Trong cu c s ng ngày nay, trên n n t ng c a s phát tri n v công ngh thôngộ ố ề ả ủ ự ể ề ệ tin, đi n dân d ng… các s n ph m khoa h c công ngh d n đệ ụ ả ẩ ọ ệ ầ ược đ a vào ng d ngư ứ ụ trong đ i s ng s n xu t và đ i s ng sinh ho t c a con ngờ ố ả ấ ờ ố ạ ủ ười. S k t h p các tínhự ế ợ năng u vi t c a Smartphone, máy tính, c m bi n v i các thi t b đi n dân d ng…ư ệ ủ ả ế ớ ế ị ệ ụ đem l i cho con ngạ ười nh ng tr i nghi m v m t th gi i thi t b t đ ng. Góp ph nữ ả ệ ề ộ ế ớ ế ị ự ộ ầ làm cho đi u ki n cu c s ng ngày m t đề ệ ộ ố ộ ược nâng cao, nhu c u v gi i trí hầ ề ả ưởng thụ
được c i thi n. M t trong nh ng ý tả ệ ộ ữ ưởng đó đã được phát tri n ng d ng và để ứ ụ ượ c nhi u ngề ười quan t m đ n trong th i gian g n đây, đó là khái ni m v “nhà thôngấ ế ờ ầ ệ ề minh”. Tính năng t đ ng c a nó đem l i, mà hi n nay các ngôi nhà thông minh ngàyự ộ ủ ạ ệ càng được đ a vào s d ng r ng rãi trong th c t , không ch đ i v i các căn bi t thư ử ụ ộ ự ế ỉ ố ớ ệ ự
… mà ý tưởng này còn có th để ược m r ng ng d ng cho nh ng ngôi nhà dân d ngở ộ ứ ụ ữ ụ
v i m c chi phí bình thớ ứ ường. T nhu c u th c t mu n ừ ầ ự ế ố ước m v s d ng thi t bơ ề ử ụ ế ị
đi n dân d ng t đ ng đ n v i m i ngệ ụ ự ộ ế ớ ọ ười dân, đ án c a chúng em đ xu t và xâyồ ủ ề ấ
d ng đ tài “ự ề Thi t k mô hình nhà thông minh ng d ng vi đi u khi n ế ế ứ ụ ề ể ”. V i sớ ự giúp đ t n tình c a th y giáo TS. Đ ng Ng c Trung cùng các th y cô giáo trong bỡ ậ ủ ầ ặ ọ ầ ộ môn K Thu t Đi n cùng v i s n l c c a c nhóm đ án chúng em, đ n nay đ ánỹ ậ ệ ớ ự ỗ ự ủ ả ồ ế ồ
c a chúng em đã hoàn thành. Do ki n th c c a chúng em còn h n ch nên đ tài c aủ ế ứ ủ ạ ế ề ủ chúng em không tránh kh i nh ng thi u sót. Chúng em r t mong s ch b o, góp ý c aỏ ữ ế ấ ự ỉ ả ủ các th y cô giáo cùng các b n sinh viên đ n i dung c a đ tài th c s hoàn thi n vàầ ạ ể ộ ủ ề ự ự ệ
đượ ức ng d ng hi u qu h n trong đ i s ng.ụ ệ ả ơ ờ ố
Chúng em xin chân thành c m n th y giáo TS. Đ ng Ng c Trung, c m n cácả ơ ầ ặ ọ ả ơ
th y cô giáo trong b môn K Thu t Đi n đã t n tình giúp đ chúng em đ đ tài c aầ ộ ỹ ậ ệ ậ ỡ ể ề ủ chúng em được hoàn thành đúng th i h n.ờ ạ
Thái Nguyên, ngày 28 tháng 11 năm 2018
Giáo viên hướng d nẫ Nhóm sinh viên th c hi nự ệ
Trang 2TS. Đ ng Ng c Trung ặ ọ NH N XÉT C A GI NG VIÊN HẬ Ủ Ả ƯỚNG D NẪ
Trang 3
NH N XÉT C A GI NG VIÊN PH N BI NẬ Ủ Ả Ả Ệ
Trang 4
Contents
L I NÓI Đ UỜ Ầ 1 Contents
4
PH N 1Ầ 5
Đ T V N Đ NGHIÊN C UẶ Ấ Ề Ứ 5 1.1.Gi i thi u v h th ng nhà thông minhớ ệ ề ệ ố
