Thực tập Đồ Án môn học Đa ngành hướng công nghệ phần mềm báo cáo Đồ Án phát triển Ứng dụng nhà thông minh

• Gửi cảnh báo khi phát hiện sự cố như rò rỉ khí gas, nhiệt độ cao, hoặc độ ẩm thấpthông qua ứng dụng.• Người dùng có thể theo dõi lịch sử hoạt động của thiết bị, nhận báo cáo tổng hợp v

KHOA KHOA HỌC VÀ KỸ THUẬT MÁY TÍNH

Thực tập Đồ án môn học Đa ngành - Hướng

Công nghệ phần mềm

BÁO CÁO ĐỒ ÁN

PHÁT TRIỂN ỨNG DỤNG NHÀ THÔNG MINH

Sinh viên thực hiện: Nguyễn Duy Khiêm 2211571

Phan Nguyễn Hữu Phước 2212720Thòng Thượng Hà 2113277Phạm Minh Phúc 2212645

Lê Công Minh 2212044

Tp Hồ Chí Minh, Tháng 2/2025

Mục lục

2 Yêu cầu chức năng và yêu cầu phi chức năng 3

2.1 Yêu cầu chức năng 3

2.1.1 Mảng Internet vạn vật 3

2.1.2 Mảng ứng dụng di động 3

2.2 Yêu cầu phi chức năng 4

2.2.1 Mảng Internet vạn vật 4

2.2.2 Mảng ứng dụng di động 4

3 Thiết bị được sử dụng 5 3.1 Thiết bị đầu vào 5

3.1.1 Cảm biến nhiệt độ, độ ẩm DHT20 5

3.1.2 Cảm biến gas MQ-2 5

3.1.3 Cảm biến ánh sáng 5

3.1.4 Cảm biến khoảng cách 6

3.2 Thiết bị đầu ra 6

3.2.1 Buzzer 6

3.2.2 Mini fan 6

3.2.3 Servo 6

3.2.4 Relay 6

4 Mô tả Use case 6 4.1 Use-case diagram 6

4.2 Đặc tả use-case 8

4.2.1 Usecase 1: Thiết lập chế độ thủ công 8

4.2.2 Usecase 2: Thiết lập chế độ bán tự động 9

4.2.3 Usecase 3: Thiết lập chế độ tự động 10

4.2.4 Usecase 4: Điều khiển bằng giọng nói 11

4.2.5 Usecase 5: Theo dõi lịch sử dữ liệu cảm biến 12

4.2.6 Usecase 6: Theo dõi lịch sử trạng thái thiết bị 13

5 Mock up 15 6 Kiến trúc hệ thống 15 7 Lược đồ kỹ thuật 16 7.1 Class diagram 16

7.2 Deployment View 18

7.3.5 Activity Diagram: Lịch sử dữ liệu cảm biến 227.3.6 Activity Diagram: Theo dõi lịch sử thiết bị 23

8.1 Enhanced Entity-Relationship Diagram 248.2 Relation Schema 25

1 Giới thiệu đề tài

Nhà thông minh là một giải pháp công nghệ hiện đại giúp tự động hóa và tối ưu hóa môitrường sống Thay vì phải điều chỉnh thủ công các thiết bị như đèn, quạt, máy bơm hay cửa,người dùng có thể quản lý chúng một cách linh hoạt thông qua cảm biến tự động và ứngdụng di động

Điều kiện trong nhà có thể bị ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố như ánh sáng, nhiệt độ, độ ẩm

và chất lượng không khí Bình thường, việc thực hiện thủ công thường mất nhiều thời gian

và công sức, đặc biệt là trong hoàn cảnh cần hành động nhanh chóng Hiện nay, với sự pháttriển của công nghệ Internet vạn vật (IoT) và kết nối không dây, hệ thống nhà thông minhgiúp tự động hóa các tác vụ này, tăng cường tiện ích, tiết kiệm công sức và nâng cao chấtlượng cuộc sống

