Điều khiển và giám sát mô hình nhà thông minh dùng kit entel galileo

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM
KHOA CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT CƠ ĐIỆN TỬ

ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT MƠ HÌNH
NHÀ THƠNG MINH DÙNG KIT INTEL GALILEO

GVHD: TS. VŨ QUANG HUY
SVTH: TRƯƠNG TRỌNG CHI
MSSV: 11911002
SVTH: LÊ VĂN THANH
MSSV: 11911023

SKL 0 0 4 2 8 1

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 1/2016


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HỒ CHÍ MINH


BỘ MƠN CƠ ĐIỆN TỬ

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Đề tài: “ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT MÔ HÌNH
NHÀ THƠNG MINH DÙNG KIT INTEL GALILEO”
Giảng viên hướng dẫn:

TS. VŨ QUANG HUY

Sinh viên thực hiện:

TRƯƠNG TRỌNG CHI

MSSV:

11911002

Sinh viên thực hiện:

LÊ VĂN THANH

MSSV:

11911023

Lớp:

119110

Khố:

2011 - 2016

Tp. Hồ Chí Minh, tháng tháng 01/2016

TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT TP. HCM

CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

KHOA CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY

Độc lập - Tự do – Hạnh phúc

Bộ môn Cơ điện tử

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Giảng viên hƣớng dẫn: TS. Vũ Quang Huy
Sinh viên thực hiện: Trƣơng Trọng Chi MSSV: 11911002
Lê Văn Thanh

MSSV:11911023

1. Tên đề tài:
Điều khiển và giám sát mơ hình nhà thơng minh dùng kit Intel Galileo
2. Các số liệu, tài liệu ban đầu:
Tài liệu về Intel Galileo do thầy Huy cung cấp
3. Nội dung chính của đồ án:
Đề tài kết hợp ứng dụng kit Galileo, webserver, công nghệ IoT vào phát triển hệ thống
điều khiển và giám sát nhà thông minh.
4. Các sản phẩm dự kiến
Mô hình nhà thơng minh
Hệ thống điều khiển và giám sát mơ hình nhà thơng minh
5. Ngày giao đồ án:

07/09/2015

6. Ngày nộp đồ án:

08/01/2016

TRƢỞNG BỘ MÔN

GIẢNG VIÊN HƢỚNG DẪN

(Ký, ghi rõ họ tên)

(Ký, ghi rõ họ tên)

 Đƣợc phép bảo vệ …………………………………………
(GVHD ký, ghi rõ họ tên)
i


LỜI CAM KẾT
- Tên đề tài:Điều khiển và giám sát mơ hình nhà thơng minh sử dụng kít Intel
Galileo
- GVHD: TS. Vũ Quang Huy
- Họ tên sinh viên: Trƣơng Trọng Chi
- MSSV:11911002

Lớp:119110

- Địa chỉ sinh viên: phƣờng Linh Xuân, Q.Thủ Đức, TP. HCM
- Số điện thoại liên lạc: 01688553112
- Email:

- Họ tên sinh viên: Lê Văn Thanh
- MSSV:11911023

Lớp:119110

- Địa chỉ sinh viên: 12/2 đƣờng số 5, khu phố 5, phƣờng Linh Chiểu, Q. Thủ Đức
- Số điện thoại liên lạc: 01695620059
- Email:
- Ngày nộp khoá luận tốt nghiệp (ĐATN): 08/01/2016
- Lời cam kết: “Tơi xin cam đoan khố luận tốt nghiệp (ĐATN) này là cơng trình
do chính tơi nghiên cứu và thực hiện. Tôi không sao chép từ bất kỳ một bài viết
nào đã được công bố mà khơng trích dẫn nguồn gốc. Nếu có bất kỳ một sự vi
phạm nào, tơi xin chịu hồn tồn trách nhiệm”.
Tp. Hồ Chí Minh, ngày 07 tháng 01 năm 2016
Ký tên

ii


LỜI CÁM ƠN
Lời đầu tiên chúng em xin đƣợc gửi lời cảm ơn tới thầy TS. Vũ Quang Huy, thầy
đã tận tình giúp đỡ và chỉ bảo cho chúng em trong suốt thời gian làm khóa luận vừa qua.
Chúng em cũng xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới các thầy cơ giáo trong khoa Cơ
khí chế tạo máy – Trƣờng Đại học sƣ phạm kỹ thuật TP. Hồ Chí Minh. Các thầy cơ đã
ln nhiệt tình dạy dỗ và tạo điều kiện cho chúng em học tập và nghiên cứu trong suốt
những năm học đại học.
Chúng tôi cũng xin gửi lời cảm ơn đến các bạn sinh viên trong tập thể lớp 119110
đã cho tôi những ý kiến đóng góp giá trị khi thực hiện đề tài này.
Cuối cùng chúng tôi xin gửi lời cảm ơn tới gia đình, những ngƣời ln ở bên động
viên và tạo điều kiện cho chúng tơi thực hiện tốt khóa luận này.

