Smarthome cho các gia đình nông thôn

Mục tiêu nghiên cứu Dự án được nghiên cứu nhằm tạo ra một hệ thống giúp những người có thu nhậpkhông cao có thể sở hữu một ngôi nhà với những chức năng thông minh mà giáthành vừa phải, n

BÁO CÁO NGHIÊN CỨU KHOA HỌC Tên dự án:

SMARTHOME CHO CÁC GIA ĐÌNH NÔNG THÔN VIỆT NAM (Cuộc thi khoa học, kỹ thuật dành cho học

sinh Trung học)

I Mục lục

-Phần chung:

+ Lí do chọn đề tài

+ Ý nghĩa khoa học và thực tiễn

+ Mục tiêu nghiên cứu

+ Giới hạn và phạm vi nghiên cứu

+ Phương pháp nghiên cứu

+ Nội dung nghiên cứu

+ Điểm mới của đề tài

- Kết quả và thảo luận

- Kêt luận khoa học

- Tài liệu tham khảo

II PHẦN CHUNG

1 Lý do chọn đề tài.

Việc bật tắt các thiết bị điện bằng công tắc với chúng ta là điều đã quá quenthuộc, tuy vậy cũng có khi việc này trở nên khó khăn và bất tiện vì các công tắc điệnnằm ở xa nhau, khiến ta phải đi đến từng nơi để bật tắt mất thời gian và công sức.Đặc biệt việc bật tắt công tắc với những người ít khả năng đi lại và vận động hạn chếnhư người bệnh thấp khớp, người tàn tật, người thị giác kém,… Mặt khác an ninhcủa ngôi nhà và người sử dụng có thể bị đe dọa bởi những nguy hiểm tiềm tàng như:trộm, dò ga, cháy nổ, điện giật, nồng độ các khí độc hại tăng cao do quá trình đunnấu, sưởi ấm, Hiện nay trên thế giới cũng như ở Việt Nam đã có các ngôi nhàthông minh (SmartHome) có thể giải quyết những vấn đề trên nhưng các nhà sảnxuất chủ yếu hướng đến những ngôi nhà ở thành thị, các vùng có điều kiện kinh tếphát triển mà chưa quan tâm tới các ngôi nhà ở vùng nông thôn Mặt khác thì giáthành của các ngôi nhà thông minh vẫn còn cao nên việc sở hữu một ngôi nhà thôngminh đối với người nông dân là điều xa vời

Xuất phát từ thực tế đó cùng với sự nghiên cứu các thiết bị điều khiển và cáccảm biến sẵn có, nhóm đã có ý tưởng tìm hiểu và thiết kế mô hình “SmartHome chocác gia đình nông thôn ở khu vực trung du và đồng bằng phía bắc Việt Nam”

2 Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn của dự án.

Dự án “SmartHome cho gia đình nông thôn ở khu vực trung du và đồng bằngphía bắc Việt Nam” thực hiện thành công có thể giúp cho các ngôi nhà ở nông thôntrở nên thông minh với đặc trưng của vùng nông thôn Việt Nam Khi sử dụng hệthống người dùng có thể quản lí các thiết bị điện một cách dễ dàng và chủ động, hệthống còn giúp tự động bật/tắt một số thiết bị điện mà theo thói quen sử dụng tathường hay quên đi như: đèn, quạt, máy bơm,…hoặc khi đi xa ta có thể chủ độngđặt trước để bật các thiết bị phụ giúp cho nuôi trồng như bơm nước, thiết bị cho giacầm ăn

Chức năng tự nhận diện giọng nói để điều khiển phần mềm và bật tắt điện làmột cách thức mới để giao tiếp với các thiết bị điện Chức năng này kết hợp với chứcnăng phản hồi bằng giọng nói còn hỗ trợ cho người mù hay thị lực kém có thể điềukhiển các thiết bị chỉ cần bằng giọng nói

Nhóm nghiên cứu đề tài mong muốn góp một phần nhỏ cho sự nghiệp hiện đạihóa, công nhiệp hóa đất nước

