Thiết kế hệ thống an ninh ứng dụng trong smart home

Nhà thông minh smart home hoặc Intellihome là kiểu nhà được lắp đặt các thiết bị điện, điện tử có tác dụng tự động hoá hoàn toàn hoặc bán tự động, thay thế con người trong việc thực hiện

KHOA CÔNG NGHỆ ĐIỆN TỬ THÔNG TIN

Hà Nội, tháng 05/2017

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

Họ và tên sinh viên: Lê Vĩnh Thành

Lớp: K16B Khóa: 2013-2017

Ngành đào tạo: Công nghệ Điện tử Thông Tin Hệ đào tạo: ĐHCQ

1/ Tên đồ án tốt nghiệp:

.Thiết kế hệ thống an ninh dứng dụng trong Smart home

2/ Nội dung chính của đồ án:

1/ Chương 1: Giới thiệu đề tài

2/ Chương 2: Giới thiệu hệ thống nhà thông minh và thiết kế hệ thống an ninh cho ngôi nhà

3/ Chương 3: Các linh kiện sử dụng

4/ Kết Luận

3/ Cơ sở dữ liệu ban đầu:

4/ Ngày giao đồ án: / / 2017

5/ Ngày nộp đồ án: / / 2017

TRƯỞNG KHOA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

(Ký, ghi rõ họ tên) ( Ký, ghi rõ họ tên)

VIỆN ĐẠI HỌC MỞ HÀ NỘI

KHOA CN ĐIỆN TỬ - THÔNG TIN

CỘNG HÒA XA HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

MỞ ĐẦU

Ngày nay với sự phát triển như vũ bão của khoa học công nghệ kéo theo là sự phát triển mạnh mẽ về Điện-Điện Tử và Công nghệ thông tin đã tạo ra bước ngoặt mới trong việc phát triển ứng dụng phục vụ cho cuộc sống và nhu cầu của con người

Là sinh viên của ngành kỹ thuật sắp ra trường, quá trình thực tập là một quá trình không thể tốt hơn để tìm hiểu, nghiên cứu khoa học công nghệ, nghiên cứu những kiến thức để tạo tiền để cho việc làm đồ án tốt nghiệp và nâng cao tích lũy và kiến thức bản thân

Kiến thức 4 năm học có thể là nhiều nhưng sẽ là không đủ để có thể vững tin bước ra thực tế làm việc Trong thời thời gian 4 năm học chúng ta không những tiếp thu được những kiến thức quý báu , kinh nghiệm của các thầy cô mà còn tiếp thu học tập được những kỹ năng, cách tư duy trong việc phân tích và xử lý công việc.Vì vậy quá trình thực tập là quá trình vô cùng quan trong giúp mỗi chúng ta tổng hợp và trau dồi kiến thức Biết điểm mạnh của mình mà phát huy, biết điểm yếu của mình mà nghiên cứu và học tập Đó cũng là quá trình giúp định hướng công việc sau này và là chìa khóa đi đến thành công

Trong quá trình thực tập, em đã nghiên cứu về việc ứng dụng của module SIM 900A để nhằm đảm bảo an ninh trong ngôi nhà Đây là một vấn đề khá mới nhưng có những ứng dụng vô cùng hữu ích trong cuộc sống hàng ngày, hệ thống có thể giúp chúng ta đảm bảo an ninh cho ngôi nhà cũng như chính bản thân chúng ta

Đặc biệt em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến thầy giáo T.S Đặng Hải Đăng đã tận tình hướng dẫn trong quá trình làm đồ án tốt nghiệp

LỜI CẢM ƠN

Lời đầu tiên cho em xin gửi lời cảm ơn tới quý thầy, cô giáo Viện Đại Học Mở

Hà Nội, các thầy giáo, cô giáo của khoa Công Nghệ Điện Tử Thông Tin đã nhiệt tình giảng dạy và truyền đạt những kiến thức, những kinh nghiệm quý giá trong suốt quá trình học tập dưới mái nhà chung Viện Đại học Mở Hà Nội

Đặc biệt em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới thầy giáo T.S Đặng Hải Đăng đã hướng dẫn giúp đỡ em nhiệt tình trong thời gian thực tập và định hướng làm đồ án tốt nghiệp

Qua đây em xin kính chúc quý thầy, cô giáo Viện Đại Học Mở Hà Nội, đặc biệt

là các thầy, cô giáo khoa Công Nghê Điện Tử Thông tin có một sức khỏe dồi dào, gặp nhiều may mắn trong cuộc sống và gặt hái được nhiều thành công trong công cuộc giảng dạy cũng như sự nghiệp trồng người

Em cũng xin cảm ơn gia đình, bạn bè, những người luôn ủng hộ em trên con đường học tập, giúp đỡ em trong suốt quá trình làm đồ án

Em xin chân thành cảm ơn!