Mặc dù đã cố gắng nỗ lực rất nhiều, song đồ án chắc chắn khơng thể tránh khỏi
những thiếu sót. Kính mong nhận đƣợc sự thông cảm và chỉ dẫn tận tình của q thầy cơ.
Chúng em xin chân thành cảm ơn.
TP. HCM, ngày 05 tháng 01 năm 2016
Nhóm sinh viên thực hiện

iii


TĨM TẮT ĐỒ ÁN
ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT MƠ HÌNH
NHÀ THÔNG MINH DÙNG KIT INTEL GALILEO

Vài năm trở lại đây, khi thế giới đang dần tiến vào kỷ nguyên Internet of Things
(IoT), kết nối mọi vật qua Internet, nhà thông minh trở thành một xu hƣớng công nghệ tất
yếu, là tiêu chuẩn của nhà ở hiện đại, và Việt Nam cũng khơng nằm ngồi xu hƣớng này.
Trong khi đó, Intel Galileo là một board mạch nhúng đƣợc phát triển bởi tập đồn Intel
có nhiều ứng dụng trong cuộc sống, đặc biệt là trong công nghệ IOT ứng dụng cho nhà
thông minh.Vì vậy, trong luận văn này, kit Intel Galileo sẽ đƣợc áp dụng cho việc nhúng
IOT vào nhà thông minh. Với nghiên cứu này, kit Intel Galileo hoạt động nhƣ một bộ
điều khiển trung tâm để kết nối giữa các thiết bị hoặc hệ thống điện tử trong ngôi nhà
thông minh và ngƣời sử dụng thông qua thiết bị điện tử thơng minh nhƣ điện thoại thơng
minh, máy tính bảng hoặc máy tính cho phép ngƣời dùng truy cập vào máy chủ web để
giám sát và điều khiển các thiết bị trong nhà thông minh. Kết quả thực nghiệm cho thấy
rằng hoạt động của hệ thống đƣợc thiết kế là ổn định và chính xác.
Tóm tắt các chƣơng trong đề tài:
Chƣơng 1: Giới thiệu
Chƣơng 2: Tổng quan nghiên cứu đề tài
Chƣơng 3: Cơ sở lý thuyết
Chƣơng 4: Phƣơng hƣớng và các giải pháp về thực thi đề tài điều khiển và giám

sát nhà thơng minh sử dụng kít Intel Galileo
Chƣơng 5: Đề xuất cơng nghệ, tính tốn thiết kế
Chƣơng 6: Thực nghiệm đánh giá

iv


ABSTRACT
A few years ago, when the world is gradually moving into the Internet of Things
era (IoT), connected everything over the Internet, “Smart home” become an inevitable
trend of technology, as one of the standard of modern housing, and Vietnam is no
exception to this trend. Meanwhile, Intel Galileo is anembedded system board developing
by Intel corporationfor many applications of lives, especially in applied IoT technology
to Smart home. Therefore, in this thesis, the Intel Galileo kitwill be applied for
embedding the IoT into Smart home.With this research, the Intel Galileo kit acts as a
central controller to connect between the electronicdevices or systems in Smart homes
and users through smart electronic devices such as smart phones, tabletor computersthat
allow users to access web serversto control and supervise devices in Smart home. The
experiment results indicated that the operation of the designed system is stable and
accurate.

v


MỤC LỤC
NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP .................................................................................... i
LỜI CAM KẾT .................................................................................................................... ii
LỜI CÁM ƠN ..................................................................................................................... iii
TÓM TẮT ĐỒ ÁN ............................................................................................................. iv
ABSTRACT ........................................................................................................................ v

MỤC LỤC .......................................................................................................................... vi
DANH SÁCH BẢNG BIỂU .............................................................................................. ix
DANH MỤC SƠ ĐỒ, HÌNH VẼ ........................................................................................ x
DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT ............................................................................................ xii
CHƢƠNG 1: GIỚI THIỆU ................................................................................................. 1
1.1

Tính cấp thiết của đề tài ......................................................................................... 1

1.2

Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài ............................................................... 1

1.3

Mục tiêu nghiên cứu .............................................................................................. 2

1.4

Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu.......................................................................... 2

1.4.1

Đối tƣợng nghiên cứu: .................................................................................... 2

1.4.2

Phạm vi nghiên cứu: ........................................................................................ 2

1.5

Phƣơng pháp nghiên cứu ....................................................................................... 3

1.5.1

Cơ sở phƣơng pháp luận ................................................................................. 3

1.5.2

Các phƣơng pháp nghiên cứu cụ thể ............................................................... 3

1.6

Kết cấu đồ án tốt nghiệp ........................................................................................ 4

CHƢƠNG 2: TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI ....................................................... 5
2.1

Tổng quan về boar mạch Intel Galileo ................................................................... 5