Với mục tiêu mang đến sự tiện nghi và an toàn, dự án hướng đến việc phát triển một

hệ thống nhà thông minh với khả năng tự động điều chỉnh thiết bị dựa trên dữ liệu từ cảmbiến Các thiết bị trong hệ thống có thể giám sát môi trường, điều chỉnh nhiệt độ, ánh sáng

và đảm bảo an ninh một cách hiệu quả Một ứng dụng di động cũng được tích hợp để giúpngười dùng dễ dàng kiểm soát và tùy chỉnh hệ thống theo nhu cầu

2 Yêu cầu chức năng và yêu cầu phi chức năng

2.1 Yêu cầu chức năng

2.1.1 Mảng Internet vạn vật

• Cảm biến ánh sáng: Tự động bật/tắt đèn dựa trên cường độ ánh sáng môi trường vàgửi thông báo khi hệ thống gặp sự cố

• Cảm biến nhiệt độ: Điều khiển quạt theo nhiệt độ môi trường và cảnh báo khi nhiệt

độ vượt ngưỡng an toàn

• Cảm biến khí gas: Phát hiện rò rỉ khí gas, tự động mở cửa, gửi cảnh báo ngay lập tứcđến ứng dụng

• Cảm biến hồng ngoại: Phát hiện chuyển động để bật đèn hoặc mở cửa

• Cảm biến khoảng cách: Tự động mở cửa trong nhà khi có người đến gần trong phạm

vi nhất định

2.1.2 Mảng ứng dụng di động

• Hệ thống cung cấp thông tin trạng thái thiết bị theo thời gian thực

• Gửi cảnh báo khi phát hiện sự cố như rò rỉ khí gas, nhiệt độ cao, hoặc độ ẩm thấpthông qua ứng dụng.

• Người dùng có thể theo dõi lịch sử hoạt động của thiết bị, nhận báo cáo tổng hợp vềtình trạng hoạt động của hệ thống

2.2 Yêu cầu phi chức năng

2.2.1 Mảng Internet vạn vật

• Hiệu suất - Performance:

– Cảm biến phải thu thập dữ liệu và phản hồi trong vòng 1 giây sau khi phát hiện

sự kiện

– Hệ thống có thể xử lí ít nhất 100 yêu cầu/giờ từ các cảm biến

• Tính khả dụng - Availability:

– Sau khi gặp lỗi, hệ thống cần không quá 15 phút để khôi phục lại dịch vụ

– Khi một cảm biến ngừng hoạt động hơn 10 giây, hệ thống cần ghi nhận lại lỗi vàgửi báo cáo

• Bảo trì - Maintainability:

– Sau khi gặp lỗi, hệ thống cần không quá 15 phút để khôi phục lại dịch vụ

– Khi một cảm biến ngừng hoạt động hơn 10 giây, hệ thống cần ghi nhận lại lỗi vàgửi báo cáo

• Bảo mật - Security:

– Chỉ các thiết bị đã đăng ký vào hệ thống mới có quyền gửi dữ liệu

– Dữ liệu được gửi từ cảm biến phải được mã hóa

2.2.2 Mảng ứng dụng di động

• Hiệu suất - Performance:

– Ứng dụng cần cập nhật trạng thái các cảm biến theo thời gian thực không quá 2s.– Chuyển trang và tải lại trang có độ trễ dưới 1s trong điều kiện mạng ổn định

• Tính khả dụng - Availability:

– Khi bị mất kết nối, cần đảm bảo các thông báo trong khoảng thời gian mất kếtnối vừa rồi được gửi lại ngay khi được kết nối lại

• Bảo trì - Maintainability:

– Các lỗi ở hệ thống phải được xử lí trong thời gian quy định, tùy thuộc vào độphức tạp của lỗi

• Bảo mật - Security:

– Người dùng phải đăng nhập 2 yếu tố để truy cập vào hệ thống

– Hệ thống phân quyền theo vai trò, giới hạn quyền truy cập của từng loại ngườidùng