5 1.2.Đ t bài toánặ
8 1.3.Ý tưởng xây d ng thu t toán đi u khi n nhà thông minhự ậ ề ể
9
PH N 2Ầ 10 TÌM HI U V H ĐI U HÀNH ANDROID VÀ VI ĐI U KHI NỂ Ề Ệ Ề Ề Ể
10 PIC 16F877A CÙNG M T S THI T B NGO I VI KHÁCỘ Ố Ế Ị Ạ
10 2.1.H đi u hành Androidệ ề
10 2.2.Vi đi u khi n PIC 16F877Aề ể
12
PH N 3Ầ 35 THI T K ĐI U KHI N VÀ GIÁM SÁT CHO MÔ HÌNH NHÀ Ế Ế Ề Ể Ở
35 DÂN D NG THÔNG MINHỤ
35 3.1.Thi t k ph n c ngế ế ầ ứ
35 3.2. Xây d ng ph n m mự ầ ề
68
Trang 53.3. K t lu n và đ nh hế ậ ị ướng phát tri nể 85 TÀI LI U THAM KH OỆ Ả
86
1.1 Gi i thi u v h th ng nhà thông minhớ ệ ề ệ ố
Nhà thông minh (ti ng Anh là "Smart Home") ho c h th ng nhà thông minh làế ặ ệ ố
m t ngôi nhà/ căn h độ ộ ược trang b h th ng t đ ng tiên ti n dành cho đi u khi n đènị ệ ố ự ộ ế ề ể chi u sáng, nhi t đ , truy n thông đa phế ệ ộ ề ương ti n, an ninh, c a t đ ng và nhi u tínhệ ử ự ộ ề năng khác nh m m c đích làm cho cu c s ng ngày càng ti n nghi, an toàn và góp ph nằ ụ ộ ố ệ ầ
s d ng h p lý các ngu n tài nguyên.ử ụ ợ ồ
Theo wiseGeek, m t ngôi nhà (ho c căn h ) độ ặ ộ ược coi là "thông minh" b i vì hở ệ
th ng máy tính/đi n tho i c a nó có th giám sát đố ệ ạ ủ ể ược nhi u khía c nh di n ra xungề ạ ễ quanh ngôi nhà c a chúng ta thủ ường ngày.M t trong nh ng ví d c b n nh t c a nhàộ ữ ụ ơ ả ấ ủ thông minh là m t h th ng ki m soát m c đ chi u sáng c a h th ng đèn giúp ti tộ ệ ố ể ứ ộ ế ủ ệ ố ế
ki m đi n và phù h p v i khung c nh, ch ng h n nh cài đ t đèn ánh sáng nh choệ ệ ợ ớ ả ẳ ạ ư ặ ẹ các b a ti c t i. H th ng cũng có th đi u ch nh rèm c a theo yêu c u, ki m soátữ ệ ố ệ ố ể ề ỉ ử ầ ể
Trang 6nhi t đ , h th ng báo s c khí gas, h th ng đóng m c a t đ ng, h th ng phòngệ ộ ệ ố ự ố ệ ố ở ử ự ộ ệ ố
ng a tr m…Nhà thông minh ngoài ra còn có m t s ng d ng sáng t o h n, g m hừ ộ ộ ố ứ ụ ạ ơ ồ ệ
th ng đi u khi n gi i trí loa đài v i công su t khác nhau, h th ng tố ề ể ả ớ ấ ệ ố ướ ưới n c
Các ch c năng này có th đứ ể ược th c hi n nh vi c ghép n i các thi t bự ệ ờ ệ ố ế ị
đi ntrong nhà v i b đi u khi n trung tâm thông qua h th ng máy tính/đi n tho i đệ ớ ộ ề ể ệ ố ệ ạ ể
có th theo dõi các tr ng thái và ra các quy t đ nh đi u khi n phù h p.ể ạ ế ị ề ể ợ
Nhà thông minh đã được hình dung trong các tác ph m khoa h c vi n tẩ ọ ễ ưởng từ nhi u năm nh ng nó ch tr thành hi n th c k t th k 20 sau s phát tri n r ng rãiề ư ỉ ở ệ ự ể ừ ế ỷ ự ể ộ
