Xây dựng hệ thống điều khiển nhà thông minh từ xa
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (1.61 MB, 72 trang )
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
---------------------------------------
PHAN THANH HOÀNG
XÂY DỰNG HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN NHÀ THƠNG MINH TỪ XA
Chun ngành : Cơng nghệ thơng tin
LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
CÔNG NGHỆ THÔNG TIN
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC :
TS. NGUYỄN TUẤN DŨNG
Hà Nội – Năm 2013
Xây dựng hệ thống điều khiển nhà thông minh từ xa
LỜI CAM ĐOAN
Tơi – Phan Thanh Hồng - Cam kết luận văn này là cơng trình nghiên cứu của bản
thân tôi dưới sự hướng dẫn của TS. Nguyễn Tuấn Dũng.
Các kết quả nêu trong luận văn là trung thực, không phải là sao chép tồn văn của
bất kỳ cơng trình nào khác.
2
Xây dựng hệ thống điều khiển nhà thông minh từ xa
LỜI CẢM ƠN
Trước hết, tôi xin gửi lời cảm ơn trân trọng nhất tới TS.Nguyễn Tuấn Dũng, bộ môn
Khoa học máy tính, Viện Cơng nghệ thơng tin và Truyền thơng, trường Đại học
Bách Khoa Hà Nội, người đã hướng dẫn, tận tình chỉ bảo và hỗ trợ em trong suốt
quá trình làm đồ án tốt nghiệp.
Tơi xin gửi lời cám ơn tới các thầy cô trong Viện Công nghệ thông tin và Truyền
thơngcùng tồn thể các thầy cơ trường Đại học Bách Khoa Hà Nội đã cùng giúp
đỡ, hỗ trợ tơi trong suốt q trình nghiên cứu và thực hiện luận văn này
Cuối cùng tôi xin cám ơn Công ty Cổ phần BKAV đã tạo điều kiện, giúp cho tôi có
một mơi trường rất tốt để làm việc và nghiên cứu, đặc biệt là đơn vị
Bkav_SmartHome nơi cấp đề tài đã tạo môi trường thuận lợi cho tôi làm việc và
hoàn thành luận văn tốt nghiệp.
Hà Nội, tháng 11 năm 2013
Học viên : Phan Thanh Hoàng
3
Xây dựng hệ thống điều khiển nhà thông minh từ xa
MỤC LỤC
MỤC LỤC ........................................................................................................................ 4
DANH MỤC HÌNH VẼ ............................................................................................. 6
DANH MỤC BẢNG BIỂU ....................................................................................... 7
THUẬT NGỮ VIẾT TẮT ......................................................................................... 8
LỜI MỞ ĐẦU .......................................................................................................... 10
Chương IGIỚI THIỆU BÀI TOÁN ......................................................................... 11
1. Tổng quan ngôi nhà thông minh.............................................................................. 12
1.1. Hệ thống con an ninh .................................................................................. 12
1.2. Hệ thống con kiểm soát truy cập ................................................................ 13
1.3. Hệ thống con báo cháy ............................................................................... 13
1.4. Hệ thống con kiểm sốt mơi trường ........................................................... 14
1.5. Hệ thống con thiết bị thông minh ............................................................... 14
1.6. Hệ thống con giám sát, điều khiển ............................................................. 15
2. Hệ thống điều khiển ngôi nhà thông minh từ xa ..................................................... 16
2.1. Đặt vấn đề ................................................................................................... 16
3. Mục đích và yêu cầu của hệ thống điều khiển nhà thông minh .............................. 17
3.1. Những chức năng trong chương trình trên máy tính bảng (phía client) ..... 17
3.2. Những chức năng trong phía server ........................................................... 17
3.3. Mục đích của đề tài ..................................................................................... 17
Chương II:PHÂN TÍCH VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN NHÀ THÔNG
MINH ....................................................................................................................... 19
1. Mơ hình chung của hệ thống đứng từ phía ứng dụng trên máy tính bảng .............. 20
1.1. Mơ hình gửi lệnh: ....................................................................................... 20
1.2. Mơ hình nhận tín hiệu:................................................................................ 21
2. Phân tích chức năng của ứng dụng trên máy tính bảng........................................... 22
3. Thiết kế chi tiết chức năng và giao diện của ứng dụngtrên máy tính bảng ............. 24
3.1. Thiết kế dữ liệu ........................................................................................... 24
3.2. Thiết kế lớp ................................................................................................. 29
3.3. Thiết kế giao diện chương trình.................................................................. 39
4
Xây dựng hệ thống điều khiển nhà thông minh từ xa
4. Phân tích thiết kế chi tiết chức năng trên server...................................................... 42
4.1. Phân tích chức năng của server .................................................................. 42
