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

- Xây dựng được hệ thống điều khiển thiết bị điện trong nhà nuôi chim yến từ xa bằng thiết bị di động phù hợp với điều kiện môi trường chim yến ở.. Hình 1.1: Sơ đồ căn nhà nuôi yến Thứ

PHẠM THÔNG THÁI

NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN VÀ QUẢN LÝ NHÀ NUÔI YẾN THEO MÔ HÌNH NHÀ THÔNG

MINH TRÊN THIẾT BỊ DI ĐỘNG

Chuyên ngành: CÔNG NGHỆ THÔNG TIN

Mã số: 848.02.01

LUẬN VĂN THẠC SĨ CÔNG NGHỆ THÔNG TIN

Người hướng dẫn khoa học: TS, Lê Văn Minh

VĨNH LONG, 3/2018

LỜI CẢM ƠN

Lời đầu tiên tôi xin được kính lời biết ơn sâu sắc đến TS Lê Văn Minh, Thầy đã dẫn dắt tác giả đến với lĩnh vực nghiên cứu này Thầy luôn tận tâm giúp đỡ, định hướng cho tôi trong suốt thời gian nghiên cứu khoa học và thực hiện luận văn Thầy đã giúp tôi tiếp cận với khoa học và biết cách sáng tạo trong khoa học, với những điều mới trong xã hội và đạt được thành công trong bài nghiên cứu của mình

Với tình cảm chân thành và lòng biết ơn sâu sắc, tác giả luận văn xin cám

ơn quý Thầy, Cô giáo Trường Đại học Vinh, Trường Đại học sư phạm kỹ thuật Vĩnh Long

Xin cảm ơn các bạn học viên lớp K24 Đại học Vinh tại Vĩnh Long đoàn kết, phối hợp hỗ trợ động viên và nhiệt tình giúp đỡ tác giả trong quá trình nghiên cứu, hoàn thành luận văn

Tôi cũng xin gửi lời cảm ơn đến các anh là chủ đầu tư nhà nuôi yến và các bạn lớp Công Nghệ Thông Tin K23 đã cho tác giả những ý kiến đóng góp đáng giá, mở ra nhiều hướng tiếp cận mới làm phong phú khả năng thực tế của khóa luận

Do hạn chế về thời gian và kinh nghiệm, sẽ có những thiếu sót xảy ra trong quá trình thực hiện luận văn Kính mong được sự chỉ dẫn và góp ý từ phía quý Thầy, Cô để có thêm những đánh giá và nhận xét quý báu hoàn thiện hơn

Vĩnh Long, ngày 19 tháng 3 năm 2018

Tác giả

Phạm Thông Thái

TRÊN THIẾT BỊ DI ĐỘNG” là bài nghiên cứu của chính tác giả

Ngoại trừ những tài liệu tham khảo được trích dẫn trong luận văn này, tác giả cam đoan rằng luận văn này chưa từng được công bố hay được sử dụng để nhận bằng cấp ở những nơi khác

Mặc dù đã cố gắng, nhưng do những hạn chế của người viết về mặt kiến thức, kinh nghiệm, thời gian, trang thiết bị và tài liệu nên nội dung và hình thức không tránh khỏi thiếu sót Tác giả luận văn mong nhận được những góp ý chân thành từ thầy cô và các bạn đọc để luận văn được hoàn thiện hơn

Vĩnh Long, ngày 19 tháng 03 năm 2018

Học viên

Phạm Thông Thái

DANH MỤC

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT 3

DANH MỤC CÁC HÌNH 4

MỞ ĐẦU 6

1 Sự cần thiết của vấn đề nghiên cứu 6

2 Mục tiêu nghiên cứu 6

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 7

3.1 Đối tượng nghiên cứu 7

3.2 Phạm vi nghiên cứu 7

4 Kết cấu của luận văn 7

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU VỀ ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU 8

1.1 Tính cấp thiết của đề tài 8

1.2 Phương pháp nghiên cứu 13

1.3 Những nội dung chính yếu cần nghiên cứu 14

CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN CÁC KỸ THUẬT VÀ CÔNG NGHỆ TRONG VIỆC PHÁT TRIỂN NHÀ NUÔI YẾN THÔNG MINH 15

2.1 Một số giải pháp công nghệ điều khiển thiết bị điện gia dụng từ xa 15

2.1.1 Công nghệ Wifi với Bo mạch Raspberry Pi 15

2.1.2 Công nghệ không dây X10 17

2.1.3 Công nghệ không dây Insteon 19

2.1.4 Công nghệ không dây Zigbee 21

2.1.5 Công nghệ Z-wave 22

2.2 Trình bày cơ sở hạ tầng và kỷ thuật tổng quát 24

2.2.1 Bố trí máy phun sương tạo độ ẩm 24

2.2.2 Bố trí vòi phun nước, quạt hút, quạt thổi để hạ nhiệt độ: 25

2.2.3 Bố trí loa bên trong và bên ngoài nhà nuôi yến: 25

2.2.4 Ánh sáng nhà nuôi chim yến 27

2.3 Đề xuất công nghệ 27

2.4 Phần mềm cho hệ thống điều khiển: 28

2.4.1 Phần mềm điều khiển: 28

2.4.2 Blynk và xây dựng App 28

2.4.3 Cơ Sở Dữ Liệu 29

CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ VÀ XÂY DỰNG HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ TRONG NHÀ NUÔI YẾN TỪ XA BẰNG CÔNG NGHỆ RASPBERRY PI 30

