MỤC LỤC
CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI ................................................................................... 1
1.1. Lý do chọn đề tài đồ án: ............................................................................................ 1
1.2. Mục tiêu của đề tài: ................................................................................................... 1
1.3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu: ............................................................................ 1
1.4. Ý nghĩa của đề tài: ..................................................................................................... 1
CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN ............................................................................................... 3
2.1. Tổng quan về nhà thông minh: .................................................................................. 3
2.1.1. Giới thiệu: ............................................................................................................ 3
2.1.2. Nguyên tắc hoạt động của nhà thông minh ......................................................... 3
2.1.3. Các thành phần cơ bản của nhà thông minh ........................................................ 3
2.1.4. Tiêu chuẩn của nhà thông minh .......................................................................... 4
2.1.5. Xu hướng phát triển nhà thơng minh .................................................................. 5
2.2. Phân tích, lựa chọn phương án thực hiện đề tài: ..................................................... 12
2.2.1. Phân tích: ........................................................................................................... 12
2.2.2. Phương án thực hiện:......................................................................................... 12
CHƯƠNG 3: CƠ SỞ LÝ THUYẾT .................................................................................. 14
3.1. Cơ sở lí thuyết ......................................................................................................... 14
3.1.1. Raspberry Pi 3 – Made in the UK – Tích hợp Wifi và Bluetooth: .................... 14
3.1.2. Module thu phát Wifi ESP8266 NodeMCU: .................................................... 15
3.1.3. Module thu phát hồng ngoại: ............................................................................ 16
3.1.4. Cảm Biến Thân Nhiệt Chuyển Động PIR HC-SR501 ...................................... 19
3.1.5. Module Cảm Biến Cường Độ Ánh Sáng Lux BH1750 .................................... 20
3.1.6. Module GSM GPRS Sim800L .......................................................................... 20
3.1.7. Module DHT22: ................................................................................................ 21
3.1.8. Module Cảm biến khí gas MQ-2: ...................................................................... 22
3.1.9. Cảm Biến Cân Nặng Load Cell 50Kg ............................................................... 22
3.1.10. HX711 Cảm Biến Cân Nặng 25mm ................................................................ 23
3.1.11. Module Zigbee CC2530 + PA CC2591 V2 .................................................... 24
3.1.12. TTP223 Phím Cảm Ứng Điện Dung 1 Kênh V3: ........................................... 25
3.2. Các phần mềm được sử dụng: ................................................................................. 26

3.2.1. Phần mềm Arduino IDE: ................................................................................... 26
3.2.2. Phần mềm Home Assistant: .............................................................................. 27
3.3. Giao thức giao tiếp MQTT: ..................................................................................... 29
3.3.1. MQTT là gì? ...................................................................................................... 29
3.3.2. Mơ hình Pub/Sub và Cơ chế hoạt động của MQTT:......................................... 31

iii


3.3.3. Kiến trúc MQTT Publish/Subscribe:................................................................. 34
3.3.4. Tổng kết ............................................................................................................. 34
3.4. Giao thức Zigbee ..................................................................................................... 35
3.4.1. Giới thiệu sơ lược về mạng Zigbee ................................................................... 35
3.4.2. Các tính năng ..................................................................................................... 35
3.4.3. Ứng dụng ........................................................................................................... 36
3.4.4. Mơ hình mạng ................................................................................................... 36
3.4.5. Tổng kết ............................................................................................................. 37
CHƯƠNG 4: CHẾ TẠO THIẾT BỊ ĐIỀU KHIỂN VÀ MƠ HÌNH NGƠI NHÀ ............ 38
4.1. Giới thiệu: ................................................................................................................ 38
4.2. Xây dựng sơ đồ khối chung của hệ thống: .............................................................. 38
4.3. Xây dựng mạch và phần cứng cho từng thiết bị:..................................................... 39
4.3.1. Công tắc thông minh: ........................................................................................... 39
4.3.1.1. Chức năng chính :........................................................................................... 39
4.3.1.2. Sơ đồ khối của thiết bị .................................................................................... 39
4.3.1.3. Sơ đồ nguyên lí mạch: .................................................................................... 42
4.3.1.2. Thiết kế phần cứng ......................................................................................... 43
4.3.2. Module nhận biết cường độ ánh sáng, chuyển động: ........................................... 46
4.3.2.1. Chức năng chính:............................................................................................ 46
4.3.2.2. Sơ đồ khối của thiết bị:................................................................................... 46
4.3.2.3. Sơ đồ nguyên lí mạch ..................................................................................... 49

4.3.2.4. Phần cứng và lắp đặt ...................................................................................... 49
4.3.3. Module nhiệt độ độ ẩm, khói, khí gas: ................................................................. 52
4.3.3.1. Chức năng chính:............................................................................................ 52
4.3.3.2. Sơ đồ khối của thiết bị .................................................................................... 52
4.3.3.3. Sơ đồ nguyên lí mạch ..................................................................................... 57
4.3.3.4. Phần cứng và lắp đặt ...................................................................................... 58
4.3.4. Module người chơi nhạc cụ: ................................................................................. 60
4.3.4.1. Chức năng chính:............................................................................................ 60
4.3.4.2. Sơ đồ khối thiết bị: ......................................................................................... 60
4.3.4.3. Sơ đồ nguyên lí mạch ..................................................................................... 63
4.3.4.4. Phần cứng và lắp đặt ...................................................................................... 64
4.3.5. Module rèm cửa tự động: ..................................................................................... 68
4.3.5.1. Chức năng chính ............................................................................................. 68
4.3.5.2. Sơ đồ khối của thiết bị .................................................................................... 68
4.3.5.3. Sơ đồ nguyên lí mạch ..................................................................................... 72

iv


4.3.5.4. Phần cứng và lắp đặt ...................................................................................... 72
4.3.6. Module điều khiển từ xa IR: ................................................................................. 77
4.3.6.1. Chức năng chính:............................................................................................ 77
4.3.6.2. Sơ đồ khối của thiết bị .................................................................................... 77
4.3.6.3. Sơ đồ nguyên lí của thiết bị ............................................................................ 79
4.3.6.4. Phần cứng và lắp đặt ...................................................................................... 79
4.3.7. Bộ điều khiển trung tâm: ...................................................................................... 81
4.3.7.1. Chức năng chính:............................................................................................ 81
4.3.7.2. Sơ đồ khối của thiết bị .................................................................................... 81
4.3.7.3. Sơ đồ nguyên lí mạch ..................................................................................... 86
4.3.7.4. Phần cứng và lắp đặt ...................................................................................... 86