2.1.1

Định nghĩa: ...................................................................................................... 5

2.1.2

Phần cứng trên mạch: ...................................................................................... 6

2.1.3

Cấu tạo board mạch:........................................................................................ 8

2.1.4

Nguồn điện của Galileo:................................................................................ 11

2.1.5

Các ứng dụng của board mạch Intel Galileo hiện nay .................................. 12
vi


2.2

Tổng quan về nhà thông minh ............................................................................. 13

2.2.1

Định nghĩa nhà thông minh ........................................................................... 13

2.2.2

Chức năng của nhà thông minh: .................................................................... 14

2.2.3

Các ƣu điểm của nhà thông minh .................................................................. 14

2.1.6

Các công trình tiêu biểu: ............................................................................... 16

2.3

Tổng quan về Internet of thing............................................................................. 17

CHƢƠNG 3: CƠ SỞ LÝ THUYẾT .................................................................................. 20
3.1

Cơ sở lý thuyết về board mạch Intel Galileo ....................................................... 20

3.1.1

Các cổng nhập xuất cơ bản ........................................................................... 20

3.1.2

Các kết nối đƣợc hỗ trợ ................................................................................. 20

3.1.3

Các thông số khuyến cáo trên mạch .............................................................. 23

3.1.4

Giao tiếp ........................................................................................................ 23

3.1.5

Lập trình ........................................................................................................ 24

3.1.6

So sánh giữa Intel Galileo và Raspberry Pi .................................................. 25

3.2

Cơ sở lý thuyết về nhà thông minh ...................................................................... 27

3.3

Các hệ thống của nhà thông minh ........................................................................ 27

3.3.1

Hệ thống cổng tự động: ................................................................................. 27

3.3.2

Hệ thống chiếu sáng: ..................................................................................... 29

3.3.3

Hệ thống chống trộm cảm biến ..................................................................... 30

3.3.4

Hệ thống rèm mành: ...................................................................................... 31

3.3.5

Hệ thống môi trƣờng ..................................................................................... 31

3.3.6

Kịch bản ngữ cảnh thông minh: .................................................................... 33

3.3.7

Transistor C1815 ........................................................................................... 33

3.4

Cơ sở về lập trình ................................................................................................. 35

CHƢƠNG 4: PHƢƠNG HƢỚNG VÀ CÁC GIẢI PHÁP VỀ THỰC THI ĐỀ TÀI ĐIỀU
KHIỂN VÀ GIÁM SÁT NHÀ THÔNG MINH SỬ DỤNG KIT INTEL GALILEO ...... 37
4.1

Yêu cầu đề tài:...................................................................................................... 37

4.2

Phƣơng hƣớng và giải pháp thực hiện ................................................................. 37

4.2.1

Phƣơng án 1: ................................................................................................. 37
vii

4.2.2

Phƣơng án 2: ................................................................................................. 37

4.2.3

Lựa chọn phƣơng án: .................................................................................... 38

4.2.4

Trình tự công việc tiến hành ......................................................................... 39

CHƢƠNG 5: ĐỀ XUẤT CƠNG NGHỆ, TÍNH TỐN THIẾT KẾ ................................ 40
5.1

Đề xuất cơng nghệ: .............................................................................................. 40

5.2

Tính tốn thiết kế: ................................................................................................ 40

5.2.1

Tính tốn thiết kế mơ hình nhà thơng minh: ................................................. 40

5.2.2

Thiết kế hệ thống điều khiển và giám sát mơ hình nhà thơng minh ............. 40

5.2.3

Sơ đồ kết nối giữa board mạch Intel Galileo và các thiết bị ......................... 46

5.2.5

Mơ hình kết nối thực tế ................................................................................. 50

5.2.6

Lƣu đồ thuật toán .......................................................................................... 51

CHƢƠNG 6: THỰC NGHIỆM – ĐÁNH GIÁ ................................................................. 56
6.1

Các bƣớc chuẩn bị ................................................................................................ 56

6.2

Điều khiển hệ thống ............................................................................................. 56

KẾT LUẬN – KIẾN NGHỊ ............................................................................................... 65
TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................................. 66
PHỤ LỤC .......................................................................................................................... 67

viii


DANH SÁCH BẢNG BIỂU
Bảng 2.1 Phần cứng trên mạch ............................................................................................ 8