4.2. Chi tiết các lớp trên server .......................................................................... 43
CHƯƠNG III:CÀI ĐẶT VÀ TRIỂN KHAI............................................................ 47
1. Tổng quan về công nghệ sử dụng trong cài đặt ....................................................... 48
1.1. Hệ điều hành Android................................................................................. 48
1.2. OpenGL ES 2.0........................................................................................... 49
1.3. Kỹ thuật dựng hình trong OpenGL ES 2.0 ................................................. 50
1.4. Chương trình Shader................................................................................... 53
1.5. Kỹ thuật nạp một texture từ một file ảnh trong OpenGL ES 2.0 ............... 54
2. Một số hình ảnh khi chạy chương trình trên máy tính bảng ................................... 55
2.1. Giao diện chính và ý nghĩa các thơng số hiển thị trên màn hình ............... 55
2.2. Chức năng di chuyển vị trí trong phịng ..................................................... 57
2.3. Màn hình chọn chế độ ánh sáng ................................................................. 58
2.4. Màn hình chọn chế độ mơi trường ............................................................. 59
2.5. Màn hình chọn chế độ ngữ cảnh ................................................................. 60
2.6. Chức năng điều khiển đèn .......................................................................... 61
2.7. Chức năng điều khiển điều hòa .................................................................. 62
2.8. Chức năng điều khiển rèm .......................................................................... 65
2.9. Chức năng điều khiển van gas .................................................................... 67
2.10.
Chức năng điều khiển bình nóng lạnh..................................................... 68
CHƯƠNG IV:KẾT LUẬN ...................................................................................... 70
1. Đã làm được ............................................................................................................ 71
2. Hạn chế .................................................................................................................... 71
3. Hướng phát triền ...................................................................................................... 71
TÀI LIỆU THAM KHẢO ........................................................................................ 72
5
Xây dựng hệ thống điều khiển nhà thông minh từ xa
DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 1: Sơ đồ tổng quan hệ thống nhà thơng minh ....................................................... 12
Hình 2: Mơ hình gửi lệnh điều khiển từ người dùng tới ngôi nhà ................................. 20
Hình 3: Mơ hình nhận dữ liệu từ ngơi nhà tới người dùng ............................................ 21
Hình 4: Biều đồ UserCase điều khiển ............................................................................ 22
Hình 5: Lớp các đối tượng đồ họa cơ bản ...................................................................... 30
Hình 6: Lớp các đối tượng điều khiển trực tiếp ............................................................. 32
Hình 7: Lớp Box ............................................................................................................ 33
Hình 8: Lớp nhận thông tin nhiệt độ, độ ẩm, ánh sáng .................................................. 34
Hình 9: Lớp thơng tin ngữ cảnh ..................................................................................... 35
Hình 10: Lớp thơng tin các chê độ và danh sách các phịng trong nhà ......................... 36
Hình 11: Lớp chứa thơng tin của ngơi nhà..................................................................... 38
Hình 12: Giao diện màn hình chính ............................................................................... 39
Hình 13: Giao diện chuyển phịng ................................................................................. 40
Hình 14: Giao diện điều khiển chế độ............................................................................ 40
Hình 15: Giao diện điều khiển ngữ cảnh ....................................................................... 41
Hình 16: Giao diện hiển thị thơng tin nhiệt độ, độ ẩm................................................... 41
Hình 17: Chức năng điều khiển trực tiếp thiết bị ........................................................... 41
Hình 18: Module nhận lệnh của server .......................................................................... 42
Hình 19: Module gửi thơng tin của server ..................................................................... 43
Hình 20: Sơ đồ lớp truyền nhận dữ liệu từ máy tính bảng trên server........................... 44
Hình 21: Quy trình dựng hình OpenGL ES 2.0 ............................................................. 51
