai đoạn phát triển của cây trồng. Người
nông dân bây giờ chỉ kiểm tra, quan sát sự vận hành của hệ thống chăm sóc cây
trồng trên một màn hình máy tính có nối mạng.

Hình 2.11: Theo dõi tình trạng sinh trưởng của cây trồng.
Sản phẩm của mỗi loại nông sản sẽ được gắn mã ID, nếu tủ lạnh nhà chúng ta
sắp hết một loại nông sản nào đó thì ngay lập tức nó sẽ tự động gửi thông báo
cần mua đến cơ sở dữ liệu của trang trại có trồng loại nông sản đó, và chỉ sau
một thời gian nông sản mà bạn cần sẽ được nhân viên đem đến tận nhà.

Ứng dụng trong nhà thông minh:
Vài năm trở lại đây, khi thế giới đang dần tiến vào kỷ nguyên Internet of
Things, kết nối mọi vật qua Internet, nhà thông minh trở thành một xu hướng
SVTH: Mai Thanh Tuấn

Trang 11


Báo cáo nghiên cứu khoa học

GVHD: ThS. Lưu Hoàng

công nghệ tất yếu, là tiêu chuẩn của nhà ở hiện đại. Trong căn hộ thông minh,
tất cả các thiết bị từ rèm cửa, điều hoà, dàn âm thanh, hệ thống ánh sáng, hệ
thống an ninh, thiết bị nhà tắm… được kết nối với nhau và hoạt động hoàn toàn
tự động theo kịch bản lập trình sẵn, đáp ứng đúng nhu cầu sử dụng của khách
hàng.
Ví dụ, vào buổi sáng, đèn tắt, rèm cửa tự động chuyển tới vị trí thích hợp
để giảm bớt những tác động náo nhiệt từ đường phố và nhường không gian cho
ánh sáng tự nhiên. Tối đến, hệ thống đèn bật sáng, các rèm cửa kéo lên người
dùng có thể thưởng ngoạn từ trên cao bức tranh thành phố rực rỡ ánh đèn, đồng
thời âm nhạc cũng nhẹ nhàng cất lên các giai điệu yêu thích của gia đình.

Hình 2.12: Ví dụ về nhà thông minh
Nếu có việc cả nhà phải đi vắng, chế độ "Ra khỏi nhà" sẽ được kích hoạt,
toàn bộ thiết bị điện tử gia dụng sẽ tự động tắt hoặc đóng lại và khi chủ nhân về,
chúng cũng sẽ khôi phục lại trạng thái trước đó. Thậm chí, nước nóng cũng đã
sẵn sàng từ vài phút trước khi gia chủ về đến cửa. Riêng hệ thống an ninh luôn
hoạt động 24/24 và sẽ thông báo đến chủ nhà mọi thay đổi "đáng ngờ" trong
ngôi nhà, dù đang ở bất cứ đâu.

SVTH: Mai Thanh Tuấn

Trang 12


Báo cáo nghiên cứu khoa học

GVHD: ThS. Lưu Hoàng

2.3. Blynk
Đây là một nền tảng IoT được ưa thích bởi hơn 500.000 kỹ sư trong lĩnh
vực IoT trên toàn thể giới.
2.3.1. Hệ sinh thái Blynk
Có ba thành phần chính trong nền tảng Blynk:
Blynk App - cho phép tạo giao diện cho sản phẩm của bạn bằng cách kéo
thả các widget khác nhau mà nhà cung cấp đã thiết kế sẵn.
Blynk Server - chịu trách nhiệm xử lý dữ liệu trung tâm giữa điện thoại,
máy tính bảng và phần cứng. Chúng ta có thể sử dụng Blynk Cloud của Blynk
cung cấp hoặc tự tạo máy chủ Blynk riêng cho mình. Vì đây là mã nguồn mở,
nên bạn có thể dễ dàng intergrate vào các thiết bị và thậm chí có thể sử dụng
Raspberry Pi làm server của hệ thống.
Library Blynk – support cho hầu hết tất cả các nền tảng phần cứng phổ
biến - cho phép giao tiếp với máy chủ và xử lý tất cả các lệnh đến và đi.

