Nghiên cứu xây dựng hệ thống điều kiển và quản lý nhà nuôi yến theo mô hình nhà thông minh trên thiết bị di động

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH

PHẠM THÔNG THÁI

NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN VÀ
QUẢN LÝ NHÀ NI YẾN THEO MƠ HÌNH NHÀ THƠNG
MINH TRÊN THIẾT BỊ DI ĐỘNG

LUẬN VĂN THẠC SĨ CÔNG NGHỆ THÔNG TIN

VĨNH LONG, 3/2018


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH

PHẠM THÔNG THÁI

NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN VÀ
QUẢN LÝ NHÀ NI YẾN THEO MƠ HÌNH NHÀ THƠNG
MINH TRÊN THIẾT BỊ DI ĐỘNG
Chuyên ngành: CÔNG NGHỆ THÔNG TIN
Mã số: 848.02.01

LUẬN VĂN THẠC SĨ CÔNG NGHỆ THÔNG TIN
Người hướng dẫn khoa học: TS, Lê Văn Minh

VĨNH LONG, 3/2018

2

LỜI CẢM ƠN
Lời đầu tiên tơi xin được kính lời biết ơn sâu sắc đến TS Lê Văn Minh,
Thầy đã dẫn dắt tác giả đến với lĩnh vực nghiên cứu này. Thầy luôn tận tâm
giúp đỡ, định hướng cho tôi trong suốt thời gian nghiên cứu khoa học và thực
hiện luận văn. Thầy đã giúp tôi tiếp cận với khoa học và biết cách sáng tạo
trong khoa học, với những điều mới trong xã hội và đạt được thành công trong
bài nghiên cứu của mình.
Với tình cảm chân thành và lòng biết ơn sâu sắc, tác giả luận văn xin cám
ơn quý Thầy, Cô giáo Trường Đại học Vinh, Trường Đại học sư phạm kỹ thuật
Vĩnh Long.
Xin cảm ơn các bạn học viên lớp K24 Đại học Vinh tại Vĩnh Long đoàn
kết, phối hợp hỗ trợ động viên và nhiệt tình giúp đỡ tác giả trong q trình
nghiên cứu, hồn thành luận văn.
Tôi cũng xin gửi lời cảm ơn đến các anh là chủ đầu tư nhà nuôi yến và các
bạn lớp Công Nghệ Thông Tin K23 đã cho tác giả những ý kiến đóng góp đáng
giá, mở ra nhiều hướng tiếp cận mới làm phong phú khả năng thực tế của khóa
luận.
Do hạn chế về thời gian và kinh nghiệm, sẽ có những thiếu sót xảy ra trong
q trình thực hiện luận văn. Kính mong được sự chỉ dẫn và góp ý từ phía q
Thầy, Cơ để có thêm những đánh giá và nhận xét quý báu hoàn thiện hơn.
Vĩnh Long, ngày 19 tháng 3 năm 2018
Tác giả

Phạm Thông Thái


LỜI CAM ĐOAN
Tác giả cam đoan rằng luận văn này: “XÂY DỰNG HỆ THỐNG ĐIỀU

KHIỂN VÀ QUẢN LÝ NHÀ NUÔI YẾN THEO MƠ HÌNH NHÀ THƠNG MINH
TRÊN THIẾT BỊ DI ĐỘNG” là bài nghiên cứu của chính tác giả.
Ngoại trừ những tài liệu tham khảo được trích dẫn trong luận văn này, tác
giả cam đoan rằng luận văn này chưa từng được công bố hay được sử dụng để
nhận bằng cấp ở những nơi khác.
Mặc dù đã cố gắng, nhưng do những hạn chế của người viết về mặt kiến
thức, kinh nghiệm, thời gian, trang thiết bị và tài liệu nên nội dung và hình thức
khơng tránh khỏi thiếu sót. Tác giả luận văn mong nhận được những góp ý chân
thành từ thầy cô và các bạn đọc để luận văn được hoàn thiện hơn.

Vĩnh Long, ngày 19 tháng 03 năm 2018
Học viên

Phạm Thông Thái


1

DANH MỤC
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT ............................................................................3
DANH MỤC CÁC HÌNH ..........................................................................................4
MỞ ĐẦU .....................................................................................................................6
1. Sự cần thiết của vấn đề nghiên cứu .....................................................................6
2. Mục tiêu nghiên cứu ............................................................................................6
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu .......................................................................7
3.1. Đối tượng nghiên cứu ..................................................................................7
3.2. Phạm vi nghiên cứu ......................................................................................7
4. Kết cấu của luận văn ...........................................................................................7
CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU VỀ ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU ..........................................8
1.1 Tính cấp thiết của đề tài. ...................................................................................8