Hình 22: Các vùng thơng tin trên màn hình ................................................................... 57
Hình 23: Chuyển phịng trong nhà ................................................................................. 58
Hình 24: Chọn chế độ ánh sáng ..................................................................................... 59
Hình 25: Chọn chế độ mơi trường ................................................................................. 60
Hình 26: Chọn chế độ ngữ cảnh ..................................................................................... 61
Hình 27: Điều khiển đèn ................................................................................................ 62
Hình 28: Điều khiển điều hịa ........................................................................................ 65
Hình 29: Điều khiển rèm ................................................................................................ 67
Hình 30: Điều khiển van gas .......................................................................................... 68
Hình 31: Điều khiển bình nóng lạnh .............................................................................. 69
6
Xây dựng hệ thống điều khiển nhà thông minh từ xa
DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 1: Dữ liệu phòng ................................................................................................... 25
Bảng 2: Mô tả thiết bị trong nhà .................................................................................... 26
Bảng 3: Đối tượng Relay ............................................................................................... 27
Bảng 4: Đối tượng Triac ................................................................................................ 28
Bảng 5: Lớp CserverThread ........................................................................................... 45
Bảng 6: Lớp ClientThread.............................................................................................. 45
Bảng 7: Lớp MobileService ........................................................................................... 46
Bảng 8: Các trạng thái của công tắc đèn ........................................................................ 62
Bảng 9: Các trạng thái hướng gió điều hịa .................................................................... 63
Bảng 10: Các trạng thái tốc độ gió điều hịa .................................................................. 63
Bảng 11: Các trạng thái cơng tắc điều hịa ..................................................................... 64
Bảng 12: Các trạng thái rèm........................................................................................... 66
Bảng 13: Các trạng thái công tắc van gas ...................................................................... 68
Bảng 14: Các trạng thái cơng tắc bình nóng lạnh .......................................................... 69
7
Xây dựng hệ thống điều khiển nhà thông minh từ xa
THUẬT NGỮ VIẾT TẮT
API
Application Program Interface
ASCII
American Standard Code for Information Interchange
ASP
Active Server Page
CBS
Cell Broadcast Short Message Service
CDC
Connected Device Configuration
CGI
Common Gateway Interface
CLDC
Connected Limited Device Configuration
CPU
Central Processing Unit
DOM
Document Object Model
GPRS
General Packet Radio Service
GSM
Global System for Mobile Communications
GUI
Graphical User Interface
HTML
Hyper-Text Markup Language
HTTP
Hyper-Text Transfer Protocol
IDE
Integrated Development Environment
IP
Internet Protocol
LAN
Local Area Network
PC
Personal Computer
PDA
Personal Digital Assistant
RMI
Remote Method Invocation
SDK
Software Developer’s Kit
SMS
Short Message Service
8
Xây dựng hệ thống điều khiển nhà thông minh từ xa
SMTP
Simple Mail Transfer Protocol
SSL
Secure Sockets Layer
TCP
Transmission Control Protocol
UDDI
Universal Description, Discovery and Integration
UDP
User Datagram Protocol
UML
Unified Modeling Language
UMTS
Universal Mobile Technology System
URI
Uniform Resource Identifier
URL
Uniform Resource Locator
WAP
Wireless Application Protocol
WAR
Web Application Archive
WBXML
Wap Binary XML
WDP
Wireless Datagram Protocol
WLAN
Wireless LAN
WMA
Wireless Messaging API
WML
Wireless Markup Language
WTLS
Wireless Transport Layer Security
XML
eXensible Markup Language
9
Xây dựng hệ thống điều khiển nhà thông minh từ xa
LỜI MỞ ĐẦU
Cùng với sự phát triển bùng nổ của công nghệ thông tin, cũng như sự tiến bộ
vượt bậc của các công nghệ liên quan trong thời gian gần đây, công nghệ thông tin
đã đẩy phương thức thông tin liên lạc của con người lên một tầm cao mới. Cuộc
sống con người ngày càng được cải thiện thì những nhu cầu phục vụ cho cuộc sống
con người ngày càng được nâng cao. Ở Việt Nam, khái niệm hệ thống nhà thơng
minh đang trở thành những vấn đề nóng hổi và được tồn xã hội quan tâm vì những
thay đổi sâu sắc tới đời sống con người mà chúng sẽ tạo ra. Với sự phát triển nhanh
chóng mặt của khoa học kỹ thuật như ngày nay thì việc mỗi người sở hữu một ngơi
nhà thơng minh khơng cịn xa vời và viển vơng mà nó sẽ trở thành hiện thực ở
tương lai không xa.