– Dải nhiệt độ đo: −40 ∼ 80◦C, ±0.5◦

• Ứng dụng: Đo lường nhiệt độ và độ ẩm để gửi đến IOT server Cảm biến nhiệt độ được

sử dụng để giúp tự động hóa điều khiển máy quạt trong nhà

3.1.4 Cảm biến khoảng cách

• Đặc đểm:

– Phạm vi đo: 3 cm đến 400 cm

– Góc đo: 30◦

– Trả về thời gian sóng siêu âm đi và quay lại, từ đó tính khoảng cách

• Ứng dụng: Tự động mở cửa khi có người đến gần (ví dụ: khoảng cách < 50 cm)

– Bật/tắt đèn tự động dựa trên cảm biến ánh sáng

– Điều khiển quạt khi cần

4 Mô tả Use case

4.1 Use-case diagram

Hình 1: Usecase tổng cho ứng dụng Hệ thống nhà thông minh

4.2 Đặc tả use-case

No Tên Use Case Mô tả

1 Thiết lập chế độ thủ công Người dùng có thể bật/tắt hoặc điều chỉnh thiết bị thông

qua ứng dụng hoặc công tắc vật lý

2 Thiết lập chế độ bán tự động Người dùng có thể thiết lập thời gian bật/tắt thiết bị

theo lịch trình cụ thể

3 Thiết lập chế độ tự động Hệ thống tự động điều khiển thiết bị dựa trên dữ liệu

cảm biến và ngưỡng thiết lập trước đó

4 Điều khiển bằng giọng nói Người dùng có thể điều khiển thiết bị thông qua nhận

diện bằng lệnh giọng nói

5 Theo dõi lịch sử dữ liệu cảm biến Hệ thống ghi nhận dữ liệu cảm biến theo thời gian thực

và hiển thị trên ứng dụng

6 Theo dõi lịch sử trạng thái thiết bị Người dùng có thể xem lại lịch sử hoạt động của thiết

bị, bao gồm trạng thái bật/tắt, điều chỉnh mức độ, Bảng 1: Danh sách Use Case tổng hệ thống nhà thông minh

4.2.1 Usecase 1: Thiết lập chế độ thủ công

Use-Case Name Thiết lập chế độ thủ công

Actor Người dùng, thiết bị thông minh, cảm biến

Trigger Người dùng nhấn vào "Chế độ thủ công" trên ứng dụng Hệ thống

nhà thông minhDescription Chuyển tất cả thiết bị thông minh, cảm biến trong nhà sang chế

độ tắt/mở và điều chỉnh thủ côngPreconditions Người dùng đăng nhập tài khoản vào ứng dụng và đang ở giao diện

"Chế độ"

Postconditions POST-1: Có thể thiết lập trực tiếp thiết bị và cảm biến ngay trên

ứng dụngPOST-2: Cập nhật lịch sử hoạt độngNormal flow 1 Người dùng vào giao diện "Chế độ" và chọn "Chế độ thủ công"

2 Hệ thống hiển thị các Thiết bị

3 Người dùng chọn một thiết bị cần điều chỉnh

4 Người dùng có thể thực hiện các thao tác:

Alternative flows Alternative flow 1: Hệ thống nhận diện lệnh điều khiển từ giọng

nói thay vì thao tác bằng tay

3.a Người dùng kích hoạt tính năng điều khiển giọng nói

3.b Người dùng ra lệnh điều khiển thiết bị 3.c Hệ thống nhận diện lệnh và thực hiện tương ứng

4.a Hệ thống hiển thị cảnh báo "Giá trị không hợp lệ Vui lòngnhập lại"

Exception 3: Hệ thống gặp sự cố trong quá trình ghi lại lịch sửhoạt động

6.a Hệ thống thông báo lỗi nhưng vẫn tiếp tục cho phép điều khiểnthiết bị

4.2.2 Usecase 2: Thiết lập chế độ bán tự động

Use-Case Name Thiết lập chế độ bán tự động

Actor Người dùng, thiết bị thông minh

Trigger Người dùng chọn "Chế độ bán tự động" trên ứng dụng Hệ thống

nhà thông minhDescription Người dùng có thể đặt lịch hoạt động cho thiết bị để tự động bật/tắt

vào thời điểm nhất định hoặc theo lịch lặp lại (ngày, tuần)Preconditions Người dùng đăng nhập tài khoản vào ứng dụng và đang ở giao diện

