ĐỒ ÁN THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG NGÔI NHÀ THÔNG MINH

Luận Văn Group hỗ trợ viết luận văn thạc sĩ,chuyên đề,khóa luận tốt nghiệp, báo cáo thực
tập, Assignment, Essay
Zalo/Sdt 0967 538 624/ 0886 091 915 Website:lamluanvan.net
LỜI CẢM ƠN
Sau một thời gian học tập và nghiên cứu em đã thực hiện và hoàn thành
đồ án tốt nghiệp được giao đúng thời hạn. Em xin chân thành gửi lời cám ơn
đến:
Ban Giám Hiệu, các cán bộ công nhân viên nhà trường đã giúp đỡ em
trong suốt thời gian học tập tại trường.
Ban Chủ Nhiệm Khoa và các Thầy Cô trong Khoa Điện Tử 2 đã dạy em
các kiến thức cơ bản và chuyên ngành. Các bạn cùng đồng hành với em trong
suốt quá trình học tập và nghiên cứu tại trường. Đặc biệt xin gửi lời tri ân đến
Tiến sĩ Chung Tấn Lâm, người trực tiếp hướng dẫn em thực hiện đồ án đã hỗ trợ
cho em rất nhiều về kiến thức, tài liệu và cơ sở vật chất để em có thể hoàn thành
tốt đồ án.
Sinh viên
NGUYỄN CÔNG TRƯỜNG
i

MỤC LỤC
LỜI MỞ ĐẦU ...................................................................................................... 1
CHƯƠNG I: DẪN NHẬP................................................................................... 2
1.1 Tổng quan tình hình nghiên cứu................................................................ 2
1.2 Hướng giải quyết vấn đề............................................................................ 2
1.3 Giới hạn của đề tài..................................................................................... 3
1.4 Nội dung đề tài. ......................................................................................... 3
1.5 Ý nghĩa thực tiễn. ...................................................................................... 3
CHƯƠNG II: CƠ SỞ LÍ LUẬN ........................................................................ 5
2.1 Đối tượng nghiên cứu:............................................................................... 5
2.2 Dàn ý, phương tiện và phương án thực hiện: ............................................ 5
2.2.1 Dàn ý :.................................................................................................. 5
2.2.2 Phương tiện và phương án thực hiện: ................................................. 6
2.3. Lập kế hoạch nghiên cứu: ........................................................................... 6
CHƯƠNG 3: TỔNG QUÁT VỀ NGÔI NHÀ THÔNG MINH....................... 7
3.1 Khái niệm về hệ thống ngôi nhà thông minh ............................................ 7
3.2 Các chỉ tiêu kỹ thuật của ngôi nhà thông minh. ........................................ 8
3.2.1 Chỉ tiêu về ánh sáng ...................................................................... 8
3.2.2 Chỉ tiêu về thông gió..................................................................... 8
3.2.3 Chỉ tiêu về nhiệt độ ....................................................................... 8
3.2.4 Chỉ tiêu về an toàn ........................................................................ 8
3.3 Các thành phần của một hệ thống nhà thông minh. .................................. 8
3.4 Nguyên lý hoạt động ................................................................................. 9
CHƯƠNG 4: CÁC LINH KIỆN SỬ DỤNG ................................................... 11
4.1 Arduino Mega 2560................................................................................. 11
4.1.1 Giới thiệu chung về Arduino....................................................... 11
4.1.2 Giới thiệu về board Arduino Mega 2560 .................................... 12
4.1.3 Vi điều khiển Atmega2560 ......................................................... 14
4.1.4 Sơ đồ khối ................................................................................... 15
4.1.5 Tổ chức bộ nhớ ........................................................................... 16
ii

4.1.6 Nguồn cấp ................................................................................... 17
4.1.3 Các cổng vào ra........................................................................... 17
4.1.7 Cổng giao tiếp ............................................................................. 17
4.1.8 USB bảo vệ quá dòng.................................................................. 17
4.2 Module Ethernet Shield ........................................................................... 18
4.2.1 Giới thiệu vê Module Ethernet Shield............................................ 18
4.2.2 Sơ đồ chân và thông số kỹ thuật..................................................... 18
4.3 LCD 16X2 ............................................................................................... 18
4.4 Module RFID........................................................................................... 20
4.5 Bàn phím ma trận 4X4 ............................................................................ 21
4.6 Cảm biến chuyển động PIR ..................................................................... 22
4.6.1 Khái niệm cảm biến PIR................................................................. 22
4.6.2 Nguyên lý làm việc......................................................................... 23
4.7 Module cảm biến mưa ............................................................................. 24
4.8 Cảm biến khí Gas MQ2 ........................................................................... 25
4.8.1. Giới thiệu .................................................................................... 25
4.8.2. Sơ đồ mạch cảm biến MQ2......................................................... 26
4.9 Module cảm biến ánh sáng. ..................................................................... 27
4.10 Các linh kiện khác .................................................................................... 28
CHƯƠNG 5: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MÔ HÌNH .................................. 29
5.1 Thiết kế phần cứng mô hình...................................................................... 29
5.1.1 Sơ đồ ngôi nhà ............................................................................ 29
5.1.2 Chức năng các khối..................................................................... 29
5.2 Thiết kế phần mềm mô hình ...................................................................... 36
5.2.1 Phần mềm ARDUINO IDE 1.8.5 ................................................... 36
5.2.2 Các phần mềm lập trình Android ................................................... 37
5.2.3. Thiết kế và thi công Web Sever .................................................... 37
CHƯƠNG 6: LƯU ĐỒ GIẢI THUẬT ............................................................ 39
6.1 Lưu đồ chương trình chính ............................................................. 39
6.2 Lưu đồ cảm biến khí GAS .............................................................. 40
6.3 Một số hình ảnh thực tế .................................................................. 41
iii

CHƯƠNG 7: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ................................................................. 46
7.1 Kết luận............................................................................................................................. 46
7.2 Kiến nghị.......................................................................................................................... 46
TÀI LIỆU THAM KHẢO....................................................................................................... 47
iv

DANH MỤC HÌNH
Hình 3.1: Sơ đồ khối hệ thống nhà thông minh................................................................................ 9
Hình 4.1: Ảnh bo mạch Arduino đời đầu sử dụng cổng RS232............................................. 11
Hình 4.2: Board Arduino Mega 2560 ................................................................................................ 12
Hình 4.3: Sơ đồ vi điều khiển Atmega2560 ................................................................. 14
Hình 4.4 : Sơ đồ khối của Arduino Mega 2560............................................................................. 15
Hình 4.5: Sơ đồ khối cấu trúc của AVR........................................................................................... 16
Hình 4.6: Sơ đồ chân LCD và hình ảnh thực tế............................................................................. 19
Hình 4.7: Sơ đồ chân và hình ảnh thực tế của bàn phím ma trận 4x4 ................................. 21
Hình 4.8: Sơ đồ kết nối của bàn phím ma trận 4x4 ..................................................................... 22
Hình 4.9: Đầu dò PIR D203B và lăng kính Fresnel.................................................................... 23
Hình 4.10: Sơ đồ hoạt động của cảm biến PIR.............................................................................. 24
Hình 4.11: Hình ảnh thực tế của cảm biến mưa............................................................................ 24
Hình 4.12: Sơ đồ cấu tạo của module cảm biến mưa.................................................................. 25
Hình 4.13: Cảm biến khí gas MQ2 và sơ đồ chân........................................................................ 26
Hình 4.14 : Sơ đồ mạch MQ2 ............................................................................................................... 26
Hình 4.15 Module cảm biến ánh sáng ............................................................................................... 27
Hình 4.16: Transistor................................................................................................................................. 28
Hình 4.17: Loa ............................................................................................................................................. 28
Hình 4.18: LED ........................................................................................................................................... 28
Hình 5.1 : Sơ đồ thiết bị trong ngôi nhà............................................................................................ 29
Hình 5.2 : Nguồn máy tính..................................................................................................................... 30
Hình 5.3: Khay chứa pin 4 pin AA..................................................................................................... 31
Hình 5.4 Mạch cảm biến nhiệt độ DHT11....................................................................................... 31
Hình 5.5: Sơ đồ chân LCD ..................................................................................................................... 32
Hình 5.6: Khối báo động ......................................................................................................................... 33
Hình 5.7 : Sơ đồ kết nối cảm biến tương tự .................................................................................... 33
Hình 5.8: Động cơ servo SG90............................................................................................................. 34
Hình 5.9 : Sơ đồ khối ngôi nhà thông minh.................................................................................... 35
Hình 5.10 : Phần mềm lập trình Arduino......................................................................................... 36
v