1.2 Phương pháp nghiên cứu. ................................................................................13
1.3 Những nội dung chính yếu cần nghiên cứu. ...................................................14
CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN CÁC KỸ THUẬT VÀ CÔNG NGHỆ TRONG VIỆC
PHÁT TRIỂN NHÀ NUÔI YẾN THÔNG MINH. ..................................................15
2.1 Một số giải pháp công nghệ điều khiển thiết bị điện gia dụng từ xa. .............15
2.1.1 Công nghệ Wifi với Bo mạch Raspberry Pi.............................................15
2.1.2 Công nghệ không dây X10 .......................................................................17
2.1.3 Công nghệ không dây Insteon ..................................................................19
2.1.4 Công nghệ không dây Zigbee ..................................................................21
2.1.5 Cơng nghệ Z-wave ...................................................................................22
2.2 Trình bày cơ sở hạ tầng và kỷ thuật tổng quát. .............................................24
2.2.1 Bố trí máy phun sương tạo độ ẩm. ...........................................................24
2.2.2 Bố trí vịi phun nước, quạt hút, quạt thổi để hạ nhiệt độ: ........................25
2.2.3 Bố trí loa bên trong và bên ngồi nhà nuôi yến: ......................................25
2.2.4 Ánh sáng nhà nuôi chim yến ....................................................................27
2.3 Đề xuất công nghệ. ..........................................................................................27
2.4 Phần mềm cho hệ thống điều khiển: ...............................................................28
2.4.1 Phần mềm điều khiển: ..............................................................................28
2.4.2 Blynk và xây dựng App ...........................................................................28
2.4.3 Cơ Sở Dữ Liệu .........................................................................................29
CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ VÀ XÂY DỰNG HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ
TRONG NHÀ NUÔI YẾN TỪ XA BẰNG CÔNG NGHỆ RASPBERRY PI ........30
3.1 Hệ thống điều khiển ........................................................................................31
3.1.1 Sơ đồ khối của hệ thống ...........................................................................31
3.1.2 Giải thuật điều khiển của hệ thống. ..........................................................31
3.2 Xây dựng, thiết lập hệ thống ...........................................................................32
3.2.1 Hệ điều hành cho Raspberry Pi ...............................................................32
3.2.2 Xây dựng phần mềm giám sát và app blynk. ...........................................33
CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ CHẠY THỬ NGHIỆM ...................35
4.1 Thiết lập điều khiển cho hệ thống ...................................................................35

2

4.2 Giao diện điều khiển. ......................................................................................36
4.3 Các chức năng xử lý, điều khiển. ....................................................................36
KẾT LUẬN ...............................................................................................................38
Những điểm hạn chế của đề tài. ............................................................................39
Hướng phát triển. ..................................................................................................40
PHỤC LỤC I: Cài đặt Hệ Điều Hành Cho Kit Raspberry Pi ...................................41
HƯỚNG DẪN CÀI ĐẶT VÀ SỬ DỤNG SQL SERVER 2008 ..............................45
PHỤ LỤC II: THIẾT KẾ CÔNG CỤ .......................................................................53
TÀI LIỆU THAM KHẢO .........................................................................................68


3

3G

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
3 Generation

API

Application Programming Interface

GHz

Gigahertz

HTML

HyperText Markup Language

ID

Identity

iOS

Internetwork Operating System

IP

Internet Protocol

JSON

JavaScript Object Notation

MHz

Megahertz

RF

Radio Frequency

TP.HCM

Thành phố Hồ Chí Minh

TV

Television

USB

Universal Serial Bus

Wi-Fi

Wireless Fidelity

3G

3 Generation


4

DANH MỤC CÁC HÌNH

Tên hình vẽ, đồ thị

STT

Trang

Hình 1.1

Sơ đồ căn nhà ni yến

9

Hình 1.2

Mơ tả các thiết bị điện sử dụng trong nhà yến

9

Hình 1.3

Giải pháp điều khiển thiết bị từ xa qua thiết bị di động

10

Hình 1.4

Nhận thức của người về tiện ích của thiết bị di động

11

Hình 1.5

Bản đồ khu vực có yến ở Việt Nam

12

Bốn giải pháp cho nhà nuôi yến là nhiệt độ, độ ẩm, âm thanh và

Hình 1.6

ánh sáng.

13

Hình 2.2

Hình ảnh thật của Raspberry Pi Model B+

16

Hình 2.3

Hệ thống bảng thiết bị điện tử cơng nghệ X10

19

Hình 2.4

Hệ thống nhà thơng minh sử dụng cơng nghệ INSTEON

20

Hình 2.5

Các ứng dụng của mạng Zigbee

22

Hình 2.6

Mơ hình điều khiển nhà thơng minh với cơng nghệ Z-wave

23

Hình 2.7

Sơ đồ lắp đặt hệ thống phun sương tạo độ ẩm.