"Chế độ"

Postconditions POST-1: Hệ thống kích hoạt thiết bị theo lịch trình được đặt

POST-2: Cập nhật lịch sử trạng thái thiết bị

Normal flow 1 Người dùng vào giao diện "Chế độ" và chọn "Chế độ bán tự

động"

2 Hệ thống hiển thị danh sách thiết bị có thể đặt lịch hoạt động

3 Người dùng chọn thiết bị và thiết lập thời gian bật/tắt

4 Người dùng chọn chế độ lặp lại (một lần, hàng ngày, hàng tuần)

8 Hệ thống ghi nhận lịch sử thay đổi trạng thái thiết bị

9 Người dùng có thể xem, chỉnh sửa hoặc xóa lịch trình đã đặt.Alternative flows Alternative flow 1: Người dùng muốn kích hoạt thiết bị sớm hơn

hoặc tắt trước thời gian đã đặt

7.a Người dùng vào ứng dụng và thay đổi trạng thái thiết bị.7.b Hệ thống tạm thời ghi đè lịch trình và thực hiện thao tác theoyêu cầu của người dùng

Alternative flow 2: Người dùng chỉnh sửa hoặc xóa lịch trình đãđặt

9.a Người dùng vào giao diện "Lịch trình" và chọn lịch trình cầnchỉnh sửa hoặc xóa

9.b Nếu chỉnh sửa, người dùng thay đổi thông tin và lưu lại Hệthống cập nhật cơ sở dữ liệu

9.c Nếu xóa, hệ thống yêu cầu xác nhận trước khi thực hiện.Exceptions Exception 1: Người dùng nhập thời gian không hợp lệ (ví dụ: đặt

Exception 3: Xung đột lịch trình với một chế độ khác (ví dụ: chế

độ thủ công hoặc tự động)

7.b Hệ thống thông báo về xung đột lịch trình và yêu cầu xác nhận

từ người dùng

4.2.3 Usecase 3: Thiết lập chế độ tự động

Use-Case Name Thiết lập chế độ tự động

Actor Người dùng, thiết bị thông minh, cảm biến

Trigger Người dùng chọn "Chế độ tự động" trên ứng dụng Hệ thống nhà

thông minh

Description Hệ thống tự động điều chỉnh thiết bị thông minh dựa trên dữ liệu

cảm biến và các ngưỡng đã thiết lập trước đóPreconditions Người dùng đăng nhập tài khoản vào ứng dụng và đang ở giao diện

"Chế độ"

Postconditions POST-1: Hệ thống tự động điều chỉnh thiết bị khi đạt đến ngưỡng

cảm biếnPOST-2: Cập nhật lịch sử trạng thái thiết bịNormal flow 1 Người dùng vào giao diện "Chế độ" và chọn "Chế độ tự động"

2 Hệ thống hiển thị danh sách thiết bị thông minh và cảm biến

3 Người dụng chọn những thiết bị muốn bật

4 Hệ thống kích hoạt chế độ tự động và bắt đầu theo dõi dữ liệucảm biến

5 Hệ thống ghi nhận thay đổi trạng thái thiết bị vào lịch sử hoạtđộng

6 Người dùng có thể giám sát hoặc điều chỉnh lại các ngưỡng thiếtlập

Alternative flows Alternative flow 1: Người dùng muốn bật/tắt thiết bị ngay cả

khi chế độ tự động đang hoạt động

4.a Người dùng nhấn vào thiết bị trên ứng dụng để điều khiển thủcông

4.b Hệ thống tạm thời ghi đè chế độ tự động và thực hiện theo yêucầu của người dùng

Exceptions Exception 1: Không có dữ liệu cảm biến trong khoảng thời gian

Exception 3: Thiết bị không phản hồi khi hệ thống gửi lệnh tựđộng

6.a Hệ thống hiển thị cảnh báo và ghi nhận lỗi vào lịch sử hoạtđộng

4.2.4 Usecase 4: Điều khiển bằng giọng nói

Use-Case Name Điều khiển bằng giọng nói

Actor Người dùng, thiết bị thông minh, hệ thống AI

Preconditions - Hệ thống thu âm đang hoạt động và được tích hợp AI.