CHƯƠNG 5: GIẢI THUẬT ĐIỀU KHIỂN...................................................................... 89
5.1. Xây dựng sơ đồ thuật toán:...................................................................................... 89
5.2. Điều khiển thiết bị thông qua công tắc thông minh: ............................................... 91
5.3. Thiết bị nhận biết ánh sáng và chuyển động: .......................................................... 93
5.4. Thiết bị cảm biến nhiệt độ, độ ẩm, báo khói và khí gas .......................................... 94
5.5. Điều khiển thiết bị người chơi nhạc: ....................................................................... 96
5.6. Module điều khiển thiết bị từ xa IR ........................................................................ 97
5.7. Module rèm cửa thơng minh ................................................................................... 98
5.8. Tự động hóa ........................................................................................................... 100
5.8.1. Điều khiển rèm kết hợp với cảm biến ánh sáng: ............................................. 100
5.8.2. Điều khiển theo cảm biến ánh sáng và chuyển động ...................................... 102
5.8.3 Điều khiển cảm biến chuyển động, cảm biến cửa zigbee ................................ 104
5.9. Mục tiêu xây dựng hệ thống: ................................................................................. 105
5.9.1. Giao thức truyền .............................................................................................. 107
5.9.2. Xây dựng mơ hình nhà thơng minh ................................................................. 107
5.9.3. Bảo mật và an toàn: ......................................................................................... 111
CHƯƠNG 6: KẾT QUẢ VÀ THỰC NGHIỆM ............................................................. 114
6.1. Thông tin của từng sản phẩm: ............................................................................... 114
6.1.1. Thiết bị nhận biết ánh sáng và chuyển động: .................................................. 114
6.1.2. Thiết bị công tắc bật/tắt đèn thông minh:........................................................ 115
6.1.3. Thiết bị cảm biến nhiệt độ, độ ẩm, báo khói và khí gas .................................. 117
6.1.4. Thiết bị người chơi nhạc cụ ............................................................................. 118
6.1.5. Thiết bị rèm cửa tự động ................................................................................. 119
6.1.6. Thiết bị điều khiển từ xa IR............................................................................. 120
6.1.7. Bộ điều khiển trung tâm .................................................................................. 121

v


6.2. Thực nghiệm .......................................................................................................... 122

6.3. Điều khiển hệ thống............................................................................................... 127
6.4. Hạn chế và hướng phát triển.................................................................................. 138

vi


DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
MQTT

Message Queueing Telemetry
Transport

Giao thức truyền

IC

Intergrated Circuit

Vi mạch tích hợp

NTP

Network Time Protocol

MCU

Micro-controller Unit

Vi điều khiển


Hass

Home Assistant

Giao diện điều khiển

Giao thức đồng bộ thời
gian mạng

vii


DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU
Bảng 4.1: Nối chân giữa Module TTP223và NodeMCU ESP8266. ................................ 41
Bảng 4.2: Nối chân giữa Module BH1750 và NodeMCU ESP8266. ............................... 48
Bảng 4.3: Nối chân giữa Module PIR và NodeMCU ESP8266. ...................................... 48
Bảng 4.4: Nối chân giữa Module TDH22 và NodeMCU ESP8266. ................................ 54
Bảng 4.5: Nối chân giữa Module MQ-2 và NodeMCU ESP8266. .................................. 55
Bảng 4.7: Nối chân giữa Module Sim800L và NodeMCU ESP8266. ............................. 56
Bảng 4.8: Nối chân giữa 4 Loadcell50kg và Mạch chuyển đổi ADC 24bit Loadcell
HX711 ............................................................................................................................... 61
Bảng 4.9: Nối chân Module thu hồng ngoại với NodeMCU ESP8266. ........................... 69
Bảng 4.9: Nối dây Raspberry Pi và Module Zigbee CC2530 + PA CC2591 V2 ............. 83
Bảng 6.1: Thông số kỹ thuật thiết bị nhận biết ánh sáng và chuyển động ..................... 114
Bảng 6.2: Thông số kĩ thuật thiết bị công tắc bật/tắt đèn thông minh ............................ 116
Bàng 6.3: Thông số kĩ thuật thiết bị cảm biến nhiệt độ, độ ẩm, báo khói và khí gas ..... 117
Bảng 6.4: Thông số kỹ thuật thiết bị người chơi nhạc cụ ............................................... 119
Bảng 6.5: Thông số kỹ thuật thiết bị rèm cửa tự động ................................................... 120
Bảng 6.6: Thông số kỹ thuật thiết bị điều khiển từ xa IR ............................................... 121
Bảng 6.7: Thông số kỹ thuật bộ điều khiển trung tâm.................................................... 122

Bảng 6.8: Bảng kết nối hệ thống trong nhà .................................................................... 136
Bảng 6.9: Bảng thực nghiệm điều khiển......................................................................... 137
Bảng 6.10: Tần số lấy mẫu của thiết bị........................................................................... 138

viii


DANH MỤC CÁC BIỂU ĐỒ VÀ HÌNH ẢNH
Hình 2.1: Hệ sinh thái nhà thơng minh trên thế giới. ......................................................... 5
Hình 2.2: Bộ điều nhiệt Nest. ............................................................................................. 5
Hình 2.3: Giao diện SmartThings ....................................................................................... 6
Hình 2.4: Điều khiển nhà thơng minh qua điện thoại......................................................... 7
Hình 2.5: BKAV Smart Home ........................................................................................... 8
Hình 2.6: Thiết bị điều khiển trung tâm SH-HCL .............................................................. 9
Hình 2.7: Thiết bị kết nối trung tâm mạng Zigbee ........................................................... 10
Hình 2.8: Cảm biến chuyển động thơng minh SH-DZ ..................................................... 11
Hình 2.9: Thiết bị an ninh cảnh báo khói, cháy................................................................ 12
Hình 2.10: Sơ đồ tổng quan hệ thóng Smart home. ......................................................... 13
Hình 3.1: Raspberry Pi 3 .................................................................................................. 14
Hình 3.2: Sơ đồ chân gpio raspberry Pi 3 ......................................................................... 15
Hình 3.3: Module thu phát Wifi 8266 NodeMCU ........................................................... 15
Hình 3.4: Các chân của Module Wifi 8266 NodeMCU ................................................... 16
Hình 3.5: Module thu tín hiệu hồng ngoại KY- 022. ....................................................... 17
Hình 3.6 : Led thu hồng ngoại 1383. ................................................................................ 17
Hình 3.7: Khoảng cách đo và góc hiệu quả. ..................................................................... 18
Hình 3.8: Led hồng ngoại. ................................................................................................ 18
Hình 3.9: Cấu tạo của Led hồng ngoại. ............................................................................ 19
Hình 3.10: Cảm Biến Thân Nhiệt Chuyển Động PIR HC-SR501 ................................... 19
Hình 3.11: Cảm biến cường độ ánh sáng BH1750 ........................................................... 20
Hình 3.12: Module GSM GPRS Sim800L ....................................................................... 21