c a ngành đi n đi n t và nh ng ti n b nhanh chóng c a công ngh thông tin, theoủ ệ ệ ử ữ ế ộ ủ ệ Wikipedia. Công ngh nhà thông minh ngày càng tr nên tinh vi,các tín hi u đi uệ ở ệ ề khi n và giám sát để ược mã hóa truy n đi thông qua h th ng dây d n ho c m ngề ệ ố ẫ ặ ạ không dây đ n các b chuy n m ch, đi n đế ộ ể ạ ổ ệ ượ ậc l p trình s n đ v n hành các đ giaẵ ể ậ ồ
d ng và thi t b đi n t trong ngôi nhà. S t đ ng hóa c a ngôi nhà đ c bi t có íchụ ế ị ệ ử ở ự ự ộ ủ ặ ệ cho ngườ ới l n tu i và ngổ ười tàn t t, nh ng ngậ ữ ười mu n s ng t l p.ố ố ự ậ
Vi c l p đ t các s n ph m thông minh đem l i cho ngôi nhà và ch nhân c a nóệ ắ ặ ả ẩ ạ ủ ủ
r t nhi u l i ích – tấ ề ợ ương t nh nh ng l i ích mà công ngh và máy tính cá nhân đãự ư ữ ợ ệ đem l i cho chúng ta 30 năm qua, bao g m: s ti n nghi, ti t ki m th i gian, ti n b cạ ồ ự ệ ế ệ ờ ề ạ
và năng lượng
Các thành ph n c a h th ng nhà thông minh bao g m các c m bi n (nh c mầ ủ ệ ố ồ ả ế ư ả
bi n nhi t đ , c m bi n chuy n đ ng, c m bi n ánh sáng, c m bi n âm thanh, c mế ệ ộ ả ế ể ộ ả ế ả ế ả
bi n khí gas…), các b đi u khi n (PLC, vi đi u khi n…), máy tính, kh i thu phát tínế ộ ề ể ề ể ố
hi u (wifi, Bluetooth…)và các thi t b ch p hành khác (R le trung gian…). Nh hệ ế ị ấ ơ ờ ệ
th ng c m bi n, các b đi u khi n và máy tính/đi n tho i mà con ngố ả ế ộ ề ể ệ ạ ười có th theoể dõi các tr ng thái bên trong ngôi nhà dù chúng ta đang b t c đâu, đ đ a ra cácạ ở ấ ứ ể ư quy t đ nh đi u khi n các thi t b ch p hành m t cách phù h p nh m đ m b o s anế ị ề ể ế ị ấ ộ ợ ằ ả ả ự toàn cũng nh đem l i cho ngư ạ ườ ử ụi s d ng m t môi trộ ường s ng t t nh t.ố ố ấ
Trang 7Trên th gi i, nhi u ki n trúc s đang b t đ u cân nh c đ n nhà thông minhế ớ ề ế ư ắ ầ ắ ế trong khi thi t k và xây d ng nhà. Khi đó, h th ng đế ế ự ệ ố ược tích h p ngay trong quá trìnhợ xây d ng thì chi phí cho vi c l p đ t, b o trì s gi m xu ng đ ng th i toàn b hự ệ ắ ặ ả ẽ ả ố ồ ờ ộ ệ
th ng đi n trong tòa nhà cũng s đ ng b và linh ho t h n. Tuy nhiên, các ngôi nhàố ệ ẽ ồ ộ ạ ơ
ho c căn h đã xây d ng trặ ộ ự ước đây cũng v n có th s a đ i đ tích h p h th ngẫ ể ử ổ ể ợ ệ ố thông minh vào, đem l i nh ng c m giác m i cho ngôi nhà c a chúng ta.ạ ữ ả ớ ủ
Hi n nay, trong lĩnh v c nhà thông minh, các k s v n đang ti p t c sáng t oệ ự ỹ ư ẫ ế ụ ạ
đ t o ra nhi u ti n ích h n n a cho ngôi nhà cũng nh t i u hóa v tri n khai l pể ạ ề ệ ơ ữ ư ố ư ề ể ắ
đ t m t ngôi nhà thông minh. Trong tặ ộ ương lai không xa, ngôi nhà thông minh có th cóể
kh năng “t duy” đ t đi u ch nh các thi t b m t cách phù h p và có kh năng giaoả ư ể ự ề ỉ ế ị ộ ợ ả