NHẬN XÉT

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU 1

LỜI CẢM ƠN 2

NHẬN XÉT 3

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU 5

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ ĐỒ THỊ 6

CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI 7

1.1 Tình hình thực tế về hệ thống nhà thông minh hiện nay 7

1.2 Giới thệu đề tài 9

1.3 Ý nghĩa đề tài 10

1.4 Mục đích và phương pháp nghiên cứu 11

1.5 Giới hạn đề tài 11

CHƯƠNG II: GIỚI THIỆU HỆ THỐNG NHÀ THÔNG MINH VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG AN NINH CHO NGÔI NHÀ 13

2.1 Giới thiệu về hệ thống nhà thông minh 13

2.2 Các hệ thống trong ngôi nhà thông minh 14

2.3 Thiết kế hệ thống an ninh cho ngôi nhà 17

CHƯƠNG III: CÁC LINH KIỆN SỬ DỤNG 19

3.1 Module SIM 900A 19

3.2 PIC 16F877 30

3.3 Cảm biến tiệm cận 40

3.4 Cảm biến khí gas MQ2: 42

3.5 Cảm biến nhiệt độ LM35: 43

3.6 Loa, đèn báo động: 43

3.7 Kết nối các thiết bị với nhau 44

KẾT LUẬN 46

DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO 47

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU

Bảng 3.1 Định nghĩa chân các giao diện nối tiếp

Bảng 3.2 Định nghĩa chân của giao diện âm thanh

Bảng 3.3 Định nghĩa chân của giao diện SIM

Bảng 3.4 Bảng sơ đồ chân của SIM 900

Bảng 3.5 Định nghĩa chân giao diện LCD

Bảng 3.6 Định nghĩa chân của giao diện bàn phím

Bảng 3.7 Định nghĩa chân của giao diện GPIO

Bảng 3.8 Định nghĩa chân của PWM

Bảng 3.9 Định nghĩa chân của I2C Bus

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ ĐỒ THỊ

Hình 1.1 Mô hình hệ thống nhà thông minh

Hình 1.2 Sơ đồ kết nối các thiết bị trong nhà thông minh

Hình 2.1 Hệ thống nhà thông minh

Hình 2.2 Sơ đồ khối của hệ thống an ninh cho ngôi nhà

Hình 3.1 Module SIM900

Hình 3.2 Sơ đồ chân của SIM900

Hình 3.3 Kết nối các giao diện nối tiếp

Hình 3.4 Sơ đồ mạch ghép nối 8 chân thẻ SIM

Hình 3.5 Sơ đồ ghép nối bàn phim

Hình 3.6 Module SIM900A

Hình 3.7 Kết nối VĐK với SIM900A

Hình 3.8 Mạch nguồn dùng cho Module SIM900A

Hình 3.9 Test module SIM

Hình 3.10 Sơ đồ chân của PIC16F877A

Hình 3.11 Sơ đồ khối của PIC16F877A

Hình 3.12 Tổ chức thanh ghi trong PIC16F877A

Hình 3.13 Bộ định thời timer0

Hình 3.14 Bộ định thời timer1

Hình 3.15 Cảm biến tiệm cận

Hình 3.16 Cảm biến tiệm cận kiểu điện cảm

Hình 3.17 Cảm biến tiệm cận kiểu điện dụng

Hình 3.18 Lựa chọn cảm biến tiệm cận

CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI

1.1 Tình hình thực tế về hệ thống nhà thông minh hiện nay

Nhà thông minh (smart home hoặc Intellihome) là kiểu nhà được lắp đặt các thiết

bị điện, điện tử có tác dụng tự động hoá hoàn toàn hoặc bán tự động, thay thế con người trong việc thực hiện một hoặc một số thao tác quản lư, điều khiển Nhà thông minh đã được ứng dụng rất nhiều trên thế giới và trong những năm gần đây đã xuất hiện nhiều ở Việt Nam Ví dụ như trong Triển lãm thành tựu kinh tế - xã hội Việt Nam và Thăng Long - Hà Nội 2010, Bkav đã giới thiệu Hệ thống nhà thông minh SmartHome Đây là một trong những công trình công nghệ cao hoàn toàn do các kỹ sư và chuyên gia của Công ty đầu tư phát triển công nghệ ngôi nhà thông minh Bkav SmartHome (công ty thành viên của Bkav) nghiên cứu và sản xuất; Trường ĐH Công nghệ (ĐHQG Hà Nội) cũng đã thành công với đề tài nghiên cứu về nhà thông minh thuộc KC.03/06-10; Hay như Cisco Systems Việt Nam đã đưa ra thị trường giải pháp tòa nhà thông minh CCRE (Cisco Connected Real Estate); và gần đây nhất là hội thảo về Giải pháp nhà thông minh

do Công ty Cổ phần Biển Bạc phối hợp với các đối tác tổ chức vào ngày 23/02/2011 tại