3 Mục tiêu nghiên cứu

Dự án được nghiên cứu nhằm tạo ra một hệ thống giúp những người có thu nhậpkhông cao có thể sở hữu một ngôi nhà với những chức năng thông minh mà giáthành vừa phải, những người khó khăn trong việc bật tắt điện có thể điều khiển cácthiết bị điện tại một nơi bất kì trong nhà mà không cần đi tới chỗ đặt công tắc riêngcủa thiết bị đó và hệ thống còn giúp cho việc quản lí các thiết bị dễ dàng, tiện lợi

Cụ thể đề tài có thể giải quyết các vấn đề đã đặt ra là:

- Bật tắt các thiết bị điện trong nhà một cách dễ dàng qua điện thoại hoặc máytính bảng chạy Android với giao diện thân thiện, dễ sử dụng giúp hạn chế phải đi lại

để bật tắt các thiết bị điện

- Chức năng sử dụng cho người mù, giúp người mù điều khiển bằng giọng nói bằng cách bấm vào vị trí bất kì trên màn hình điện thoại sau khi mở máy

- Cảnh báo cho người sử dụng ngôi nhà biết khi có trộm xâm nhập trái phép, khi

có hiện tượng rò rỉ gas, khi có hiện tượng có thể xảy ra hỏa họa trong nhà, khi nồng

độ các khí độc hại tăng lên cao gây hại sức khỏe con người thông qua chuông báođộng, tin nhắn, cuộc gọi trực tiếp đến số điện thoại đặt trước

- Thử nghiệm hoạt động và cách sử dụng của các linh kiện điện tử như điôt,tranzito, tirixto, tụ điện, triac, điac, quang điện tử, các cảm biến, module truyền - thuthập dữ liệu, các cách kết nối có dây và không dây, áp dụng các kiến thức tin học lậptrình kết hợp với tìm hiểu và sử dụng vi điều khiển

Mục tiêu lớn nhất của dự án là nhằm nâng cao trình độ hiểu biết của bản thân vềchuyên ngành kĩ thuật- điện tử– công nghệ thông tin, tự tạo cho bản thân các thửthách khó đặt ra và tự bản thân vượt qua để hoàn thiện mình

4 Giới hạn phạm vi nghiên cứu.

Hệ thống mạng điện sinh hoạt, các thiết bị điện dân dụng và các thiết bị cảnhbáo có thể sử dụng được trong các ngôi nhà ở vùng nông thôn thuộc khu vực trung

du và đồng bằng phía bắc Việt Nam

5 Phương pháp nghiên cứu.

Nhóm nghiên cứu theo phương pháp tư duy quy nạp: từ việc nghiên cứu các thiết

bị riêng lẻ, tích hợp thành hệ thống điều khiển chung cho nhiều thiết bị

Nhóm sử dụng phương pháp thí nghiệm thực nghiệm để tiến hành lắp đặt thửnghiệm bộ điều khiển

Nhóm còn sử dụng phương pháp thu thập thông tin qua việc tìm hiểu về nhu cầucủa người dân, nhất là người nông dân, người khuyết tật, thông qua hoạt động quansát công việc hằng ngày của họ, hỏi về nhu cầu của họ và xuất phát chính từ nhu cầucủa bản thân và gia đình Từ các thông tin thu thập, nhóm xác định các hạn chế, yêucầu của người được khảo sát sau đó đưa ra giải pháp để khắc phục các hạn chế vàgiải quyết những yêu cầu đó

6 Nội dung nghiên cứu

- Tìm hiểu về ngôi nhà ở vùng nông thôn

- Nghiên cứu, tìm hiểu các linh kiện điện tử, nguyên lí hoạt động đóng ngắt hệthống điện trong gia đình và các thiết bị cảnh báo có thể sử dụng được trong cácngôi nhà ở vùng nông thôn

- Xây dựng giải pháp tích hợp để điều khiển thiết bị điện và thiết bị cảnh báo tronggia đình

- Thiết kế mô hình không gian của dự án

- Thiết kế sơ đồ tổng thể của dự án

- Thiết kế, lắp ráp và kiểm tra từng hệ thống riêng lẻ

- Lập chương trình để điều khiển hoạt động của các thiết bị điện trong gia đình

- Lập trình phần mềm cài đặt cho thiết bị Android để điều khiển từ xa các thiết bịđiện trong gia đình.