Bảng 3.1 Các cổng nhập xuất cơ bản ................................................................................ 20
Bảng 3.2 Các kết nối đƣợc hỗ trợ ...................................................................................... 22
Bảng 3.3 Các thông số khuyến cáo trên mạch................................................................... 23
Bảng 5.1 Điều khiển hệ thống đèn .................................................................................... 43
Bảng 5.2 Điều khiển hệ thống động cơ ............................................................................. 43
Bảng 5.3 Điều khiển thông qua ngữ cảnh thông minh ...................................................... 44
Bảng 5.4 Giám sát trạng thái hệ thống đèn ....................................................................... 44
Bảng 5.5 Giám sát trạng thái của thệ thống động cơ......................................................... 44
Bảng 5.6 Giám sát trạng thái của hệ thống cảm biến ........................................................ 45
Bảng 5.7 Bảng kết nối giữa board mạch Intel Galileo và các thiết bị ............................... 46

ix


DANH MỤC SƠ ĐỒ, HÌNH VẼ
Sơ đồ 2.1 Cấu trúc của Galileo ............................................................................................ 8
Sơ đồ 3.1 Sơ đồ chân của LM35 ....................................................................................... 33
Sơ đồ 3.2 Cấu tạo Transistor ............................................................................................. 34
Sơ đồ 3.3 Mạch khảo sát hoạt động của Transistor NPN .................................................. 34
Sơ đồ 5.1 Hệ thống điều khiển và giám sát mơ hình nhà thơng minh............................... 45
Sơ đồ 5.2 Sơ đồ kết nối hệ thống đèn với board mạch Galileo ......................................... 47
Sơ đồ 5.3 Sơ đồ khối giao tiếp giữa các thiết bị trong mơ hình ........................................ 48
Sơ đồ 5.4 Sơ đồ mạch điện ................................................................................................ 49
Hình 2.1 Boar mạch Intel Galileo ........................................................................................ 5
Hình 2.2 Cấu tạo board mạch Intel Galileo ........................................................................ 9
Hình 2.3 Xe lăn thơng minh dùng Kit Intel Galileo .......................................................... 12
Hình 2.4 Kit Intel Galileo dùng trong điều khiển quạt ...................................................... 12
Hình 2.5 Kit Intel Galileo dùng trong điều khiển Robot ................................................... 13
Hình 2.6 Nhà thơng minh .................................................................................................. 14
Hình 2.7 Biệt thự Hoa Phƣợng Vincome Village ............................................................. 16

Hình 2.8 Trung tâm thƣơng mại Chợ Mơ ......................................................................... 16
Hình 2.9 Internet of thing .................................................................................................. 18
Hình 3.1 : Loại micro servo Tower Pro 9g phổ biến ......................................................... 28
Hình 3.2 : Bên trong một micro servo ............................................................................... 28
Hình 3.3 Cảm biến ánh sáng quang trở ............................................................................. 30
Hình 3.4 Cảm biến chuyển động PIR ................................................................................ 31
Hình 3.5 Giao diện phần mềm Aduino .............................................................................. 36
Hình 3.6 Web Server ......................................................................................................... 36
Hình 5.1 Mơ hình căn hộ chung cƣ 4 phịng trên Autocad ............................................... 41
Hình 5.2 Mơ hình căn hộ chung cƣ ................................................................................... 42
Hình 5.3 Mơ hình kết nối thực tế 1.................................................................................... 50
Hình 5.4 Mơ hình kết nối thực tế 2.................................................................................... 50
x


Hình 5.5 Lƣu đồ thuật tốn điều khiển bật tắt đèn ............................................................ 51
Hình 5.6 Lƣu đồ thuật tốn điều khiển động cơ ................................................................ 52
Hình 5.7 Lƣu đồ thuật tốn điều khiển cảm biến ánh sáng ............................................... 53
Hình 5.8 Lƣu đồ thuật toán điều khiển cảm biến nhiệt độ LM35 ..................................... 54
Hình 5.9 Lƣu đồ thuật tốn điều khiển cảm biến chuyển động PIR ................................. 55
Hình 6.1 Giao diện hệ thống điều khiển và giám sát ........................................................ 56
Hình 6.2 Giám sát trạng thái của các thiết bị .................................................................... 57
Hình 6.3 Chế độ ra ngồi ................................................................................................... 58
Hình 6.4 Chế độ về nhà ..................................................................................................... 59
Hình 6.5 Chế độ về nhà khi trời tối ................................................................................... 60
Hình 6.6 Chế độ ngủ khi nhiệt độ lớn hơn 35 độ .............................................................. 61
Hình 6.7 Chế độ ngủ khi nhiệt độ nhỏ hơn 35 độ ............................................................. 62
Hình 6.8 Hệ thống khi có ngƣời đột nhập ......................................................................... 63