Hà Nội đã thu hút được đông đảo khách quan tâm tham dự

Hình 1.1: Mô hình hệ thống nhà thông minh

Hiện nay trên thị trường có rất nhiều hãng cung cấp các sản phẩm an ninh, giám sát có tính năng hiện đại, thông minh, công nghệ cao Tuy nhiên, các thiết bị an ninh

giám sát đã là thông minh thì thường phải liên quan đến phần mềm và mỗi hãng lại có từng phần mềm khác nhau để đáp ứng nhu cầu thị hiếu của nhiều khách hàng khác nhau

Do đó, khó khăn của các hãng khi vào thị trường Việt Nam là khó cung cấp và đầu tư đồng bộ Các chủ đầu tư không thể chỉ mua sản phẩm của một hãng mà có thể phải mua của nhiều hãng khác nhau Vì vậy, rất cần có sự tích hợp, đồng bộ giữa các hãng

để đáp ứng được nhu cầu của người dùng

Giải quyết bài toán nói trên, hiện nay ở thị trường trong nước doanh nghiệp Việt Nam đã có thể tích hợp được các hệ thống an ninh giám sát của các hãng thành một hệ thống hoàn thiện Nhiều doanh nghiệp đã phát triển được các phần mềm thông minh,

có thể tích hợp được các hệ thống, hiểu lẫn nhau Hoặc hiện nay, công nghệ an ninh giám sát cũng được chế tạo để dành cho rất nhiều người sử dụng ở các nước, với các ngôn ngữ khác nhau như: Anh, Pháp, Trung Quốc, Nga và trong đó có cả ngôn ngữ tiếng Việt Và phần mềm tích hợp thông minh là phải giải quyết được việc giải nghĩa, dịch các loại ngôn ngữ đó, để người dùng ở quốc gia nào, ngôn ngữ nào đều có thể lựa chọn cho phù hợp với điều kiện, hoàn cảnh của mình

Trở lại quá khứ, chúng ta đã trải qua suốt một thời gian dài trong chiến tranh bảo vệ Tổ quốc nên hầu như không được tiếp cận với những công nghệ mới, thiết bị hiện đại của thế giới Trong khi đó, nhiều quốc gia láng giềng, và thế giới đã ứng dụng

và phát triển rất mạnh về công nghệ Chỉ sau khi chiến tranh kết thúc và nhất là sau khi Việt Nam gia nhập WTO, chúng ta hội nhập mạnh mẽ vào các hiệp hội, tổ chức có quy

mô quốc tế, toàn cầu thì mới có cơ hội tiếp cận, giao lưu thương mại Hội nhập nền kinh tế thế giới đồng nghĩa với việc các hàng hóa của Việt Nam có thể phát triển mạnh xuất khẩu ra nước ngoài và ngược lại có thể nhập khẩu hàng hóa từ nước ngoài vào Việt Nam, trong đó có mặt hàng công nghệ, thiết bị hiện đại phục vụ sản xuất và nhu cầu của người dân, đảm bảo trình độ công nghệ tiến kịp, tương đương với các nước trong khu vực và trên toàn thế giới

Ngày nay, xã hội càng hiện đại, khoa học kỹ thuật càng phát triển thì cuộc sống của con người càng đầy đủ tiện nghi và việc ứng dụng tự động hóa càng được rộng rãi Trong căn nhà thông minh, đồ dùng trong nhà từ phòng ngủ, phòng khách đến toilet đều gắn các bộ điều khiển điện tử có thể kết nối với Internet và điện thoại di động, cho

theo lịch Thêm vào đó, các đồ gia dụng có thể hiểu được ngôn ngữ của nhau và có khả năng tương tác với nhau Ví dụ, Biệt thự Thái Bình Dương của Bill Gates, được mệnh danh là "ngôi nhà thông minh" đầu tiên trong lịch sử loài người cả về nghĩa đen

và nghĩa bóng, do có những hệ thống trang, thiết bị điện tử tinh vi, hiện đại và rất phức tạp được bố trí ở nội thất bên trong Tuy nhiên, có một điều có thể nhận thấy là giải pháp quản lý ngôi nhà thông minh hoặc tòa nhà thông minh do các tập đoàn lớn hay các doanh nghiệp nhỏ cung cấp đều phụ thuộc khá nhiều vào chất lượng dịch vụ viễn thông, bao gồm mạng điện thoại và mạng Internet tốc độ cao