Hiện nay, trên thế giới cũng đã có một số cơng ty, tập đồn đứng ra làm các hệ
thống nhà thông minh, nhưng vẫn chưa được triển khai rộng rãi và ứng dụng cao
trong đời sống con người vì do giá cả cịn cao cũng như sự tiếp cận của người dân
với hệ thống cịn ít. Cùng với đó là sự linh hoạt của hệ thống được lưu tâm, sự linh
hoạt của hệ thống được đánh giá cao khi mà người dùng vẫn làm chủ ngôi nhà của
mình khi khơng có mặt tại đó. Do đó triển khai hệ thống nhà thông minh thân thiện
và ứng dụng cao với cuộc sống con người thời điểm này là một hướng đi đón đầu
cơng nghệ, và là một bước tiến lớn trong cải thiện đời sống vật chất con người,
cũng như sự quản lý ngôi nhà thân yêu của chúng ta ngày càng sát sao và chính xác.
10
Xây dựng hệ thống điều khiển nhà thông minh từ xa
Chương I:
GIỚI THIỆU BÀI TOÁN
11
Xây dựng hệ thống điều khiển nhà thông minh từ xa
1. Tổng quan ngôi nhà thông minh
Ngôi nhà thông minh bao gồm một tập hợp các thiết bị thông minh được kết hợp
với nhau thông qua bộ điều khiển trung tâm và một hệ thống phần mềm giao tiếp
cho phép người dùng có thể giám sát điều khiển tồn bộ các thiết bị trong nhà thơng
qua màn hình cảm ứng, qua điều khiển từ xa, qua thiết bị di động hoặc qua Web.
SMART
DEVICE
TOUCH
SCREEN
WEB
Ethernet
SERVER
NETWORK
CONCENTRATOR
PLC - ZigBee
HOUSEHOLD
ENVIRONMENT
ACCESS
CONTROL
SECURITY
FIRE ALARM
FIRE
Hình 1: Sơ đồ tổng quan hệ thống nhà thông minh
Các thành phần của ngôi nhà thông minh
1.1. Hệ thống con an ninh
Hệ thống con an ninh gồm các thiết bị cảm biến và cảnh báo nhằm chống
việc truy cập trái phép vào ngôi nhà, có các những tính năng:
-
Giám sát bằng camera
12
Xây dựng hệ thống điều khiển nhà thông minh từ xa
Cho phép theo dõi các khu vực của ngôi nhà, tự động ghi lại hình ảnh khi có
cảnh báo. Người dùng có thể theo dõi camera qua màn hình hoặc qua Web.
-
Phát hiện chuyển động bằng cảm biến hồng ngoại
Tự động phát hiện chuyển động trong khu vực an ninh bằng các cảm biến
hồng ngoại, kích hoạt hệ thống cảnh báo theo kịch bản.
-
Cảnh báo bằng ánh sáng, âm thanh, tin nhắn
Khi hệ thống cảnh báo được kích hoạt, khu vực cảnh báo sẽ được chiếu sáng,
phát âm thanh và hiển thị trên màn hình hệ thống. Tin nhắn cảnh báo có thể
được gửi đến những số điện thoại đăng ký trước.
1.2. Hệ thống con kiểm soát truy cập
Sử dụng cơng nghệ hiện đại trong việc kiểm sốt vào ra ngơi nhà, với các
tính năng:
-
Hệ thống khố điện tử
Người dùng khơng cần sử dụng chìa khố mà sử dụng vân tay để xác thực
khi mở khố. Ngồi ra, khố truyền thống vẫn có thể được sử dụng.
-
Mở cửa từ xa bằng RFID
Người dùng có thể mở cửa từ xa thay vì phải đến tận cửa để mở. Ngồi ra,
cũng có thể cấu hình cho phép cửa mở khi phát hiện chủ nhân trong khoảng
cách nào đó.
1.3. Hệ thống con báo cháy
-
Phát hiện lửa, khói, nhiệt độ bằng cảm biến
Sử dụng các loại cảm biến nhiệt độ, cảm biến khói để phát hiện khu vực xảy
ra cháy.
-
Phát cảnh báo và gọi cứu hoả tự động
13
Xây dựng hệ thống điều khiển nhà thông minh từ xa
Khi phát hiện cháy, hệ thống báo cháy phát đèn hiệu, cịi hú để báo động.
Người dùng có thể thiết lập tính năng gọi điện tự động cứu hoả khi có cháy.Hệ
thống chữa cháy tự động có thể được kích hoạt khi có báo cháy.