xi

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT
IoT

Internet of Things

HTML

HyperText Markup Language

USB

Universal Serial Bus

LAN

Local Area Network

WIFI

Wireless Fidelity

IP

Internet Protocol

PC

Personal Computer

SPI

Serial Peripheral Interface

PCI

Peripheral Component Interconnect

I2C

Inter-Integrated Circuit

GPIO

General Purpose Input Output

PWM

Pulse Width Modulation

HDMI

High-Definition Multimedia Interface

VGA

Video Graphics Array

ADC

Analog-to-Digital Converter

UART

Universal Asynchronous Receiver – Transmitter

IDE

Integrated Development Environment

xii


CHƢƠNG 1: GIỚI THIỆU
1.1 Tính cấp thiết của đề tài
Intel Galileo là một board mạch vi điều khiển chuyên dùng cho việc phát triển phần
mềm và phần cứng; đóng vai trò là một bộ điều khiển trung tâm, kết nối với các thiết bị
điện tử, và kết nối với điện thoại hoặc máy tính bảng có chạy ứng dụng đặc biệt. Có thể
nói, board mạch Intel Galileo là một nỗ lực của Intel trong việc đưa nền tảng chip x86
của mình xuống các thiết bị IoT béo bở vốn đang bị các chip ARM thống trị hiện nay.
Tuy nhiên, hiện nay board mạch Intel Galileo vẫn chưa được bày bán phổ biến tại Việt
Nam, chưa được khai thác hết công dụng mà nó tạo ra, việc sử dụng kit Intel Galileo này
cho giải pháp nhà thông minh cũng là một ứng dụng hoàn toàn mới lạ, nếu đề tài này
thành cơng sẽ góp phần phát triển các sản phẩm và khai thác các ứng dụng thông minh,
gầy dựng thương hiệu board mạch này trên thị trường.
Mặc khác hiện nay nhà thông minh áp dụng ở Việt Nam mới chỉ bắt đầu và chưa có
nhiều, các cơng ty đều là đại diện của nước ngoài, nên việc hiểu biết về nhà thơng minh
cũng như áp dụng nó như thế nào ở Việt Nam cho hiệu quả, hướng nghiên cứu để phát
triển và nội địa hóa, tận dụng lợi thế của Việt Nam là rất cần thiết trong thời điểm hiện

nay. Hơn nữa, các nguồn năng lượng và vật liệu ngày càng cạn kiệt dần, do đó nhu cầu ở
trong một ngơi nhà thông minh là rất cần thiết nhằm giảm thiểu tiêu hao năng lượng, tận
dụng nguồn nguyên vật liệu lợi thế của địa phương.
1.2 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
Nhà thông minh mang một ý nghĩa rất lớn cho khoa học, bởi nó đưa ra giải pháp mới
cho ngành điện tử, giải pháp truyền dẫn và quản lý tài nguyên trong thiết kế xây dựng.
Một giải pháp hoàn toàn khác biệt so với giải pháp truyền thống sử dụng mạng lưới điện
220V hay 110V trên hệ thống toàn hệ thống đường dây điện, làm cho người dùng có thể
gặp nguy hiểm, đặc biệt là trẻ nhỏ. Giờ đây mạng lưới điện giao tiếp với với người dùng
chỉ cịn 24V khơng thể gây nguy hiểm tính mạng cho con người. Các sản phẩm trong
cơng trình xây dựng khơng cịn là các sản phẩm hoạt động riêng lẻ nữa, mà chúng được
phối hợp với nhau tạo thành một hệ thống thống nhất, để đạt hiệu quả sử dụng cao nhất,
với chi phí thấp nhất.

1


Ngồi ra, nó cịn thúc đẩy các cơng nghệ chế tạo sản phẩm thông minh, các phần mềm
quản lý hệ thống với tính thẩm mỹ cao, nhiều tính năng mới, ưu việt hơn, dễ sử dụng
hơn, nhưng vẫn tiết kiệm năng lượng, chi phí,…ngày càng phát triển.
Cuộc sống hiện đại ngày càng tất bật, nhu cầu về việc sử dụng những ứng dụng thơng
minh ngày càng phổ biến, trong đó có ngơi nhà thơng minh. Nhà thơng minh là giải pháp
tổng thể bao gồm các công cụ hỗ trợ điều khiển tự động giúp chúng ta kiểm soát, giám
sát và sử dụng ngôi nhà một cách dễ dàng hơn. Với tốc độ phát triển của xã hội ngày nay
thì việc con người hướng tới những yếu tố công nghệ cao là điều tất yếu. Ngôi nhà thông
minh là một lựa chọn tối ưu cho những ai có nhu cầu tận hưởng cuộc sống tiện nghi, tìm
đến những cảm giác mới lạ mà khoa học hiện đại đem đến cho con người. Nhưng hiện
nay, khái niệm về ngôi nhà thông minh cịn khá mơ hồ trong tâm trí người tiêu dùng Việt
Nam, vì vậy việc thực thi đề tài này sẽ góp phần đẩy mạnh việc tiếp cận nhà ở thơng
minh, đóng góp một phần nhỏ vào q trình cơng nghiệp hóa hiện đại hóa đất nước.