- Hoàn thiện, kiểm tra và chạy thử nghiệm

7 Những điểm mới của dự án.

Tích hợp các chức năng điều khiển từ xa của các thiết bị điện (như: bóng đèn,quạt, máy bơm nước,…) đơn lẻ thành một bộ điều khiển chung Mặt khác còn có thểđiều khiển hệ thống cảnh báo về an ninh và môi trường của ngôi nhà ở vùng nôngthôn Hệ thống các thiết bị điện và cảnh báo được điều khiển trên hệ điều hànhANDROID, hoặc điều khiển qua máy vi tính

Đặc biệt hệ thống còn hỗ trợ chức năng điều khiển giành cho người mù Trong

đó có chức năng nhận diện và thông báo bằng giọng nói cùng với các biểu tượng(icon) chân thực, sinh động giúp những người thị lực kém hoặc không biết chữ vẫn

có thể sử dụng phần mềm để điều khiển các thiết bị, nghe thông tin về phần mềm vàhướng dẫn sử dụng bằng giọng nói ngôn ngữ Tiếng Việt

III PHẦN KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN.

1 Tìm hiểu về ngôi nhà ở vùng nông thôn

a) Đặc điểm các ngôi nhà ở vùng nông thôn Việt Nam:

Đối với các hộ gia đình ở vùng nông thôn có mức thu nhập thấp, ngôi nhàchính của họ thường là những ngôi nhà cấp 4 Bên cạnh ngôi nhà chính thường cóthêm nhà phụ như: nhà bếp, nhà kho, nhà tắm và vệ sinh, nhà cho gia súc, gia cầm,

… Vì vậy, việc bật/tắt các thiết bị điện trong các ngôi nhà này thường rất bất tiện

b) Đặc điểm về mạng điện trong các ngôi nhà ở vùng nông thôn Việt Nam

Một số hình ảnh về hệ thống điện trong ngôi nhà ở vùng nông thôn:

Qua việc quan sát thực tế các ngôi nhà gần nơi sinh sống, các cuộc nói truyệnkhảo sát trực tiếp về những phiền hà, lo ngại và mong muốn của người nông dân khidùng điện nhóm rút ra được các nhược điểm cần khắc phục của ngôi nhà nông thônnhư sau:

Thứ nhất: Mạng lưới điện chạy trong nhà được đấu nối rất sơ sài, thiếu tính

an toàn, đường dây tải điện mắc nổi, đa số mạch thường được lắp thủ công, các chỗnối bị hở và không chắc chắn Điều đó gây cảm giác lo lắng với người dùng điện,nguy cơ mất an toàn điện và có thể gây chập cháy

Thứ hai: Các bảng điện, công tắc, ổ cắm, dây điện thuộc thế hệ cũ không còn

an toàn Việc này gây nên nguy cơ bị điện giật vì hở điện hay ẩm ướt trời nồm vànguy hiểm tới tính mạng của người dùng, nhất là những người thị lực kém, trẻ nhỏ

Thứ ba: Các công tắc điều khiển các thiết bị nằm dải rác tại nhiều nhà phụ khácnhau, khó khăn cho việc quản lí bật tắt các thiết bị vào ban đêm hoặc ngày mưa

Thứ tư: theo thói quen sử dụng, người dùng thường quên đi tắt-bật các thiết

bị nhỏ, các thiết bị ở các nhà phụ gây lãng phí điện năng

Thứ năm: Các ngôi nhà nông thôn hầu như không có hệ thống cảnh báo về antoàn như: cảnh báo trộm, cảnh báo cháy nổ, cảnh báo rò rỉ khí ga, nồng độ khí có hạitrong quá trình đốt than, sưởi lửa; gây nên các nguy cơ bị trộm cắp, nguy cơ cháy nổlớn, nguy cơ bị ngộ độc các loại khí