25

Hình 2.8

Sơ đồ bố trí vịi phun nước tự động

26

Hình 2.9

Bố trí loa trong nhà ni yến

26

Hình 2.10 Bố trí loa ngồi nhà ni yến

27

5

Hình 2.11 Ánh sáng tối trong nhà ni yến

27

Hình 3.1

Mơ hình hoạt động của hệ thống

31

Hình 3.2

Giao diện hệ điều hành

33

Hình 4.1

Màn hình hệ thống trên điện thoại di động

35

Hình 4.2

Màn hình điều khiển các chức năng trong nhà yến của hệ thống

Hình 4.3

Setup hệ điều hành vào thẻ nhớ

41

Hình 4.4

Sửa file cmdline.txt

42

Hình 4.5

Sửa lại IP của máy để có thể PING vào KIT Rasp. Chọn

42

36

change adapter settings.
Hình 4.6

Click phải chuột vào local area conection -> properties

42

Hình 4.7

Chọn TCP/IPv4

43

Gõ như hình trên, chú ý 3 số đầu của IP trùng với 3 số đầu

43

Hình 4.8

của IP KIT Rasp

Hình 4.9

SSH xuống kit Rpi

44

Hình 4.10 SSH thành cơng

44

Hình 4.11 Chỉnh sửa IP cho kit Rpi

45


6

MỞ ĐẦU
1. Sự cần thiết của vấn đề nghiên cứu
Đời sống xã hội ngày càng nâng cao, nhu cầu tiêu dùng yến tăng lên, vì vậy
yến thiên nhiên ở đảo tự nhiên khơng cịn đáp ứng đủ nhu cầu cung cấp tổ yến

vì vậy nghề ni yến trong nhà rất phát triển tại các nước đơng nam á trong đó
có Việt Nam, nhưng nhà nuôi yến trong nhà tỷ lệ thành cơng chưa cao do có
nhiều cách quản lý thủ cơng dựa vào kinh nghiệm bản thân. Trước tình hình đó
nhằm đáp ứng nhu cầu ni yến trong nhà tạo môi trường cho yến nhà ở gần
giống như môi trường thiên nhiên yến đảo tôi quyết định làm luận văn này để
nghiên cứu và xây dựng hệ thống điều khiển và quản lý nhà nuôi yến tự động
và thông minh.
Luận văn sử dụng thiết bị Raspberry Pi để điều khiển các thiết bị thông qua
mạng không dây Wifi và được tích hợp trên nhiều thiết bị điều khiển khác. Thiết
bị này đang được phổ biến, được hỗ trợ trên các diễn đàn, đặc biệt là giá thành rẻ
phù hợp với túi tiền của người nuôi yến để phát triển tại Việt Nam.
Ngoài ra, luận văn xây dựng những kịch bản thơng minh, tích hợp nhiều
thiết bị cảm biến, tạo ra hệ thống điều khiển thiết bị điện sử dụng trong nhà
nuôi yến qua thiết bị di động một cách thuận lợi, nhanh chóng, tiết kiệm năng
lượng, đáp ứng nhu cầu của nhà đầu tư khơng phải có mặt tại nhà yến mà có
thể quản lý nhà yến từ xa. Góp phần phát triển mơ hình “Nhà ni yến thơng
minh” cho ngành nghề nuôi yến nhà mang lại hiệu quả cao về chất lượng tổ
yến, năng suất cho tổ yến và phát triển kinh tế và xã hội.
2. Mục tiêu nghiên cứu
Đề tài này được nghiên cứu nhằm đạt được các mục đích sau:
- Giúp chúng ta hiểu mơi trường thuận lợi cho chim yến ở và các công nghệ
điều khiển không dây đang được sử dụng và phát triển.


7

- Xây dựng được hệ thống điều khiển thiết bị điện trong nhà nuôi chim yến
từ xa bằng thiết bị di động phù hợp với điều kiện môi trường chim yến ở.
- Cung cấp các giải pháp thông minh nhằm đáp ứng các nhu cầu thực tế, các
tình huống điển hình trong nhà ni yến.