Hình 5.11: Giao diện App inventor..................................................................................................... 37
Hình 5.12: Web Sever............................................................................................................................... 37
Hình 5.13 : Web sever .............................................................................................................................. 38
Hình 6.1: Lưu đồ ngôi nhà............................................................................................ 39
Hình 6.2: Lưu đồ cảm biến khí gas..................................................................................................... 40
Hình 6.3: Mặt trước ngôi nhà ................................................................................................................ 41
Hình 6.4: Nhập password và thẻ RFID ............................................................................................. 42
vi

DANH MỤC BẢNG
Bảng 4.1: Các thông số kỹ thuật của Arduino Mega 2560....................................................... 13
Bảng 4.2: Bảng mô ta chân LCD......................................................................................................... 19
Bảng 5.1:Các chân của bộ nguồn......................................................................................................... 30
vii

DANH MỤC NHỮNG TỪ VIẾT TẮT
ADC (Analog Digital Converter) bộ chuyển đổi tín hiệu analog sang digital
EIR ( Equipment Indentity Register) Thanh ghi định dạng thiết bị
IDE (Integrated development environment) Môi trường lập trình
LCD (Liquid crystal display) màn hình tinh thể lỏng
LED (Light Emitting Diode) đèn điốt phát quang
GSM ( Global System for Mobile Communication) Mạng thông tin toàn cầu
TDMA (Time Division Multiple Access) Phân chia các truy cập theo thời gian
viii

LỜI MỞ ĐẦU
LỜI MỞ ĐẦU
Trong những năm gần đây, ngôi nhà thông minh (Smart home) đã xuất hiện và
được ứng dụng rộng rãi trong cuộc sống từ những khách sạn hay resort sang trọng cho
đến những ngôi nhà hiện đại đều đươc lắp đặt hệ thống điều khiển thông minh. Theo
xu hướng phát triển đó, em quyết định lựa chọn thực hiện nghiên cứu đề tài: “THIẾT
KẾ VÀ THI CÔNG NGÔI NHÀ THÔNG MINH”
Ngoài việc hoàn thành đồ án tốt nghiệp với những công việc trên đây thì nó còn
có ý nghĩa sâu sắc đối với em. Một lần nữa em được thực hành những kiến thức học
được từ ghế nhà trường sẽ giúp hình thành những sản phẩm công nghiệp, được sử
dụng, cầm tay lắp những cảm biến mà từ trước chỉ nằm trên trang giấy. Trong quá
trình tiến hành không thể không gặp những khó khăn vấp phải, do đó kích thích sinh
viên tư duy để tìm ra phương án tối ưu và trao đổi thảo luận với thầy cô, bạn bè.
Tuy nhiên do hạn chế về kinh nghiệm thực tế và thời gian thực hiện nên việc
giải quyết đề tài không thể tránh khỏi những thiếu sót. Do đó rất mong sự chỉ bảo thêm
của quý thầy cô cũng như những đóng góp của các bạn sinh viên.
Xin chân thành cảm ơn!
Chủ nhiệm đề tài

SVTH: NGUYỄN CÔNG TRƯỜNG LỚP: D13CQKD02-N 1

CHƯƠNG I: DẪN NHẬP
1.1 Tổng quan tình hình nghiên cứu
Ngày nay, với sự phát triển mạnh mẽ vượt bậc của Khoa học kỹ thuật, vi điều
khiển các dòng lõi ARM, AVR và PIC ngày càng thông dụng và được áp dụng vào
cuộc sống nhiều hơn, nhưng có thể nói sự xuất hiện của Arduino vào năm 2005 tại
Italia đã mở ra một hướng đi mới cho vi điều khiển. Sự xuất hiện của Arduino đã hỗ
trợ cho con người rất nhiều trong lập trình và thiết kế, nhất là đối với những người mới
bắt đầu tìm tòi về vi điều khiển mà không có nhiều kiến thức về lập trình và điện tử.
Phần cứng của thiết bị đã được tích hợp nhiều chức năng cơ bản và là mã nguồn mở
với ngôn ngữ C cùng thư viện phong phú nên Arduino hiện đang dần phổ biến trên thế
giới.
Đặc biệt trong những thập niên gần đây cùng với sự phát triển của hệ thống thông
minh, ngành tự động hóa đã phát triển tạo ra bước ngoặt quan trọng, trong lĩnh vực
ngôi nhà thông minh phục vụ nhu cầu ngày càng cao của con người trong đời sống.
Tại Việt Nam đã bắt đầu có nhiều công ty chuyên lắp đặt ngôi nhà hoặc hệ thống
thông minh trong đó phải kể đến công ty BKAV của CEO Nguyễn Tử Quảng đã ấp ủ
dự án ngôi nhà thông minh điều khiển bằng điện thoại trên nền tảng Android từ năm
2011 đến nay và hiện nay đang thi công cho rất nhiều dự án trên cả nước.
Hãy nghĩ về tất cả những gì lặp đi lặp lại bạn phải làm mỗi ngày ở nhà mình : Bật
đèn, tắt đèn, bật máy nước nóng, tắt máy nước nóng, bật – tắt hệ thống báo động, tưới
nước cho vườn cây….Thêm vào đó còn bao nhiêu việc bạn phải nhớ làm như trả tiền
điện, thay dầu xe, mua thêm thuốc, đón con đi học về….Sẽ thật tuyệt vời nếu có cách
nào đó giúp bạn giải quyết tất cả những việc này ? Và đó chính là tất cả mục đích của
Nhà thông minh.
Xuất phát từ những thực tiễn nói trên, em quyết định chọn thực hiện đề tài: “Thiết
kế và thi công mô hình ngôi nhà thông minh“ này để làm đồ án tốt nghiệp.
1.2 Hướng giải quyết vấn đề.
Có nhiều hướng thiết kết bộ xử lý trung tâm để điều khiển ngôi nhà gồm có:
➢ Dùng các IC rời.
➢ Dùng ARM.
➢ Dùng Arduino.
➢ Dùng PLC.
➢ Dùng PIC.
Ở đây, em đã chọn hướng giải quyết đề tài là sử dụng Arduino vì phù hợp với