Mặc khác, hiện tại board mạch Intel Galileo vẫn chưa được bày bán phổ biến ở Việt
Nam, việc thực thi đề tài sẽ tạo ra những sản phẩm dựa trên chúng, góp phần làm thơng
dụng board mạch này trên thị trường.
1.3 Mục tiêu nghiên cứu
Nghiên cứu này hướng tới những mục tiêu sau:
Trước tiên với bản thân người thực hiện đề tài, đây chính là một cơ hội tốt để có thể
tự kiểm tra lại kiến thức của mình, đồng thời có cơ hội để nỗ lực vận động tìm hiểu, tiếp
cận nghiên cứu được với những vấn đề mình chưa biết, chưa hiểu rõ nhằm trang bị cho
bản thân nhiều kiến thức bổ ích sau này có thể ứng dụng vào thực tế cuộc sống.
Nghiên cứu board mạch Intel Galileo, từ đó ứng dụng kít này vào việc điều khiển và
giám sát nhà thơng minh.
1.4 Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu
1.4.1
Đối tƣợng nghiên cứu: board mạch Intel Galileo, nhà thông minh
1.4.2

Phạm vi nghiên cứu:
Ứng dụng board mạch Intel Galileo vào việc điều khiển và giám sát mơ
hình nhà thơng minh.
Để thực thi hệ thống điều khiển và giám sát nhà thông minh sử dụng kit
Intel Galileo như trên là rất phức tạp và tốn kém. Để đáp ứng việc điều khiển được
tất cả các thiết bị này địi hỏi phải có một lượng thời gian, kiến thức nhất định.
2


Bên cạnh đó cịn là vấn đề tài chính. Với lượng thời gian và kiến thức có hạn,
trong đề tài này nhóm em chỉ thực thi một phần của hệ thống hồn chỉnh đó. Đó là
điều khiển đóng mở đèn quạt, hệ thống đèn và rèm được điều khiển thông qua cảm
biến ánh sáng quang trở, điều khiển và giám sát thơng qua các ngữ cảnh thơng
minh, hoặc khi có người bước ra ngồi thì cửa sẽ tự động mở ra và sau một

khoảng thời gian sẽ tự động đóng lại, hay khi có người đột nhập vào nhà thì hệ
thống sẽ phát cảnh báo “có người đột nhập nhà bạn” và hệ thống đèn sẽ chớp tắt
liên tục để báo hiệu cho chủ nhà biết…. Mặc khác, kích thước giữa ngơi nhà thật
ngồi đời và ngơi nhà mà chúng em thực thi có sự khác biệt rất lớn, vì vậy các
trang thiết bị trong nhà cũng được linh hoạt thay đổi. Thay vì ở ngơi nhà thật loại
đèn thường hay sử dụng là bóng huỳnh quang với điện áp 220V thì ở đồ án này
chúng em sử dụng đèn led, và các động cơ điều khiển đóng mở cửa là các loại
động cơ có cơng suất lớn nhưng ở đây chúng em sử dụng các động cơ servo thay
thế cho phù hợp với kích thước ngơi nhà, ngồi ra các thiết bị như tủ lạnh, điều
hịa cũng khơng thể đưa vào mà chỉ dừng lại ở mức độ demo, cho nên việc điều
khiển trở nên đơn giản hơn nhiều so với ngồi đời thật. Với những lí do trên, nên
đồ án điều khiển và giám sát nhà thông minh sử dụng kit Intel Galileo chỉ dừng lại
ở quy mô mơ hình.
1.5 Phƣơng pháp nghiên cứu
1.5.1

Cơ sở phƣơng pháp luận

Phương pháp quan sát khoa học
Phương pháp phân tích và tổng hợp lý thuyết
Phương pháp mơ hình hóa
1.5.2

Các phƣơng pháp nghiên cứu cụ thể

Nghiên cứu các file về board mạch Intel Galileo và các file liên quan về đề tài nhà
thông minh mà thầy Huy đã gửi.
Tự nghiên cứu, tìm tịi, học hỏi, nghiên cứu qua các tài liệu như sách báo, tạp chí
chun ngành, internet.
Nghiên cứu qua các ngơi nhà thông minh đã áp dụng ở Việt Nam

Tham khảo và tiếp nhận những góp ý của giáo viên hướng dẫn.

3


1.6 Kết cấu đồ án tốt nghiệp
Toàn bộ luận văn tốt nghiệp được trình bày trong 6 chương:
Chương 1. Giới thiệu
Chương 2. Tổng quan nghiên cứu đề tài
Chương 3. Cơ sở lý thuyết
Chương 4. Phương hướng và các giải pháp về thực thi đề tài điều khiển và giám
sát nhà thông minh dùng kit Intel Galileo
Chương 5. Đề xuất công nghệ, tính tốn thiết kế
Chương 6. Thực nghiệm, đánh giá
Kết luận và kiến nghị

4


CHƢƠNG 2: TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI
2.1 Tổng quan về board mạch Intel Galileo
2.1.1 Định nghĩa:
Intel Galileo là một board mạch vi điều khiển chuyên dùng cho việc phát triển phần
mềm và phần cứng tương tự như Andruino hay Raspberry Pi. Intel Galileo sẽ đóng vai trị
là một bộ điều khiển trung tâm, kết nối với các thiết bị điện tử, và kết nối với điện thoại
hoặc máy tính bảng có chạy ứng dụng đặc biệt. Từ ứng dụng này, người dùng có thể ra
lệnh đến các thiết bị nhờ Intel Galileo.