3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

3.1. Đối tượng nghiên cứu
Điều khiển thiết bị điện trong gia đình từ xa, sử dụng Cơng nghệ Wifi với
Bo mạch Raspberry Pi và các nhóm thiết bị có tích hợp cơng nghệ này:
- Nhóm thiết bị nhiệt độ: máy bơm nước, quạt hút, quạt thổi, công tắc điện.
- Nhóm thiết bị độ ẩm: máy phun sương, cảm biến đo nhiệt độ.
- Nhóm thiết bị âm thanh: Loa dụ chim ngoài trời, loa ru chim trong nhà,
Ampli 02 cái, 02 tập tin âm thanh dụ chim và ru chim.
- Nhóm thiết bị Ánh sáng: cảm biến đo độ sáng.
3.2. Phạm vi nghiên cứu
Xây dựng hệ thống điều khiển thiết bị điện trong nhà nuôi yến xa bằng thiết
bị di động.
Hệ thống cần đáp ứng ở 3 mức độ:
- Giám sát: giám sát thông thường và giám sát tự động.
- Cảnh báo: cảnh báo thông thường và cảnh báo tự động.
- Điều khiển: điều khiển thông thường và điều khiển tự động.
4. Kết cấu của luận văn
Luận văn gồm có 4 chương:
Chương 1 Giới thiệu về đề tài nghiên cứu


8

Chương 2 Tổng quan các kỹ thuật và công nghệ trong việc phát triển nhà
nuôi yến thông minh.
Chương 3 Thiết kế và xây dựng hệ thống điều khiển thiết bị trong nhà nuôi
yến từ xa bằng công nghệ Raspberry Pi
Chương 4 Kết quả nghiên cứu và chạy thử nghiệm
CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU VỀ ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU

1.1 Tính cấp thiết của đề tài.
Yến Sào là một loại thực phẩm có giá trị dinh dưỡng rất cao, ngày xưa yến
sào chỉ được dùng cho vua chúa nên nó cịn có tên gọi “món ăn vua chúa”, đứng
đầu trong tất cả các loại sơn hào hải vị. Vì giá trị dinh dưỡng cao và giá trị lợi
nhuận nuôi yến cũng cao, Hiện nay một kg yến thơng thường có giá trung bình
khoảng 40 triệu đồng, yến huyết có giá từ 60-90 triệu đồng. Tuy nhiên đây là
ngành đòi hỏi vốn đầu tư ban đầu khá lớn. Yến Sào tự nhiên được tìm thấy
nhiều nhất ở vùng duyên hải Nam Trung Bộ như Bình Định, Phú n, Khánh
Hồ, TpHCM, cần giờ, Gị cơng … Có thể nói Yến Sào sử dụng được cho tất
cả mọi người, tốt cho trẻ em suy dinh dưỡng, làm đẹp da, tốt cho phụ nữ, đảm
bảo sức khoẻ cho thai nhi, cho sức khoẻ người bệnh và người cao tuổi … Đây
là món ăn được coi là bổ dưỡng và là cao lương mỹ vị của các quốc gia Đông
Nam Á, như: Hồng kông, Trung Quốc, Đài Loan, Việt Nam. Xuất phát từ nhu
cầu nuôi yến rất nhiều và sự phát triển của công nghệ sẽ giúp các nhà ni yến
hiện nay dựa vào thủ cơng là chính áp dụng công nghệ để giúp việc nuôi yến
hiệu quả và tiết kiệm chi phí.


9

Hình 1.1: Sơ đồ căn nhà ni yến
Thứ nhất, Chủ đầu tư thường ở cách xa nhà nuôi yến sẽ rất bất tiện cho việc
theo dõi quan sát nhà nuôi yến từ xa, như là cập nhật thông tin thời tiết, nhiệt
độ, độ ẩm… Đề tài này áp dụng công nghệ tin học tiên tiến giúp họ có thể quản
lý từ xa và cập nhật thơng tin về tình trạng nhà yến của mình tại bất cứ nơi đâu
bằng thiết bị di động thơng qua mạng internet, khơng cịn lệ thuộc vào khơng
gian và thời gian.

Hình 1.2: Mơ tả các thiết bị điện sử dụng trong nhà yến..

10

Thứ hai, công nghệ phát triển không ngừng, các thiết bị điện gia dụng có
tích hợp điều khiển khơng dây ngày một đa dạng. Mục tiêu của việc tích hợp
cơng nghệ vào các vật dụng trong nhà là để tối ưu hố tính năng cơ bản của
chúng, tăng tính tiện ích cho gia chủ. Một vật dụng thơng minh hồn hảo phải
có khả năng loại bỏ các khó khăn trong q trình sử dụng, nghĩa là khơng cần
có nhiều thiết lập, cài đặt rắc rối. Trong khi đó, chúng sẽ phải có khả năng dễ
dàng điều khiển, thơng qua nhiều phương thức khác nhau. Cùng lúc, các vật
dụng này phải làm tốt cơng việc của mình và thêm nhiều tính năng vượt trội
như lập trình được, có khả năng tự động hố. Đặc biệt, chúng phải có khả năng
kết nối được với nhau để đồng bộ hoá các hoạt động của chúng.