Hình 1.2: Sơ đồ kết nối các thiết bị trong nhà thông minh

Ước mơ có được một ngôi nhà thông minh hiện nay không phải là điều quá xa vời đối với mỗi chúng ta Nếu muốn, bạn có thể tìm đến các nhà cung cấp thiết bị và

họ sẽ tư vấn, lắp đặt cho bạn có một ngôi nhà theo đúng như ý bạn muốn và phù hợp với khả năng tài chính của bạn

1.2 Giới thệu đề tài

Ngày nay cùng với sự phát triển mạnh mẽ của các ngành khoa học kĩ thuật, công nghệ kĩ thuật điện tử mà trong đó là kĩ thuật điều khiển tự động đóng vai trò quan trọng trong mọi lĩnh vực khoa học kĩ thuật, quản lí, công nghiệp, cung cấp thông tin,…Do đó là một sinh viên chuyên ngành Điện tử chúng ta phải biết nắm bắt và tận dụng nó một cách có hiệu quả nhằm góp phần vào sự phát triển của khoa học kĩ thuật

thế giới nói chung và trong sự phát triển kĩ thuật điện tử nói riêng Bên cạnh đó còn là

sự thúc đẩy của kinh tế nước nhà

Như chúng ta cũng đã biết, gần như các thiết bị tự động trong nhà máy, trong đời sống của các gia đình hiện nay đều hoạt động độc lập với nhau, mỗi thiết bị có một quy trình sử dụng khác nhau tùy thuộc vào sự thiết lập, cài đặt của người sử dụng Chúng chưa có sự liên kết nào với nhau về mặt dữ liệu Nhưng đối với hệ thống điều khiển thông qua tin nhắn SMS thì lại khác Ở đây, các thiết bị điều khiển tự động được kết nối với nhau bằng một hệ thống hoàn chỉnh qua một thiết bị trung tâm và có thể giao tiếp với nhau về mặt dữ liệu

Trong thời gian gần đây tình trạng trộm cắp đã trở nên tinh vi và phổ biến tại Việt Nam Các vụ việc trên không những gây thiệt hại lớn về tiền, tài sản của các gia đình, tạo ra sự lo lắng cho nhiều người, mà còn ảnh hưởng đến trật tự an toàn xã hội Sau hàng loạt vụ việc trên, nhiều gia đình đã có biện pháp tăng cường lắp đặt các hệ thống báo trộm cho gia đình Tuy nhiên những biện pháp đó đôi khi cũng không phát huy được nhiều tác dụng

Từ những yêu cầu thực tế đó, những đòi hỏi ngày càng cao của cuộc sống cùng với sự hợp tác, phát triển mạnh mẽ của mạng di động nên em đã chọn nghiên cứu đề

tài: “ THIẾT KẾ HỆ THỐNG AN NINH ỨNG DỤNG TRONG SMART HOME

” nhằm đáp ứng được nhu cầu giám sát điều khiển từ xa bằng điện thoại di động góp

phần vào sự tiến bộ, văn minh, hiện đại của gia đình và toàn xã hội

1.3 Ý nghĩa đề tài

Ngày nay đi cùng với sự phát triển của hiện đại, việc bảo mật đã trở nên quen thuộc và thông dụng đối với người dân Việt Nam Tuy nhiên trong thời đại gần đây tình trạng trộm cắp trong các gia đình… diễn ra thường xuyên không những ảnh

hưởng tới tài sản, uy tín của các công ty mà còn ảnh hưởng đến an ninh trật tự xã hội

Từ những nhu cầu thực tế đó, tôi muốn đưa ra một giải pháp thiết kế một hệ thống giám sát, điều khiển an ninh cho các gia đình, cơ quan thông qua tin nhắn SMS

để điều khiển thiết bị, và cảnh báo khi có trộm Việc sử dụng tin nhắn SMS để điều khiển thiết bị có những thuận lợi là tiết kiệm chi phí, mang tính cạnh tranh và cơ động cao (nghĩa là chỗ nào có phủ sóng mạng điện thoại di động ta cũng có thể điều khiển

thiết bị được) Ngoài ra sản phẩm của đề tài này có tính mở, có thể áp dụng cho nhiều đối tượng khác nhau trong dân dụng cũng như trong công nghiệp