những tiêu chí của em như là muốn tìm hiểu nghiên cứu về Arduino và quan trọng là
Arduino có khả năng kết nối được với các module Etherernet, Android với giá thành
vừa phải không quá tẩm tay như PLC, cũng như không phải thiết kế thêm mạch
chuyển đổi RS232 để giao tiếp với máy tính như EPROM. Và vì đề tài chỉ được lắp
đặt trên mô hình với kích thước nhỏ nên việc sử dùng Arduino phù hợp cho những
điều kiện này.
1.3 Giới hạn của đề tài.
Trong phạm vi cho phép em chỉ thi công ngôi nhà thông minh trên mô hình. Do
thời gian thực hiện đề tài là có hạn, với lượng kiến thức được truyền đạt trong suốt
những năm học và tự tìm hiểu thêm, em thực hiện đề tài với mong muốn giải quyết
những vấn đề sau:
• Thiết kế hệ thống giám sát và điều khiển hệ thông ngôi nhà qua Internet
• Thiết kế hệ thống giám sát và điều khiển qua Bluetooth
• Thiết kế hệ thống cảnh báo khí gas
• Thiết kế hệ thống cảnh báo mưa
• Thiết kế hệ thống đèn, cửa , quạt tự động
1.4 Nội dung đề tài.
Chương 1: Dẫn nhập
Chương 2: Cơ sở lý luận
Chương này trình bày về kế hoạch và ý tưởng thực hiện
Chương 3: Giới thiệu ngôi nhà thông minh
Trong chương này, ta tìm hiểu về cách hoạt động của nhà thông minh.
Chương 4: Các linh kiện sử dụng
Chương 5: Thiết kế và thi công mô hình
Chương này trình bày các thiết kế trong mô
hình Chương 6: Giải thuật
Chương 7: Kết luận và kiến nghị
Chương này nêu những ưu và khuyết của đề tài, khẳng định những đóng
góp của đề tài vào thực tiễn. Đồng thời cũng đưa ra các đề nghị hướng
phát triển cho đề tài.
1.5 Ý nghĩa thực tiễn.
Thiết kế mạch điều khiển thiết bị - báo động giúp người nghiên cứu có cái nhìn
trực quan hơn với những kiến thức đã tiếp nhận, từ đó nâng cao thêm hiệu quả nghiên
cứu. Ngoài ra với việc đưa dữ liệu các thông số của ngôi nhà lên web sever giúp người
sử dụng có thể truy cập và kiểm soát toàn bộ ngôi nhà mọi lúc mọi nơi chỉ với 1 cú
chạm nhẹ thông qua các thiết bị thông minh sẵn có. Mạch điều khiển thiết bị - báo

động được thiết kế từ vi điều khiển cùng với một số IC khác nên giá thành tương đối
thấp, giúp tiết kiệm được chi phí. Hệ thống có thể được ứng dụng tại nhà riêng, cơ
quan xí nghiệp trường học và đặc biệt tại những nơi nguy hiểm…giúp chúng ta có thể
điều khiển các thiết bị theo ý muốn, đồng thời mạch còn có chức năng truyển dữ liệu
của ngôi nhà lên một trang web sever giúp người dùng có thể điều khiển và kiểm soát
được thiết bị đề phòng cháy, trộm xảy ra.

CHƯƠNG II: CƠ SỞ LÍ LUẬN
2.1 Đối tượng nghiên cứu:
Đề tài hướng tới một phương thức điều khiển tự động có sự kết hợp của nhiều lĩnh
vực liên quan như: mạng Internet, Bluetooth, vi mạch điện tử …Do đó, để tạo ra được
một sản phẩm hoàn thiện theo mục đích đặt ra của đề tài thì người thực hiện cần phải
tập trung nghiên cứu chủ yếu đến đối tượng: mạch điện tử điều khiển: là một đối tượng
giữ vai trò trung tâm trong việc liên kết và xử lý tín hiệu từ các đối tượng khác. Trong
đề tài có sử dụng board mạch điều khiển chính là Arduino Mega 2560, board này được
thiết kế và thi công từ các linh kiện điện tử đã có sẵn ngoài thị trường như: điện trở, tụ
điện, các IC số…v…v… với bộ điều khiển trung tâm là vi điều khiển AT Mega2560.
Board này khi nhận tín hiệu từ cảm biến sẽ tính toán và điều khiển nhiệm vụ được lập
trình từ trước. Xuất dữ liệu thu được từ cảm biến lên 1 trang web thông qua module
Ethernet shield để người dùng có thể kiểm soát thông số trong nhà khi ở xa thông qua
các thiết bị truy cập internet. Mạng Internet giữ vai trò quyết định đường truyền tín
hiệu, mọi tín hiệu sẽ được truyền mạng internet theo phương thức truyền quy ước của
của nhà mạng.
2.2 Dàn ý, phương tiện và phương án thực hiện:
2.2.1 Dàn ý :
Từ những lập luận trên, em thực hiện tiến hành xây dựng đồ án với những
nội dung dàn ý như sau:
Phần viết báo cáo gồm các nội dung chính:
➢ Mô hình, sơ đồ khối và phương án thiết kế.
➢ Lý thuyết thiết kế.
➢ Thiết kế phần cứng.
➢ Thiết kế phần mềm.
➢ Tóm tắt – Kết luận – Đề nghị và hướng phát triển đề tài. Phần thi công mô
hình và mạch điện gồm:
➢ Thiết kế và thi công mô hình sản phẩm.

2.2.2 Phương tiện và phương án thực hiện:
Em thực hiện xây dựng phương án tiến hành công việc dựa trên những phương
tiện vật chất sẵn có như sau:
➢ Giai đoạn 1:
Tìm hiểu về các hệ thống báo trộm, báo cháy, đóng mở cửa sử dụng mật mã, đo
và hiển thị thông số ngôi nhà cục bộ. Sau đó đưa ra các giải pháp về thiết bị
điều khiển và giám sát ngôi nhà thông minh qua Internet và Bluetooth từ đó lựa
chọn ra giải pháp phù hợp nhất với khả năng để thực hiện.
➢ Giai đoạn 2:
Tìm hiểu và xây dựng hệ thống web sever để hiển thị dữ liệu, đồng thời có
thể điều khiển trực tiếp tới ngôi nhà thông qua internet.
➢ Giai đoạn 3:
Sau khi đưa ra được mô hình dự kiến em tiến hành thực hiện từng phần của
mô hình đó là:
Lắp đặt mô hình với các module cảm biến.
Viết chương trình và chạy thử nghiệm.
➢ Giai đoạn 4:
Thử nghiệm lại chương trình và viết báo cáo.
➢ Giai đoạn 5:
Kiểm tra lại toàn bộ những gì đã làm được và báo cáo với giáo viên hướng
dẫn về những kết quả của đề tài.
2.3. Lập kế hoạch nghiên cứu:
Ngày nhận đề tài: 18/09/2017
Ngày nộp đề tài: 04/12/2017 (Nạp quyển) 18/19/12/2017 (Ngày báo cáo)
Để hoàn thành đề tài đúng tiến độ, người thực hiện đề tài định sẵn kế hoạch thực
hiện theo từng giai đoạn trong toàn quỹ thời gian như sau:
•Tham khảo tài liệu: 18/09/2017 đến 02/10/2017
•Thi công phần mềm: từ 02/10/2017 đến 30/10/2017
•Thi công phần cứng: từ 30/10/2017 đến 13/11/2017
•Chạy thử nghiêm và khắc phục sai sót: từ 13/11/2017 đến 20/11/2017
•Làm báo cáo lý thuyết: từ 20/11/2017 đến 15/12/2017