Hình 1.3: Giải pháp điều khiển thiết bị từ xa qua thiết bị di động
Thứ ba, công nghệ điều khiển từ xa bây giờ được tăng cường bởi sự chuyên
dụng của thiết bị di động như là điện thoại thơng minh và máy tính bảng. Số
người sử dụng điện thoại thông minh ngày một gia tăng, việc điều khiển tự
động khơng cịn giới hạn bởi các thiết bị và khoảng cách. Chủ nhà có thể kiểm
sốt hầu như tất cả các thiết bị Điện gia dụng của mình thơng qua điện thoại
thơng minh IOS / Android và máy tính bảng với kết nối internet, WiFi hoặc
3G.


11

Hình 1.4: Nhận thức của người về tiện ích của thiết bị di động
Mặt khác, Theo PGS. TS Nguyễn Khoa Diệu Thu, Ngun trưởng
phịng Cơng nghệ Tế bào động vật – Viện Sinh học nhiệt đới đã phát biểu rằng,
khoảng 60- 70% nhà yến trong số đó đã có chim vào làm tổ. Các dự án nuôi

yến đã và đang phát huy hiệu quả tích cực ở các địa phương như Khánh Hồ,
Bình Định, Cần Giờ…Nghề ni chim yến có đầu tư cao (1,9-3 tỉ đồng/nhà)
nhưng tỉ lệ thành công rất thấp, khoảng 10%. Do đó, theo lãnh đạo TP.HCM,
cần có thêm những nghiên cứu chuyên sâu của các nhà khoa học, áp dụng đúng
kỹ thuật, đưa công nghệ tin học vào trong quản lý để mở rộng vùng nuôi chim
yến, Dự báo đến năm 2020, Việt Nam sẽ có 10.000 nhà nuôi yến.
Hiện nay các nhà nuôi yến bằng thủ cơng, quản lý theo cảm tính, trong khi
các nhà đầu tư thì họ ở xa cho nên đề tài này giúp các nhà đầu tư nuôi yến quản
lý từ xa, giúp cho nâng cao năng suất, hiệu quả hơn và an tâm hơn.


12

Hình 1.5: Bản đồ khu vực có yến ở Việt Nam
Với tất cả những lý do đã trình bày ở trên, việc nghiên cứu, ứng dụng thiết
bị công Nghệ vào nhà nuôi yến của gia chủ là nhu cầu hết sức cần thiết vì sẽ
cho tỷ lệ thành cơng cao do đáp ứng môi trường thực tế cho chim yến ở, tiết
kiệm được nhiều thời gian đi lại, công sức quản lý, cuối cùng là tiết kiệm năng
lượng vì tất cả các thiết bị sẽ tự động ngắt khi không cần dùng đến. Xuất phát
từ thực tế đó, tác giả đã chọn vấn đề “Xây dựng hệ thống điều khiển và quản
lý nhà ni yến theo mơ hình nhà thơng minh trên thiết bị di động” để phát
triển nhà nuôi yến theo hướng bền vững và cũng làm đề tài luận văn thạc sĩ với
những ưu điểm như:


13

- Điều khiển nhiệt độ, độ ẩm, âm thanh và kiểm tra ánh sáng một cách tự
động theo một tiêu chuẩn (khơng phải làm theo cảm tính)
- Tiết kiệm năng lượng

- Tiết kiệm thời gian.
- Tiết kiệm chi phí quản lý, điện, nước...
- Đáp ứng những nhu cầu cần thiết cho nhà ni yến.
- Bảo vệ an tồn cho nhà ni yến.

Hình 1.6: Bốn giải pháp cho nhà ni yến là nhiệt độ, độ ẩm, âm thanh và
ánh sáng
1.2 Phương pháp nghiên cứu.
Phương pháp nghiên cứu thu thập thông tin:
Nghiên cứu các tài liệu về điều khiển thiết bị điện không dây từ xa với
Công nghệ Wifi với Bo mạch Raspberry Pi. Thử nghiệm một số phương pháp
điều khiển hiện có. Nghiên cứu gắn kết, giao tiếp các thiết bị điều khiển với


14

nhau và thiết bị di động với Công nghệ Wifi với Bo mạch Raspberry Pi. Từ
nghiên cứu đó mới áp dụng xây dựng hệ thống điều khiển thiết bị trong nhà
nuôi yến từ xa qua thiết bị di động.
Phương pháp nghiên cứu chuyên gia:
- Chuyên gia nuôi yến:
- Đến gặp nhiều hơn các chun gia ni yến ở Gị Cơng, Cần Giờ,
Nhà Bè… để có biết được kỹ thuật và kinh nghiệm nuôi chim yến và
nghiên cứu về những gợi ý của họ, điều này rất quan trọng.
- Chuyên gia về công nghệ không dây
Từ hai chuyên gia này tôi xây dựng hệ thống này thực hiện các chức năng
đáp ứng cho nhà nuôi yến phối hợp và điều khiển nhịp nhàng các yếu tố: nhiệt
độ, độ ẩm, âm thanh và ánh sáng.
1.3 Những nội dung chính yếu cần nghiên cứu.
Để thực hiện mục đích nêu trên, luận văn có các nhiệm vụ cụ thể sau đây:

- Nghiên cứu các công nghệ điều khiển từ xa đang được phát triển, từ đó có
cái nhìn tổng quan về xu hướng phát triển nhà nuôi yến thông minh trong
việc điều khiển thiết bị điện điện bên trong nhà nuôi yến bằng thiết bị di
động.
- So sánh và lựa chọn công nghệ, thiết bị, đồng thời đưa ra giải pháp phù hợp
với điều kiện mơi trường chim yến ở, kinh tế, văn hố và xã hội Việt Nam
để xây dựng hệ thống và phát triển.
- Thiết kế hệ thống, triển khai và cài đặt hệ thống.
- Xây dựng, tích hợp những ngữ cảnh thơng minh vào hệ thống dựa trên
những tình huống điển hình và nhu cầu thực tế trong nhà ni chim yến.


15

CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN CÁC KỸ THUẬT VÀ CÔNG NGHỆ
TRONG VIỆC PHÁT TRIỂN NHÀ NUÔI YẾN THÔNG MINH.
2.1 Một số giải pháp công nghệ điều khiển thiết bị điện gia dụng từ xa.
2.1.1 Công nghệ Wifi với Bo mạch Raspberry Pi.

Wifi chính là giao thức mạng chúng ta thường hay sử dụng hiện nay cho
chia sẻ kết nối giữa các máy laptop, game console và nhiều thứ khác. Wi-Fi
có tốc độ nhanh và phổ biến. Đó cũng là lý do tại sao nhiều nhà sản xuất
thiết bị tự động hay ưu tiên cho công nghệ này. Tuy nhiên, Wi-Fi lại dùng
nhiều năng lượng và băng thông hơn các giao thức khác.
Raspberry Pi là một máy tính giá rẻ, có kích thước nhỏ gọn, chỉ bằng một
thẻ tín dụng. Khi cắm màn hình (màn hình máy tính, tivi), chuột và bàn
phím vào Raspberry Pi để sử dụng như một chiếc máy tính thực thụ. Nó mở
ra cho mọi người ở tất cả lứa tuổi cơ hội để khám phá máy tính, tìm hiểu và
lập trình bằng nhiều ngơn ngữ khác nhau, chẳng hạn như Scratch, Python,
PHP, . Nó có khả năng làm được mọi thứ như một máy tính để bàn, từ trình

duyệt web, xem video độ nét cao, xử lý bảng tính (spreadsheets), xử lý văn
bản (word processing) và thậm chí là chơi game.
Raspberry Pi khơng thay thế hồn tồn hệ thống để bàn hoặc máy xách
tay. Raspberry Pi không hỗ trợ chạy hệ điều hành Windows vì BCM2835
dựa trên cấu trúc ARM nên không hỗ trợ mã x86/x64, nhưng vẫn có thể chạy
bằng Linux với các tiện ích như lướt web, môi trường Desktop và các nhiệm
vụ khác. Tuy nhiên Raspberry Pi là một thiết bị đa năng đáng ngạc nhiên
với nhiều phần cứng có giá thành rẻ nhưng rất hoàn hảo cho những hệ thống
điện tử, thiết lập hệ thống tính tốn rẻ tiền cho những bài học trải nghiệm lập
trình 


16

Ngồi ra, Raspberry Pi cịn có khả năng tương tác với nhiều thứ, nó được sử
dụng trong hàng loạt các dự án kỹ thuật số, chẳng hạn như thiết bị nghe nhạc,
trạm thời tiết, Đặc biệt có thể lập trình dễ dàng điều khiển cơng tắt đóng mở thiết bị
thơng qua các chân tính hiệu và thiết lập kết nối wifi.
Raspberry Pi lấy nguồn cấp từ cổng micro USB vì thế bộ nguồn cung cấp cho
Raspberry Pi phải có đầu ra với điện áp 5V, công suất từ 700mAh.
Nếu ta định hướng tới những dự án cao cấp hơn như điều khiển máy chủ file
hoặc những thiết bị theo dõi khác, cần phải lắp thêm những thiết bị vào để thiết
lập Raspberry Pi và chạy nó.

Hình 2.2 Hình ảnh thật của Raspberry Pi Model B+
Raspberry Pi được sử dụng trong đề tài là Model B+:
- SoC 700MHz với 512MB RAM
- 01 cổng HDMI cho đầu ra âm thanh/video số
- GPIO: 40 chân.
- Cổng USB 2.0: 4 cổng.