1.4 Mục đích và phương pháp nghiên cứu

1.4.1 Mục đích

Đề tài được nghiên cứu, khảo sát và thực hiện với mục đích áp dụng những kiến thức đã học trong nhà trường để giúp chúng ta hiểu rõ hơn về ứng dụng của module SIM 900A trong ngôi nhà thông minh Hệ thống tích hợp module điều khiển giám sát trung tâm và module báo động, và các module tiện ích khác Với module báo động, hệ thống sử dụng cảm biến chuyển động để gửi thông tin dữ liệu về bộ xử lí trung tâm khi

có tác động của đối tượng bên ngoài ( có tác động bất hợp pháp) Qua xử lí, dữ liệu sẽ được gửi tới thiết bị đầu cuối (mobile) để cảnh báo cho biết có tác động của đối tượng bên ngoài (có tác động bất hợp pháp) Module điều khiển giám sát có chức năng điều khiển và giám sát

1.4.2 Phương pháp nghiên cứu

Trong đề tài này tôi đã sử dụng các phương pháp nghiên cứu:

 Tham khảo tài liệu: bằng cách thu thập thông tin từ các cuốn sách liên quan đến điện tử

 Phương pháp quan sát: khảo sát một số mạch điện thực tế đang có trên thị trường và tham khảo thêm một số dạng mạch trên Internet

 Phương pháp thực nghiệm: từ những ý tưởng và kiến thức vốn có của mình kết hợp với sự hướng dẫn của giáo viên, em đã quyết định thực hiện đề tài nghiên cứu của mình

1.5 Giới hạn đề tài

Để thực thi một hệ thống nhà thông minh, điều khiển các thiết bị thông qua tin nhắn SMS áp dụng cho cả ngôi nhà hoàn chỉnh như trên là rất phức tạp và tốn kém Để đáp ứng tất cả các điều kiện đó thì chúng ta cần có một lượng thời gian và kiến thức nhất định Với thời gian và lượng kiến thức có hạn, trong đề tài này em chỉ thực thi một phần nhỏ của hệ thống là : “thiết kế hệ thống an ninh trong ngôi nhà thông qua tin

nhắn SMS”

Với những gì đã trình bày ở trên, em đã tiến hành nghiên cứu, khảo sát và thực hiện ,em đã đặt ra các mục tiêu cho đề tài của mình như sau :

 Hệ thống sẽ tự động báo động bằng cách gửi một tin nhắn SMS tới người điều khiển khi có người lạ đột nhập

 Hệ thống còn tích hợp các cảm biến nhiệt độ, cảm biến khí gas … nhằm đảm bảo an toàn cho mọi người trong gia đình

 Ngoài ra còn có hệ thống báo động (loa) và chúng ta có thể gửi tin nhắn SMS

để có thể điều khiển như: tắt hệ thống báo động và có thể chuyển sang các chế độ khác nhau…

CHƯƠNG II: GIỚI THIỆU HỆ THỐNG NHÀ THÔNG MINH VÀ THIẾT

KẾ HỆ THỐNG AN NINH CHO NGÔI NHÀ

2.1 Giới thiệu về hệ thống nhà thông minh

Hình 2.1: Hệ thống nhà thông minh

Nhà thông minh là ngôi nhà được trang bị các hệ thống tự động thông minh cùng với cách bố trí hợp lý, các hệ thống này có khả năng tự điều phối các hoạt động trong ngôi nhà theo thói quen sinh hoạt và nhu cầu cá nhân của gia chủ Chúng ta cũng có thể hiểu ngôi nhà thông minh là một hệ thống chỉnh thể mà trong

đó, tất cả các thiết bị điện tử gia dụng đều được liên kết với thiết bị điều khiển trung tâm và có thế phối hợp với nhau để cùng thực hiện một chức năng Các thiết

bị này có thể tự đưa ra cách xử lý tình huống được lập trình trước, hoặc là được điều khiển và giám sát từ xa

Giải pháp nhà thông minh sẽ biến những món đồ điện tử bình thường trong ngôi nhà trở nên thông minh và gần gũi với người dùng hơn, chúng được kiểm soát thông qua các thiết bị truyền thông như điều khiển từ xa, điện thoại di động… ngôi nhà thông minh đơn giản nhất có thể được hình dung bao gồm một mạng điều khiển liên kết một số lượng cố định các thiết bị điện, điện tử gia dụng trong ngôi nhà và chúng được điều khiển thông qua một chiếc điều khiển từ xa Chỉ với kết nối đơn

giản như trên cũng đủ để hài lòng một số lượng lớn các cá nhân có nhu cầu nhà thông minh ở mức trung bình

Chúng ta đều biết phần lớn căn hộ từ trung bình đến cao cấp đều sử dụng các loại điều khiển từ xa để điều khiển máy lạnh, ti vi…còn lại phần lớn các thiết bị khác như hệ thống đèn, bình nước nóng lạnh…phải điều khiển bằng tay Những việc như vậy đôi lúc sẽ đem lại sự bất tiện, khi mà chúng ta mong muốn có một sự tiện nghi và thoải mái hơn, vừa có thể tận hưởng nằm trên giường coi ti vi vừa có thể kiểm soát được hệ thống các thiết bị trong nhà chỉ với một chiếc smartphone hay máy tính bảng