1.4. Hệ thống con kiểm sốt môi trường
Nhằm đem lại một môi trường sống tốt nhất cho ngơi nhà, hệ thống kiểm
sốt mơi trường có những tính năng sau:
-
Kiểm sốt nhiệt độ, độ ẩm, mức ơxy, khí gas trong khơng khí
Sử dụng các cảm biến chun dụng để kiểm sốt các thơng số khơng khí
trong phịng, từ đó điều chỉnh hệ thống điều hồ, quạt thơng gió để đảm bảo chất
lượng khơng khí.
-
Kiểm sốt ánh sáng, phát hiện mưa nắng
Đảm bảo đủ nguồn sáng cho ngôi nhà, tự động đóng cửa sổ, thu dây phơi khi
phát hiện mưa.
1.5. Hệ thống con thiết bị thông minh
Gồm một tập hợp các thiết bị gia dụng được kết nối với nhau cho phép các
thiết bị hoạt động theo kịch bản hoặc có thể được điều khiển từ bất cứ đâu.
Hệ thống đèn: Tự động điều chỉnh ánh sáng theo nhu cầu người dùng.
Cửa sổ: Tự động đóng mở theo kịch bản hoặc khi có mưa bão.
Rèm mành: Tự động điều chỉnh đảm bảo ánh sáng cho ngơi nhà.
Dây phơi: Có khả năng nâng lên, hạ xuống và tự động thu vào khi có
mưa.
Bình nước nóng: Tự động bật bình nước nóng trước buổi sáng hoặc
trước khi chiều về , đảm bảo ln có nước nóng sử dụng mà khơng phải
bật liên tục.
Đèn ngủ: Tự động tắt sau khi ngủ và tự động bật với ánh sáng vừa đủ
khi người dùng tỉnh.
14
Xây dựng hệ thống điều khiển nhà thông minh từ xa
Tưới cây: Tự động tưới cây theo giờ.
Bể cá: Bật tắt đèn, máy lọc và cho cá ăn tự động.
Thùng rác: Tự mở khi có người đến gần và báo khi rác đầy.
Sấy tay, xả xà phòng, xả giấy: Các thiết bị trong nhà vệ sinh làm tăng
tiện nghi cho ngôi nhà.
Ổ cắm, công tắc cảm ứng: Thiết kế sang trọng cho phép điều khiển
độ sáng đèn, cơng suất quạt theo ý muốn.
Điều hồ: Đảm bảo nhiệt độ trong phòng ổn định, người dùng có thể tắt
bật tồn bộ hệ thống điều hồ trong nhà hoặc văn phòng.
Bơm nước: Tự động bơm nước trong khi đi làm, không bơm nước vào
ban đêm để tránh ồn.
Giải trí: Kết nối hệ thống giải trí để tăng tính năng cho hệ thống.
1.6. Hệ thống con giám sát, điều khiển
Thông qua các phương pháp giao tiếp thân thiện với con người, hệ thống
cho phép người dùng biết được tình trạng của ngơi nhà, cũng như điều khiển
mọi thiết bị theo ý muốn.
-
Hiển thị và điều khiển với màn hình cảm ứng
Thơng qua màn hình cảm ứng được gắn tường hoặc thiết kế tại một vị trí phù
hợp, người dùng có thể biết được tình trạng của tồn bộ ngơi nhà, đồng thời có
thể điều khiển ngơi nhà bằng cách chạm tay trên màn hình cảm ứng.
-
Truy cập từ bất cứ đâu
Người dùng có thể truy cập vào hệ thống từ máy tính xách tay khi di chuyển
trong nhà, hoặc thông qua các thiết bị di động thông minh ở bất cứ đâu. Ngồi
ra, hệ thống có thể được truy cập thơng qua Web với những tính năng cần thiết
nhất.
15
Xây dựng hệ thống điều khiển nhà thông minh từ xa
2. Hệ thống điều khiển ngôi nhà thông minh từ xa
2.1. Đặt vấn đề
Điều khiển từ xa cho hệ thống nhà thơng minh là bài tốn được đặt ra để làm
cho hệ thống được linh hoạt, giúp người dùng quản lý ngơi nhà của mình ngay
cả khi khơng có mặt trong nhà, giúp cho người dùng biết được thông tin về ngơi
nhà của mình mỗi khi muốn.