- 01 cổng video RCA cho đầu ra video Analog
- Jack Headphone Stereo 3.5mm cho đầu ra âm thanh
Analog
- 01 cổng Ethernet LAN.


17

- Khe cắm thẻ nhớ microSD: thay bằng loại khe cắm nhấn đẩy. Tiết kiệm
điện năng hơn: năng lượng điện tiêu thụ chỉ dao động trong mức từ 0,5 - 1W.
- Chất lượng âm thanh: bằng cách bổ sung nguồn điện riêng với độ ồn thấp.
- Tích hợp cổng video vào cổng âm thanh 3.5mm
* Một số ưu nhược điểm của Raspberry Pi
Ưu điểm:
- Giá rẻ.
- Nhỏ gọn.
-

Siêu tiết kiệm điện.
Phục vụ cho nhiều mục đích.
Khả năng hoạt động liên tục 24/7.
Dễ dàng cài đặt

Nhược điểm:
- CPU cấu hình thấp.
- Khơng có tích hợp WiFi (có thể mua USB WiFi rời gắn vào).
- Yêu cầu phải có kiến thức cơ bản về Linux, điện tử.
2.1.2 Công nghệ không dây X10
Ra đời vào những thập niên 80 của thế kỷ 20, cơng nghệ truyền tín hiệu
trên đường dây điện đầu tiên được nghiên cứu và phát triển tại mỹ với dự án

mang tên X10. Kể từ đó X10 trở thành tên thương mại của hàng loạt các sản
phẩm điều khiển tự động sử dụng công nghệ này.
Công nghệ X10 sử dụng sóng mang tần số 120Khz và điện áp tín hiệu
4V để truyền tín hiệu điều khiển. Các sản phẩm sử dụng cơng nghệ X10 có ưu
điểm là dễ lắp đặt, giá thành thấp và không phải đi thêm dây điều khiển. Tuy
nhiên các sản phẩm X10 có điểm yếu là chịu tác động rất lớn của nhiễu đường
truyền.
Do X10 sử dụng tần số sóng mang cố định 120Khz nên các can nhiễu
quá lớn hoặc gần với tần số 120Khz đều làm cho các thiết bị của X10 không
thể điều khiển được bằng các bộ điều khiển. Do đó hệ thống sử dụng cơng nghệ
X10 cần phải có bộ lọc và tách riêng đường cấp nguồn cho thiết bị X10 để đảm
bảo độ ổn định của hệ thống trong quá trình sử dụng.
Ưu điểm:


18

- Ưu điểm lớn nhất của nhà thông minh X10 chính là mức giá thành
khơng q đắt đỏ: Bạn có thể có một hệ thống tự động hố hồn chỉnh cho nhà
mình với chi phí chỉ trên dưới 1000 USD. Tuy nhiên, tính bảo mật và an ninh
của cơng nghệ này không cao, chủ yếu phù hợp với yêu cầu điều khiển các thiết
bị gia dụng.
- Không cần đi thêm dây dẫn – Lý tưởng cho nhà đang sử dụng.
- Dễ lắp đặt.
- Hàng trăm sản phẩm tương thích, rất nhiều lựa chọn điều khiển.
- Điều khiển được tới 256 thiết bị.
- Giá phải chăng.
- Đã được thời gian chứng minh – cơng nghệ X10 đã tồn tại và được
hồn thiện trong suốt hơn 30 năm qua.
Nhược điểm:

Tính bảo mật của thiết bị sử dụng Công nghệ X10. Công nghệ X10 chỉ
được xây dựng với House code (A-P) và device code (1-16) nên rất dễ để điều
khiển từ bất cứ bộ điều khiển X10 nào, để ngăn chặn việc này các hãng sản
xuất thiết bị X10 đã chế tạo bộ lọc nhằm ngăn chặn tín hiệu điều khiển từ bên
ngồi xâm nhập vào hệ thống, tuy nhiên bộ lọc này mất tác dụng khi kẻ gian
truy xuất hệ thống bằng các bộ điều khiển không dây thông qua các bộ thu nhận
transceiver của X10 (đây là thiết bị bắt buộc phải dùng cho tính năng khơng
dây và điều khiển từ xa).
Kẻ gian có thể mở cửa nhà, tắt hệ thống an ninh bằng các bộ điều khiển
không dây này một cách dễ dàng. Các thiết bị sử dụng công nghệ X10 đều có
chung đặc điểm: tốc độ truyền thấp, khả năng bảo tồn thơng tin thấp (70-80%).