2.2 Các hệ thống trong ngôi nhà thông minh

2.2.1 Hệ thống quản lí chiếu sáng

Hệ thống chiếu sáng trong và ngoài ngôi nhà được chia thành nhiều khu vực, chỉ những khu vực nào có người đèn mới được bật sáng và tự động tắt khi không có người Không nhũng thế, độ sáng và màu sắc được điều chỉnh tự động theo ánh sáng môi trường và theo sở thích của bạn, đem tới sự tiện nghi và tiết kiệm năng lượng

Các thiết bị chiếu sáng như bóng đèn sợi đốt, đèn neon, đèn ngủ, trang trí…được sử dụng rất nhiều Vì vậy nếu phối hợp chiếu sáng không hợp lý sẽ dẫn tới bị “ô nhiễm” ánh sáng Ngoài ra, việc chiếu sáng như vậy còn gây lãng phí điện, giảm tuổi thọ thiết bị Bên cạnh đó số lượng đèn dùng để chiếu sáng là khá lớn, gia chủ sẽ gặp những bất tiện nhỏ trong việc bật tắt, điều chỉnh độ sáng cho phù hợp

Hệ thống chiếu sáng sẽ được tích hợp chung với các hệ thống khác hoặc sẽ được tách riêng ra để điều khiển độc lập Các giải pháp đều nhằm tối ưu hóa hệ thống và giúp gia chủ điều khiển dễ dàng hơn Các giải pháp kết hợp sẽ được tính đến để tự động hóa tới mức tối đa

2.2.2 Hệ thống an ninh

Khi gia chủ đi vắng, việc kiểm soát các hệ thống vào ra trong ngôi nhà là rất quan trọng, giúp đề phòng trộm v.v… Ngôi nhà thông minh cung cấp hệ thống kiểm soát vào ra cho phép chủ nhà quản lý và cấp quyền “đăng nhập” cho các thành viên trong gia đình và người thân

Hệ thống cửa ra vào ở các phòng sẽ được lắp đặt các khóa vân tay hoặc khóa phím v.v… nhằm nhận dạng người trong nhà hoặc khách để cấp quyền “đăng nhập” Ngoài ra, còn có thể dùng hệ thống nhận diện khuôn mặt hay giọng nói tùy vào phòng riêng của mỗi người

Hệ thống an ninh trong ngôi nhà nắm giữ vai trò quan trọng, bảo vệ ngôi nhà 24/7, kiểm soát các nguy cơ cháy nổ (rò rỉ khí gas, chập điện…), bị xâm nhập trái phép… Hệ thống này gồm các thiết bị vào ra, cảm biến phát hiện con người, cảm biến phát hiện kính vỡ, cảm biến khói, hệ thống camera ghi hình, hàng rào điện tử…giúp bạn hoàn toàn yên tâm khi ở nhà cũng như khi vắng nhà

2.2.3 Hệ thống quan sát và an ninh liên lạc

Một ngôi nhà bình thường sẽ có từ 4 đến 5 phòng kín, và do vậy sẽ có một vài vấn đề khó khăn khi giao tiếp từ phòng này sang phòng khác Một hệ thống thông tin liên lạc nội bộ có thể giúp giải quyết vấn đề này

Hệ thống liên lạc nội bộ đơn giản có thể là các điện thoại cố định hoặc điện thoại mẹ bồng con Ngoài chức năng liên lạc trong nhà, hệ thống này cần được kết nối với mạng điện thoại để tiện cho việc giao tiếp và công việc hơn, để làm việc này cần đến một bộ chuyển kênh

Hệ thống quan sát sẽ giúp việc kiểm soát an ninh, người vào/ra ngôi nhà…giúp cho gia chủ nhận diện khách nhanh chóng thông qua camera

2.2.4 Hệ thống giải trí đa phương tiện

Ngôi nhà là nơi sinh hoạt của một gia đình có thể gồm nhiều thế hệ và mỗi thế hệ lại có một nhu cầu giải trí khác nhau Do đó, một hệ thống giải trí đa phương tiện

sẽ cung cấp cho các thành viên những hoạt động giải trí phù hợp…

2.2.5 Hệ thống quản lý cấp điện, nước, gas

Đối với một ngôi nhà bình thường thì việc cung cấp và đo lường các chỉ số điện nước đều phải thông qua các cơ quan nhà nước

Ngôi nhà thông minh cung cấp giải pháp nhằm đo lường và báo lại các thông

số điện, nước thường xuyên, kết hợp với hệ thống quản lý chiếu sáng và hệ thống kiểm soát vào ra, từ đó tự động bật/tắt các thiết bị trong nhà nhằm tiết kiệm năng lượng