ti p v i con ngế ớ ười nh trong các b phim vi n tư ộ ễ ưởng là có c s tr thành hi n th c.ơ ở ở ệ ự
Cu i nh ng năm 1990, nhà thông minh v n đố ữ ẫ ược xem là m t th xa x c a nhàộ ứ ỉ ủ giàu. Tuy nhiên, v i s ra đ i và ph bi n c a công ngh vi đi n t và chi phí ngàyớ ự ờ ổ ế ủ ệ ệ ử càng gi m c a chúng thì các công ngh đi u khi n thông minh có th đả ủ ệ ề ể ể ượ ức ng d ngụ
Trang 8r ng rãi h n và đem l i cho m i ngỗ ơ ạ ọ ười dân có m c s ng trung bình có th làm chứ ố ể ủ
được ngôi nhà thông minh trong t m tay. ầ
V i s phát tri n vũ bão c a công ngh thông tin, internet và chi phí cho hớ ự ể ủ ệ ệ
th ng nhà thông minh đã gi m xu ng trong th i gian g n đây. Nhu c u ngố ả ố ờ ầ ầ ườ ử ụ i s d ng
đã tăng cao đáng k Theo hãng ABI Research, năm 2012 đã có h n 1,5 tri u h th ngể ơ ệ ệ ố nhà thông minh đượ ắc l p đ t M và d ki n con s này s tăng đ n 8 tri u vào nămặ ở ỹ ự ế ố ẽ ế ệ
2017. Trong tương lai không xa, có th hi v ng nhà thông minh s là m t xu hể ọ ẽ ộ ướ ng
m i cho cu c s ng c a con ngớ ộ ố ủ ười hi n đ i.ệ ạ
1.2 Đ t bài toánặ
Xu t phát t nhu c u m r ng quy mô ng d ng h th ng nhà thông minhấ ừ ầ ở ộ ứ ụ ệ ố không ch t p trung cho các nhà bi t th , khách s n… ph c v cho các t ng l p giàu cóỉ ậ ệ ự ạ ụ ụ ầ ớ
thượng l u, mà còn đem l i cho ngư ạ ười có m c thu nh p trung bình có đứ ậ ược c h i sơ ộ ở
h u ngôi nhà thông minh v i m t s tính năng t đ ng nh t đ nh c a riêng mình trongữ ớ ộ ố ự ộ ấ ị ủ
kh năng kinh t có h n. Vì v y trong ph m vi c a đ tài đ xu t xây d ng mô hìnhả ế ạ ậ ạ ủ ề ề ấ ự nhà dân d ng nhà thông minh, đ m b o cho ngôi nhà có đở ụ ả ả ược m t s tính năng tộ ố ự
đ ng nh sau:ộ ư
Đóng m c a và b t t t h th ng chi u sáng t xa thông qua đi n tho i/máyở ử ậ ắ ệ ố ế ừ ệ ạ tính, modul Bluetooth HC06 k t n i v i vi đi u khi n trung tâm.ế ố ớ ề ể
B t t t các thi t b b ng gi ng nói thông qua đi n tho i g i đ n modulậ ắ ế ị ằ ọ ệ ạ ử ế Bluetooth HC06 k t n i v i vi đi u khi n trung tâm ế ố ớ ể ể
Đóng m c a và b t t t h th ng chi u sáng t xa b ng vi c gi i mã tín hi uở ử ậ ắ ệ ố ế ừ ằ ệ ả ệ DTMF c a đi n tho i.ủ ệ ạ
Hi n th nhi t đ phòng, n ng đ khí gas trên LCD ho c máy tính/đi n tho iể ị ệ ộ ồ ộ ặ ệ ạ giám sát
Trang 9 T đ ng phát hi n và báo s c khí gas khi quá n ng đ cho phép thông quaự ộ ệ ự ố ồ ộ còi báo đ ng, đ ng th i ng t R le trung gian c p đi n xoay chi u cho toàn h th ngộ ồ ờ ắ ơ ấ ệ ề ệ ố
đi n c a ngôi nhà, đ n khi s c đệ ủ ế ự ố ược gi i tr thì t đ ng đóng R le trung gian trả ừ ự ộ ơ ở