CHƯƠNG 3: TỔNG QUÁT VỀ NGÔI NHÀ THÔNG MINH
3.1 Khái niệm về hệ thống ngôi nhà thông minh
Ngôi nhà thông mình (Home Automaiton, Smart Home hoặc Intellihome) là kiểu
nhà được lắp đặt các thiết bị điện, điện tử có tác dụng tự động hóa hoàn toàn hoặc một
số thao tác quản lý, điều khiển. Hệ thống điện tử này giao tiếp với chủ nhân nhà thông
minh thông qua các phương tiện như Smart phone, máy tính bảng, máy vi tính, phần
mềm điện thoại di động, máy tính bảng hoặc một giao diện web……
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 internet và điện thoại di động,
cho phép chủ nhân có thể điều khiển vật dụng từ xa hoặc lập trình cho thiết bị ở nhà
hoạt động 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.
Ngôi nhà thông minh còn là ngôi nhà phải có các điều kiện kỹ thuật đảm bảo cuộc
sống tốt nhất của con người, được tự động bảo đảm các chỉ tiêu kỹ thuật theo mong
muốn của người sử dụng. Ngôi nhà thông minh khác với ngôi nhà bình thường ở chỗ
nó là một quá trình tích hợp của các hệ thống như hệ thống điều khiển và giám sát môi
trường: hệ thống điều khiển đảm bảo nhiệt độ, hệ thống đảm bảo ánh sáng, ... mạch
đóng ngắt, điều khiển cửa ra vào, giám sát cảnh báo cháy... thành một hệ thống mạng
thống nhất.
Albert Einstein chỉ dùng 1 tủ quần áo rất bé để bớt phí thời gian nghĩ về việc mình
phải mặc gì. Đơn giản hóa cuộc sống giúp ông có thêm thời gian và năng lượng để tập
trung cho công việc của mình. Tự động hóa nhà cửa cũng đi theo hướng đó. Nó đơn
giản hóa cuộc sống cho bạn bằng cách chuyển những việc nhàm chán, lặp lại từ tay
bạn sang cho hệ thống điều khiển của chính ngôi nhà ấy. Với một ngôi nhà “thông
minh” hơn, bạn có thể tập trung sức lực và thời gian cho những người, những việc có ý
nghĩa với mình hơn.
Nhiệm vụ của ngôi nhà thông minh:
• Kiểm soát hệ thống chiếu sáng.
• Điều khiển cửa ra vào, cửa cổng, hệ thống phơi quần áo.
• Hệ thống an ninh, báo động, báo cháy.
• Bật đèn khi có người sử dụng hoặc tắt đèn khi không ai sử dụng.

3.2 Các chỉ tiêu kỹ thuật của ngôi nhà thông minh.
3.2.1 Chỉ tiêu về ánh sáng
Đảm bảo ánh sáng theo yêu cầu sử dụng như chất lượng ánh sáng và tiết kiệm
điện, ánh sáng tại mỗi nơi đều như nhau, không để chỗ quá sáng chỗ quá tối. Ánh sáng
có thể được tắt mở thông qua hệ thống tự động điều khiển hoặc điều khiển từ xa.
Ngoài ra thiết bị ánh sáng cần được kết nối với một số thiết bị trong nhà như: thiết bị
báo trộm, báo cháy.
3.2.2 Chỉ tiêu về thông gió
Đảm bảo lượng gió vừa đủ, tốc độ gió phù hợp với yêu cầu chung. Ngoài ra lượng
gió và tốc độ gió có thể được thay đổi tùy theo yêu cầu của người sử dụng. Hệ thống tự
động nhận biết nhiệt độ trong nhà điều chỉnh phù hợp với khí hậu từng môi trường,
tránh tình trạng khi ra vào nhà với 2 nhiệt độ khác xa nhau, gây bệnh cho người.
3.2.3 Chỉ tiêu về nhiệt độ
Nhiệt độ trong nhà cũng có thể thay đổi được tùy theo sở thích của mỗi người
thông qua hệ thống điều khiển từ xa. Phải có thiết bị cảnh báo và phòng chống khi
nhiệt độ quá cao, như thiết bị báo cháy, còi báo động.
3.2.4 Chỉ tiêu về an toàn
Cần đảm bảo việc phát hiện và cảnh báo khi có người lạ xâm nhập, như phát qua
còi báo động, bật đèn, tự động liên hệ với chủ nhà, tự động đóng kín các cửa ra vào.
Cần đảm bảo an toàn về độ bền, tùy theo từng vùng mà cảnh báo về độ bền của ngôi
nhà khi có bão hoặc gặp hỏa hạn.
3.3 Các thành phần của một hệ thống nhà thông minh.
Một hệ thống nhà thông minh tiêu biểu sẽ có 3 thành phần như sau:
➢ Bộ xử lý trung tâm
Được thiết kế dạng tủ, bao gồm các thiết bị chính: một board Arduino Mega
2560, Shield Ethernet, các mạch xử lý, một bộ nguồn chính và một bộ nguồn
dự phòng.
➢ Thiết bị đầu vào
-Đầu báo: báo nhiệt, báo gas, báo mưa.
-Cảm cảm biến PIR
-Bàn phím nhập Password
-Module RFID
-Module hồng ngoại
➢ Thiết bị đầu ra
- Còi báo động.

-Đèn LED chiếu sáng
-Cửa ra vào, của cổng.
-Màn hình LCD 16x2 hiển thị mã Password nhập vào và thông báo.
3.4 Nguyên lý hoạt động
Sơ đồ khối của hệ thống nhà thông minh
Hình 3.1: Sơ đồ khối hệ thống nhà thông minh
Nguyên lý hoạt động:
• Bình thường toàn bộ hệ thống ở chế độ auto. Ở chế độ này, khi chủ nhà đứng
trước cửa chính cảm biến sẽ nhận được tín hiệu và tự động mở cửa chính. Ở chế độ
manual chủ nhà nhập mật khẩu đăng nhập đã đặt trước có màn hình LCD 16x2 hiển thị
tình trạng đăng nhập, nếu mật khẩu đúng thì cửa chính sẽ mở, nếu mật khẩu sai thì còi
sẽ cảnh báo và ở chế độ khóa toàn bộ. Nếu trung tâm

nhận được tín hiệu từ các thiết bị cảm biến thì trung tâm sẽ xử lý và thực thi điều khiển
các thiết bị đã được lập trình từ trước
• Khi xảy ra sự cố (cháy, trộm, rò rỉ gas) thì cảm biến sẽ gữi tín hiệu truyền về
trung tâm. Tại trung tâm báo sự cố sẽ diễn ra các hoạt động xử lý tín hiệu truyền về
theo chương trình đã cài đặt để đưa ra tín hiệu thông báo khu vực xảy ra cháy qua loa
trung tâm. Đồng thời các thiết bị ngoại vi tương ứng sẽ kích hoạt để phát tín hiệu báo
động cháy và thực hiện các nhiệm vụ đã đề ra.

CHƯƠNG 4: CÁC LINH KIỆN SỬ DỤNG
4.1 Arduino Mega 2560
4.1.1 Giới thiệu chung về Arduino
Arduino thật sự đã gây sóng gió trên thị trường cho mảng người dùng tự chế ra sản
phẩm riêng của mình trên thế giới trong vài năm gần đây. Sự phát triển của Arduino
được ví giống sự thành công cùa điện thoại thông minh Apple trong thị trường thiết bị
số. Số lượng người dùng lớn và số lượng các ứng dụng được phát triển từ Arduino cao
đã làm cho ngay cả những người sáng lập ra cũng ngạc nhiên.
Hình 4.1: Ảnh bo mạch Arduino đời đầu sử dụng cổng RS232
Arduino được khởi động vào năm 2005 như là một dự án dành cho sinh viên trại
Interaction Design Institute Ivrea (Viện thiết kế tương tác Ivrea) tại Ivrea, Italy. Những
nhà thiết kế của Arduino cố gắng mang đến một phương thức dễ dàng, không tốn kém
cho những người yêu thích, sinh viên và giới chuyên nghiệp để tạo ra những nhiết bị
có khả năng tương tác với môi trường thông qua các cảm biến và các cơ cấu chấp
hành. Những ví dụ phổ biến cho những người yêu thích mới bắt đầu bao gồm các robot
đơn giản, điều khiển nhiệt độ và phát hiện chuyển động. Đi cùng với nó là một môi
trường phát triển tích hợp (IDE) chạy trên các máy tính cá nhân thông thường và cho
phép người dùng viết các chương trình cho Aduino bằng ngôn ngữ C hoặc C++. Vào
thời điểm đó các sinh viên sử dụng một "BASIC Stamp" (con tem Cơ Bản) có giá
khoảng $100, xem như giá dành cho sinh viên. Massimo Banzi, một trong những