Thứ sáu: Việc điều khiển các thiết bị điện chủ yếu bằng cách bật-tắt thủ công,gây khó khăn cho những người bệnh khớp, người thị lực kém hay những người hạnchế khả năng đi lại Những người bị mù thì không thể bật tắt các thiết bị theo nhucầu sử dụng của bản thân

Qua tìm hiểu với người dân, nhóm được biết đã có nhiều vụ tai nạn thươngtâm gây nên bởi các nguy hiểm từ hệ thống điện, điều đó đòi hỏi sự cấp thiết phảithay thế bằng một hệ thống mới có tính an toàn cao và sự tiện dụng, có thể phổ biếncho nhiều đối tượng khác nhau và có giá thành phải chăng phù hợp với người nôngdân

Các hệ thống cảnh báo nguy hiểm như rò rỉ khí ga, cháy nổ hay chống trộmchưa có, đó là nguy cơ gây mất an toàn cho ngôi nhà

2 Tìm hiểu các linh kiện điện tử và cách bật tắt các thiết bị điện, phương thức điều khiển một hệ thống điện.

Hầu hết các thiết bị điện hiện nay được bật tắt bởi các công tắc và chủ yếu là loạicông tắc tay Công tắc tay này tuy bật tắt dễ dàng nhưng có nhược điểm là không thểkết hợp với các hệ thống điều khiển thiết bị

Để có thể điều khiển từ xa hệ thống điện thì trước tiên cần phải tìm ra loại côngtắc có thể điều khiển được bằng tín hiệu điện Thứ hai, cần có một bo mạch có thểkết hợp được các công tắc lại với nhau và xử lí được tín hiệu nhận được thành tínhiệu điện nhằm điều khiển các công tắc đó Thứ ba, cần có bộ phận truyền-nhận tínhiệu giữa bo mạch và bộ phát tín hiệu điều khiển từ xa.

3 Đưa ra giải pháp để điều khiển thiết bị điện, tìm cách giao tiếp giữa các thiết

bị điện với nhau và tìm kiếm các thiết bị phù hợp, các thiết bị có khả năng kết hợp được với nhau.

Qua tìm hiểu và nghiên

của con người rồi xuất ra

một dòng điện ở các chân digital của bo mạch, có thể dùng dòng điện này để bật tắtcác công tắc như trên Để nhận được tín hiệu của con người thì riêng mạchARDUINO không thể tự làm được mà cần đến thiết bị trung gian thu nhận các tín

hiệu qua các cổng giao tiếp là các chân Serial 0 (RX) và 1 (TX) hoặc qua các chân

USB Qua tìm hiểu các tài liệu trên mạng, nhóm rút ra được 5 cách truyền tín hiệuđến ARDUINO đó là sử dụng cổng COM của máy vi tính, sử dụng module bluetoothtruyền tín hiệu qua di động, sử dụng module wifi để truyền tín hiệu qua wifi vàtruyền tín hiệu qua internet sử dụng module internet, sử dụng module sim gửi dữkiệu qua tin nhắn hoặc GPRS

Do thời gian hạn chế, kinh phí có hạn và kiến thức về điện tử còn hạn chế vì vậynhóm sử dụng 2 phương thức truyền tín hiệu đó là sử dụng module sim để gửi cácthông báo khẩn cấp đến chủ nhà( nhóm sử dụng module sim900A) và sử dụngmodule bluetooth truyền tín hiệu qua điện thoại( nhóm sử dụng module bluetooth HC– 06 để nhận và truyền tín hiệu.)

4 Thiết kế mạch tổng thể và thiết kế các hệ thống thiết bị đơn vị.

4.1 Thiết kế mạch tổng thể

a) Sơ đồ khối của mạch tổng thể

MODULE ĐIỀU BLUETOOTH

KHIỂN

MODULE SIM900A

CÔNG ĐIỆN GIA CÔNG BƠM

SUẤT THÔNG CẦM SUẤT NƯỚC

CỔNG HỒNG NGOẠI

THỐNG BIẾN THỐNG BIẾN THỐNG CẢNH NHIỆT CẢNH KHÍ GA CẢNH

b) Nguyên lí hoạt động tổng thể :

* Chế độ trong nhà: (khi có người ở nhà thì bật chế độ hoạt động này).