3.1 Hệ thống điều khiển 31

3.1.1 Sơ đồ khối của hệ thống 31

3.1.2 Giải thuật điều khiển của hệ thống 31

3.2 Xây dựng, thiết lập hệ thống 32

3.2.1 Hệ điều hành cho Raspberry Pi 32

3.2.2 Xây dựng phần mềm giám sát và app blynk 33

CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ CHẠY THỬ NGHIỆM 35

4.1 Thiết lập điều khiển cho hệ thống 35

4.2 Giao diện điều khiển 36

4.3 Các chức năng xử lý, điều khiển 36

KẾT LUẬN 38

Những điểm hạn chế của đề tài 39

Hướng phát triển 40

PHỤC LỤC I: Cài đặt Hệ Điều Hành Cho Kit Raspberry Pi 41

HƯỚNG DẪN CÀI ĐẶT VÀ SỬ DỤNG SQL SERVER 2008 45

PHỤ LỤC II: THIẾT KẾ CÔNG CỤ 53

TÀI LIỆU THAM KHẢO 68

USB Universal Serial Bus

Wi-Fi Wireless Fidelity

3G 3 Generation

DANH MỤC CÁC HÌNH

Hình 1.2 Mô tả các thiết bị điện sử dụng trong nhà yến 9 Hình 1.3 Giải pháp điều khiển thiết bị từ xa qua thiết bị di động 10 Hình 1.4 Nhận thức của người về tiện ích của thiết bị di động 11

Hình 2.6 Mô hình điều khiển nhà thông minh với công nghệ Z-wave 23 Hình 2.7 Sơ đồ lắp đặt hệ thống phun sương tạo độ ẩm 25

Hình 2.11 Ánh sáng tối trong nhà nuôi yến 27

Hình 4.1 Màn hình hệ thống trên điện thoại di động 35 Hình 4.2 Màn hình điều khiển các chức năng trong nhà yến của hệ thống 36

Hình 4.5 Sửa lại IP của máy để có thể PING vào KIT Rasp Chọn

change adapter settings

MỞ ĐẦU

1 Sự cần thiết của vấn đề nghiên cứu

Đời sống xã hội ngày càng nâng cao, nhu cầu tiêu dùng yến tăng lên, vì vậy yến thiên nhiên ở đảo tự nhiên không còn đáp ứng đủ nhu cầu cung cấp tổ yến

vì vậy nghề nuôi yến trong nhà rất phát triển tại các nước đông nam á trong đó

có Việt Nam, nhưng nhà nuôi yến trong nhà tỷ lệ thành công chưa cao do có nhiều cách quản lý thủ công dựa vào kinh nghiệm bản thân Trước tình hình đó nhằm đáp ứng nhu cầu nuôi yến trong nhà tạo môi trường cho yến nhà ở gần giống như môi trường thiên nhiên yến đảo tôi quyết định làm luận văn này để nghiên cứu và xây dựng hệ thống điều khiển và quản lý nhà nuôi yến tự động

2 Mục tiêu nghiên cứu

Đề tài này được nghiên cứu nhằm đạt được các mục đích sau:

- Giúp chúng ta hiểu môi trường thuận lợi cho chim yến ở và các công nghệ điều khiển không dây đang được sử dụng và phát triển

- Xây dựng được hệ thống điều khiển thiết bị điện trong nhà nuôi chim yến

từ xa bằng thiết bị di động phù hợp với điều kiện môi trường chim yến ở

- Cung cấp các giải pháp thông minh nhằm đáp ứng các nhu cầu thực tế, các tình huống điển hình trong nhà nuôi yến

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

3.1 Đối tượng nghiên cứu

Điều khiển thiết bị điện trong gia đình từ xa, sử dụng Công nghệ Wifi với

Bo mạch Raspberry Pi và các nhóm thiết bị có tích hợp công nghệ này:

- Nhóm thiết bị nhiệt độ: máy bơm nước, quạt hút, quạt thổi, công tắc điện

- Nhóm thiết bị độ ẩm: máy phun sương, cảm biến đo nhiệt độ

- Nhóm thiết bị âm thanh: Loa dụ chim ngoài trời, loa ru chim trong nhà, Ampli 02 cái, 02 tập tin âm thanh dụ chim và ru chim

- Nhóm thiết bị Ánh sáng: cảm biến đo độ sáng

3.2 Phạm vi nghiên cứu

Xây dựng hệ thống điều khiển thiết bị điện trong nhà nuôi yến xa bằng thiết

bị di động

Hệ thống cần đáp ứng ở 3 mức độ:

- Giám sát: giám sát thông thường và giám sát tự động

- Cảnh báo: cảnh báo thông thường và cảnh báo tự động

- Điều khiển: điều khiển thông thường và điều khiển tự động

4 Kết cấu của luận văn

Luận văn gồm có 4 chương:

Chương 1 Giới thiệu về đề tài nghiên cứu

Chương 2 Tổng quan các kỹ thuật và công nghệ trong việc phát triển nhà nuôi yến thông minh

Chương 3 Thiết kế và xây dựng hệ thống điều khiển thiết bị trong nhà nuôi yến từ xa bằng công nghệ Raspberry Pi

Chương 4 Kết quả nghiên cứu và chạy thử nghiệm

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU VỀ ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU

1.1 Tính cấp thiết của đề tài

Yến Sào là một loại thực phẩm có giá trị dinh dưỡng rất cao, ngày xưa yến sào chỉ được dùng cho vua chúa nên nó còn có tên gọi “món ăn vua chúa”, đứng đầu trong tất cả các loại sơn hào hải vị Vì giá trị dinh dưỡng cao và giá trị lợi nhuận nuôi yến cũng cao, Hiện nay một kg yến thông thường có giá trung bình khoảng 40 triệu đồng, yến huyết có giá từ 60-90 triệu đồng Tuy nhiên đây là ngành đòi hỏi vốn đầu tư ban đầu khá lớn Yến Sào tự nhiên được tìm thấy nhiều nhất ở vùng duyên hải Nam Trung Bộ như Bình Định, Phú Yên, Khánh Hoà, TpHCM, cần giờ, Gò công … Có thể nói Yến Sào sử dụng được cho tất

cả mọi người, tốt cho trẻ em suy dinh dưỡng, làm đẹp da, tốt cho phụ nữ, đảm bảo sức khoẻ cho thai nhi, cho sức khoẻ người bệnh và người cao tuổi … Đây

là món ăn được coi là bổ dưỡng và là cao lương mỹ vị của các quốc gia Đông Nam Á, như: Hồng kông, Trung Quốc, Đài Loan, Việt Nam Xuất phát từ nhu cầu nuôi yến rất nhiều và sự phát triển của công nghệ sẽ giúp các nhà nuôi yến hiện nay dựa vào thủ công là chính áp dụng công nghệ để giúp việc nuôi yến hiệu quả và tiết kiệm chi phí

Hình 1.1: Sơ đồ căn nhà nuôi yến

Thứ nhất, Chủ đầu tư thường ở cách xa nhà nuôi yến sẽ rất bất tiện cho việc theo dõi quan sát nhà nuôi yến từ xa, như là cập nhật thông tin thời tiết, nhiệt

độ, độ ẩm… Đề tài này áp dụng công nghệ tin học tiên tiến giúp họ có thể quản

lý từ xa và cập nhật thông tin về tình trạng nhà yến của mình tại bất cứ nơi đâu bằng thiết bị di động thông qua mạng internet, không còn lệ thuộc vào không gian và thời gian

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

Thứ hai, công nghệ phát triển không ngừng, các thiết bị điện gia dụng có tích hợp điều khiển không dây ngày một đa dạng Mục tiêu của việc tích hợp công nghệ vào các vật dụng trong nhà là để tối ưu hoá tính năng cơ bản của chúng, tăng tính tiện ích cho gia chủ Một vật dụng thông minh hoàn hảo phải

có khả năng loại bỏ các khó khăn trong quá trình sử dụng, nghĩa là không cần

có nhiều thiết lập, cài đặt rắc rối Trong khi đó, chúng sẽ phải có khả năng dễ dàng điều khiển, thông qua nhiều phương thức khác nhau Cùng lúc, các vật dụng này phải làm tốt công việc của mình và thêm nhiều tính năng vượt trội như lập trình được, có khả năng tự động hoá Đặc biệt, chúng phải có khả năng kết nối được với nhau để đồng bộ hoá các hoạt động của chúng

Hình 1.3: Giải pháp điều khiển thiết bị từ xa qua thiết bị di động

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

Hình 1.4: Nhận thức của người về tiện ích của thiết bị di động

Mặt khác, Theo PGS TS Nguyễn Khoa Diệu Thu, Nguyên trưởng phòng Công nghệ Tế bào động vật – Viện Sinh học nhiệt đới đã phát biểu rằng, khoảng 60- 70% nhà yến trong số đó đã có chim vào làm tổ Các dự án nuôi yến đã và đang phát huy hiệu quả tích cực ở các địa phương như Khánh Hoà, Bình Định, Cần Giờ…Nghề nuôi chim yến có đầu tư cao (1,9-3 tỉ đồng/nhà) nhưng tỉ lệ thành công rất thấp, khoảng 10% Do đó, theo lãnh đạo TP.HCM, cần có thêm những nghiên cứu chuyên sâu của các nhà khoa học, áp dụng đúng

kỹ thuật, đưa công nghệ tin học vào trong quản lý để mở rộng vùng nuôi chim yến, Dự báo đến năm 2020, Việt Nam sẽ có 10.000 nhà nuôi yến

Hiện nay các nhà nuôi yến bằng thủ công, quản lý theo cảm tính, trong khi các nhà đầu tư thì họ ở xa cho nên đề tài này giúp các nhà đầu tư nuôi yến quản

lý từ xa, giúp cho nâng cao năng suất, hiệu quả hơn và an tâm hơn

Hình 1.5: Bản đồ khu vực có yến ở Việt Nam

Với tất cả những lý do đã trình bày ở trên, việc nghiên cứu, ứng dụng thiết

bị công Nghệ vào nhà nuôi yến của gia chủ là nhu cầu hết sức cần thiết vì sẽ cho tỷ lệ thành công cao do đáp ứng môi trường thực tế cho chim yến ở, tiết kiệm được nhiều thời gian đi lại, công sức quản lý, cuối cùng là tiết kiệm năng lượng vì tất cả các thiết bị sẽ tự động ngắt khi không cần dùng đến Xuất phát

từ thực tế đó, tác giả đã chọn vấn đề “Xây dựng hệ thống điều khiển và quản

lý nhà nuôi yến theo mô hình nhà thông minh trên thiết bị di động” để phát

triển nhà nuôi yến theo hướng bền vững và cũng làm đề tài luận văn thạc sĩ với những ưu điểm như:

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

- Tiết kiệm năng lượng

- Tiết kiệm thời gian

- Tiết kiệm chi phí quản lý, điện, nước

- Đáp ứng những nhu cầu cần thiết cho nhà nuôi yến

- Bảo vệ an toàn cho nhà nuôi yến

Hình 1.6: Bốn giải pháp cho nhà nuôi yến là nhiệt độ, độ ẩm, âm thanh và ánh sáng

1.2 Phương pháp nghiên cứu

Phương pháp nghiên cứu thu thập thông tin:

Nghiên cứu các tài liệu về điều khiển thiết bị điện không dây từ xa với Công nghệ Wifi với Bo mạch Raspberry Pi Thử nghiệm một số phương pháp điều khiển hiện có Nghiên cứu gắn kết, giao tiếp các thiết bị điều khiển với

nhau và thiết bị di động với Công nghệ Wifi với Bo mạch Raspberry Pi Từ nghiên cứu đó mới áp dụng xây dựng hệ thống điều khiển thiết bị trong nhà

nuôi yến từ xa qua thiết bị di động

Phương pháp nghiên cứu chuyên gia:

- Chuyên gia nuôi yến:

- Đến gặp nhiều hơn các chuyên gia nuôi yến ở Gò Công, Cần Giờ, Nhà Bè… để có biết được kỹ thuật và kinh nghiệm nuôi chim yến và

nghiên cứu về những gợi ý của họ, điều này rất quan trọng

- Chuyên gia về công nghệ không dây

Từ hai chuyên gia này tôi xây dựng hệ thống này thực hiện các chức năng đáp ứng cho nhà nuôi yến phối hợp và điều khiển nhịp nhàng các yếu tố: nhiệt

độ, độ ẩm, âm thanh và ánh sáng

1.3 Những nội dung chính yếu cần nghiên cứu

Để thực hiện mục đích nêu trên, luận văn có các nhiệm vụ cụ thể sau đây:

- Nghiên cứu các công nghệ điều khiển từ xa đang được phát triển, từ đó có cái nhìn tổng quan về xu hướng phát triển nhà nuôi yến thông minh trong việc điều khiển thiết bị điện điện bên trong nhà nuôi yến bằng thiết bị di động

- So sánh và lựa chọn công nghệ, thiết bị, đồng thời đưa ra giải pháp phù hợp với điều kiện môi trường chim yến ở, kinh tế, văn hoá và xã hội Việt Nam

để xây dựng hệ thống và phát triển

- Thiết kế hệ thống, triển khai và cài đặt hệ thống

- Xây dựng, tích hợp những ngữ cảnh thông minh vào hệ thống dựa trên những tình huống điển hình và nhu cầu thực tế trong nhà nuôi chim yến

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

Wifi chính là giao thức mạng chúng ta thường hay sử dụng hiện nay cho chia sẻ kết nối giữa các máy laptop, game console và nhiều thứ khác Wi-Fi

có tốc độ nhanh và phổ biến Đó cũng là lý do tại sao nhiều nhà sản xuất thiết bị tự động hay ưu tiên cho công nghệ này Tuy nhiên, Wi-Fi lại dùng nhiều năng lượng và băng thông hơn các giao thức khác

Raspberry Pi là một máy tính giá rẻ, có kích thước nhỏ gọn, chỉ bằng một thẻ tín dụng Khi cắm màn hình (màn hình máy tính, tivi), chuột và bàn phím vào Raspberry Pi để sử dụng như một chiếc máy tính thực thụ Nó mở

ra cho mọi người ở tất cả lứa tuổi cơ hội để khám phá máy tính, tìm hiểu và lập trình bằng nhiều ngôn ngữ khác nhau, chẳng hạn như Scratch, Python, PHP,  Nó có khả năng làm được mọi thứ như một máy tính để bàn, từ trình duyệt web, xem video độ nét cao, xử lý bảng tính (spreadsheets), xử lý văn bản (word processing) và thậm chí là chơi game

Raspberry Pi không thay thế hoàn toàn hệ thống để bàn hoặc máy xách tay Raspberry Pi không hỗ trợ chạy hệ điều hành Windows vì BCM2835 dựa trên cấu trúc ARM nên không hỗ trợ mã x86/x64, nhưng vẫn có thể chạy bằng Linux với các tiện ích như lướt web, môi trường Desktop và các nhiệm

vụ khác Tuy nhiên Raspberry Pi là một thiết bị đa năng đáng ngạc nhiên với nhiều phần cứng có giá thành rẻ nhưng rất hoàn hảo cho những hệ thống điện tử, thiết lập hệ thống tính toán rẻ tiền cho những bài học trải nghiệm lập trình 

Ngoài ra, Raspberry Pi còn có khả năng tương tác với nhiều thứ, nó được sử dụng trong hàng loạt các dự án kỹ thuật số, chẳng hạn như thiết bị nghe nhạc, trạm thời tiết, Đặc biệt có thể lập trình dễ dàng điều khiển công tắt đóng mở thiết bị thông qua các chân tính hiệu và thiết lập kết nối wifi

Raspberry Pi lấy nguồn cấp từ cổng micro USB vì thế bộ nguồn cung cấp cho Raspberry Pi phải có đầu ra với điện áp 5V, công suất từ 700mAh

Nếu ta định hướng tới những dự án cao cấp hơn như điều khiển máy chủ file hoặc những thiết bị theo dõi khác, cần phải lắp thêm những thiết bị vào để thiết lập Raspberry Pi và chạy nó