người sáng lập, giảng dạy tại Ivrea. Cái tên "Arduino" đến từ một quán bar tại Ivrea,
nơi một vài nhà sáng lập của dự án này thường xuyên gặp mặt. Bản thân quán bar này
có được lấy tên là Arduino, Bá tước của Ivrea, và là vua của Italy từ năm 1002 đến
1014
Arduino là một board mạch vi xử lý, nhằm xây dựng các ứng dụng tương tác với
nhau hoặc với môi trường được thuận lợi hơn. Phần cứng bao gồm một board mạch
nguồn mở được thiết kế trên nền tảng vi xử lý AVR Atmel 8bit, hoặc ARM Atmel 32-
bit. Những Model hiện tại được trang bị gồm 1 cổng giao tiếp USB, 6 chân đầu vào
analog, 14 chân I/O kỹ thuật số tương thích với nhiều board mở rộng khác nhau.
Giá của các board Arduino giao động xung quanh €20, hoặc $27. Các board
Arduino có thể được đặt hàng ở dạng được lắp sẵn hoặc dưới dạng các kit tự-làm-lấy.
Thông tin thiết kế phần cứng được cung cấp công khai để những ai muốn tự làm một
mạch Arduino bằng tay có thể tự mình thực hiện được (mã nguồn mở). Người ta ước
tính khoảng giữa năm 2011 có trên 300 ngàn mạch Arduino chính thức đã được sản
xuất thương mại, và vào năm 2013 có khoảng 700 ngàn mạch chính thức đã được đưa
tới tay người dùng
4.1.2 Giới thiệu về board Arduino Mega 2560
Arduino Mega 2560 là một bo mạch được thiết kế với bộ xử lý trung tâm là vi điều khiển
công suất thấp 8-bit CMOS AVR Atmega2560. Có 54 ngõ vào/ra số, 16 ngõ vào analog,
thạch anh 16 MHz , kết nối USB, 1 jack cắm điện, header ICSP, và một nút reset. Nó cung
cấp mọi thứ cần thiết để hỗ trợ các vi điều khiển, chỉ cần kết nối với máy tính bằng cáp USB
hoặc một adapter AC-DC hoặc pin.
Hình 4.2: Board Arduino Mega 2560

Bảng 4.1: Các thông số kỹ thuật của Arduino Mega 2560
Vi điều khiển ATmega2560
Điện áp hoạt động 5V
Điện áp đầu vào (đề nghị) 7-12V
Điện áp vào (giới hạn) 6-20V
Phạm vi nhiệt độ hoạt động - đến
Số ngõ vào/ra dạng tín hiện số 54
Số ngõ vào dạng tương tự 16
Dòng điện DC trong mỗi chân vào/ra số 40 mA
Dòng điện chân nguồn 3.3V 50 mA
Bộ nhớ 256 KB
SRAM 8 KB
EEPROM 4 KB
Xung nhịp 16 MHz

4.1.3 Vi điều khiển Atmega2560
Hình 4.3: Sơ đồ vi điều khiển Atmega2560
14

4.1.4 Sơ đồ khối
Hình 4.4 : Sơ đồ khối của Arduino Mega 2560

4.1.5 Tổ chức bộ nhớ
ATmega2560 có bộ nhớ 256 KB để chứa mã lập trình (trong đó 8 KB được sử
dụng để nạp khởi động), EEPROM 4 KB, SRAM 8 KB có thể được đọc và viết với thư
viện EEPROM.
Hình 4.5: Sơ đồ khối cấu trúc của AVR

4.1.6 Nguồn cấp
Arduino Mega được hỗ trợ thông qua kết nối USB hoặc một nguồn cung cấp điện
bên ngoài như adapter AC-DC hoặc pin. Nguồn điện được chọn tự động.
Arduino có thể hoạt động trên một nguồn cung cấp bên ngoài từ 6 đến 20V. Tuy
nhiên, nếu được cung cấp ít hơn 5V, Arduino có thể hoạt động không ổn định.
Nếu sử dụng nhiều hơn 12V, Arduino bị quá nóng và làm hỏng các linh kiện.
Phạm vi đề nghị là 7 đến 12V.
Chức năng một số chân tại vùng cấp nguồn :
• VIN: điện áp đầu vào Arduino .
• 5V: Nguồn quy định cho vi điều khiển và các thành phần khác trên board.
• 3V3 : Điện áp ngõ ra 3.3V. Dòng điện là 50 mA.
• GND: chân được nối đất.
• AREF: điện áp tham chiếu cho ngõ vào tương tự.
4.1.3 Các cổng vào ra
Arduino Mega có 54 ngõ vào/ra tín hiệu số sử dụng như một ngõ vào hoặc ngõ ra,
trong đó có 15 ngõ có thể xuất xung PWM. Mỗi ngõ vào/ra hoạt động ở 5V và có điện
trở nội kéo lên (mặc định ban đầu là chưa hoạt động). Mỗi ngõ vào/ra có thể cung cấp
hoặc nhận được tối đa 40 mA .
• Serial: 0 (RX) and 1 (TX); Serial 1: 19 (RX) and 18 (TX); Serial 2: 17 (RX) and
16 (TX); Serial 3: 15 (RX) and 14 (TX) .Được sử dụng để nhận (RX) và truyền (TX)
TTL dữ liệu nối tiếp.
• PWM: từ chân số 0 đến 13 cung cấp 8-bit đầu ra PWM dung lệnh analogWrite ().
• SPI: 50 (MISO), 51 (MOSI), 52 (SCK), 53 (SS). Những hỗ trợ chân SPI truyền
thông bằng cách sử dụng thư viện SPI .
• LED: 13. Có một LED kết nối kỹ thuật số chân 13. Khi pin là giá trị cao, đèn
LED, khi pin là LOW.
• Arduino Mega có 16 ngõ vào tương tự, từ A0 đến A15, cung cấp 10 bit độ phân
giải (tức là 1024 giá trị khác nhau).
4.1.7 Cổng giao tiếp
Arduino Mega có một số cơ sở để giao tiếp với một máy tính, Arduino khác, hoặc
vi điều khiển khác. ATmega2560 cung cấp UART TTL (5V) giao tiếp nối tiếp, trong
đó có sẵn trên các chân số 0 (RX) và 1 (TX).
4.1.8 USB bảo vệ quá dòng
Arduino được trang bị các cầu chì điện tử resettable polyfuse - một linh kiện điện
tử thụ động chống quá dòng để bảo vệ cổng USB của máy tính của bạn khi quá dòng.
Mặc dù hầu hết các máy tính cung cấp bảo vệ bên trong nhưng cầu chì cung cấp thêm

một lớp bảo vệ nữa. Nếu dòng điện hơn 500mA đi vào vào cổng USB các cầu chì sẽ tự
động ngắt dòng điện.
4.2 Module Ethernet Shield
4.2.1 Giới thiệu vê Module Ethernet Shield
Ethernet shield là một mạch mở rộng cho arduino, giúp arduino có thể kết nối với
thế giới internet rộng lớn. Ứng dụng của shield này là truyền nhận thông tin giữa
arduino với thiết bị bên ngoài sử dụng internet, shield này đặc biệt hữu ích cho các ứng
dụng IoT, điều khiển và kiểm soát hệ thống vì internet luôn liên tục, dữ liệu truyền đi
nhanh, khoảng cách là vô tận, rẻ hơn với cách truyền từ xa bằng tin nhắn.
4.2.2 Sơ đồ chân và thông số kỹ thuật
-Điện áp hoạt động: 5V (được cấp từ arduino)
-Chip Ethernet: W5100 với buffer nội 16K
-Tốc độ kết nối: 10/100Mb
-Kết nối với mạch Arduino qua cổng SPI.
4.3 LCD 16X2
LCD có rất nhiều ưu điểm so với các dạng hiển thị khác: Nó có khả năng hiển thị
kí tự đa dạng, trực quan (chữ, số và kí tự đồ họa), dễ dàng đưa vào mạch ứng dụng
theo nhiều giao thức giao tiếp khác nhau, tốn rất ít tài nguyên hệ thống và giá thành
rẻ…..