Trên điện thoại Android của người sử dụng được cài sẵn phần mềm HD02 và

bộ đọc tiếng Việt (vnSpeak) Thao tác trên ứng dụng này sẽ gửi các tín hiệu điềukhiển tới module bluetooth, rồi từ đó truyền tới Arduino và được arduino xử lí theolập trình

- Đối với hệ thống điều khiển các thiết bị điện: Arduino sẽ phân tích dữ liệunhận được bằng chương trình đã được nạp rồi thay đổi trạng thái “HIGH” hoặc

“LOW” ở các chân digital Nếu chân digital có trạng thái “HIGH” thì nó sẽ xuất radòng điện một chiều, còn ở trạng thái “LOW” thì không xuất ra dòng điện Các dòng

điện này dùng để kích “Hệ thống nhận tín hiệu từ mạch xử lí điều khiển các thiết bị

điện” nhằm bật/tắt các thiết bị điện.

- Đối với hệ thống cảnh báo về an ninh và môi trường: Các module cảm biếnnhiệt độ, cảm biến khí ga, cảm biến quang, thu thập các thông tin về an ninh vàmôi trường rồi gửi tín hiệu về Arduino, sau đó arduino xử lí và xuất ra các dòng điện

để kích hoạt các hệ thống cảnh báo tương ứng

* Chế độ ngoài nhà: (khi không có người ở nhà thì bật chế độ này).

- Đối với hệ thống điều khiển các thiết bị điện: khi chủ nhà gửi tin nhắn tớimodule sim900A Tùy theo tin nhắn nhận được mà module sẽ truyền tín hiệu tớiarduino để xử lí theo lập trình nhằm bật/tắt các thiết bị điện

- Đối với hệ thống cảnh báo về an ninh và môi trường: Khi có sự cố xảy ratrong nhà (ví dụ: có trộm, rò khí ga, …) thì các module cảm biến sẽ truyền tín hiệuđến arduino để xử lí theo lập trình Tùy theo tín hiệu nhận được, arduino sẽ phát tínhiệu đến module Sim900A nhằm gửi các thông báo khẩn cấp tới điện thoại của chủnhà

4.2 Giao tiếp giữa Arduino và các module dữ liệu.

a) Giao tiếp với module bluetooth HC – 06.

Cách kết nối ARDUINO với module bluetooth

Mạch ARDUINO sử dụng nguồn điện 1 chiều không đổi 5V cấp qua cổng nguồn tròn, vì vậy nhóm sử dụng nguồn từ adapter 5V Nguồn cho module bluetooth HC –

6 là nguồn 5V Do ARDUINO có một cổng xuất ra điện thế 5V, để tránh nối dâydài nên nhóm sử dụng ngay nguồn này cho module bluetooth Các chân truyền tínhiệu TX và RX của module bluetooth được nối với các chân truyền tín hiệu củaArduino

Trình tự nối các chân như sau:

Chân trên HC - 06 Chân trên Arduino Mega

để xuất ra các dòng điện 5V ở các chân digilal của ARDUINO

b) Giao tiếp với module sim Sim900A.

Các chân trên Sim900A Chân trên Arduino Mega

Sau khi được cấp nguồn thì mạch hoạt động theo nguyên lí : Sau khi cácmodule cảm biến nhận thấy các dấu hiệu bất thường như nhiệt độ cao do cháy, cáckhí độc, nhận diện được trộm thì Arduino xử lí theo thuật toán được lập trình sẵn vàgửi thông báo bằng tin nhắn đến cho số điện thoại chủ nhân được lập trình sẵn Cácthông báo cụ thể như sau:

Các hành động Nội dung tin nhắn được gửi đi

Khi có cháy BAO DONG KHAN: NHA DANG BI

CHAYKhi có ga bị rò rỉ, khí độc nồng độ thấp BAO DONG KHAN: BINH GA DANG

BI RO RI HOAC CO KHI DOCKhi khí ga bị rò rỉ, khí độc nồng độ cao BAO DONG KHAN: BINH GA DANG