Hình 2.13: Sơ đồ hệ sinh thái Blynk
SVTH: Mai Thanh Tuấn

Trang 13

Báo cáo nghiên cứu khoa học

GVHD: ThS. Lưu Hoàng

Nguyên lý hoạt động của Blynk: mỗi khi ta nhấn một nút trong ứng dụng
Blynk, yêu cầu sẽ chuyển đến server của Blynk, server sẽ kết nối đến phần cứng
của chúng ta thông qua library . Tương tự thiết bị phần cứng sẽ truyền dữ liệu
ngược lại đến server.
Vì thế chúng ta có thể tự mình xây dụng một hệ sinh thâí nhà thông minh
dựa trên nền tảng của Blynk
2.3.2.Tính năng của Blynk
- Cung cấp API & giao diện người dùng tương tự cho tất cả các thiết bị và phần
cứng được hỗ trợ
- Kết nối với server bằng cách sử dụng:Wifi, Bluetooth và BLE, Ethernet, USB
(Serial), GSM, …
- Các tiện ích trên giao diện được nhà cung cấp dễ sử dụng
- Thao tác kéo thả trực tiếp giao diện mà không cần viết mã
- Dễ dàng tích hợp và thêm chức năng mới bằng cách sử dụng các cổng kết nối
ảo được tích hợp trên blynk app
- Theo dõi lịch sử dữ liệu
- Thông tin liên lạc từ thiết bị đến thiết bị bằng Widget
2.4. Nhà thông minh
2.4.1. Khái niệm
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.

SVTH: Mai Thanh Tuấn

Trang 14


Báo cáo nghiên cứu khoa học

GVHD: ThS. Lưu Hoàng

Hình 2.14: Mô hình 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.
2.4.2. Chức năng
- Điều khiển chiếu sáng (on/off, dimmer, scence, timer, logic,...)
- Điều khiển mành, rèm, cửa cổng
- Hệ thống an ninh, báo động, báo cháy
- Điều khiển điều hòa, máy lạnh
- Hệ thống âm thanh đa vùng
- Camera, chuông hình
- Hệ thống Bảo vệ nguồn điện
2.2.3. Các hệ sinh thái nhà thông minh trên thế giới:
Với nhu cầu ngày càng cao về nhà thông minh trên thế giới. Các hãng
công nghệ lớn trên thế giới đã phát triển các hệ sinh thái SmartHome cho riêng

SVTH: Mai Thanh Tuấn

Trang 15

Báo cáo nghiên cứu khoa học

GVHD: ThS. Lưu Hoàng

mình. Với trung tâm là trợ lý ảo tích hợp AI cùng các thiết bị điện thông minh
kết nối IoT và các phần mềm hỗ trợ trên Smart phone
Tiêu biểu trong các hệ sinh thái này phải kể đến: Amazon, Google,
Samsung, Xiaomi, GeekLink, …

SVTH: Mai Thanh Tuấn

Trang 16


Báo cáo nghiên cứu khoa học

GVHD: ThS. Lưu Hoàng

CHƯƠNG 3
THIẾT BỊ VÀ GIẢI PHÁP CÔNG NGHỆ
3.1 Kit NodeMCU Lua ESP8266
Chip ESP8266 được phát triển bởi Espressif để cung cấp giải pháp giao
tiếp Wifi cho các thiết bị IoT. Điểm đặc biệt của dòng ESP8266 là nó được tích
hợp các mạch RF như balun, antenna switches, TX power amplifier và RX filter
ngay bên trong chip với kích thước rất nhỏ chỉ 5x5mm nên các board sử dụng
ESP8266 không cần kích thước board lớn cũng như không cần nhiều linh kiện
xung quanh.

Hình 3.1: Module NodeMCU Lua ESP8266

Module thu phát Wifi ESP8266 NodeMCU Lua là kit phát triển dựa trên
nền chip Wifi SoC ESP8266 với thiết kế dễ sử dụng và đặc biệt là có thể sử
dụng trực tiếp trình biên dịch của Arduino để lập trình và nạp code, điều này
khiến việc sử dụng và lập trình các ứng dụng trên ESP8266 trở nên rất đơn giản.