Sơ đồ chân của LCD:
Hình 4.6: Sơ đồ chân LCD và hình ảnh thực tế
Bảng 4.2: Bảng mô ta chân LCD
Chân 15 và chân 16: ghi là A và K. Nó là anot và katot của một con led dùng để
sáng LCD trong bóng tối, chúng ta có thể không nối , nếu sử dụng nối chân 15 với trở
220 hoặc 330 ôm lên VCC , chân 16 nối đất.

4.4 Module RFID
Module RFID RC522 sử dụng IC MFRC522 của Phillip dùng để đọc và ghi dữ
liệu cho thẻ NFC tần số 13.56mhz, với mức giá rẻ, thiết kế nhỏ gọn, module này là
sự lựa chọn hàng đầu cho các ứng dụng về ghi đọc thẻ RFID. Module đọc thẻ RC522
có thể đọc được các loại thẻ có kết nối không dây như NFC, thẻ từ (loại dùng làm thẻ
giảm giá, thẻ xe bus, tàu điện ngầm...).
Module có các thông số chính như:
• Điện áp nuôi: 3.3V;
• Dòng điện nuôi :13-26mA
• Tần số hoạt động: 13.56MHz
• Khoảng cách hoạt động: 0 ~ 60 мм
• Cổng giao tiếp: SPI, tốc độ tối đa 10Мbps
• Kích thước: 40мм х 60мм
•Có khả năng đọc và ghi.

4.5 Bàn phím ma trận 4X4
Để nhập mập khẩu vừa có chữ vừa có số thì bàn phím tối thiểu phải có 16 nút tức
ma trận 4x4. Trong phạm vi mô hình em chọn bàn phím 4x4 để sử dụng.
Hình 4.7: Sơ đồ chân và hình ảnh thực tế của bàn phím ma trận 4x4
Thông số kỹ thuật:
• Nguồn hoạt động: 24 VDC, 30 mA
• Giao diện: có 8 dây đầu ra để kết nối với vi điều khiển tương ứng với 16 nút
nhấn.
• Nhiệt độ hoạt động: 0-50 °C
• Kích thước bàn phím: 6.9 x 7.6 cm
• Kích thước dây cáp: 2.0 x 8.8 cm

Hình 4.8: Sơ đồ kết nối của bàn phím ma trận 4x4
4.6 Cảm biến chuyển động PIR
4.6.1 Khái niệm cảm biến PIR
PIR là chữ viết tắt của Passive InfraRed sensor (PIR sensor), tức là bộ cảm biến
thụ động dùng nguồn kích thích là tia hồng ngoại. Tia hồng ngoại (IR) chính là các tia
nhiệt phát ra từ các vật thể nóng. Trong các cơ thể sống, trong chúng ta luôn có thân
nhiệt (thông thường là ở 37 độ C), và từ cơ thể chúng ta sẽ luôn phát ra các tia nhiệt,
hay còn gọi là các tia hồng ngoại, người ta sẽ dùng một tế bào điện để chuyển đổi tia
nhiệt ra dạng tín hiệu điện và nhờ đó mà có thể làm ra cảm biến phát hiện các vật thể
nóng đang chuyển động. Cảm biến này gọi là thụ động vì nó không dùng nguồn nhiệt
tự phát (làm nguồn tích cực, hay chủ động) mà chỉ phụ thuộc vào các nguồn tha nhiệt,
đó là thân nhiệt của các thực thể khác, như con người con vật...

Hình 4.9: Đầu dò PIR D203B và lăng kính Fresnel
Trên đây là đầu dò PIR bên trong gắn 2 cảm biến tia nhiệt, có 3 chân ra : một chân
nối đất GND, một chân nối nguồn từ 3-15VDC, một chân xuất tín hiệu. Góc dò của
cảm biến lớn, để tăng độ nhạy cho đầu dò thì dùng kính Fresnel và còn có tác dụng
ngăn tia tử ngoại.
4.6.2 Nguyên lý làm việc
Các nguồn nhiệt (với người và động vật là nguồn thân nhiệt) đều phát ra tia hồng
ngoại, qua kính Fresnel sẽ lọc để chỉ lấy tia hồng ngoại, tia hồng ngoại đó sẽ được xử
lý bằng 2 cảm biến hồng ngoại gắn trên đầu dò và điện áp được khuếch đại nhờ
transistor FET. Khi có một vật nóng đi ngang qua, từ 2 cảm biến hồng ngoại này sẽ
xuất hiện 2 tín hiệu và các tín hiệu này sẽ được khuếch đại để có biên độ đủ cao để đưa
vào mạch so áp để tác động vào một thiết bị điều khiển hay báo động.

Hình 4.10: Sơ đồ hoạt động của cảm biến
PIR 4.7 Module cảm biến mưa
Hình 4.11: Hình ảnh thực tế của cảm biến mưa
Mạch cảm biến mưa gồm 2 bộ phận:
• Bộ phận cảm biến mưa được gắn ngoài trời
• Bộ phận điều chỉnh độ nhạy cần được che chắn
• Điện áp hoạt động : 5-12VDC
• Ngõ ra: tín hiệu tương tự hoặc số
• Nguyên lý hoạt động:
Mạch cảm biến mưa hoạt động bằng cách so sánh hiệu điện thế của mạch cảm biến
nằm ngoài trời với giá trị định trước (giá trị này thay đổi được thông qua 1 biến trở

màu xanh) từ đó phát ra tín hiệu đóng / ngắt rơ le qua chân D0.
Khi cảm biến khô ráo (trời không mưa), chân D0 của module cảm biến sẽ được
giữ ở mức cao (5V-12V). Khi có nước trên bề mặt cảm biến (trời mưa), đèn LED
màu đỏ sẽ sáng lên, chân D0 được kéo xuống thấp (0V).
Hình 4.12: Sơ đồ cấu tạo của module cảm biến mưa
4.8 Cảm biến khí Gas MQ2
4.8.1.Giới thiệu
MQ2 là cảm biến khí, dùng để phát hiện các khí có thể gây cháy. Nó được cấu tạo
từ chất bán dẫn SnO2. Chất này có độ nhạy cảm thấp với không khí sạch. Nhưng khi
trong môi trường có chất ngây cháy, độ dẫn của nó thay đổi ngay.
Chính nhờ đặc điểm này người ta thêm vào mạch đơn gian để biến đổi từ độ nhạy
này sang điện áp khi môi trường sạch điện áp đầu ra của cảm biến thấp, giá trị điện áp
đầu ra càng tăng khi nồng độ khí gây cháy xung quang MQ2 càng cao.
MQ2 hoạt động rất tốt trong môi trường khí hóa lỏng LPG, H2, và các chất khí
gây cháy khác. Nó được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp và dân dụng do mạch
đơn giản và chi phí thấp.