Hình 3.13: Module DHT22 .............................................................................................. 21
Hình 3.14: Module cảm biến khói và khí gas MQ-2 ........................................................ 22
Hình 3.15: cảm biến cân nặng Loadcell 50kg .................................................................. 23
Hình 3.16: HX711 ............................................................................................................ 23
Hình 3.17: Module Zigbee CC2530 + PA CC2591 V2.................................................... 25
Hình 3.18: TTP223 Phím Cảm Ứng Điện Dung 1 Kênh V3............................................ 26
Hình 3.19: Logo phần mềm arduino IDE ......................................................................... 26
Hình 3.20: Giao diện điều khiển Home Assistant ............................................................ 27
Hình 3.21: Home Assistant ............................................................................................... 28
Hình 3.22: Hình tượng trưng giao thức MQTT ................................................................ 30
Hình 3.24: Cơ chế hoạt động ............................................................................................ 33
Hình 3.25: Kiến trúc MQTT ............................................................................................. 34

ix


Hình 3.26: Giao thức Zigbee ............................................................................................ 35
Hình 3.27: Các loại mơ hình mạng. .................................................................................. 37
Hình 4.1: Sơ đồ khối hệ thống .......................................................................................... 38
Hình 4.2: Sơ đồ khối cơng tắc thơng minh ....................................................................... 39
Hình 4.3: NodeMCU ESP8266 ........................................................................................ 40
Hình 4.4: Nối chân giữa Module TTP223và NodeMCU ESP8266. ................................ 41
Hình 4.5: Kết nối mạch..................................................................................................... 42
Hình 4.6: Sơ đồ ngun lí mạch cơng tắc thơng minh ..................................................... 43
Hình 4.7: Mơ hình vỏ của thiết bị ..................................................................................... 43
Hình 4.8: Mơ hình của vỏ màn hình thiết bị..................................................................... 44
Hình 4.9: Mơ hình màn hình cuả thiết bị .......................................................................... 44
Hình 4.10: Sơ đồ lắp ráp thiết bị....................................................................................... 45
Hình 4.11: Mơ phỏng thiết bị đã lắp ghép ........................................................................ 45
Hình 4.12: Sơ đồ khối thiết bị .......................................................................................... 46

Hình 4.13: NodeMCU ESP8266 ..................................................................................... 47
Hình 4.14: Nối chân giữa Module TDH11 và NodeMCU ESP8266. .............................. 48
Hình 4.15: Nối chân giữa Module MQ-2 và NodeMCU ESP8266. ................................. 49
Hình 4.16: Thiết kế Module cường độ ánh sáng .............................................................. 49
Hình 4.17: Mơ hình đế của thiết bị ................................................................................... 50
Hình 4.18: Mơ hình nắp đậy của thiết bị .......................................................................... 50
Hình 4.19: mơ hình tấm .................................................................................................... 51
Hình 4.20: Mơ phỏng lắp ghép thiết bị nhận biết ánh sáng và chuyển động ................... 51
Hình 4.21: Mơ phỏng thiết bị nhận biết ánh sáng và chuyển động đã lắp ghép .............. 52
Hình 4.22: Sơ đồ khối Module báo cháy, nhiệt độ, độ ẩm ............................................... 53
Hình 4.23: NodeMCU ESP8266 ...................................................................................... 54
Hình 4.24: Nối chân giữa Module TDH22 và NodeMCU ESP8266. .............................. 55
Hình 4.25: Nối chân giữa Module MQ-2 và NodeMCU ESP8266. ................................. 56
Hình 4.26: Sơ đồ nối chân giữa Module MQ-2 và chng báo với NodeMCU ESP8266.
........................................................................................................................................... 57
Hình 4.27: Thiết kế mạch Module báo cháy, nhiệt độ, độ ẩm ......................................... 57
Hình 4.28: Mơ hình vỏ đế của thiết bị .............................................................................. 58
Hình 4.29: Mơ hình nắp đậy của thiết bị .......................................................................... 58
Hình 4.30: Lắp ráp thiết bị cảm biến nhiệt độ, độ ẩm, khói và khí gas ............................ 59
Hình 4.31: Mô phỏng thiết bị cảm biến nhiệt độ, độ ẩm, khói và khí gas ....................... 59
Hình 4.32: Sơ đồ khối Module người chơi nhạc cụ.......................................................... 60
Hình 4.33: NodeMCU ESP8266 ...................................................................................... 61
Hình 4.34: Mạch chuyển đổi ADC 24bit Loadcell HX711 .............................................. 61
x


Hình 4.35: Nối chân giữa 4 Loadcell50kg và Mạch chuyển đổi ADC 24bit Loadcell
HX711 ............................................................................................................................... 62
Hình 4.36: Sơ đồ nối chân NodeMCU ESP-8266 và Loadcell HX711 ........................... 63
Hình 4.37: Sơ đồ nguyên lí mạch Module người chơi nhạc cụ ........................................ 63

Hình 4.38: Mơ hình vỏ hộp dưới ...................................................................................... 64
Hình 4.39: Mơ hình vỏ hộp trên ....................................................................................... 64
Hình 4.40: Mơ hình đồ gá trên ......................................................................................... 65
Hình 4.41: Mơ hình đồ gá trên ......................................................................................... 65
Hình 4.42: Mơ hình đồ gá dưới ........................................................................................ 66
Hình 4.43: Mơ phỏng hộp cảm biến ................................................................................. 66
Hình 4.44: Mô phỏng lắp ráp thiết bị người chơi nhạc đã được lắp ghép ........................ 67
Hình 4.45: Mơ phỏng thiết bị người chơi nhạc đã được lắp ghép .................................... 67
Hình 4.46: Thiết kế sơ đồ khối của Module rèm cửa tự động .......................................... 68
Hình 4.47: NodeMCU ESP8266 ...................................................................................... 69
Hình 4.48: Nối chân giữa Module thu hồng ngoại và NodeMCU ESP8266. .................. 70
Hình 4.49: Nối chân giữa Module led phát hồng ngoại và NodeMCU ESP8266. ........... 70
Hình 4.50: Chuyển động của rèm ..................................................................................... 71
Hình 4.51: Sơ đồ nối dây chân động cơ và ESP8266 ....................................................... 71
Hinh 4.52: Mạch nguồn giảm áp DC - DC ....................................................................... 72
Hình 4.53: Thiết kế mạch Module rèm cửa tự động ........................................................ 72
Hình 4.54: Mơ hình vỏ gá động cơ ................................................................................... 73
Hình 4.55: Mơ hình vỏ gá động cơ ................................................................................... 73
Hình 4.56: Mơ hình nắp vỏ gá động cơ ............................................................................ 74
Hình 4.57: Mơ phỏng lắp ráp............................................................................................ 74
Hình 4.58: Mô phỏng vỏ gá động cơ đã được lắp ghép ................................................... 75
Hình 4.59: Mơ hình vỏ hộp .............................................................................................. 75
Hình 4.60: Mơ hình vỏ hộp .............................................................................................. 76
Hình 4.61: Mơ hình nắp hộp ............................................................................................. 76
Hình 4.63: Mơ phỏng thiết bị rèm cửa tự động đã được lắp ghép ................................... 77
Hình 4.64: Sơ đồ khối Module điều khiển từ xa IR ......................................................... 77
Hình 4.65: NodeMCU ESP8266 ...................................................................................... 78
Hình 4.66: Nối chân giữa Module led phát hồng ngoại và NodeMCU ESP8266. ........... 78
Hình 4.67: Sơ đồ nguyên lí mạch Module điều khiển từ xa IR ........................................ 79
Hình 4.68: Mơ hình vỏ thiết bị ......................................................................................... 79