Hình 2.2 Hình ảnh thật của Raspberry Pi Model B+

Raspberry Pi được sử dụng trong đề tài là Model B+:

- SoC 700MHz với 512MB RAM

- 01 cổng HDMI cho đầu ra âm thanh/video số

- GPIO: 40 chân

- Cổng USB 2.0: 4 cổng

- 01 cổng video RCA cho đầu ra video Analog

- Jack Headphone Stereo 3.5mm cho đầu ra âm thanh

Analog

- 01 cổng Ethernet LAN

- Khe cắm thẻ nhớ microSD: thay bằng loại khe cắm nhấn đẩy Tiết kiệm điện năng hơn: năng lượng điện tiêu thụ chỉ dao động trong mức từ 0,5 - 1W

- Chất lượng âm thanh: bằng cách bổ sung nguồn điện riêng với độ ồn thấp

- Tích hợp cổng video vào cổng âm thanh 3.5mm

* Một số ưu nhược điểm của Raspberry Pi

- Không có tích hợp WiFi (có thể mua USB WiFi rời gắn vào)

- Yêu cầu phải có kiến thức cơ bản về Linux, điện tử

2.1.2 Công nghệ không dây X10

Ra đời vào những thập niên 80 của thế kỷ 20, công nghệ truyền tín hiệu trên đường dây điện đầu tiên được nghiên cứu và phát triển tại mỹ với dự án mang tên X10 Kể từ đó X10 trở thành tên thương mại của hàng loạt các sản phẩm điều khiển tự động sử dụng công nghệ này

Công nghệ X10 sử dụng sóng mang tần số 120Khz và điện áp tín hiệu 4V để truyền tín hiệu điều khiển Các sản phẩm sử dụng công nghệ X10 có ưu điểm là dễ lắp đặt, giá thành thấp và không phải đi thêm dây điều khiển Tuy nhiên các sản phẩm X10 có điểm yếu là chịu tác động rất lớn của nhiễu đường truyền

Do X10 sử dụng tần số sóng mang cố định 120Khz nên các can nhiễu quá lớn hoặc gần với tần số 120Khz đều làm cho các thiết bị của X10 không thể điều khiển được bằng các bộ điều khiển Do đó hệ thống sử dụng công nghệ X10 cần phải có bộ lọc và tách riêng đường cấp nguồn cho thiết bị X10 để đảm bảo độ ổn định của hệ thống trong quá trình sử dụng

Ưu điểm:

- Ưu điểm lớn nhất của nhà thông minh X10 chính là mức giá thành không quá đắt đỏ: Bạn có thể có một hệ thống tự động hoá hoàn chỉnh cho nhà mình với chi phí chỉ trên dưới 1000 USD Tuy nhiên, tính bảo mật và an ninh của công nghệ này không cao, chủ yếu phù hợp với yêu cầu điều khiển các thiết

bị gia dụng

- Không cần đi thêm dây dẫn – Lý tưởng cho nhà đang sử dụng

- Dễ lắp đặt

- Hàng trăm sản phẩm tương thích, rất nhiều lựa chọn điều khiển

- Điều khiển được tới 256 thiết bị

- Giá phải chăng

- Đã được thời gian chứng minh – công nghệ X10 đã tồn tại và được hoàn thiện trong suốt hơn 30 năm qua

Nhược điểm:

Tính bảo mật của thiết bị sử dụng Công nghệ X10 Công nghệ X10 chỉ được xây dựng với House code (A-P) và device code (1-16) nên rất dễ để điều khiển từ bất cứ bộ điều khiển X10 nào, để ngăn chặn việc này các hãng sản xuất thiết bị X10 đã chế tạo bộ lọc nhằm ngăn chặn tín hiệu điều khiển từ bên ngoài xâm nhập vào hệ thống, tuy nhiên bộ lọc này mất tác dụng khi kẻ gian truy xuất hệ thống bằng các bộ điều khiển không dây thông qua các bộ thu nhận transceiver của X10 (đây là thiết bị bắt buộc phải dùng cho tính năng không dây và điều khiển từ xa)

Kẻ gian có thể mở cửa nhà, tắt hệ thống an ninh bằng các bộ điều khiển không dây này một cách dễ dàng Các thiết bị sử dụng công nghệ X10 đều có chung đặc điểm: tốc độ truyền thấp, khả năng bảo toàn thông tin thấp (70-80%)

Hình 2.3: Hệ thống bảng thiết bị điện tử công nghệ X10

2.1.3 Công nghệ không dây Insteon

INSTEON là một chuẩn kết nối, điều khiển “Dual-Band” – tín hiệu điều khiển vừa được truyền trong dây dẫn điện trong nhà, vừa được truyền bằng sóng vô tuyến (RF – Radio Frequency) Các thiết bị điều khiển của INSTEON

có khả năng áp dụng để điều khiển cho hầu hết các phần tử cơ bản trong nhà:

Chất lượng và tính ổn định trong các thiết bị của INSTEON được đánh giá rất cao – đây là một ưu điểm của công nghệ điều khiển thông minh DUAL – BAND, được ưa chuộng ở thị trường Mỹ, và cũng khá phổ biến ở châu Âu, Úc…

Bên cạnh đó, một ưu điểm nữa của công nghệ INSTEON là rất dễ lắp đặt

và vận hành hệ thống tại chỗ cũng như điều khiển từ xa qua internet bằng ứng dụng chạy trên IOS, Android, Web