Hình 4.13: Cảm biến khí gas MQ2 và sơ đồ chân
Trong đó:
• Chân 1,3 là A.Chân 2,5 là B.Chân 4,6 là C
Thông số kỹ thuật
• Nguồn làm việc 5VDC
• Dạng cảm biến bán dẫn, chất liệu nhựa Bakelite
• Phạm vi đo: nồng độ từ 300- 10000ppm
4.8.2.Sơ đồ mạch cảm biến MQ2
Hình 4.14 : Sơ đồ mạch MQ2

• Aout: điện áp ra tương tự. Nó chạy từ 0.3à4.5V, phụ thuộc vào nồng độ khí xung
quang MQ2.
• Dout: điện áp ra số, giá trị 0,1 phụ thuộc vào điện áp tham chiếu và nồng độ khí
mà MQ2 đo được.
• Việc có chân ra số Dout rất tiện cho ta mắc các ứng dụng đơn giản, không cần
đến vi điều khiển. Khi đó ta chỉ cần chỉnh giá trị biến trở tới giá trị nồng độ ta muốn
cảnh báo. Khi nồng độ MQ2 đo được thấp hơn mức cho phép thì Dout = 1. Đèn Led
tắt. Khi nồng độ khí đo được lớn hơn nồng khí cho phép, Dout =0, đèn led sáng.
• Việc ra chân tương tự Aout dành cho những xử lý đòi hỏi cần độ chính xác : Đầu
tiên đo trạng thái không khí sạch, giá trị thu được Vout1.Cho khí ga từ bật lửa rò rỉ ra.
Ta thấy giá trị Aout tăng lên. Khi đạt khoảng cách khí ga từ bật lửa hợp lý rồi tương
ứng với nồng độ khí bắt đầu nguy hiểm, ta ghi lại giá trị Vout2. Ta chọn giá trị Vout2
là giá trị ngưỡng cảnh báo. Nếu giá trị đo được lớn hơn ta sẽ cảnh báo. Chỉnh chân
biến trở để điện áp đo tại chân 3 của L358 = Vout2.
4.9 Module cảm biến ánh sáng.
• Cảm biến ánh sáng sử dụng quang trở có khả năng thay đổi điện trở theo cường
độ ánh sáng chiếu vào. Tín hiệu xuất ra của cảm biến là digital HIGH (5V) và LOW
tượng trưng cho các trạng thái bật, tắt thiết bị điện tự động mà bạn không cần phải thao
tác vào.
Hình 4.15 Module cảm biến ánh sáng
Ưu điểm :
• Nhỏ gọn.
• Độ chính xác cao.
• Các thành phần phụ như điện trở, tụ điện... cần thiết cho mạch đã được gắn
đầy đủ. Bạn chỉ cần cấp nguồn, nối dây điều khiển vào rơ le là có thể tắt/mở
bóng đèn hay các thiết bị điện khác theo cường độ ánh sáng chiếu vào cảm biến.

• Giá thành thấp, khoảng 50.000 đồng.
• Sử dụng điện áp chuẩn 5V tương thích với nền tảng Arduino.
4.10 Các linh kiện khác
➢ Transistor: Sử dụng transistor loại npn C1815 để khuếch đại tín hiệu
Hình 4.16: Transistor
➢ Loa: Sử dụng loa loại điện áp 5V để cảnh báo khi có cháy xảy ra.
Hình 4.17: Loa
➢ Led đơn: Sử dụng Led đơn để hiện thị chế độ hoạt động của hệ thống và
cảnh báo khi có cháy.
Hình 4.18: LED
➢ Diode 4007: Sử dụng đi ốt để ngăn dòng ngược chiều.
Ngoài ra còn dùng các loại điện trở dùng để hạn dòng, phân áp, các tụ để lọc.

CHƯƠNG 5: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MÔ HÌNH
5.1 Thiết kế phần cứng mô hình
5.1.1 Sơ đồ ngôi nhà
Hình 5. 1 : Sơ đồ thiết bị trong ngôi nhà
Nguyên tắc hoạt động: Có 2 chế độ Auto và Manual
➢ Chế độ Auto: Khi đăng nhập mật khẩu để vào nhà thì mặc định ngôi nhà
sẽ hoạt động ở chế độ Manual. Khi có tín hiệu người vào thì các cảm biến
sẽ hoạt động theo chế độ đã lập trình từ trước. Khi xảy ra sự cố thì tất cả
nguồn điện sẽ bị ngắt.
➢ Chế độ Manual: Khi chủ nhà muốn điều chỉnh lại một số thiết bị hoạt
động theo ý mình thì sẽ điều khiển bằng web hoặc bằng điện thoại.
5.1.2 Chức năng các khối
5.1.2.1 Mạch nguồn
Do đề tài chỉ giới hạn trong mô hình nên em chọn nguồn của máy tính

Hình 5.2 : Nguồn máy tính
Hệ thống sử dụng 2 nguổn 5VD và 12VDC
Bảng 5.1:Các chân của bộ nguồn

Nguồn phụ: trong trường hợp xảy ra sự cố thì nguồn dự phòng sẽ hoạt động , trong
đề tài mô hình thì em chọn khay đế chứa 4 pin AA
Hình 5.3: Khay chứa pin 4 pin AA
5.1.2.2 Khối cảm biến nhiệt DHT11 sử dụng nguồn
nuôi là 5v.
Hình 5.4 Mạch cảm biến nhiệt độ DHT11
Cảm biến nhiệt DHT11: Đóng vai trò cấp điện áp với nhiệt độ tương ứng vào bộ
ADC của IC xử lý trung tâm. Từ đó IC sẽ xử lí tín hiệu thu được hiển thị lên LCD.
5.1.2.3 Khối hiển thị LCD
Dùng để hiển thị các trạng thái trong quá trình đăng nhập mật khẩu

Hình 5.5: Sơ đồ chân LCD
❖ Các chân 1,2,3 là các chân VSS , VDD, VEE trong đó VSS chân nối đất , VEE
chân chọn độ tương phản chân này được chọn qua 1 biến trở 10K một đầu nối
VCC, một đầu nối mát . Chân VDD nối dương nguồn .
❖ Chân chọn thanh ghi RS (Register Select): Có hai thanh ghi trong LCD, chân
RS (Register Select) được dùng để chọn thanh ghi, như sau:
Nếu RS = 0 ở chế độ ghi lệnh như xóa màn hình , bật tắt con trỏ…
Nếu RS =1 ở chế độ ghi dữ liệu như hiển thị ký tự , chữ số lên màn hình .
❖ Chân đọc/ ghi (R/W): Đầu vào đọc/ ghi cho phép người dùng ghi thông tin lên
LCD khi R/W = 0 hoặc đọc thông tin LCD khi R/W = 1. Mạch chỉ dùng để hiện
thị nên chân R/W ở mức 0 ( nối mass).
❖ Chân cho phép E (Enable): Chân cho phép E được sử dụng bởi LCD để chốt
dữ
liệu của nó. Khi dữ liệu được đến chân dữ liệu thì cần có 1 xung từ mức cao xuống
mức thấp ở chân này để LCD chốt dữ liệu , xung này phải có độ rộng tối thiểu 450ns.
❖ Chân D0 – D7: Đây là 8 chân dữ liệu 8 bít, được dùng để gửi thông tin lên
LCD hoặc đọc nội dung của các thanh ghi trong LCD. Ở đây ta dùng LCD 4 bít nên
chỉ cần sử dụng 4 chân D4-D7. Để màn hình LCD sáng, ta nối chân 15 với qua điện
trở 330 Ω lên nguồn 5v, chân 16 nối mass.