Để làm được điều này thì điều đầu tiên ta có thể thấy chính là sử dụng ngay
chiếc máy tính bảng mà chúng ta vẫn hay dùng sẽ là công cụ rất tiện lợi, vì máy
tính bảng đã rất phổ biến tại nước ta, người dùng khơng cịn xa lạ với chiếc máy
tính bảng, chiếc máy tính bảng cũng khơng cịn là vật xa xỷ với người tiêu dùng
khi mà giá của những dịch vụ: WiFi, 3G… dành cho máy tính bảng ngày càng
giảm để phù hợp với cuộc sống của người dân. Do đó chiếc máy tính bảng sẽ
làm thiết bị điều khiển cho hệ thống là ưu tiên số một.
Để biến chiếc máy tính bảng thành một thiết bị điều khiển thì trên nó phải hỗ
trợ chương trình có thể giao tiếp với server trên hệ thống, đồng thời trên server
phải có module để giao tiếp với máy tính bảng để nhận lệnh truyền cho các
module điều khiển các thiết bị và truyền thông tin về ngôi nhà cho chiếc điện
thoại từ tín hiệu nhận được.
Để cho chiếc máy tính bảng có thể biến thành một thiết bị điều khiển ngơi
nhà thì ta cần dùng ngay những dịch vụ mà chiếc máy tính bảng được trang bị
trong mơi trường dịch vụ phát triển mạnh như ngày nay chính là dùng: 3G,
Wifi.
Đo đó chương trình chạy trên máy tính bảng cần có đủ những chức năng để
có thể dùng được các dịch vụ truyền thơng hiện nay để giúp cho chương trình
được linh động và thuận tiện tới người dùng. Để có được chương trình như vậy
thì hệ điều hành Android và iOS là các platform quan trọng được để ý để phát
triển chương trình cho máy tính bảng.
16
Xây dựng hệ thống điều khiển nhà thông minh từ xa
3. Mục đích và yêu cầu của hệ thống điều khiển nhà thơng minh
3.1. Những chức năng trong chương trình trên máy tính bảng (phía client)
Chức năng chính trên máy tính bảng chính là gửi lệnh điều khiển các thiết bị
trong ngơi nhà của mình, về vấn đề gửi lệnh cho ngơi nhà thì sẽ có nhiều cách
khác nhau để gửi lệnh trong những hoàn cảnh khác nhau mà dùng các đường
truyền khác nhau sao cho phù hợp và tiện dụng cho người sử dụng…Ví dụ: khi
người dùng đang trong ngơi nhà mình thì sẽ gửi lệnh qua wifi để lệnh được
truyền nhanh hơn và tiết kiệm chi phí, hay khi người dùng ở xa ngơi nhà thì
sóng wifi bị hạn chế do khoảng cách của thiết bị thì sẽ truyền lệnh bằng 3G nếu
máy tính bảng hỗ trợ.
Chức năng nhận thơng tin từ phía server để thơng báo thơng tin về ngơi nhà
khi có sự việc nào đó xảy ra giúp người dùng có những cách khắc phục những
sự cố gặp phải trong ngơi nhà của mình một các kịp thời và hữu hiệu nhất.
3.2. Những chức năng trong phía server
Server sẽ có chức năng chính là nhận lệnh từ phía máy tính bảng để gửi tới
các nốt mạng trong gia đình để ra lệnh điều khiển các thiết bị tương ứng lệnh
truyền tới yêu cầu.
Thông báo cho máy tính bảng những thơng tin về ngơi nhà trong trường hợp
cần thiết hay được yêu cầu lấy thông tin về các thiết bị nào đó mà máy tính bảng
u cầu.
3.3. Mục đích của đề tài
Mục đích cuối cùng của đề tài trong thời gian làm đồ án tốt nghiệp là : “Xây
dựng hệ thống điều khiển nhà thông minh từ xa”. Cụ thể là xây dựng chương
trình chạy trên máy tính bảng và chương trình chạy trên server của hệ thống nhà
thông minh, giao tiếp được với nhau thông qua các dịch vụ truyền thông phổ
biến ngày nay: WiFi, 3G để truyền giao tiếp với các thiết bị trong gia đình nằm
trong hệ thống nhà thơng minh. Hệ thống này gồm các phần:
17
Xây dựng hệ thống điều khiển nhà thông minh từ xa
-
Phần Client: Là chương trình được cài đặt và chạy trên máy tính bảng dùng
để truyền lệnh điều khiển tới server của ngơi nhà.