SVTH: Mai Thanh Tuấn

Trang 17


Báo cáo nghiên cứu khoa học

GVHD: ThS. Lưu Hoàng

Hình 3.2: Sơ đồ nguyên lý kit NodeMCU ESP8266
Thông số kỹ thuật:
- IC chính: ESP8266 Wifi SoC.
- Phiên bản firmware: NodeMCU Lua
- Chip nạp và giao tiếp UART: CH340
- GPIO tương thích hoàn toàn với firmware Node MCU.
- Cấp nguồn: 5VDC MicroUSB hoặc Vin.
- GIPO giao tiếp mức 3.3VDC
- Tích hợp Led báo trạng thái, nút Reset, Flash.
- Tương thích hoàn toàn với trình biên dịch Arduino.
- Kích thước: 59 x 32mm
3.2. Công tắc cảm ứng
Ngày nay ở một số thiết bị gia dụng, thiết bị điện, điện tử sử dụng nút
bấm nằm trên mặt phẳng cứng, ví dụ nút bấm trên một số loại bếp từ, nút bấm
trong bảng công tắc điều khiển nhà thông minh, nút back của một số điện
thoại…đó là các nút bấm điện dung. Đặc điểm của các loại nút này là chỉ cần

SVTH: Mai Thanh Tuấn

Trang 18


Báo cáo nghiên cứu khoa học

GVHD: ThS. Lưu Hoàng

chạm, không cần nhấn nút và ta cũng không thể nhấm “lõm” như những nút bấm
cơ bình thường vì chúng được vẽ trên mặt nhựa hoặc mặt kính phẳng.
Nút bấm điện dung ra đời với mục đích chính là thay thế nút bấm cơ
truyền thống, mang đến sự tinh tế, sự hiện đại cho các thiết bị điện tử. TTP224
là ic giải mã cảm ứng điện dung thông dụng đặc biệt sử dụng trong các thiết bị
điều khiển, có khả năng tự động xử lý với 4 cực chạm và đưa ra 4 đầu ra trực
tiếp.

Hình 3.3: Sơ đồ nguyên lý mạch công tắc cảm ứng
Thông tin chung về IC TTP224-ASD (SSOP20)
- Điện áp sử dụng: 2.5V~5.5V
- Dòng điện tiêu thụ tại VDD = 3V không tải: 2.5uA ở low power mode và
9.0uA ở fast mode
- Thời gian đáp ứng tại VDD = 3V là 100mS ở fast mode và 200mS ở low
power mode
- Có thể điều chỉnh độ nhạy cho cảm biến bằng tụ ngoài gắn vào touch pad
- Cung cấp 2 chế độ là fast mode và low power mode được lựa chọn bởi chân
LPMB

SVTH: Mai Thanh Tuấn

Trang 19


Báo cáo nghiên cứu khoa học

GVHD: ThS. Lưu Hoàng

- Có thể điều chỉnh thời gian chạm tối đa 120s/64s/16s bởi các chân MOT1,
MOT0

Hình 3.4: Mặt công tắc cảm ứng
Điều chỉnh độ nhạy:
Các yếu tố như kích thước của điện cực, điện dung của đường dây kết nối
trên PCB có thể ảnh hưởng đến độ nhạy. Độ nhạy của cảm biến phải được điều
chỉnh tùy theo ứng dụng cụ thể trên PCB. TTP224-ASD cung cấp một số
phương pháp để điều chỉnh độ nhạy cảm biến.
Kích thước bản cực: Sử dụng một bản cực lớn hơn có thể làm tăng độ
nhạy tuy nhiên kích thước bản cực phải ở trong phạm vi hiệu quả cho phép.
Độ dày của bản cực: Sử dụng một bản cực mỏng có thể làm tăng độ nhạy.
Độ dày của bản cực phải thấp hơn giá trị cực đại cho phép.
Giá trị của tụ Cs: Thêm các tụ Cs (xem schematic) vào để điều chỉnh độ nhạy
của cảm biến.
Khi không sử dụng tụ nối mass độ nhạy sẽ cao nhất. Điện dung của tụ Cs
càng lớn thì độ nhạy càng giảm, giá trị của tụ nên chọn trong khoảng 0pF <= Cs
<= 50Pf
Chúng ta không thể thay đổi độ dày bản cực, kích thước bản cực nên chọn
là 15x15mm, tụ Cs nên có với giá trị 10pF và thay đổi tùy theo mục đích cụ thể.
Khi để chân TOG, OD, AHLB ở mặc định (để hở) thì cảm biến sẽ ở direct
mode và CMOS active high output.
SVTH: Mai Thanh Tuấn