5.1.2.4 Khối báo động
Gồm có báo động ra loa và ra Led
Hình 5.6: Khối báo động
Ở khối báo động ra loa, ta sử dụng tranzitor lọai NPN C1815 làm khóa điện tử để
đóng mở nguồn 5v cung cấp cho loa hoạt động. Điện trở R7 dùng để hạn dòng vào
chân B của tranzitor. R7= 1KΩ. R8 =10KΩ.
Sử dụng LED đỏ sáng nhấp nháy khi hệ thống chuyển sang trạng thái báo động có
cháy.
Điện trở có giá trị 220Ω dùng để hạn dòng cho LED.
5.1.2.5 Khối cảm biến tín hiệu tương tự
Bao gồm cảm biến siêu âm, cảm biến mưa sử dụng nguồn nuôi 5VDC.
Hình 5.7 : Sơ đồ kết nối cảm biến tương tự

Đối với cảm biến siêu âm, công thức tính toán từ tín hiệu tương tự sang đơn vị cm
hay inch:
❖ uS là biến lưu lại số được truyền từ cảm biến vào Arduino
❖ Khoảng cách = uS / 58 (đơn vị cm) hoặc uS / 148 (đơn vị inch)
❖ Ở trạng thái ban đầu khi chưa bị đối tượng tác động thì giá trị mặc định uS=
1024.
Đối với cảm biến mưa:
❖ Do Arduino hỗ trợ ngõ vào tương tự với độ phân giải 10 bit do đó có
=1024 giá trị khác nhau. Giá trị của cám biến mưa sẽ biến đổi trong phạm vi từ 0
đến 1024 . Mặc định ban đầu khi chưa tác động sẽ thì giá trị là 1024.
5.1.2.6 Khối động lực
Để kéo cửa ra vào và phòng ngủ thì em sử dụng loại motor servo. Do chỉ thử
nghiệm trên mô hình nên cửa chỉ có kích thước 5x15cm nên em quyết định chọn servo
9G có nguồn cấp 5VDC để kéo mở cửa hoàn toàn phù hợp với cấu tạo của ngôi nhà.
Thông số kĩ thuật SG90-9G:
Khối lượng : 9g
Kích thước: 22.2x11.8.32 mm Momen xoắn: 1.8kg/cm (4.8V)
Tốc độ hoạt động: 60 độ trong 0.1 giây Điện áp hoạt động: 4.8V(~5V)
Nhiệt độ hoạt động: 0 ºC – 55 ºC
Hình 5.8: Động cơ servo SG90
Kết nối dây màu đỏ với 5V, dây màu nâu với mass, dây màu cam với chân phát
xung của vi điều khiển. Ở chân xung cấp một xung từ 1ms-2ms theo để điều khiển góc
quay theo ý muốn.

5.1.2.7 Mạch nguyên lý hoàn chỉnh:
Hình 5.9 : Sơ đồ khối ngôi nhà thông minh
Khối xử lí:
❖ Xử lí các tín hiệu thu được từ các cảm biến, công tắc khẩn, giả sử khi có cháy
xảy ra ( nhiệt độ thu được từ cảm biến nhiệt đến một mức cho trước, nồng độ khói tăng
cao đến ngưỡng tác động, các công tắc khẩn được bật ) các cảm biến sẽ truyền tín hiệu
đến vi điều khiển để vi điều khiển xử lí và đưa ra hệ thống cảnh báo tương ứng.
❖ Điều khiển hệ thống cảnh báo (báo động).
❖ Hiển thị các trạng thái hoạt động của hệ thống báo cháy qua màn hình LCD,
các trạng thái khi có cháy và khi không có cháy.

5.2 Thiết kế phần mềm mô hình
5.2.1 Phần mềm ARDUINO IDE 1.8.5
Hình 5.10 : Phần mềm lập trình Arduino
Arduino IDE là phần mềm lập trình cho Arduino. Môi trường lập trình cho
Arduino IDE có thể chạy trên 3 nền tảng phổ biến nhất hiện nay là Windows, OS và
Linux. Do có tính chất nguồn mở nên ngôn ngữ lập trình có thể được mở rộng qua các
thư viện C++.

5.2.2 Các phần mềm lập trình Android
Hình 5.11: Giao diện App inventor
5.2.3. Thiết kế và thi công Web Sever
Hình 5.12: Web Sever

Hình 5.13 : Web sever

CHƯƠNG 6: LƯU ĐỒ GIẢI THUẬT
6.1 Lưu đồ chương trình chính
BẮT ĐẦU
SAI
NHẬP MẬT
KHẨU VÀO
ĐÚNG
CỬA MỞ , ĐÈN SÁNG,
QUẠT HOẠT ĐỘNG
SAI
SAI
CẢM BIẾN
SỰ CỐ
GIÁM SÁT
ĐÚNG ĐÚNG
ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ BÁO ĐỘNG VÀ NGẮT
NGUỒN ĐIỆN
KẾT THÚC
Hình 6.1: Lưu đồ ngôi nhà

6.2 Lưu đồ cảm biến khí GAS
BẮT ĐẦU
SAI
CB KHÍ GAS
ĐÚNG
SAI
GAS > 700
ĐÚNG
BÁO ĐỘNG VÀ NGẮT NGUỒN ĐIỆN
GỮI TIN NHẮN SMS
KẾT THÚC
Hình 6.2: Lưu đồ cảm biến khí gas

6.3 Một số hình ảnh thực tế
Hình 6.3: Mặt trước ngôi nhà

Hình 6.4: Nhập password và thẻ RFID

Mở cửa phòng khách và hệ thống cảm biến và đèn chiếu sáng

Phòng bếp, phòng ngủ và phòng vệ sinh

Hệ thống cảm biến mưa

CHƯƠNG 7: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
CHƯƠNG 7: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
7.1 Kết luận
Những cái đã đạt được:
❖ Mô hình hoàn tất
❖ Hoàn thành kết nối các cảm biến với Arduino
❖ Hoàn thành cảnh báo khí gas qua SMS
❖ Hoàn thành hiển thị và điều khiển qua hệ thống Internet
Những cái chưa đạt được:
❖ Mô hình chưa được như mong muốn
❖ Chỉ dừng lại ở viết ứng dụng trên Android
7.2 Kiến nghị
❖ Nguồn năng lượng dự phòng lấy từ pin năng lượng mặt trời
❖ Liên hệ thực tế với các công ty trong lĩnh vực điều khiển thông minh
❖ Điều khiển thông qua giọng nói

TÀI LIỆU THAM KHẢO
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] Dự án ngôi nhà thông minh của BKAV www.bkav.com.vn/ngoi-nha-thong-
minh
[2] Lịch sử phát triển Arduino wikipedia.com/arduino- mega
[3] Tạp chí tự động hóa NXB QG Hà Nội
Ngoài ra tài liệu được tham khảo từ các nguồn trên mạng:
❖ Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 5738:2000 về Yêu cầu kĩ thuật của hệ thống
báo cháy tự động.
❖ Data Sheet Arduino Mega 2560 pdf
❖ Diễn đàn điện tử Việt Nam: http://www.dientuvietnam.net
❖ Diễn đàn Arduino Việt Nam và quốc tế http://www.arduino.vn
http://www.arduino.cc
❖ Giáo trình Đo lường và cảm biến, NXB: ĐH Sư phạm kỹ thuật TPHCM.

ĐỒ ÁN THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG NGÔI NHÀ THÔNG MINH

Recommended

Recommended

More Related Content

Similar to ĐỒ ÁN THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG NGÔI NHÀ THÔNG MINH

Similar to ĐỒ ÁN THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG NGÔI NHÀ THÔNG MINH (20)

More from lamluanvan.net Viết thuê luận văn

More from lamluanvan.net Viết thuê luận văn (20)

ĐỒ ÁN THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG NGÔI NHÀ THÔNG MINH