Hình 2.4: Hệ thống nhà thông minh sử dụng công nghệ INSTEON

Insteon sử dụng công nghệ xử lý tín hiệu số hiện đại để mã hoá và truyền bản tin giữa 2 thiết bị với tốc độ cao Đây cũng được coi là mạng lưới kết hợp giữa hệ thống thu phát điều khiển không dây và hệ thống dây dẫn điện hiện tại trong nhà Do vậy, Insteon không dễ bị gây nhiễu như các hệ thống một băng tần khác

Nhà thông minh Insteon có đầy đủ các ứng dụng như: Theo dõi và điều khiển từ xa hệ thống ánh sáng, Các bộ cảm biến kết hợp với giao diện cảnh báo

an ninh, Các bộ cảm biến đo các thông số (mực nước, độ ẩm, nhiệt độ), Điều khiển ra vào toà nhà (hệ thống khoá), Điều khiển và quản lý hệ thống lò sưởi

và máy lạnh, Điều khiển hệ thống âm thanh và hình ảnh, Tiết kiệm năng lượng Insteon không cần sử dụng đến máy tính nối mạng nên hết sức tiện lợi Kết nối giữa hai thiết bị Insteon đơn giản bằng cách nhấn nút On trên thiết bị thứ nhất khoảng 10 giây, sau đó lại nhấn nút On trên thiết bị thứ hai 10 giây

Mạng Insteon có tính bảo mật cao: tất cả các tín hiệu truyền dẫn đều được

mã hoá, khiến các thiết bị hoạt động ổn định và độc lập Đặc biệt, các sản phẩm

Insteon có giá cao hơn X10 một chút Giá cho một thiết bị Insteon dự kiến không quá 30 USD

Để đáp ứng khả năng điều khiển, tích hợp toàn bộ hệ thống chiếu sáng

và thiết bị gia dụng nhà thông minh công nghệ Insteon chắc chắn sẽ là một sự lựa chọn hàng đầu cho những người tiêu dùng thông minh

Có thể hoạt động chung với công nghệ X10:

INSTEON cho phép hỗ trợ hoạt động chung với thiết bị dùng công nghệ X10 Các mạng công nghệ X10 hiện nay có thể dễ dàng tích hợp thêm thiết bị công nghệ INSTEON Nhưng lưu ý rằng các thiết bị INSTEON chỉ lặp và khuếch đại tín hiệu INSTEON chứ không phải là tín hiệu X10

2.1.4 Công nghệ không dây Zigbee

ZigBee là hệ thống mạng không dây mở tương tự nhưng tốt hơn giao thức bluetooth Bluetooth sẽ giao tiếp theo cặp thiết bị với nhau ít hơn bảy thiết bị trong khi đó ZigBee có thể giao tiếp theo cặp với hàng trăm thiết bị ZigBee là một chuẩn không dây 802 của IEEE Một trong những thành phần

chính của chuẩn này chính là IEEE 802.15.4 cho phép các thiết bị điện, cảm biến, trong khoảng cách gần 10-100m trong một mạng lưới có thể giao tiếp ngang hàng với nhau ZigBee sử dụng rất ít năng lượng để vận hành

Điểm hạn chế của ZigBee là các thiết bị được sản xuất từ các nhà chế tạo khác

nhau và không tương thích với nhau do ZigBee chỉ quy định tiêu chuẩn ở lớp giao thức thấp (radio layer) và các nhà chế tạo khác nhau sẽ thiết kế các lớp phần mềm khác nhau Một hạn chế nữa của Zigbee là ít được nhà sản xuất

hỗ trợ, do vậy tính đổi lẫn nhau không cao Bạn sẽ dễ bị dính chặt với một nhả sản xuất thiết bị nào đó

Hình 2.5: Các ứng dụng của mạng Zigbee

2.1.5 Công nghệ Z-wave

Z-Wave là một chuẩn quốc tế được sử dụng để phát triển các giải pháp điều khiển cho các ứng dụng điện trong toà nhà như: hệ thống chiếu sáng, giám sát môi trường, quản lý năng lượng, hệ thống an ninh Với người sử dụng, Z-Wave có mức giá hợp lý, hoạt động tin cậy, khả năng mở rộng cao và dễ dàng

sử dụng cũng như điều khiển

Hiệp hội nhà thông minh Z-Wave bao gồm hàng trăm nhà sản xuất phát triển đa dạng các dòng sản phẩm ứng dụng cho phép chúng liên kết với nhau một cách linh hoạt Các sản phẩm này ngày một đi sâu vào đời sống và trở thành những thiết bị hữu ích cần thiết cho mọi gia đình

Hình 2.6: Mô hình điều khiển nhà thông minh với z-wave

Z-Wave - công nghệ sử dụng sóng không dây thế hệ mới nhất cho phép các thiết bị điện trong nhà có thể giao tiếp với nhau, các thiết bị giao tiếp với người sử dụng thông qua các thiết bị điều khiển từ xa, máy tính, điện thoại thông minh, máy tính bảng Z-Wave được sử dụng đơn giản, ổn định, tin cậy, mức độ phát sóng radio gần như bằng không (1/4.000 so với phát sóng radio của điện thoại di động) Z-Wave dễ dàng truyền tín hiệu qua tường, sàn nhà và tủ Z-Wave có thể điều khiển hầu hết các thiết bị điện tử trong nhà, thậm chí những thiết bị được cho là không thông minh như các thiết bị điện, rèm cửa sổ, điều hoà, chiếu sáng căn nhà