Ngoài ra, các cảm biến sẽ giúp hạn chế và cảnh báo các nguy cơ khác như rò rỉ gas, mực nước ở bể chứa thấp, bể đường ống nước, cháy chập điện…

2.2.6 Hệ thống cảm biến và báo động, báo cháy

Hệ thống các cảm biến là thành phần quan trọng trong bất kì hệ thống nào của ngôi nhà, các cảm biến có nhiệm vụ gửi các thông số đo được về cho bộ xử lý trung tâm để có giải pháp phù hợp với từng gói dữ liệu và xử lý từng tình huống tương ứng

Các cảm biến cơ bản như cảm biến nhiệt độ, độ ẩm, cảm biến gas, cảm biến

áp suất, cảm biến hồng ngoại…

2.2.7 Hệ thống điều hòa không khí, kiểm soát môi trường

Thông thường thì một ngôi nhà cần có những không gian xanh, nó không chỉ giúp các thành viên trong gia đình thư giãn mà còn giúp điều hòa không khí Việc xây dựng và duy trì màu xanh trong ngôi nhà là cần thiết, do đó hệ thống điều hòa không khí và kiểm soát môi trường sẽ giúp ích rất nhiều trong việc chăm sóc cây như độ ẩm cần thiết, hay là ánh sáng phù hợp…

2.2.8 Hệ thống các công tắc điều khiển trạng thái

Hệ thống các công tắc và bảng hiển thị sẽ cung cấp thông tin cũng như nhận lệnh điều khiển từ gia chủ Đảm bảo sự tương tác hai chiều giữa các thành viên và

hệ thống tự động Hệ thống bao gồm: các điều khiển từ xa, các công tắc gắn tường, các bảng điều khiển tương tác HMI, điện thoại thông minh…

2.2.9 Hệ thống mạng, xử lý trung tâm và sự kết hợp hoạt động

Ngôi nhà thông minh được đánh giá cao và khác hẳn những ngôi nhà bình thường là do nó được trang bị một hệ thống mạng điều khiển và toàn bộ các thay đổi và điều khiển tự động trong ngôi nhà được xử lý đồng nhất thông qua hệ thống mạng

và xử lý trung tâm Nó có vai trò quan trọng, làm nhiệm vụ liên kết các hệ thống khác trong ngôi nhà lại với nhau, điều phối của hệ thống chấp hành một cách nhịp nhàng theo các điều kiện tác động được lập trình từ trước Chúng ta gọi đó là các hoạt cảnh – hay là các điều kiện môi trường trong ngôi nhà Một vài sự kết hợp tiêu biểu:

 Hệ thống chiếu sáng với hệ thống xử lý trung tâm có thể được lập trình theo thói quen của người sử dụng Các thiết bị chiếu sáng sẽ hoạt động theo chu trình thời gian đặt trước

 Hệ thống chiếu sáng kết hợp với hệ thống cảm biến cung cấp khả năng

tự động điều khiển ánh sáng như: đèn tự động tắt khi không có người trong phòng, một số khu vực tự sáng đèn khi qua 18h…

 Hệ thống cảnh báo kết hợp với hệ thống chiếu sáng: khi có vấn đề xảy

ra như cháy nổ, phát hiện ăn trộm…các bóng đèn sẽ chớp sáng liên tục, đồng thời sẽ có tiếng còi báo hiệu

 Hệ thống cảm biến kết hợp với hệ thống xử lý trung tâm báo cáo tình trạng lưu trữ điện trong các UPS, báo cáo mực nước trong bồn chứa…nhằm đảm bảo nguồn cung cho nhu cầu sinh hoạt hằng ngày

 Hệ thống giải trí đa phương tiện kết hợp với hệ thống chiếu sáng nhằm đem lại những giây phút thư giãn cho thành viên trong gia đình

2.3 Thiết kế hệ thống an ninh cho ngôi nhà

2.3.1 Sơ đồ khối và nguyên lý hoạt động của hệ thống an ninh cho gia đình 2.3.1.1 Sơ đồ khối của hệ thống

Hình 2.2: Sơ đồ khối của hệ thống an ninh cho ngôi nhà

2.3.1.2 Nguyên lý hoạt động

 Khi các cảm biến phát hiện có sự cố bất thường hoặc có người đột nhập sẽ gửi

tín hiệu về bộ xử lý trung tâm

 Đồng thời bộ xử lý trung tâm sẽ phát ra tín hiệu báo động qua loa và đèn báo động, đồng thời gọi điện thoại báo cho chủ nhà Qua đó sẽ tạo sự chủ động hơn