Phần chạy trên server: Là chương trình chạy trên server có nhiệm vụ giao
tiếp với client để truyền nhận lệnh tới các module khác để điều khiển thiết bị
trong hệ thống.
18
Xây dựng hệ thống điều khiển nhà thông minh từ xa
Chương II:
PHÂN TÍCH VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU
KHIỂN NHÀ THÔNG MINH
19
Xây dựng hệ thống điều khiển nhà thông minh từ xa
1. Mơ hình chung của hệ thống đứng từ phía ứng dụng trên máy tính
bảng
1.1. Mơ hình gửi lệnh:
Xác định đường
truyền để gửi
Xác định lênh
cần gửi
Mã hóa lệnh
và gửi
Đường truyền wifi
3G
Kiểm tra lệnh,
Kiểm tra sự tồn tại
của client
Gửi lệnh tới thiết bị
Nhận lệnh, giải mã
hóa
Hình 2: Mơ hình gửi lệnh điều khiển từ người dùng tới ngơi nhà
Chức năng chính của hệ thống điều khiển là gửi lệnh từ thiết bị máy tính
bảng tới server để ra lệnh cho các thiết bị trong ngôi nhà.
Việc gửi lệnh sẽ được tùy chọn như chọn lệnh cần gửi, chọn đường truyền để
gửi theo ý muốn người dùng.
Lệnh gửi đi sẽ được mã hóa để bảo đảm an tồn thơng tin tránh xảy ra nhầm
lẫn và nguy cơ mất an ninh thông tin gây ảnh hưởng tới người dùng và các thiết
bị trong ngôi nhà.
20
Xây dựng hệ thống điều khiển nhà thông minh từ xa
Khi server nhận được tính hiệu truyền tới nó sẽ đọc lấy dữ liệu, sau đó giải
mã và kiểm tra sự đúng đắn và tồn tại của lệnh, khi quá trình kiểm tra thành
cơng server sẽ truyền lệnh tới các thiết bị trong ngơi nhà.
1.2. Mơ hình nhận tín hiệu:
Module lắng nghe
Thông tin
Đường truyền wifi
Hiển thị
3G
Gửi thông tin
của các thiết bị
Hình 3: Mơ hình nhận dữ liệu từ ngơi nhà tới người dùng
Chức năng nhận thông tin từ các thiết bị trong ngôi nhà: chức năng này sẽ
đảm bảo cho người dùng nắm bắt được thông tin về trạng thái các thiết bị trong
ngôi nhà, giúp người dùng biết được những sự việc sảy ra trong ngơi nhà mình
trong khi vắng mặt, hay khi người dùng muốn biết thông tin.
Các thiết bị trong ngơi nhà có sự thay đổi bất thường hoặc có sự u cầu từ
phía người dùng thì sẽ gửi thơng tin trạng thái của mình cho server từ đây server
sẽ gửi lệnh tới phía thiết bị theo con đường phù hợp, và người dùng sẽ biết được
thông tin các thiết bị trong ngơi nhà của mình. Từ đó sẽ có những những lệnh
21
Xây dựng hệ thống điều khiển nhà thông minh từ xa
điểu khiển kịp thời cần thiết khi ngôi nhà gặp phải tình huống khơng mong
muốn.
2. Phân tích chức năng của ứng dụng trên máy tính bảng
Hình 4: Biều đồ UserCase điều khiển
Trong đó:
-
Tác nhân:
User, server là hai tác nhân.
-
Các usecase
Chon phong là usecase mô tả việc người dùng chọn phòng.
Di chuyen toi cac vi tri thich hop là usecase mô tả việc người dùng thực
hiện thao tác di chuyển đến các vị trí trong phịng
Chon che do là usecase mô tả hành động người dùng chọn một chế độ
Chon ngu canh là usecase mô tả hành động người dùng chọn một ngữ
cảnh
22
Xây dựng hệ thống điều khiển nhà thông minh từ xa
Dieu khien thiet bi là usecase mô tả hành động người dùng điều khiển
một thiết bị.
Đặc tả Usecase cập nhật dữ liệu:
-
Tên: Điều khiển.
-
Mô tả: Người sử dụng tiến hành điều khiển chế độ môi trường, ánh sáng.
-
Các tác nhân: Người sử dụng (user), server.
-
Điều kiện:
Điều kiện trước: Khơng.
Điều kiện sau: Khơng.