Z-Wave tích hợp tất cả các thiết bị điện vào hệ thống mạng không dây trong nhà Hệ thống không yêu cầu lập trình phức tạp, không yêu cầu việc đi dây mới bổ sung Bất kỳ thiết bị Z-Wave có thể dễ dàng đăng nhập vào hệ thống mạng, các thiết bị không sử dụng công nghệ Z-Wave có thể được làm tương thích với hệ thống bằng việc sử dụng với các module phụ Z-Wave Các thiết bị được đăng nhập vào hệ thống mạng và có thể giao tiếp không dây với các thiết

bị Z-Wave khác và bộ điều khiển

Z-Wave các thiết bị được đăng nhập mạng dễ dàng với thời gian tính bằng phút: Kết nối thiết bị muốn điều khiển vào module Z-Wave và đăng nhập vào mạng Z-Wave

Z-Wave được module hoá: Với công nghệ Z-Wave, căn nhà có thể được thiết kế sử dụng với số lượng thiết bị điều khiển theo yêu cầu và có thể bổ sung theo thời gian tuỳ thích Có thể chỉ sử dụng 1 thiết bị Z-Wave, hoặc sử dụng cho một căn phòng, hoặc sử dụng cho một tầng, hoặc có thể sử dụng cho toàn

bộ căn nhà trên cơ sở nhu cầu sử dụng và mong muốn của chủ nhà

Z-Wave có chi phí đầu tư cạnh tranh, dễ dàng lắp đặt: Không giống như

các hệ thống điều khiển đắt tiền khác áp dụng cho toàn bộ căn nhà có yêu cầu

việc đi dây điều khiển, dây nguồn đặc biệt và đòi hỏi đội ngũ lắp đặt, bảo trì

chuyên nghiệp, Z-Wave với chi phí đầu tư cạnh tranh hơn đồng thời người sử

dụng có thể dễ dàng lắp đặt, bổ sung hệ thống trong quá trình sử dụng sau này

Z-Wave hoạt động với độ tin cậy rất cao: Với cấu trúc mạng lưới thông

minh (intelligent mesh network), Z-Wave nhận biết được tất cả trạng thái của

các thiết bị, và xác nhận các thiết bị chấp hành đã nhận được lệnh điều khiển

và thực hiện hay chưa

Z-Wave có độ linh hoạt rất cao: Z-Wave có thể đăng nhập hầu hết các

thiết bị điện trong nhà và cho phép người sử dụng quyền điều khiển, giám sát

các thiết bị khi ở nhà cũng như nơi khác thông qua internet

Z-Wave có độ thông minh cao: Z-Wave có thể thiết lập các thiết bị hoạt

động theo nhóm Khi về nhà cửa ga ra mở đồng thời sẽ bật đèn chiếu sáng

Khoá cửa thông báo cho bố mẹ biết khi trẻ con đi học về nhà Tắt đèn tầng dưới

từ tầng trên Lập các cảnh chiếu sáng, điều khiển thông minh với Z-Wave

2.2 Trình bày cơ sở hạ tầng và kỷ thuật tổng quát

Để cho môi trường nhà nuôi yến nhà gần giống như yến đảo ta cần tìm hiểu

các thiết bị để điều khiển nhiệt độ, độ ẩm, âm thanh và ánh sáng

2.2.1 Bố trí máy phun sương tạo độ ẩm

Hình 2.7: Sơ đồ lắp đặt hệ thống phun sương tạo độ ẩm

Là một loại thiết bị nuôi yến trong nhà khá quan trọng nữa là hệ thống phun sương để duy trì độ ẩm trong và ngoài nhà yến Việc duy trì nhiệt độ, độ ẩm cho nhà yến là điều cần thiết để duy trì và tạo nên thành công cho tổ yến Độ

ẩm thích hợp với chim yến từ 75% đến 90%, trong đó độ ẩm thích hợp nhất là 80%

Độ ẩm không khí trong nhà yến là yếu tố quan trọng để tạo nên môi trường sống ổn định cho chim yến trong nhà Máy phun sương là loại thiết bị nuôi yến trong nhà rất dễ sử dụng, và lắp đặt Người nuôi yến chỉ cần điều chỉnh lượng sương được tạo ra và thời gian hoạt động của máy để luôn duy trì độ ẩm thích hợp cho chim yến

2.2.2 Bố trí vòi phun nước, quạt hút, quạt thổi để hạ nhiệt độ:

Cần duy trì nhiệt độ trong nhà yến luôn duy trì ở mức 27 - 29 độ C, đây

là mức chuẩn cho chim yến sinh sống, làm tổ, sinh sản và phát triển tốt

Cần trang bị máy bơm nước lên mái nhà để hạ nhiệt độ và làm mát cho chim vì chim yến rất thích “nô đùa” với nước

Hình 2.8: Sơ đồ bố trí vòi phun nước tự động

2.2.3 Bố trí loa bên trong và bên ngoài nhà nuôi yến:

Âm thanh dụ chim yến hiện nay có rất nhiều loại tiếng, nhưng nói chung gồm

có 3 loại: Loại tiếng ngoài dùng để hấp dẫn chim yến quy tụ lại;

Loại tiếng hút để thu hút chim chui vào nhà và

Loại tiếng trong để dụ chim yến tưởng rằng nhà này đã có nhiều chim yến ở

Hình 2.9: Bố trí loa trong nhà nuôi yến

Tiếng ngoài và tiếng hút được mở từ 5h sáng - 8h tối Tiếng trong được mở từ 5h sáng đến 12h đêm Không nên mở tiếng qua đêm