BI RO RI NANG VA CO THE GAY

CHAY NO

Khi có trộm BAO DONG KHAN: NHA DANG CO

TROMKhi đã cho gia cầm ăn lúc quá muộn DA CHO GIA CAM AN

Khi đã bơm nước lúc quá muộn DA BOM NUOC

c) Kết nối với module thời gian thực DS1302

Module thời gian thực sử dụng để tính thời gian

hoạt động của hệ thống, Arduino cũng dựa vào đó mà căn

các thời gian tự động bật tắt các thiết bị điện

Các chân kết nối như sau:

Các chân trên DS1302 Các chân trên Arduino Mega

4.3 Hệ thống điều khiển các thiết bị điện.

a) Đối với các thiết bị điện có công suất nhỏ

* Sơ đồ mạch điện cho mỗi thiết bị điện như sau:

+E ARDUINO

Nguồn điện xoay chiều

* Chức năng của các linh kiện và nguyên lí hoạt động của mạch điện:

- Khi có dòng điện xuất ra từ Arduino (bật thiết bị điện): nó sẽ kích mở các

tranzito T1 và T2 được mắc theo kiểu Darlington Lúc đó, tranzito T1 và T2 đượcdẫn thông sẽ có dòng điện chạy qua rơ-le do nguồn +E cấp Điện trở R1 dùng để hạnchế dòng ra từ Arduino, các điện trở R2 và R3 dùng để phân áp cho tranzito T2 Điôt

D dùng để bảo vệ tranzito T2 (do khi đóng-ngắt mạch điện thì dòng điện chạy quacuộn dây ở rơ-le biến đổi nhanh làm cho cuộn dây sinh ra suất điện động tự cảm cógiá trị lớn có thể sẽ đánh thủng tranzito T2)

Khi có dòng điện chạy qua cuộn dây của rơ-le thì nó sẽ hút cực tiếp điểm động

1 chạm vào cực tiếp điểm tĩnh 2 Vì vậy mạch điện gồm nguồn điện và thiết bị điệntương ứng sẽ được đóng kín nên thiết bị điện đó sẽ hoạt động

- Khi không có dòng điện xuất ra từ Arduino (tắt thiết bị điện): các tranzito T1

và T2 sẽ đóng nên không có dòng điện chạy qua cuộn dây của rơ-le, khi đó lò xotrong rơ-le sẽ đẩy cực tiếp điểm động 1 chạm vào cực tiếp điểm tĩnh 3 Do vậy, mạchđiện bị hở và thiết bị điện đó sẽ ngưng hoạt động

LED dùng để nhận biết trạng thái của mạch điện Nếu mạch điện đang hoạt động (thiết bị điện đó được bật) thì LED sáng; ngược lại thì LED tắt

- Thông số của mạch điện mà nhóm nghiên cứu đã lựa chọn:

+) T1: Tranzito C1815 (loại NPN) ; có UC = 50 V và IC = 150 mA

+) T2 : Tranzito S8050 (loại NPN) ; có UC = 40 V và IC = 500 mA

+) D : Điốt 1N4001 ; có Umax = 400 V và Imax = 1 A

+) Rơ-le : SRD-05VDC ; có 5 chân, Ukích = 5 V ; U~ = 250 V và Imax = 10 A.+) Các điện trở : R1 = 1 k , R2 = 2 k, R3 = 10 k, R4 = 220 

+) Nguồn nuôi : E = 5 V

* Mạch điện do nhóm nghiên cứu đã lắp đặt:

b) Đối với các thiết bị điện có công suất lớn

* Sơ đồ mạch điện cho mỗi thiết bị điện như sau:

+E ARDUINO

công suất lớn

* Chức năng của các linh kiện và nguyên lí hoạt động của mạch điện:

- Khi có dòng điện xuất ra từ Arduino (bật thiết bị điện): dòng điện này sẽ kích

mở tranzito T Khi tranzito T được dẫn thông sẽ có dòng điện chạy qua bộ ghépquang-triac do nguồn +E cấp