Hình 2.1 Board mạch Intel Galileo

5


2.1.2 Phần cứng trên mạch:
Galileo
Kích thước bo mạch

10cm x 7cm

Bộ xử lí

Intel® Quark X1000 – lõi đơn

Mơ tả về bộ xử lí

Quark, giới thiệu bởi Intel tại IDF2013, tiêu thụ ít năng lượng,
kích thước nhỏ, giá rẻ; phù hợp với các ứng dụng "wearables"
(thiết kế các sản phẩm có thể mặc lên người) và Internet of
Things.

Kiến trúc

Intel ® Pentium® Class x86

Xung nhịp

400MHz

Kích thước tệp xử lí

32-bit

Đồng hồ thời gian
Có, cần 1 pin nút áo 3V để chạy
thực

Bộ nhớ đệm

RAM

16 KB L1

512KB on-chip SRAM cho các chương trình Arduino và

6


256MB DRAM cho hệ điều hành

Bộ nhớ Flash

8MB NOR Flash (Legacy SPI), cho FW bootloader và lưu trữ
các chương trình

EEPROM

11KB

GPU

Khơng

Bộ nhớ ngoài

Thẻ nhớ Micro-SD (dung lượng tối đa 32GB), hỗ trợ lưu trữ
trên thiết bị USB 2.0 ngồi

Hỗ trợ video

Khơng. Nhưng có thể xử lý nội dung video bởi cơng cụ V4L2

Hỗ trợ âm thanh

Khơng. Nhưng có thể dùng cơng cụ ALSA

Chỉ thị trạng thái

Đèn LED chỉ thị nguồn, đèn LED hiển thị cổng Serial ảo
Gadget đã được bật, đèn LED hiển thị có đang đọc thẻ nhớ
hay khơng, đèn LED hiển thị việc đã cắm dây LAN và có lấy
thơng tin từ dây LAN hay khơng.

JTAG

10-pin, Mini-JTAG header

Tương thích

Các Arduino shield chuẩn Arduino pinout 1.0, điện áp hoạt
7

động 3.3V và 5V
Bảng 2.1 Phần cứng trên mạch
2.1.3 Cấu tạo board mạch:
Intel Galileo là sản phẩm đầu tiên sử dụng chip Intel Quark X1000 - SoC đầu tiên
thuộc dòng "Santa Clara" của Intel được sản xuất dựa trên dây chuyền công nghệ 32nm
với mức độ tiêu thụ điện rất thấp. Phần lõi của của X1000 là vi xử lí 400MHz dựa trên
nền tảng Intel Pentium x86 32-bit với 16KB bộ nhớ đệm L1.

Sơ đồ 2.1 Cấu trúc của Galileo
Ngoài ra, Intel Galileo cịn có:
 RAM DDR3 256MB.
 Chân cắm chuẩn Arduino Pinout 1.0.
8


 Cổng Ethernet 100Mbps.
 Cổng UART RS-232
 Khe cắm mini-PCI Express 2.0 full-size.
 Cổng USB 2.0.
 Khe cắm thẻ nhớ micro-SD hỗ trợ lên tới 32GB.
 Bộ nhớ flash 8MB dùng để chứa firmware hay bootloader.
 256KB - 512KB bộ nhớ lưu trữ chương trình Arduino.
 Khả năng chạy các hệ điều hành Linux Yocto, Linux Debian, Windows 8,
Windows 10,... được tuỳ biến đặc biệt.
.

Hình 2.2 Cấu tạo board mạch Intel Galileo
Trong đó:

 Ethernet Port: Giúp mạch Intel Galileo kết nối với các modem/router để kết nối
với Internet (tốc độ tối đa lên đến 10/100 Mb/s). Nếu mới mua mạch về mà chưa
đụng chạm gì hết thì mặc định chức năng của cổng này sẽ không được khởi động.