19

Hình 2.3: Hệ thống bảng thiết bị điện tử cơng nghệ X10
2.1.3 Công nghệ không dây Insteon
INSTEON là một chuẩn kết nối, điều khiển “Dual-Band” – tín hiệu điều
khiển vừa được truyền trong dây dẫn điện trong nhà, vừa được truyền bằng
sóng vơ tuyến (RF – Radio Frequency). Các thiết bị điều khiển của INSTEON
có khả năng áp dụng để điều khiển cho hầu hết các phần tử cơ bản trong nhà:
Chất lượng và tính ổn định trong các thiết bị của INSTEON được đánh
giá rất cao – đây là một ưu điểm của công nghệ điều khiển thông minh DUAL
– BAND, được ưa chuộng ở thị trường Mỹ, và cũng khá phổ biến ở châu Âu,
Úc…
Bên cạnh đó, một ưu điểm nữa của công nghệ INSTEON là rất dễ lắp đặt
và vận hành hệ thống tại chỗ cũng như điều khiển từ xa qua internet bằng ứng
dụng chạy trên IOS, Android, Web.

20

Hình 2.4: Hệ thống nhà thơng minh sử dụng cơng nghệ INSTEON
Insteon sử dụng cơng nghệ xử lý tín hiệu số hiện đại để mã hoá và truyền
bản tin giữa 2 thiết bị với tốc độ cao. Đây cũng được coi là mạng lưới kết hợp
giữa hệ thống thu phát điều khiển không dây và hệ thống dây dẫn điện hiện tại
trong nhà. Do vậy, Insteon không dễ bị gây nhiễu như các hệ thống một băng
tần khác.
Nhà thông minh Insteon có đầy đủ các ứng dụng như: Theo dõi và điều
khiển từ xa hệ thống ánh sáng, Các bộ cảm biến kết hợp với giao diện cảnh báo
an ninh, Các bộ cảm biến đo các thông số (mực nước, độ ẩm, nhiệt độ), Điều
khiển ra vào toà nhà (hệ thống khố), Điều khiển và quản lý hệ thống lị sưởi
và máy lạnh, Điều khiển hệ thống âm thanh và hình ảnh, Tiết kiệm năng lượng...
Insteon khơng cần sử dụng đến máy tính nối mạng nên hết sức tiện lợi.
Kết nối giữa hai thiết bị Insteon đơn giản bằng cách nhấn nút On trên thiết bị
thứ nhất khoảng 10 giây, sau đó lại nhấn nút On trên thiết bị thứ hai 10 giây.
Mạng Insteon có tính bảo mật cao: tất cả các tín hiệu truyền dẫn đều được
mã hố, khiến các thiết bị hoạt động ổn định và độc lập. Đặc biệt, các sản phẩm


21

Insteon có giá cao hơn X10 một chút. Giá cho một thiết bị Insteon dự kiến
không quá 30 USD.
Để đáp ứng khả năng điều khiển, tích hợp tồn bộ hệ thống chiếu sáng
và thiết bị gia dụng nhà thông minh công nghệ Insteon chắc chắn sẽ là một sự
lựa chọn hàng đầu cho những người tiêu dùng thơng minh.
Có thể hoạt động chung với công nghệ X10:
INSTEON cho phép hỗ trợ hoạt động chung với thiết bị dùng công nghệ
X10. Các mạng cơng nghệ X10 hiện nay có thể dễ dàng tích hợp thêm thiết bị

cơng nghệ INSTEON. Nhưng lưu ý rằng các thiết bị INSTEON chỉ lặp và
khuếch đại tín hiệu INSTEON chứ khơng phải là tín hiệu X10.
2.1.4 Công nghệ không dây Zigbee
ZigBee là hệ thống mạng không dây mở tương tự nhưng tốt hơn giao
thức bluetooth. Bluetooth sẽ giao tiếp theo cặp thiết bị với nhau ít hơn bảy
thiết bị trong khi đó ZigBee có thể giao tiếp theo cặp với hàng trăm thiết bị.
ZigBee là một chuẩn khơng dây 802 của IEEE. Một trong những thành
phần
chính của chuẩn này chính là IEEE 802.15.4 cho phép các thiết bị điện, cảm
biến, trong khoảng cách gần 10-100m trong một mạng lưới có thể giao tiếp
ngang hàng với nhau. ZigBee sử dụng rất ít năng lượng để vận hành.
Điểm hạn chế của ZigBee là các thiết bị được sản xuất từ các nhà chế
tạo khác
nhau và khơng tương thích với nhau do ZigBee chỉ quy định tiêu chuẩn ở lớp
giao thức thấp (radio layer) và các nhà chế tạo khác nhau sẽ thiết kế các lớp
phần mềm khác nhau. Một hạn chế nữa của Zigbee là ít được nhà sản xuất
hỗ trợ, do vậy tính đổi lẫn nhau khơng cao. Bạn sẽ dễ bị dính chặt với một
nhả sản xuất thiết bị nào đó.