- Cửa đã được kết nối với hệ thống điều khiển

Postconditions POST-1: Cửa tự động mở sau khi yêu cầu từ giọng nói hợp lệ

POST-2: Cập nhật lịch sử trạng thái của cửa

Normal flow 1 Người dùng ra lệnh mở cửa bằng giọng nói

2 Hệ thống thu âm và xử lý âm thanh

3 Hệ thống AI phân tích câu lệnh

4 Câu lệnh thỏa mãn yêu cầu (có chứa từ khóa), hệ thống sẽ gửitín hiệu để mở cửa

5 Cửa nhận tín hiệu và mở theo yêu cầu

6 Hệ thống ghi nhận thay đổi trạng thái của cửa và ghi vào lịch sửhoạt động

Alternative flows Alternative flow 1: Người dùng ra lệnh bằng giọng nói nhưng

câu lệnh không rõ hoặc âm thanh thu vào bị nhiễu

1.a Hệ thống yêu cầu người dùng nhắc lại câu lệnh

1.b Câu lệnh mới được xác nhận đúng, hệ thống sẽ mở cửa.Exceptions Exception 1: Hệ thống thu âm bị lỗi, không ghi nhận được bất

kỳ âm thanh đầu vào

1.a Hệ thống thông báo "Không nhận được âm thanh, vui lòngkiểm tra thiết bị thu âm"

Exception 2: Cửa bị lỗi hoặc bị chặn

5.a Hệ thống hiển thị thông báo lỗi "Không thể mở cửa" và yêucầu người dùng kiểm tra thủ công

4.2.5 Usecase 5: Theo dõi lịch sử dữ liệu cảm biến

Use-Case Name Theo dõi lịch sử dữ liệu cảm biến

Actor Người dùng, cảm biến

Trigger Người dùng truy cập vào giao diện "Lịch sử cảm biến" trên ứng

dụng để xem dữ liệu đã ghi nhận

Description Hệ thống ghi nhận dữ liệu cảm biến theo thời gian thực và lưu trữ

để người dùng có thể xem lại lịch sử dữ liệu

Preconditions Hệ thống có dữ liệu cảm biến được thu thập trước đó

Postconditions POST-1: Hệ thống hiển thị lịch sử dữ liệu cảm biến theo thời gian

thực

POST-2: Người dùng có thể lọc hoặc tìm kiếm dữ liệu theo khoảngthời gian

Normal flow 1 Người dùng vào giao diện "Lịch sử cảm biến".

2 Hệ thống hiển thị danh sách cảm biến được sử dụng

3 Người dùng chọn một loại cảm biến để xem dữ liệu

4 Hệ thống hiển thị lịch sử dữ liệu cảm biến theo thời gian thực

5 Người dùng có thể chọn khoảng thời gian cụ thể để xem dữ liệu

6 Hệ thống lọc và hiển thị dữ liệu theo yêu cầu của người dùng.Alternative flows Alternative flow 1: Xem dữ liệu cảm biến từ trang chính

1.a Người dùng chọn tùy chọn "Xem lịch sử" của thiết bị trên trangchính

1.b Hệ thống hiển thị lịch sử dữ liệu của cảm biến theo thời gian.Alternative flow 2: Người dùng muốn xuất file dữ liệu cảm biến5.a Người dùng chọn tùy chọn "Xuất dữ liệu"