Hình 4.69: Mơ hình nắp thiết bị ....................................................................................... 80
Hình 4.70: Mơ hình lắp ráp thiết bị điều khiển từ xa IR .................................................. 80
Hình 4.71: Mơ phỏng thiết bị điều khiển từ xa IR ........................................................... 81
xi


Hình 4.72: Thiết kế sơ đồ khối của máy chủ .................................................................... 81
Hình 4.73: Raspberry Pi 3 ................................................................................................ 82
Hình 4.74: Sơ đồ nối dây Raspberry với Module Zigbee CC2530 .................................. 83
Hình 4.75: Giao diện điều khiển và giám sát trên máy tính ............................................. 84
Hình 4.76: Giao diện điều khiển App Homeassistant ...................................................... 85
Hình 4.77: Giao diện điều khiển App Home IOS ............................................................. 85
Hình 4.78: Mơ hình vỏ đế ................................................................................................. 86
Hình 4.79: Mơ hình vỏ đế ................................................................................................. 86
Hình 4.80: Mơ hình vỏ đập ............................................................................................... 87
Hình 4.81: Mơ hình vỏ đập ............................................................................................... 87
Hình 4.82: Mô phỏng lắp ráp bộ điều khiển trung tâm đã được lắp ghép ........................ 88
Hình 4.83: Mơ phỏng bộ điều khiển trung tâm đã được lắp ghép .................................... 88
Hình 5.1: Lưu đồ giải thuật tổng quát nhà thông minh .................................................... 89
Hình 5.2: Lưu đồ giải thuật điều khiển các thiết bị từ xa thơng qua App Home Assistant
........................................................................................................................................... 91
Hình 5.3: Lưu đồ giải thuật công tắt điều khiển thông minh ........................................... 92
Hình 5.4: Lưu đồ giải thuật Module cảm biến ánh sáng .................................................. 93
Hình 5.5: Lưu đồ giải thuật Module nhiệt độ, độ ẩm, báo khói và khí gas ...................... 95
Hình 5.6: Lưu đồ giải thuật module người chơi nhạc cụ .................................................. 96
Hình 5.7: Lưu đồ giải thuật Module điều khiển thiết bị IR .............................................. 98
Hình 5.8: Lưu đồ giải thuật Module rèm cửa tự động .................................................... 100
Hình 5.9: Lưu đồ giải thuật rèm thông minh kết hợp với cảm biến ánh sáng ................ 101
Hình 5.10: Lưu đồ giải thuật module cảm biến ánh sáng và chuyển động .................... 103
Hình 5.11: Sơ đồ giải thuật điều khiển chống trộm........................................................ 104

Hình 5.12: Sơ đồ giải thuật điều khiển chống trộm........................................................ 105
Hình 5.13: Sơ đồ tổng quát của hệ thống ....................................................................... 106
Hình 5.14: Mơ hình hệ thống nhà thơng minh ............................................................... 108
Hình 5.15: Manager Wifi................................................................................................ 112
Hình 5.16: Đăng nhập wifi hệ thống .............................................................................. 112
Hình 5.17: Đăng nhập wifi bất kì ................................................................................... 113
Hình 6.1: Module cảm biến ánh sáng và chuyển động................................................... 114
Hình 6.2: Module cơng tắc bật tắt đèn thơng minh ........................................................ 115
Hình 6.3: Module cảm biến nhiệt độ, độ ẩm, báo khói và khí gas ................................. 117
Hình 6.4: Module người chơi nhạc cụ ............................................................................ 118
Hình 6.6: Thiết bị điều khiển từ xa IR ............................................................................ 121
Hình 6.7 : Bộ điều khiển trung tâm ................................................................................ 122
Hình 6.8 : Sơ đồ bố trí hệ thống trong nhà ..................................................................... 123
xii


Hình 6.9: Bộ điều khiển trung tâm đặt trong nhà ........................................................... 123
Hình 6.10: Thiết bị nhận biết ánh sáng và chuyển động đặt trong nhà .......................... 124
Hình 6.11: Thiết bị người chơi nhạc cụ đặt trong nhà .................................................... 124
Hình 6.12: Thiết bị nhận biết nhiệt độ, độ ẩm, khói và khí gas đặt trong nhà ............... 125
Hình 6.13: Thiết bị điều khiển từ xa IR đặt trong nhà ................................................... 125
Hình 6.14: Rèm cửa thơng minh đặt trong nhà .............................................................. 126
Hình 6.15: Cảm biến cửa zigbee đặt trong nhà .............................................................. 126
Hình 6.16: Đèn zigbee đặt trong nhà .............................................................................. 126
Hình 6.17: Kết nối wifi của hệ thống ............................................................................. 127
Hình 6.18: hộp thoại WiFiManager ................................................................................ 128
Hình 6.19: Đăng nhập wifi bất kỳ .................................................................................. 128
Hình 6.20: giao diện điều khiển và giám sát thiết bị trên Home Assistant .................... 129
Hình 6.21 : Giao diện điều khiển giám sát thiết bị qua app Home Assistant trên điện
thoại ................................................................................................................................. 130