l i đ c p đi n cho ngôi nhà ho t đ ng bình thạ ể ấ ệ ạ ộ ường
1.3 Ý tưởng xây d ng thu t toán đi u khi n nhà thông minhự ậ ề ể
V b n ch t mô hình nhà thông minh đ xu t trong đ tài đề ả ấ ề ấ ề ược v n hành: ậ Đóng
Vi c đóng m c a và đóng c t thi t b chi u sáng thông qua b đi u khi n trung tâmệ ở ử ắ ế ị ế ộ ề ể giúp cho ngườ ử ụi s d ng có th v n hành các thi t b b t c v trí nào b ng ba cách:ể ậ ế ị ở ấ ứ ị ằ
t t c các hi u l nh đóng c t thi t b c a ngấ ả ệ ệ ắ ế ị ủ ườ ử ụi s d ng thông qua các nút n trên bànấ phím c a máy tính hay đi n tho i, đủ ệ ạ ược mã hóa thành tín hi u nh ph n m m ngệ ờ ầ ề ứ
d ng trên h đi u hành Android và g i tín hi u v vi đi u khi n thông qua kênhụ ệ ề ử ệ ề ề ể Bluetooth c a modul Bluetooth HC06, tín hi u s đủ ệ ẽ ược x lý thông qua mã chử ươ ng trình đã đượ ậc l p trình s n trong vi đi u khi n, t đó phát tín hi u đi u khi n t i R leẵ ề ể ừ ệ ề ể ớ ơ trung gian đ c p đi n cho đ ng c c a t đ ng hay thi t b chi u sáng.ể ấ ệ ộ ơ ử ự ộ ế ị ế
blutooth HC06 lúc này t t c các hi u l nh đóng c t thi t b c a ngấ ả ệ ệ ắ ế ị ủ ườ ử ụi s d ng thông qua các kh u l nh gi ng nói c a ta truy n đ n, đẩ ệ ọ ủ ề ế ược mã hóa thành tín hi u nh ph nệ ờ ầ
m m ng d ng trên h đi u hành Android và g i tín hi u v vi đi u khi n thông quaề ứ ụ ệ ề ử ệ ề ề ể kênh Bluetooth c a modul Bluetooth HC06, tín hi u s đủ ệ ẽ ược x lý thông qua mãử
chương trình đã đượ ậc l p trình s n trong vi đi u khi n, t đó phát tín hi u đi u khi nẵ ề ể ừ ệ ề ể
t i R le trung gian đ c p đi n cho các thi t b ớ ơ ể ấ ệ ế ị
modul DTMF s chuy n t tín hi u âm thanh sang tín hi u d ng s và đẽ ể ừ ệ ệ ạ ố ược đ a t i bư ớ ộ
x lý trung tâm thông qua modul DTMF t đó s đủ ừ ẽ ược x lý và đ a ra l nh đi u khi nử ư ệ ề ể
Trang 10đóng m các thi t b Bên c nh đó trong mô hình nhà dân d ng thông minh còn b tríở ế ị ạ ở ụ ố các công t c m i phòng đ b t t t thi t b chi u sáng b ng tay. ắ ở ỗ ể ậ ắ ế ị ế ằ
Ngoài ra nh các c m bi n nhi t đ và c m bi n khí gas MQ2 và thông qua viờ ả ế ệ ộ ả ế
đi u khi n và modul Bluetooth s hi n th các thông s nhi t đ phòng cũng nh n ngề ể ẽ ể ị ố ệ ộ ư ồ khí gas trên LCD, máy tính và đi n tho i, đ ngệ ạ ể ườ ử ụi s d ng có th giám sát để ược đ mả
b o s an toàn trong ngôi nhà t t nh t. M t đi u đáng chú ý đó là ch đ c nh báo sả ự ố ấ ộ ề ế ộ ả ự
c rò r khí gas trong ngôi nhà thông qua chố ỉ ương trình cài đ t s n trong vi đi u khi nặ ẵ ề ể