Bộ ghép quang-triac (MOC 30xx): khi có dòng điện chạy qua điôt phát quang,

nó phát ra ánh sáng chiếu vào quang-triac Lúc này quang-triac được mở thông đểnạp điện cho tụ điện C Khi tụ C đạt điện áp ngưỡng mở của diac (cũng là ngưỡng

mở của triac công suất) thì diac được mở đồng thời triac công suất cũng được mở.Khi đó, mạch điện gồm nguồn điện và thiết bị điện tương ứng sẽ được đóng kín nên thiết bị điện đó sẽ hoạt động

- Khi không có dòng điện xuất ra từ Arduino (tắt thiết bị điện): tranzito T sẽ

đóng nên không có dòng điện chạy qua bộ ghép quang-triac Khi đó, quang-triac sẽđóng và không có dòng điện cấp cho cực điều khiển của triac công suất nên triac này

sẽ đóng Do vậy, mạch điện bị hở và thiết bị điện đó sẽ ngưng hoạt động

LED dùng để nhận biết trạng thái của mạch điện Nếu mạch điện đang hoạt động (thiết bị điện đó được bật) thì LED sáng; ngược lại thì LED tắt

- Thông số của mạch điện mà nhóm nghiên cứu đã lựa chọn:

+) T : Tranzito S8050 (loại NPN) ; có UC = 40 V và IC = 500 mA

+) Các điện trở : R1 = 1 k , R2 = R3 = 220  và R4 = 1 k

+) Nguồn nuôi : E = 5 V

+) Bộ ghép quang-triac : MOC 3081 ; có Umax = 800 V và Imax = 4,0 A

+) Diac : DB3 DO35 ; có Umax = 36 V và Imax = 2 A

+) C: Tụ điện CBB 474J ; có C = 0,47 F và Umax = 400 V

+) Triac công suất : BTA16-600B ; có Umax = 600 V và Imax = 16 A

4.4 Hệ thống cảnh báo về an ninh và môi trường

4.4.1 Hệ thống cảnh báo về an ninh (hệ thống chống trộm).

Hệ thống chống trộm bao gồm một cổng hồng ngoại và hệ thống chuông báo

động (có thể lắp thêm đèn báo).

* Cấu tạo và hoạt động của cổng hồng ngoại.

Cổng hồng ngoại gồm 2 phần chính: phần thứ nhất D1 phát ra tia hồng ngoại

và phần thứ hai D2 nhận tia hồng ngoại từ D1 chiếu tới Khi có vật chắn (có người

đột nhập trái phép vào nhà) chùm tia hồng ngoại chiếu từ D1 sang D2 thì D2 sẽ phát

ra tín hiệu để đóng khóa K ở trong cảm biến Khi khóa K của cảm biến đóng sẽ cótín hiệu được truyền tới Arduino Arduino sẽ xử lí tín hiệu đó theo lập trình như sau:

+ Với chế độ trong nhà: Arduino sẽ truyền tín hiệu đến chân điều khiển G của tirixto của hệ thống chuông báo để chuông hoạt động

13

+ Với chế độ ngoài nhà: Arduino cũng truyền tín hiệu đến chân G của tirixtocủa hệ thống chuông báo đồng thời truyền tín hiệu tới module sim900A để gửi tinnhắn, rồi gọi điện về số điện thoại của chủ nhà.

220V

K1

Arduino

RK

sẽ mở và cuộn dây của rơ-le 2 được cấp điện làm cho rơ-le 2 đóng lại Do đó,chuông báo nối với nguồn điện đóng và chuông sẽ hoạt động.