Hình 6.22: Thơng số hoạt động của cảm biến chuyển động .......................................... 130
Hình 6.23: Thơng số cảm biến khói, khí gas .................................................................. 131
Hình 6.24: Thơng số cảm biến nhiệt độ.......................................................................... 131
Hình 6.25: Thơng số cảm biến độ ẩm............................................................................. 132
Hình 6.26: Giao thức Zigbee .......................................................................................... 132
Hình 6.27: Thơng số hoạt động của Module rèm cửa tự động ....................................... 133
Hình 6.28: Thơng số Module người chơi nhạc cụ .......................................................... 133
Hình 6.29: Thơng số Module bật tắt đèn tự động........................................................... 134
Hình 6.30: Thơng số hoạt động tất cả cảm biến ............................................................. 134
Hình 6.31: Thơng số điều hịa ........................................................................................ 135
Hình 6.32: Điều khiển giám sát qua Home IOS ............................................................. 136

xiii


CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI
1.1. Lý do chọn đề tài đồ án:
Em chọn “Thiết kế, chế tạo, điều khiển, giám sát các module trong nhà thông minh ”
làm đề tài đồ án tốt nghiệp vì những lý do sau đây:
 Thứ nhất, nhà thông minh đang là xu hướng phổ biến trên thế giới khi hỗ trợ tiết
kiệm thời gian và công sức nhờ áp dụng công nghệ hiện đại. Tại Việt Nam, công nghệ này
cũng ngày càng được lòng người dùng và trở thành lựa chọn ưu tiên.
 Thứ hai, em có thể áp dụng được nhiều kiến thức đã được học vào đề tài như kiến
thức lập trình vi điều khiển, kiến thức về các cảm biến chuyển động thân nhiệt, khói, khí
gas, lửa ... hoặc kiến thức về giao tiếp giữa 2 vi điều khiển, …Đây cũng là cơ hội để em
tìm hiểu thêm kiến thức mới, rèn luyện tính tự chủ và tinh thần trách nhiệm trong công
việc.
 Thứ ba, dưới sự phổ biến của cơng nghệ nhà thơng minh hiện nay, thì nhu cầu tìm
hiểu và phát triển càng trở nên cấp thiết.
 Cuối cùng, với mục đích tạo ra được những thiết bị điều khiển với những tính năng

cơ bản, áp dụng được cho chính ngơi nhà của mình đã tạo thêm động lực thúc đẩy cho em
thực hiện đề tài này.
1.2. Mục tiêu của đề tài:
Hiểu rõ đặc điểm, tính năng và cấu trúc của ngôi nhà thông minh. Nắm vững những tính
năng của hệ thống chiếu sáng, hệ thống báo cháy, báo trộm... trong nhà thông minh.
Thiết kế và gia công thiết bị điều khiển ngơi nhà với những tính năng cơ bản sau:
-

Có khả năng bật, tắt các thiết bị trong nhà bằng tay hoặc tự động theo các kịch bản.

-

Đọc và xử lý tín hiệu từ các cảm biến.

-

Cập nhật thời gian thực, hẹn giờ.

-

Có thể điều khiển, giám sát từ xa bằng điện thoại kết nối mạng Internet.

Xây dựng mơ hình ngơi nhà để có thể vận hành thử nghiệm thiết bị điều khiển trên.
1.3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:
Phạm vi của nhà thông minh rất rộng, từ cơ sở hạ tầng cho đến các chức năng, chế độ
hoạt động.
Trong đồ án tập trung nghiên cứu thiết kế hệ thống bật tắt các thiết bị trong nhà theo
kịch bản, báo trộm, báo rị khí gas, hẹn giờ . Điều khiển, giám sát từ xa thông qua Internet.
1.4. Ý nghĩa của đề tài:


1


Là tài liệu hữu ích cho những ai mới bắt đầu tìm hiểu về hệ thống nhà thơng minh. Đặc
biệt là tài liệu tham khảo cho những ai muốn tự thiết kế, chế tạo một thiết bị điều khiển
ngôi nhà với những tính năng cơ bản.

2


CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN
2.1. Tổng quan về nhà thông minh:
2.1.1. Giới thiệu:
Nhà thông minh là một hệ thống các thiết bị tự động hóa thơng minh được sắp xếp một
các hợp lí, tùy thuộc vào thối quen sinh hoạt và nhu cầu cá nhân mà tự điều phối sao cho
đúng với mong muốn của người dùng. Có thể hiểu theo cách khác là hệ thống nhà thông
minh là mạng lưới các thiết bị được liên kết với nhau thông qua bộ điều khiển trung tâm,
các thiết bị có thể kết hợp với nhau tạo ra một ngữ cảnh được lập trình trước. Ngồi ra, các
thiết bị cịn được điều khiển, giám sát từ xa rất tiện lợi. Hệ thống rất có ích cho người lớn
tuổi, người tàn tật, và những người sống qui tắc.
2.1.2. Nguyên tắc hoạt động của nhà thông minh
Mạng lưới các thiết bị điện tử kết nối với nhau và hoạt động theo một kịch bản được
hiểu là nhà thông minh giúp tạo nên môi trường sống hiện đại, an toàn, tiết kiệm cho con
người. Một hệ thống nhà thơng minh gần có bộ điều khiển trung tâm có chức năng vận
hành giám sát các thiết bị trong nhà. Tất cả chúng được kết nối với nhau qua internet
(zigbee, MQTT). Người sử dụng sử dụng điện thoại, laptop, máy tính bảng để điều khiển
vào giám sát hệ thống ở bất kì đâu thơng qua Home Server.
2.1.3. Các thành phần cơ bản của nhà thông minh
2.1.3.1. Hệ thống quản lý chiếu sáng:
Bao gồm các thiết bị phát sáng như đèn huỳnh quang, đèn sợi đốt, đèn ngủ, đèn trang

trí,…Áng sáng trong nhà rất quan trọng nếu điều phối ánh sáng khơng hợp lí sẽ gây ra
nhiều sự khó chịu, cũng như gây ra lãng phí năng lượng và giảm độ bền của thiết bị, với
nhiều công tắt gây cho người dùng bất tiện.
Vì vậy nếu kết hợp với các hệ thống khác thì hệ thống phát sáng sẽ giúp người dùng
thuận tiện hơn, và điều khiển dễ dàng giúp tối ưu hóa được tính tự động hóa của nhà.
2.1.3.2. Hệ thống kiểm soát ra vào:
Việc trộm cướp là điều rất quan trọng nên kiểm soát các hệ thống ra vào cũng trở nên
cần thiết. Ngôi nhà thông minh sẽ cung cấp hệ thống kiểm soát ra vào chặt chẻ bằng cách
cho đăng nhập vào nhà dành các thành viên trong gia đình và người thân.
Có rất nhiều cửa thông minh lắp vân tay, thẻ, nhận diện khuôn mặt,…
2.1.3.3. Hệ thống quan sát, thông tin liên lạc:
Hệ thống này sẽ giúp người dùng biết được người ra vào, giúp quan sát, kiểm sốt được
an ninh ngơi nhà, giúp nhận diện được kẻ xấu qua thiết bị giám sát (camera).
3


2.1.3.4. Hệ thống giải trí đa phương tiện:
Cung cấp hệ thống giải trí đa phương tiện phục vụ cho mọi độ tuổi
2.1.3.5. Hệ thống quản lý tiêu thụ năng lượng:
Hệ thống nhà thơng minh, có bộ điều khiển trung tâm điều phối các thiết bị tiết kiệm
năng lượng một cách tối đa.
2.1.3.6. Hệ thống cảm biến và báo động:
Bất kì ngôi nhà nào điều quan tâm nhất cũng là việc phát hiện sự cố để kịp thời xử lí.
Hệ thống cảm biến và báo động giúp người dùng an tâm hơn, bảo vệ ngơi nhà khi có sự
thay đổi thất thường.
2.1.3.7. Hệ thống kiểm sốt mơi trường:
Sức khỏe của con người phụ thuộc rất nhiều vào môi trường sống. Hệ thống kiểm sốt
mơi trường sẽ đảm bảo khơng khí trong ngơi nhà trong lành bằng cách kiểm sốt máy lạnh,
quạt gió,…
2.1.3.8. Hệ thống các cơng tắc điều khiển trạng thái:

Hệ thống này giúp người dùng giao tiếp với thiết bị cung cấp trạng thái của thiết bị cũng
nhận là nhận lệnh điều khiển từ người dùng.
2.1.3.9. Hệ thống xử lý trung tâm, điều khiển, giám sát từ xa:
Giám sát và điều khiển từ xa là một tính năng quan trọng để biến ngơi nhà thành ngơi
nhà thơng minh. Tồn bộ những thiết bị hoặc sự thay đổi của ngôi nhà đều được giám sát
cũng như điều khiển thông qua bộ điều khiển trung tâm. Nó có vai trị rất quan trọng giúp
kết nối liên kế tất cả các thiết bị lại với nhau, điều phối kịch bản của ngôi nhà một cách
nhịp nhàng
2.1.4. Tiêu chuẩn của nhà thông minh
Tự động hóa ngơi nhà. Bộ xử lí trung tâm sẽ phân tích các thơng tin từ cảm biến thu
thập của ngơi nhà từ độ ẩm, nhiệt độ, khói, khí gas,.. Từ những kết quả phân tích đó sẽ điều
khiển các thiết bị cho phù hợp nhất đồng thời cũng có các tính năng tắt/mở thiết bị như
đèn, rèm, máy lạnh tự động.
Bảo vệ ngơi nhà đảm bảo sự an tồn cho người sử dụng.
Phụ vụ cho con người về nhiều mặt như thẩm mỹ, tạo cảm giác thoải mái, giúp cải thiện
chất lượng cuộc sống. Tiết kiệm được thời gian, công sức.
Điều khiển và giám sát từ xa

4


2.1.5. Xu hướng phát triển nhà thông minh
2.1.5.1. Xu hướng phát triển nhà thông minh thế giới
Ngày nay nhà thông minh trên thế giới rất phát triển do thời đại cơng nghệ 4.0 và cơng
nghệ IOT đang là một thì trường tiềm năng.
Tất cả các hãng công nghệ lớn như Goolge, Amazon, Apple, và Samsung đều đang tìm
cách chiếm lĩnh thị trường Smart Home này. Đối với những hãng công nghệ lớn thì việc
chiếm lĩnh và làm chủ hệ sinh thái của một xu hướng mới là vô cùng quan trọng; việc này
có ý nghĩa sống cịn với họ [4].


Hình 2.1: Hệ sinh thái nhà thông minh trên thế giới.
Về cơ bản thì các ơng lớn đều muốn kiểm sốt và chi phối hệ sinh thái Smart Home,
tuy vậy, mỗi hãng có những động thái và chiến lược khác nhau, chúng ta sẽ xem xét chiến
lược (cho tới thời điểm này) của bốn hãng lớn: Google, Amazon, Samsung, và Appe [4].
Google
Google đầu tư rất nhiều vào các công nghệ liên quan đến lĩnh vực IoT nói chung và
smart home nói riêng: Google beacon platform, Brillo & Weave, OnHub Router, Google
Cloud IoT…

Hình 2.2: Bộ điều nhiệt Nest.
Thiết bị điều hịa thơng minh của Nest đã được thị trường đón nhận rất tốt khi ra đời
do có thiết kế đẹp mắt, tính năng thơng minh tự học được thói quen của người dùng giúp
tiết kiệm điện năng đến 15% [4].

5


Samsung
Samsung cũng rất quan tâm đến thị trường Smart Home, một phần là thị trường thiết bị
smartphone đang chững lại, Samsung tuy là nhà sản xuất thiết bị lớn nhưng không làm chủ
được hệ sinh thái di động (mobile ecosystem), về phần mềm Samsung phụ thuộc vào
Android của Google, về phần cứng các hãng Trung Quốc càng ngày càng cạnh tranh khốc
liệt. Samsung tiến vào thị trường Smart Home bằng cách mua lại công ty SmartThings với
giá 200 triệu USD (Google mua Nest với giá 3,2 tỷ USD) [4].

Hình 2.3: Giao diện SmartThings
SmartThings bán một bộ hub điều khiển trung tâm (smart-home controller); thế mạnh
của thiết bị này là có thể giao tiếp với rất nhiều các thiết bị thông minh có trên thị trường
qua các chuẩn giao tiếp (khơng dây) khác nhau. SmartThings cũng có một chương trình
"Works with SmartThings” để chứng nhận các thiết bị tương thích với hệ thống này.[4]

Apple
Apple bước vào thị trường Smart Home có một lợi thế là có nền tảng di động iPhone,
với phiên bản iOS 9, Apple đưa ra chuẩn HomeKit để kết nối các thiết bị thông minh trong
nhà với hệ điều hành iOS và điện thoại iPhone. Người dùng có thể dùng hệ thống nhận
dạng giọng nói Siri trên iPhone để điều khiển các thiết bị trong nhà; một thành tố quan
trọng trong bài toán chiếm lĩnh thị trường Smart Home của Apple đó là Apple TV; thiết bị
này sẽ hoạt động như một bộ điều khiển trung tâm để kết nối với các thiết bị khác trong
gia đình. Apple đã bán được hơn 25 triệu sản phẩm Apple TV cho tới nay[4].

6


Hình 2.4: Điều khiển nhà thơng minh qua điện thoại
Có thể nói sau iPhone và iPad, Apple vẫn chưa đưa ra được một thiết bị nào có tính
cách mạng; do vậy Smart Home có thể sẽ là một thị trường Apple mà Apple nhắm tới để
đưa ra sản phẩm có tính đột phá [4].
Một đặc điểm chung trong chiến lược của các hãng là không chỉ nhắm tới việc tạo doanh
thu trước mắt mà về lâu dài phải kiểm soát được hệ sinh thái (ecosystem) của thị trường
nhà thông minh . Với nền tảng cơng nghệ hiện nay thì 2 thành tố quan trọng trong việc xây
dựng hệ sinh thái cho nhà thông minh là: smartphone và smart home hub như được minh
họa ở hình dưới. Google và Apple có lợi thế nhất định khi làm chủ hai nền tảng chính cho
smartphone là Android và iOS. Họ có thể tích hợp thẳng những công nghệ để giúp họ triển
khai dễ dàng các sản phẩm và dịch vụ trong thị trường mới này [4].
Ngoài ra, nhắc đến những thương hiệu nhà thơng minh đến từ nước ngồi, khơng thể
khơng kể đến: hãng Schneider của Pháp, Smartg4 của Mỹ, Gamma của Đức, ... Các sản
phẩm thiết bị nhà thông minh đến từ nước ngồi đều mang trong mình những ưu điểm vượt
trội về thiết kế, tính năng với những giải pháp tiên tiến và hiện đại [4].
2.1.5.2. Xu hướng phát triển nhà thơng minh ở Việt Nam
Khơng cịn nhiều xa lạ với tên gọi nhà thông minh ở Việt Nam, do thời đại công nghệ
4.0 ngày một phát triển. Nắm bắt được công nghệ hiện đại của thế giới ở Việt Nam nhà