-
Luồng sự kiện:
Luồng chính:
• Chương trình hiển thị danh sách phịng được đọc từ file home.xml
(Mỗi một nhà sẽ có một file home.xml chứa thơng tin các phịng trong
nhà và các thiết bị có thể điều khiển trong nhà) sau đó hiển thị lên
màn hình. Người dùng chọn một phòng trong danh sách các phòng
được hiển thị.
• Chương trình hiển thị phịng được chọn. Người dùng di chuyển sang
trái hoặc sang phải để di chuyển đến các vị trí trong phịng.
• Chương trình lấy danh sách chế độ nhận được từ sever sau đó hiển thị
lên màn hình. Người dùng chọn một chế độ trong danh sách các chế
độ được hiển thị. Sau khi người dùng chọn một chế độ chương trình
sẽ đóng gói một gói tin điều khiển gửi sang server.
• Chương trình hiển thị các ngữ cảnh trong một phịng lên màn hình.
Người dùng chọn một ngữ cảnh trong danh sách các ngữ cảnh được
hiển thị. Sau khi người dùng chọn một chế độ ngữ cảnh chương trình
sẽ đóng gói một gói tin điều khiển gửi sang server.
• Các thiết bị được lấy từ file home.xml sau đó hiển thị lên màn hình tại
các vị trí tương ứng. Khi người dùng điều khiển bằng cách chạm vào
vị trí các thiết bị được hiển thị trong khơng gian phịng. Sau khi người
23
Xây dựng hệ thống điều khiển nhà thông minh từ xa
dùng điều khiển tùy từng loại thiết bị chương trình sẽ đóng các gói tin
tương ứng để gửi lệnh sang server.
Luồng phát sinh:
• Khi có nhiều user cùng điều khiển một lúc.
• Khi bấm giữ liên tiếp các nút.
• Khi mất mạng.
3. Thiết kế chi tiết chức năng và giao diện của ứng dụngtrên máy tính
bảng
3.1. Thiết kế dữ liệu
Dữ liệu được sử dụng trong phần mềm bao gồm:
-
Dữ liệu tĩnh: Là các dữ liệu chứa các thông tin dùng để hiển thị được lưu trữ
trong file home.xml, bao gồm:
Danh sách các phòng trong tòa nhà.
Danh sách các ảnh hiển thị cùng với các thông tin: tọa độ, kích thước,
đường dẫn của chúng.
Danh sách các thiết bị điều khiển trực tiếp trong mỗi phòng như: đèn,
rèm, điều hịa…cùng với các thơng tin: tọa độ, kích thước, đường dẫn,
icon của chúng.
-
Dữ liệu động: Là dữ liệu gửi/nhận được từ server như:
Thông tin các chế độ điều khiển.
Thông tin các chế độ ngữ cảnh.
Thông tin điều khiển thiết bị.
Cụ thể các dữ liệu sử dụng trong phần mềm giao diện được thiết kế như sau:
Dữ liệu các phịng trong nhà
Thơng tin của các phịng trong nhà được mô tả bằng đoạn xml sau:
<room id="101" name="Phòng khách" icon="rooms/working.png" floor="Tầng 1">
24
Xây dựng hệ thống điều khiển nhà thông minh từ xa
front="101/front.png" left="101/left.png" back="101/back.png"
right="101/right.png" up="101/up.png" down="101/down.png" size="1024"/>
</room>
Mô tả các thành phần trong định nghĩa chuỗi xml:
Tên thẻ
Tên trường
Ý nghĩa
Mở một thẻ tên room, chứa thơng tin của một
room
phịng trong tịa nhà
id
Thơng tin định danh phòng
name
Tên phòng
icon
Lưu trữ đường dẫn đến file chứa icon của phòng
floor
Tên tầng của căn phòng
Box là một hình hộp trong khơng gian được tạo
box
thành từ 6 mặt: front, left, back, up, down, right.
Mỗi phòng gồm 1 box.
front
Lưu trữ đường dẫn đến file chứa ảnh mặt trước
của box
back
Lưu trữ đường dẫn đến file chứa ảnh mặt sau
của box
right
Lưu trữ đường dẫn đến file chứa ảnh bên phải
của box
left
Lưu trữ đường dẫn đến file chứa ảnh bên trái
của box
up
Lưu trữ đường dẫn đến file chứa ảnh bên trên
của box
down
Lưu trữ đường dẫn đến file chứa ảnh bên dưới
của box
size
Kích thước mỗi ảnh
Bảng 1: Dữ liệu phòng
25