Khi muốn ngắt chuông báo, chỉ cần phát ra tín hiệu (từ bộ điều khiển) tớiarduino Sau đó, arduino sẽ xử lí tín hiệu nhận được theo lập trình và xuất dòng điệntới chân B của tranzito T1 làm cho T1 và T2 được mở Lúc này, T2 đã dẫn thông sẽ

có dòng điện chạy qua cuộn dây của rơ-le 1 làm cho rơ-le này đóng lại (nghĩa là cựctiếp điểm động 1 đang tiếp xúc với cực tiếp điểm tĩnh 2 sẽ bị hút về tiếp xúc với cựctiếp điểm tĩnh 3) Khi đó, rơ-le 2 sẽ bị ngắt khỏi nguồn điện và trở về trạng ban đầu.Lúc này chuông báo cũng bị ngắt khỏi nguồn và ngừng hoạt động Hoặc nhấn côngtắc K (loại công tắc nhấn nhả), khi đó dòng điện từ nguồn +E cũng kích mở T1 và T2

để đống rơ-le 1 như ở trên, sau đó mạch điện quay về trạng thái ban đầu

- Module này đọc các thông số về

lượng gas rò rỉ và nhiệt độ thay đổi rồi

gửi các thông số đó về Arduino để xử lí

- Hoạt động: dùng nguồn 5V và

có thể xuất ra các giá trị analog hoặc

điều chỉnh biến trở trên module để xuất

ra giá trị digital 5V Cảm biến này sử

dụng ic chức năng LM 395 để biến đổi và xử lí thông tin từ cảm biến ra 2 dạnganalog và digital Nếu mật độ ga biến đổi thì giá trị analog biến đổi theo, nếu mật độ

ga tăng đến ngưỡng cao vượt ngưỡng điều chỉnh của biến trở thì nó sẽ xuất ra tínhiệu có giá trị analog hoặc giá trị digital Trong đề tài thì nhóm sử dụng giá trịanalog

- Cách kết nối như sau:

- Nguyên lí làm việc: module MQ2 thu thập thông tin về khí ga rồi truyền tín

hiệu giá trị analog tới Arduino Sau đó, arduino xử lí các tín hiệu này theo lập trìnhnhư sau:

+ Với chế độ trong nhà: nếu tín hiệu vượt mức bình thường (quy định là300/1023 trong chương trình nạp cho arduino) thì xuất tín hiệu đến hệ thống chuôngbào để chuông báo hoạt động

+ Với chế độ ngoài nhà: nếu vượt mức bình thường và nhỏ hơn mức nguyhiểm (300 =< A2 =< 500) thì xuất tín hiệu tới module sim900A để nhắn tin về chochủ nhà; nếu vượt mức nguy hiểm (lớn hơn 500) thì nhắn tin với nội dung khẩn cấp

và gọi điện liên tục về cho chủ nhà

* Hệ thống chuông báo động: tương tự như hệ thống chuông báo chống trộm.

hiệu điện thế từ 4 V đến 20 V Trong

ngôi nhà được bố trí nhiều cái, đặt ở

các vị trí khác nhau

- Cách lắp các chân của cảm biến nhiệt độ LM35 như sau:

- Hoạt động: cảm biến nhiệt độ LM35 thu thập thông tin về nhiệt độ môi

trường với độ chính xác và độ nhạy cao, sau đó gửi các tín hiệu dạng analog tớiarduino Arduino sẽ tính toán và đưa ra nhiệt độ chính xác để so sánh với giá trị

nhiệt độ mà chương trình nạp cho arduino đã đặt (nhóm nghiên cứu lập trình với

nhiệt độ 80 o C - mức có ảnh hưởng của cháy) Nếu nhiệt độ môi trường lớn hơn giá

trị đó thì arduino xuất ra tín hiệu theo lập trình như sau:

+ Với chế độ trong nhà: Arduino sẽ truyền tín hiệu đến chân điều khiển G củatirixto của hệ thống chuông báo để chuông hoạt động

+ Với chế độ ngoài nhà: Arduino cũng truyền tín hiệu đến chân G của tirixtocủa hệ thống chuông báo đồng thời truyền tín hiệu tới module sim900A để gửi tinnhắn, rồi gọi điện về số điện thoại của chủ nhà Cuộc gọi thực hiện trong 10 giây rồiarduino sẽ xuất ra tín hiệu để kích hoạt hệ thống tự động ngắt nguồn điện tổng củangôi nhà

* Hệ thống chuông báo động: tương tự như hệ thống chuông báo chống trộm.

* Hệ thống tự động ngắt nguồn điện khi có cảnh báo cháy.

- Sơ đồ mạch điện