thơng minh cũng có những bước tiến vào thị trường này.
Tuy chỉ mới phát triển từ 3 -5 năm nay, nhưng nhiều đơn vị trong nước đã nắm được thị
phần phân phối nhà thông minh tại Việt Nam khá lớn như Lumi, Bkav. Các doanh nghiệp
ở Việt Nam phần lớn cung cấp các giải pháp nhà thông minh thiên về giải pháp an ninh,
an tồn, điều khiển thiết bị thơng qua smartphone, điều khiển qua loa thông minh,… [5]
Tại Việt Nam hiện nay, nhu cầu lắp đặt nhà thông minh chưa nhiều vì đây là một lĩnh
vực cịn khá mới. Nhà thông minh được lắp đặt chủ yếu tại các tòa nhà mới xây, khu chung
cư cao cấp, và một số ít biệt thự, khách sạn sang trọng. Hiện tại, thị trường nhà thông minh
ở Việt Nam chia thành 2 phân khúc là trung cấp và cao cấp. Với phân khúc cao cấp khách
hàng phải bỏ từ vài trăm triệu tới vài tỉ động cho trọn bộ giải pháp nhà thông minh. Các
7


đơn vị thực hiện thường là đối tác ủy quyền của những ông lớn về công nghệ trên thế giới
như Mỹ, Pháp, Đức,… Cịn đối với nhà thơng minh Việt Nam, khách hàng chỉ mất chi phí
từ 30 -50 triệu là có thể hồn thiện một căn hộ chung cư thơng minh. Và với chi phí từ 70
-100 triệu động cho một căn biệt thự đầy đủ giải pháp. Không những thế, việc thi công chỉ
mất từ 2 -3 ngày mà không đập phá hay phải đi dây lại hệ thống điện. Một số tập đồn sản
xuất nhà thơng minh nổi tiếng. [5]
Tập đoàn nổi tiếng ở Việt Nam
Bkav rất phổ biến ở Việt Nam được người Việt tin dùng
+ Nhà thông minh BKAV:
- BKAV hiện đang cung cấp 2 sản phẩm Nhà thông minh là BKAV SmartHome thế hệ
2 và BKAV Smarthome Luxury

Hình 2.5: BKAV Smart Home
- BKAV SmartHome kết nối tất cả các thiết bị điện trong ngôi nhà thành một hệ thống
mạng, để có thể điều khiển chúng theo các kịch bản thông minh, bao gồm: hệ thống đèn
chiếu sáng, rèm cửa, điều hoà nhiệt độ, tivi, âm thanh, khố cửa, bình nóng lạnh, quạt thơng
gió, camera an ninh, chng cửa có hình, hệ thống bơm tưới nước tiểu cảnh, bể cá.

- Các thiết bị thông minh của BKAV SmartHome được đầu tư và chăm chút khá tỉ mỉ
về vật liệu, thiết kế với mức giá tương đương với các nhà cung cấp nước ngoài như Seimens
và Schneider. Chi phí cho hệ thống nhà thơng minh của BKAV được coi là khá đắt so với
mặt bằng chung do hướng tới thị trường cao cấp. Cụ thể BKAV SmartHome thế hệ 2 được
chào bán với mức giá từ 30 – 50 triệu đồng, BKAV Smarthome Luxury khoảng từ 200 300 triệu đồng. [6]
- Về tính năng, nhà thơng minh của BKAV có thể điều khiển trực tiếp thơng qua thiết
bị gắn trên tường hoặc dùng smartphone, máy tính bảng, có chức năng điều khiển bằng
giọng nói, tích hợp các kịch bản ngữ cảnh thông minh và sử dụng hệ điều hành SmartHome
OS do BKAV phát triển. [6]

8


- Ngoài ra mới đây BKAV vừa cho ra mắt bộ thiết bị an ninh cao cấp BKAV
SmartHome Security, bảo vệ ngôi nhà theo nhiều lớp, từ tường rào, sân vườn, các cửa tới
từng khu vực, phòng ốc. Khác với các thiết bị hiện có trên thị trường, BKAV SmartHome
Security tích hợp trí tuệ nhân tạo (cơng nghệ AI) giúp phát hiện thông minh, loại bỏ các
hiện tượng cảnh báo sai, nhầm các xâm nhập ngoài mong muốn đối với ngôi nhà. [6]
- BKAV Smarthome Luxury:
Thiết bị điều khiển trung tâm SH-HCL:

Hình 2.6: Thiết bị điều khiển trung tâm SH-HCL
Điều khiển và kiểm sốt tồn bộ các thiết bị trong hệ thống SmartHome. Có khả năng
quản lý và điều khiển tới 500 thiết bị. Thiết kế cao cấp, tinh xảo với khung nhơm phay
ngun khối, mặt kính cảm ứng chống xước Gorilla Glass. [7]
Thông số kỹ thuật thiết bị an ninh trung tâm BKAV: [7]


Điện áp: 100- 240V - 50/60 Hz




Tần số ZigBee: 2,4GHz, Tần số Wifi: 802.11b/g/n-2.4GHZ



Nhiệt độ hoạt động: 60ºC Max



Phạm vị hiệu dụng: Bán kính 8m



Kích thước (D x R x C): 127x127x30mm



Trọng lượng: 300 gram



Support Giao diện: 2D

Thiết bị kết nối trung tâm mạng Zigbee :