9


 RS-232Port: cổng này là một trong 2 cổng UART (Serial) vật lý trên Intel Galieo.
Nó có hình dáng giống hệt một jack cắm tai nghe 3.5mm trên điện thoại. Bắt buộc
phải dùng cổng này nếu muốn truy cập sâu vào hệ thống để cài đặt những hệ điều
hành Linux khác (Ví dụ debian, ubuntu, centos,...). Nếu khơng, chỉ có thể cài đặt
được hệ điều hành Yocto. Để kết nối vs máy tính cần phải có một bộ SF Cable,
DB9 Female to 3.5mm Serial (đối với máy tính để bàn có cổng COM) và nếu dùng
máy tính xách tay hoặc máy tính bàn khơng có cổng COM, thì cần thêm bộ USB
2.0 to RS-232 DB9 Serial Converter. Tuy nhiên, chúng ta vẫn có một cách khác
nối với máy tính để bàn có sẵn cổng COM , 3 sợi dây breadboard đực và 3 sợi dây
breadboard cái là đủ.
 USB Client: Cổng này là cổng Micro USB (uUSB) vì vậy chúng ta có thể lấy dây
sạc điện thoại thơng minh để sử dụng. Cổng này dùng để lập trình với chương
trình Arduino từ máy tính. Cổng này là CỔNG SERIAL ẢO duy nhất của Intel
Galileo, và nó được thiết kế ra để cho chúng ta lập trình với chương trình Arduino.
Khi chúng ta cài một hệ điều hành Linux khác (ví dụ debian) thì lúc bấy giờ chúng
ta khơng thể sử dụng Arduino để lập trình cho Galileo được nữa, mà chúng ta phải
dùng các kiến thức điều khiển các chân GPIO của vi xử lý Quark.
 USB 2.0 Host: Đây là cổng USB dùng cho việc nhận tín hiệu các thiết bị ngoại vi
như webcam, usb micro, usb,... Intel Galileo hỗ trợ lên đến 128 thiết bị ngoại vi.
 Digital Pin, Analog Pin, Power Pin: Có các thơng số sau:


8 chân cấp điện (5V, 3.3V, RESET, GND,...) [Power Pin]



6 chân Analog (A0 - A5) [Analog Pin]



14 chân Digital (D0-D13) trong đó bao gồm 2 chân TX 1, RX 0 (cổng
UART vật lý cuối cùng của Intel Galileo), và 6 chân xung PWM. tại các
chân D3, D5, D6, D9, D10, D11.



Cổng 2x3 ICPS dùng để giao tiếp SPI

 Reboot Button: Nút này sẽ khởi động lại toàn bộ board Intel Galileo, nghĩa là nó
sẽ khởi động lại cả một máy tính (ở đây máy tính là mạch Intel Galileo).
 Pin 13 LED: Khi chúng ta lập trình Arduino trên Intel Galileo mà đụng đến chân
digital 13 và pinMode nó là OUTPUT thì xuất HIGH là nó sáng, LOW là nó tắt.
 Arduino Reset Button: Nút này giống như nút reset trên mạch Arduino Uno. Khi
nhấn vào nó chỉ reset Sketch được upload từ chương trình Arduino mà thơi chứ
10


không reset cả mạch. Chúng ta sẽ nhấn nút này nếu muốn reset lại chương trình
của mình. Và chúng ta nhấn bao nhiêu cũng được hết, nó khơng ảnh hưởng đến
thẻ nhớ đâu.
 Power Indicator: đèn LED này sẽ sáng khi chúng ta gắn nguồn và mạch đang khởi
động. Đèn này sẽ tắt khi Galileo đã đươc tắt.
 SD Activity Indicator: đèn LED này sẽ sáng khi mạch Intel Galileo có truy cập

đến thẻ nhớ của chúng ta. Viết chương trình và sử dụng tệp trên RAM sẽ làm cho
thẻ nhớ của chúng ta bền hơn và Server Load của mạch sẽ thấp.
 MicroSD Card: Đây là nơi chúng ta sẽ gắn thẻ nhớ điện thoại nào. Nó sẽ được cài
sẵn một hệ điều hành trên này và mạch Intel Galileo sẽ boot hệ điều hành ấy lên
khi khởi động. Thẻ uSD Card là thẻ nhớ điện thoại. Và mạch Galileo hỗ trợ thẻ
nhớ có dung lượng đến 32GB. Thực sự thì chỉ cần thẻ nhớ 1GB là quá đủ.
 5V Power In: Đây là cổng nguồn của Galileo, chúng ta chỉ việc gắn cổng nguồn
của bộ sạc (có sẵn khi đập hộp mạch Galileo) vào là xong.
 Ngoài ra, ở dưới mạch Galileo cịn có một cổng PCIe (Peripheral Component
Interconnect Express). Cổng này được Intel Galileo sử dụng để gắn card Wifi vào.
Nghĩa là với card Wifi này chúng ta sẽ dễ dàng cài đặt Galileo truy cập vào một
Access Point (router Wifi) nào đó mà khơng cần sử dụng một cục thu wifi (router
Client) qua cổng LAN (Ethernet).
2.1.4 Nguồn điện của Galileo:
Mạch Intel Galileo có thể được cấp nguồn thông qua cổng USB Client. Tuy nhiên,
Intel khuyên không nên làm như vậy. Vì vậy hãy sử dụng bộ nguồn mà Intel gửi (5V
2.0A) để cấp nguồn cho Intel Galileo. Nếu chúng ta sử dụng một bộ nguồn riêng của
chúng ta, Intel khuyên cần phải sử dụng một bộ nguồn có thể cho dịng max lên đến 3A.
Và hiệu điện thế 5V vừa là hiệu điện thế tối đa và cũng là hiệu điện thế tối thiểu.

11