đ a tín hi u báo đ ng ra còi báo đ ng khi khí gas vư ệ ộ ộ ượt quá ngưỡng cho phép, đ ng th iồ ờ
gi i tr s nguy hi m cho toàn b h th ng đi n trong ngôi nhà nh tín hi u t vi đi uả ừ ự ể ộ ệ ố ệ ờ ệ ừ ề khi n đ a đ n R le trung gian t ng, ng t đi n lể ư ế ơ ổ ắ ệ ưới toàn h th ng c a ngôi nhà, đ mệ ố ủ ả
b o h n ch s cháy n do đi n gây ra. Khi s c khí gas đã đả ạ ế ự ổ ệ ự ố ược gi i tr thì hả ừ ệ
th ng l i t đ ng đóng ti p đi m c a R le trung gian t ng c p đi n l i cho toàn hố ạ ự ộ ế ể ủ ơ ổ ấ ệ ạ ệ
th ng trong ngôi nhà.ố
2.1 H đi u hành Androidệ ề
2.1.1. Khái ni mệ
Android là m t h đi u hành mã ngu n m dành cho thi t b di đ ng nhộ ệ ề ồ ở ế ị ộ ư Smartphone, Tablet hay Netbook (thường g i chung là thi t b c m tay thông minh).ọ ế ị ầ Android do Google phát tri n d a trên n n t ng Linux kernel phiên b n 2.6 và các ph nể ự ề ả ả ầ
Trang 11m m mã ngu n m B t k m t hãng s n xu t ph n c ng nào cũng đ u có th t doề ồ ở ấ ỳ ộ ả ấ ầ ứ ề ể ự
s d ng h đi u hành Android cho thi t b c a mình, mi n là các thi t b y đáp ngử ụ ệ ề ế ị ủ ễ ế ị ấ ứ
được các tiêu chu n c b n do Google đ t ra (nh có c m ng ch m đa đi m, GPS,ẩ ơ ả ặ ư ả ứ ạ ể 3G,…). Nh tính m mi n phí và nh ng u đi m c a h đi u hành này, ngày nay cácờ ở ễ ữ ư ể ủ ệ ề thi t b c m tay s d ng h đi u hành này càng nhi u và ph bi n. Và m t u đi mế ị ầ ử ụ ệ ề ề ổ ế ộ ư ể
n a là h u nh các thi t b Android là đ u đữ ầ ư ế ị ề ược tích h p công ngh Bluetooth, vì thợ ệ ế
người dùng có th d dàng k t n i để ễ ế ố ược v i m ch đ đi u khi n. Vi c đi u khi n trớ ạ ể ề ể ệ ề ể ở lên thu n ti n và ti t ki m chi phí. Nh vào tính m c a h đi u hành Android chúngậ ệ ế ệ ờ ở ủ ệ ề
ta có th phát tri n ng d ng m t cách t i u, phù h p cho b đi u khi n. ể ể ứ ụ ộ ố ư ợ ộ ề ể
T nh ng thu n l i đó, vi c t o m t ng d ng trên chi c Mobile Android th từ ữ ậ ợ ệ ạ ộ ứ ụ ế ậ
s d dàng, ng d ng này s có ch c năng chính là truy n, nh n d li u qua Bluetoothự ễ ứ ụ ẽ ứ ề ậ ữ ệ
đ đi u khi n b ng thi t b Và vi c này để ề ể ả ế ị ệ ược th c hi n trên nh ng chi c đi n tho iự ệ ữ ế ệ ạ
s d ng h đi u hành Android mà m i ngử ụ ệ ề ọ ười thường dùng h ng ngày.ằ
2.1.2. C u trúc h đi u hành Androidấ ệ ề
Ki n trúc h đi u hành Android g m 4 t ng, t dế ệ ề ồ ầ ừ ưới lên trên là t ng h t nhânầ ạ Linux (v2.6), t ng Libraries & Android Runtime, t ng Application Framework và trênầ ầ cùng là t ng Application. Mô hình t ng th c a các thành ph n bên trong h th ng sầ ổ ể ủ ầ ệ ố ử
d ng Android đụ ược mình h a trong (Hình 2.1).ọ