9


Hình 2.7: Thiết bị kết nối trung tâm mạng Zigbee

Khởi tạo mạng và kết nối các thiết bị trong hệ thống và Bộ xử lí trung tâm. Có khả năng
quản lí và kết nối tới trên 200 thiết bị Zipbee. Thiết kế cao cấp sử dụng vỏ nhôm nguyên
khối. [7]
Được ứng dụng trên nền tảng công nghệ kết nối không dây Zipbee tiện úch, dễ dàng thi
công, kết nối và điều khiển toàn bộ thiết bị điện trong nhà. Tiêu chuẩn 802.15.4 của Zipbeesử dụng tín hiệu radio có tần sóng ngắn, có 2 tầng và vận hành trong vùng bảo mật của hệ
thống. Tuyệt đối an toàn và tiện ích cho ngơi nhà của bạn. [7]
Đóng vai trị lưu trữ cấu hình cài đặt, cho tồn bộ thiết bị khác như ánh sáng, rèm cửa,
an ninh, giám sát,…[7]
Thiết bị SH - SCZ là thiết bị an ninh được sử dụng trong hệ thống nhà thơng minh
SmartHome, có chức năng thu thập tín hiệu từ các cảm biến an ninh như: hàng rào điện tử,
cảm biến vị trí, cảm biến kính vỡ, cảm biến báo khói…[7]
Thơng số kỹ thuật thiết bị an ninh trung tâm BKAV: [7]
 Điện áp: 100- 240V - 50/60 Hz
 Nhiệt độ hoạt động: 60ºC Max
 Tần số Zigbee : 2,4 GHz
 Tiếp điểm ALARM: NO-3A-220VAC.
 Số kênh hỗ trợ: 4 kênh.
 Nguồn đầu ra: 12VDC-1A.
 Kích thước (D x R x C): 100 x 103 x 37 mm
 Trọng lượng: 264 gram
 Support Giao diện: 3D trạng thái
Cảm biến chuyển động thông minh SH-DZ:

10


Hình 2.8: Cảm biến chuyển động thơng minh SH-DZ
Thiết bị SH-DZ là thiết bị bật/tắt đèn thông minh hoạt động trên công nghệ cảm ứng
thân nhiệt. thiết bị sẽ tự động bật đèn khi có người trong khu vực cảm ứng của thiết bị, tự
động tắt đèn khi người sử dụng ra ngoài khu vực cảm ứng. [7]

Ngoài ra, Thiết bị được tích hợp cảm biến ánh sáng cho phép nhận biết trời tối để bật
đèn giúp tiết kiệm năng lượng. [7]
Thông số kỹ thuật: [7]
 Điện áp: 100- 240V - 50/60 Hz
 Nhiệt độ hoạt động: 60ºC Max
 Công suất tải: Đèn sợi đốt 1000W Max/Huỳnh quang: 350W Max
 Tần số ZigBee: 2,4GHz, Tần số Wifi: 802.11b/g/n-2.4GHZ
 Khoảng cách cảm ứng: 5m
 Vùng cảm ứng tối đa: 20m2
 Cảm biến ánh sáng ngày đêm – tùy chỉnh
 Kích thước (D x R x C): 90 x 93 x 51 mm
 Trọng lượng: 90 gram
 Bảo hành: 24 tháng
Thiết bị an ninh cảnh báo khói, cháy:

11


Hình 2.9: Thiết bị an ninh cảnh báo khói, cháy
Cảm biến báo khói là một thiết bị đang được rất nhiều gia đình sử dụng hiện nay, nó
sẽ giúp gia đình bạn kịp thời phát hiện nguy cơ hỏa hoạn để có thể đưa ra những phương
án ứng phó kịp thời. Thiết kế khơng dây dễ sử dụng, báo cịi hú khi phát hiện khói. [7]
Cảm biến báo khói khơng dây sẽ hú cịi và phát tín hiệu khơng dây về bộ trung tâm
điều khiển để báo động khi phát hiện có khói bốc lên trong khu vực hoạt động của mắt
cảm biến. [7]
2.2. Phân tích, lựa chọn phương án thực hiện đề tài:
2.2.1. Phân tích:
Nhìn chung, các hệ thống này đã đáp ứng được phần lớn nhu cầu của người sử dụng.
Tuy nhiên giá thành của chúng còn khá cao, những người có thu nhập vừa và thấp thì khó
có khả năng sở hữu được một hệ thống như vậy. Vì vậy, yêu cầu đặt ra là phải giảm được

giá thành sản phẩm để nhà thông minh ngày càng được phổ biến hơn.
Và khai thác tiềm năng, ưu điểm của Home Assistant để tạo ra một hệ thống nhà thơng
minh sử dụng cho chính ngơi nhà của mình, có thể dễ dàng mở rộng hệ sinh thái, có thể
kết nối với các thiết bị của nhóm đã chế tạo và cũng có thể kết nối với các thiết bị thuộc
những hãng khác nhau để thuận tiện cho việc sử dụng.
2.2.2. Phương án thực hiện:
- Sử dụng raspberry pi 3 làm bộ điều khiển trung tâm giám sát điều khiển trực tiếp qua
home assistant.
- Sử dụng tích hợp từ home assistant để kết nối các thiết bị zigbee thông minh qua
Zigbee và MQTT.
Chế tạo các thiết bị thông minh:
 Công tắt thông minh
 Rèm cửa tự động
 Cảm biến ánh sáng và chuyển động
 Báo cháy,khói, nhiệt độ và độ ẩm
 Người chơi nhạc cụ
 Điều khiển từ xa IR
- Kết nối các thiết bị trên với bộ điều khiển trung tâm qua giao thức MQTT.
- Sử dụng tích hợp từ Home assistant để kết nối với app home trên Iphone qua Home
bridge.

12


Hình 2.10: Sơ đồ tổng quan hệ thóng Smart home.

13


CHƯƠNG 3: CƠ SỞ LÝ THUYẾT

3.1. Cơ sở lí thuyết
3.1.1. Raspberry Pi 3 – Made in the UK – Tích hợp Wifi và Bluetooth:
Raspberry Pi 3 là một máy tính được thiết kế rất nhỏ gọn với kích thước 85mmx56mm.
Nó đã được tích hợp tất cả như CPU, GPU, RAM, Wifi, Bluetooth và cả khe cấm thẻ SD,
đồng thời có 4 cổng USB 2.0 để người dùng có thể sử dụng như một máy vi tính thu nhỏ.

Hình 3.1: Raspberry Pi 3
Thông số kỹ thuật chi tiết [13]:


Vi xử lý: Broadcom BCM2837B0, quad-core A53 (ARMv8) 64-bit SoC @1.4GHz



RAM: 1GB LPDDR2 SDRAM

 Kết nối: 2.4GHz and 5GHz IEEE 802.11 b/g/n/ac wireless LAN, Bluetooth 4.2,
BLE, Gigabit Ethernet over USB 2.0 (Tối đa 300Mbps).


Hỗ trợ: 40-pin GPIO, 4 cổng USB2.0

 Video và âm thanh: 1 cổng full-sized HDMI, Cổng MIPI DSI Display, cổng MIPI
CSI Camera, cổng stereo output và composite video 4 chân.
 Multimedia: H.264, MPEG-4 decode (1080p30), H.264 encode (1080p30);
OpenGL ES 1.1, 2.0 graphics


Lưu trữ: MicroSD


 Điện áp hoạt động: 5V/2.5A DC cổng microUSB, 5V DC trên chân GPIO, Power
over Ethernet (PoE) (yêu cầu thêm PoE HAT).
Các khối chức năng chính được sử dụng trong đồ án:
+ Khối ngõ vào ra đa chức năng (GPIO):

14