Hình 2.10: Bố trí loa ngoài nhà nuôi yến

2.2.4 Ánh sáng nhà nuôi chim yến

Hình 2.11: Ánh sáng tối trong nhà nuôi yến

Theo các nhà nghiên cứu, các nhà yến thành công cần có ánh sáng thích hợp là 0,02 - 0,2 lux Yếu tố ánh sáng trong nhà yến đã xây dựng hoàn thiện có thể điều chỉnh bằng cách dựng các vách ngăn mềm để làm tối các góc phòng cho chim yến an tâm làm tổ và sinh sản, nuôi dưỡng chim con

Cần trang bị bộ cảm biến đa năng: Nhiệt độ, độ ẩm, ánh sáng để kiểm tra

độ thích hợp cho nhà nuôi yến

thống mà không cần phải khoan tường đi lại dây điện

Hơn nữa chi phí giá thành cho hệ thống với công nghệ wifi kết hợp bo mạch điều khiểm Raspberry Pi thực tế rất rẻ so với các công nghệ khác

2.4 Phần mềm cho hệ thống điều khiển:

2.4.1 Phần mềm điều khiển:

Hệ thống được viết bằng ngôn ngữ lập trình python với chức năng thu thập

dữ liệu nhiệt độ độ ẩm, so sánh với dữ liệu cài đặt để điều khiển các thiết bị ngoại vi Ngoài ra hệ thống còn liên kết được với phần mềm chạy thông qua kiểu giao tiếp UART

Phần mềm được viết bằng ngôn ngữ C# Giao diện điều khiển đơn giản dễ

sử dụng Với chức năng chính của phần mềm là giám sát các thiết bị trong nhà yến Điều khiển các thiết bị ở chế độ MANUAL Lưu trữ các thông số nhiệt độ

độ ẩm, trạng thái của các thiết bị ngoại vi vào Cơ sở dữ liệu xây dựng trên hệ quản trị cơ sở dữ liệu SQL 2008 giúp cho người nuôi có dữ liệu để theo dõi giám sát chu trình nuôi, truy xuất dữ liệu khi cần

2.4.2 Blynk và xây dựng App

Blynk là một cái app trên nền android, cho phép người dùng có thể tạo ra giao diện và điều khiển thiết bị theo ý thích của cá nhân Blynk được lựa chọn

vì một số lý do sau:

Dễ sử dụng: Đơn giản, chỉ việc vào store, cài đặt, sau đó đăng ký tài khoản

và mất không quá 5 phút để làm quen

Đẹp và đầy đủ: Giao diện của Blynk quá tuyệt vời, sử dụng bằng cách kéo thả Với thư viện đầy đủ các Input Output như button, LCD, đồ thị,…

Không phải lập trình: Nếu như không có kiên thức về làm app trên điện thoại thì việc điều khiển thiết bị từ chính smartphone là điều vô cùng khó khăn

và phức tạp Nhờ blynk nên có thể bỏ qua bước lập trình tạo app Có thể thử nhanh chóng và ứng dụng được dự án vào thực tế

Thử nghiệm nhanh chóng, có thể điều khiển giám sát ở bất kỳ nơi nào có internet

CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ VÀ XÂY DỰNG HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ TRONG NHÀ NUÔI YẾN TỪ XA BẰNG CÔNG NGHỆ

RASPBERRY PI

3.1 Hệ thống điều khiển

3.1.1 Sơ đồ khối của hệ thống

Hình 3.1 Mô hình hoạt động của hệ thống

3.1.2 Giải thuật điều khiển của hệ thống

- Chế độ AUTO: Hệ thống thu thập liên tục dữ liệu về nhiệt độ, độ ẩm từ cảm biến Tiến hành so sánh với giá trị nhiệt độ, độ ẩm được cài đặt để tiến hành bật tắt các thiết bị ngoại vi cho phù hợp

+ Khi nhiệt độ môi trường trong nhà yến tăng cao (>= 290C) thì hệ thống

tự động bật máy bơm nước hạ nhiệt độ Khi nhiệt độ giảm xuống trở lại (<

Hệ thống tiến hành bật tắt loa phát âm thanh dụ yến theo giờ được cài đặt

Dữ liệu về nhiệt độ độ ẩm, trạng thái của các thiết bị ngoại vi sẽ được liên tục cập nhật vào cơ sở dữ liệu thông qua phần mềm và giao tiếp UART

- Chế độ MANUAL: Các thiết bị ngoại vi sẽ được điều khiển bằng các nút bật tắt trên phần mềm hoặc trên App chạy trên Blynk

3.2 Xây dựng, thiết lập hệ thống

3.2.1 Hệ điều hành cho Raspberry Pi

Một số hệ điều hành thông dụng cho Raspberry Pi

+ Raspbian

+ Ubuntu Mate

+ Windows 10 IoT Core

+ OSMC …

Raspbian là hệ điều hành cơ bản, phổ biến nhất và do chính

Raspberry Pi Foundation cung cấp Nó cũng được hãng khuyến cáo sử dụng Raspbian có dung lượng sau khi giải nén là khoảng gần 4GB, nên cần tối thiểu 1 cái thẻ 4GB để có thể sử dụng Raspbian Raspbian giúp Raspberry Pi

sử dụng như máy tính văn phòng để lướt web, soạn văn bản, check mail và thi thoảng nghe nhạc/xem phim và nghiên cứu phát triển các thiết bị điều khiển

tự động