trong việc giải quyết sự cố nhằm giảm thiểu tối đa thiệt hại về người và của

 Ngoài ra hệ thống còn tương thích với tất cả cảm biến chổng mở cửa, hồng ngoại phát hiện chuyển động cảm biến chấn động, báo kính vỡ, hàng rào chống

trộm, chống trộm leo rào, cảm biến nhiệt, báo khói, báo gas…

2.3.2 Tính năng của hệ thống

 Giám sát nhiều vị trí bảo vệ bằng sensor

 Tương thích với tất cả cảm biến chổng mở cửa, hồng ngoại phát hiện chuyển động cảm biến chấn động, báo kinh vỡ, hàng rào chống trộm, chống trộm leo

rào, cảm biến nhiệt, báo khói, báo gas

 Hiển thị trạng thái cửa đang đóng hay mở (tính năng rất quan trọng, nếu nhà có nhiều cửa, ta dễ dàng biết được các cửa đang đóng hay mở, tránh trường hợp

quên đóng cửa khi đi ngủ)

 Hẹn giờ tắt mở hệ thống

 Cho phép điều khiển qua điện thoại các chức năng như: tắt báo động, mở báo

động, mở cửa tự động chỉ với một tin nhắn SMS

CHƯƠNG III: CÁC LINH KIỆN SỬ DỤNG

3.1 Module SIM 900A

3.1.1 Tổng quan về tin nhắn SMS

SMS là từ viết tắt của Short Message Service Đó là một công nghệ cho phép gửi và nhận các tín nhắn giữa các điện thoại với nhau Dữ liệu có thể được lưu giữ bởi một tin nhắn SMS là rất giới hạn Một tin nhắn SMS có thể chứa tối đa là 140 byte (1120 bit) dữ liệu Vì vậy, một tin nhắn SMS chỉ có thể chứa :

160 kí tự nếu như mã hóa kí tự 7 bit được sử dụng

70 kí tự nếu như mã hóa kí tự 16 bit Unicode UCS2 được sử dụng Tin nhắn SMS dạng text hỗ trợ nhiều ngôn ngữ khác nhau Nó có thể hoạt động tốt với nhiều ngôn ngữ mà có hỗ trợ mã Unicode, bao gồm cả Arabic, Trung Quốc, Nhật bản và Hàn Quốc

3.1.2 Giới thiệu về Module SIM 900A

Hình 3.1: Module Sim900

Sim900 là một module GSM/GPRS cực kỳ nhỏ gọn, được thiết kế cho thị trường toàn cầu Sim900 hoạt động được ở 4 băng tần GSM 850MHz, EGSM 900MHz, DCS 1800MHz và PCS 1900MHz

3.1.3 Khảo sát sơ đồ chân và chức năng từng chân:

Hình 3.2: Sơ đồ chân của SIM900

3.1.4 Chức năng của từng chân:

Bảng 3.1: Định nghĩa chân các giao diện nối tiếp:

Tên Chân số Chức năng

SIM900A cung cấp hai cổng nối tiếp không đồng bộ, không cân bằng Một là các cổng nối tiếp và các cổng khác là cổng debug Module GSM được thiết kế như một DCE (Thiết bị truyền dữ liệu), sau khi kết nối truyền thống DCE-DTE (Thiết

bị dữ liệu đầu cuối) Autobauding hỗ trợ tốc độ truyền từ 1200bps để 115200bps

Cổng nối tiếp:

 TXD: Gửi dữ liệu đến các đường tín hiệu RXD của DTE

 RXD: Nhận dữ liệu từ tín hiệu TXD của DTE

Cổng debug:

 DBG_TXD: Gửi dữ liệu đến các đường tín hiệu RXD của DTE

 DBG_RXD: Nhận dữ liệu từ dòng tín hiệu TXD của DTE

Hình 3.3: Kết nối các giao diện nối tiếp

Bảng 3.2: Định nghĩa chân của giao diện âm thanh:

Tên Chân số Chức năng

AIN/ AOUT MIC_P 19 Microphone đầu vào +

MIC_N 20 Microphone đầu vào - SPK_P 21 Audio đầu ra +

SPK_N 22 Audio đầu ra -

LINE IN LINEIN_R 23 Kênh đầu vào đúng

LINEIN_L 24 Tăng kênh đầu vào

Bảng 3.3: Định nghĩa chân của giao diện SIM:

SIM_VDD 30 Nguồn SIM Card: một là 3.0V ± 10%, một là

1.8V ± 10% Dòng điệnlà khoảng 10mA SIM_DATA 31 Dữ liệu I/O của SIM Card

SIM_PRESENCE 34 Nhận diện SIM Card

Hình 3.4 : Sơ đồ mạch ghép nối 8 chân thẻ SIM