5.b Hệ thống xử lý và tạo tệp dữ liệu dạng excel

5.c Người dùng tải xuống dữ liệu và có thể mở tệp để xem

Exceptions Exception 1: Không có dữ liệu cảm biến trong khoảng thời gian

chọn6.a Hệ thống hiển thị thông báo "Không có dữ liệu trong khoảngthời gian này"

Exception 2: Lỗi khi xuất dữ liệu cảm biến4.a Hệ thống hiển thị thông báo: "Xuất dữ liệu thất bại Vui lòngthử lại sau"

4.2.6 Usecase 6: Theo dõi lịch sử trạng thái thiết bị

Use-Case Name Theo dõi lịch sử trạng thái thiết bị

Actor Người dùng, thiết bị thông minh

Trigger Người dùng truy cập vào "Theo dõi lịch sử trạng thái của thiết bị"Description Cho phép người dùng truy cập vào hệ thống để xem lịch sử trạng

thái hoạt động của thiết bị thông minh (đèn, quạt, cửa, buzzer)

Hệ thống sẽ hiển thị thông tin như thời gian, trạng thái, hoặc cácthay đổi do người dùng hoặc tự động thực hiện

Preconditions PRE-1: Người dùng đã đăng nhập vào hệ thống

PRE-2: Thiết bị thông minh đã được kết nối và hoạt động bìnhthường

PRE-3: Bộ vi xử lý điều khiển chung và broker hoạt động bìnhthường để hỗ trợ truy vấn dữ liệu

PRE-4: Hệ thống đã ghi lại lịch sử trạng thái của thiết bịPostconditions POST-1: Người dùng nhận được thông dưới dạng danh sách

Normal flow 1 Người dụng chọn chức năng “Theo dõi lịch sử trạng thái của thiết

bị” từ menu

2 Hệ thống hiển thị danh sách các thiết bị thông minh (Đèn phòngkhách, Quạt phòng ngủ, Cửa chính)

3 Người dùng chọn một thiết bị cụ thể để xem lịch sử trạng thái

4 Hệ thống truy vấn cơ sở dữ liệu để lấy lịch sử trạng thái củathiết bị được chọn

5 Hệ thống hiển thị lịch sử trạng thái của thiết bị dưới dạng danhsách

6 Người dùng xem thông tin và có cuộn hoặc lọc dữ liệu (theo thờigian)

7 Người dùng thoát khỏi chức năng bằng cách quay lại menu chínhhoặc đóng giao diện

Alternative flows Alternative flow 1: Lọc dữ liệu theo khoảng thời gian

5.a Sau khi hệ thống hiển thị lịch sử trạng thái, người dùng chọntùy chọn lọc dữ liệu (ví dụ: xem dữ liệu trong 24 giờ qua, 7 ngàyqua, hoặc tùy chỉnh khoảng thời gian)

5.b Hệ thống cập nhật và hiển thị lại dữ liệu lịch sử trạng tháitheo khoảng thời gian được chọn Alternative flow 2: Người dùngmuốn xuất file dữ liệu trạng thái của thiết bị

5.c Người dùng chọn tùy chọn "Xuất dữ liệu"

5.d Hệ thống xử lý và tạo tệp dữ liệu dạng excel

5.e Người dùng tải xuống dữ liệu và có thể mở tệp để xem

Exceptions Exception 1: Không có dữ liệu lịch sử

4.a Hệ thống không tìm thấy dữ liệu lịch sử của thiết bị (có thể dothiết bị mới được thêm vào hoặc chưa hoạt động)

4.b Hệ thống hiển thị thông báo "Không có dữ liệu lịch sử chothiết bị này.”

- Quay lại Bước 3 để chọn thiết bị khác Exception 2: Lỗi hệ thốnghoặc cơ sở dữ liệu

4.c Hệ thống gặp lỗi khi truy vấn cơ sở dữ liệu

4.d Hệ thống hiển thị thông báo: "Lỗi hệ thống, vui lòng thử lạisau.”

- Người dùng thoát khỏi chức năng bằng cách quay lại menu chínhhoặc đóng giao diện