Trang 20


Báo cáo nghiên cứu khoa học

GVHD: ThS. Lưu Hoàng

3.3. Module Relay 4 kênh
Relay là thiết bị đóng cắt cơ bản, nó được sử dụng rất nhiều trong cuộc
sống và trong các thiết bị điện tử.
Cấu tạo Relay gồm 2 phần:
- Cuộn hút: Tạo ra năng lượng từ trường để hút tiếp điểm về phía mình. Tùy vào
điện áp làm việc người ta chia Relay ra:
+ DC: 5V, 12V, 24V
+ AC: 110V. 220V

Hình 3.5: Cấu tạo Relay
- Cặp tiếp điểm: Khi không có từ trường (không cấp điện cho cuôn dây).
Tiếp điểm 1 được tiếp xúc với 2 nhờ lực của lò xo. Tiếp điểm thường đóng, khi
có năng lượng từ trường thì tiếp điểm 1 bị hút chuyển sang 3. Trong Relay có
thể có 1 cặp tiếp điểm, 2 cặp tiếp điểm hoặc nhiều hơn.
Relay 4 Kênh 5V gồm 4 rơ le hoạt động tại điện áp 5VDC, chịu được hiệu
điện thế lên đến 250VAC 10A. Relay 4 kênh 5V được thiết kế chắc chắn, khả
SVTH: Mai Thanh Tuấn

Trang 21


Báo cáo nghiên cứu khoa học

GVHD: ThS. Lưu Hoàng

năng cách điện tốt. Trên module đã có sẵn mạch kích relay sử dụng transistor và
IC cách ly quang giúp cách ly hoàn toàn mạch điều khiển (vi điều khiển) với rơ
le bảo đảm vi điều khiển hoạt động ổn định. Có sẵn header rất tiện dụng khi kết
nối với vi điều khiển.
Relay 4 kênh sử dụng chân kích mức Thấp (0V), khi có tín hiệu 0V vào
chân IN thì relay sẽ nhảy qua thường hở của Relay. Ứng dụng dùng với relay
module khá nhiều bao gồm cả điện DC hay AC.

Hình 3.6: Module relay 4 kênh
Thông số kỹ thuật:
- Sử dụng điện áp nuôi 5VDC.
- 4 Relay đóng ngắt ở điện thế kích bằng 0V nên có thể sử dụng cho cả tín hiệu
5V hay 3v3 (cần cấp nguồn ngoài), mỗi Relay tiêu thụ dòng khoảng 80mA.
- Điện thế đóng ngắt tối đa: AC250V – 10A hoặc DC30V – 10A.
- Có đèn báo đóng ngắt trên mỗi Relay.

SVTH: Mai Thanh Tuấn

Trang 22


Báo cáo nghiên cứu khoa học

GVHD: ThS. Lưu Hoàng

3.4. Đèn led 3 W
Với độ sáng tương đương, LED Bulb chỉ cần sử dụng công suất bằng một

nửa đèn Compact, nhưng tuổi thọ lại cao gấp 5 lần so với đèn Compact.
Ánh sáng chiếu sáng trực tiếp, cho ánh sáng thẳng, hiệu suất sáng cao (>=
90lm/w)
Mặt trước đèn được làm bằng nhựa PC nên ánh sáng tản đều, chống chói
lóa;
Thân đèn được thiết kế bằng nhựa PBT có khả năng chống cháy và chịu
nhiệt cao
Các chỉ số quang thông và hiệu năng của đèn đều vượt trội so với đèn
truyền thống.
Kiểu dáng đa dạng về kiểu dáng và màu sắc trắng, vàng, đỏ, xanh dương,
xanh lá.

Hình 3.7: Bóng đèn led 3W
LED có hiệu suất phát sáng cao hơn bóng đèn compact, sợi tóc. Kích
thước nhỏ gọn, phù hợp với từng vị trí, nhu cầu sử dụng. Không gây độc hại, rất
thân thiện với môi trường. Thiết kế nhỏ gọn, phù hợp với các chóa lon compact
cũ.
SVTH: Mai Thanh Tuấn

Trang 23