SMART HOME
NHĨM 3 – ĐIỆN, ĐIỆN TỬ HÀNG KHƠNG

MAY 1, 2021
VIỆN CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC
BỘ MƠN KỸ THUẬT HÀNG KHƠNG VÀ VŨ TRỤ.


Điện – Điện tử hàng không

SMART HOME

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
-------------------------------

XÂY DỰNG HỆ THỐNG ĐIỆN – ĐIỆN TỬ
ỨNG DỤNG TRONG NHÀ THÔNG MINH.

Giảng viên hướng dẫn: TS. Phạm Gia Điềm
Nhóm sinh viên thực hiện:
Họ và tên

MSSV

Tạ Đức Huy

20186052

Hồng Cơng Hùng

20184886

Trần Thị Mai Linh

20186057

Bùi Thị Mai Anh

20186026

Nguyễn Minh Hiếu

20186044

Nguyễn Tiến Sơn

20186073

Hà Nội, tháng 7/2021
1


Điện – Điện tử hàng không

SMART HOME

MỤC LỤC
1. Giới thiệu chung ................................................................................................ 7
2. Hệ thống cảnh báo cháy .................................................................................... 7
2.1. Các linh kiện điện tử. ................................................................................. 7

2.1.1. Cảm biến lửa ....................................................................................... 7
2.1.2. Cảm biến khói và khí gas (MQ2)........................................................ 8
2.1.3. Cảm biến nhiệt độ và độ ẩm DHT11 ................................................ 11
2.1.4. Màn hình LCD 16x2 ......................................................................... 13
2.1.5. Bộ chuyển đổi IC2 ............................................................................ 14
2.2. Mơ hình và lập trình hệ thống. ................................................................. 15
2.3. Một số ưu nhược điểm của hệ thống........................................................ 17
3. Hệ thống tự động sử dụng cảm biến âm thanh ............................................... 17
3.1. Các linh kiện điện tử ................................................................................ 17
3.1.1. Cảm biến âm thanh (Sound Sensor) ................................................. 17
3.1.2. Các linh kiện khác. ............................................................................ 20
3.2. Mơ hình và lập trình của mạch bật tắt đèn bằng cảm biến âm thanh. ..... 22
3.2.1. Thiết lập mơ hình. ............................................................................. 22
3.2.2. Lập trình hệ thống ............................................................................. 22
3.3. Một số nhược điểm và khắc phục. ........................................................... 23
4. Hệ thống tự động sử dụng cảm biến hồng ngoại ............................................ 24
4.1. Các linh kiện điện tử. ............................................................................... 24
4.1.1. Cảm biến hồng ngoại – INFRARED SENSOR................................ 25
4.1.2. Cảm biến hồng ngoại PIR SENSOR. ............................................... 27
4.2. Mơ hình và lập trình hệ thống .................................................................. 30
4.3. Ưu, nhược điểm của hệ thống .................................................................. 32
5. Hệ thống cửa tự động sử dụng cảm biến mưa ................................................ 33
5.1. Các linh kiện điện tử ................................................................................ 33
5.1.1. ARDUNO SIMULINO UNO SMD ................................................. 33
5.1.2. Rain Sensor ....................................................................................... 34
5.1.3. SERVO SG90 ................................................................................... 35
5.1.4. Các linh kiện khác ............................................................................. 36
2



Điện – Điện tử hàng khơng

SMART HOME

5.2. Mơ hình và lập trình hệ thống. ................................................................. 36
5.3. Ưu, nhược điểm của hệ thống .................................................................. 39
6. Hệ thống cửa từ RFID ..................................................................................... 39
6.1. Các linh kiện điện tử ................................................................................ 40
6.1.1. Thẻ RFID .......................................................................................... 40
6.1.2. Bộ đầu đọc reader ............................................................................. 41
6.1.3. Các bộ phận khác .............................................................................. 41
6.1.4. Nguyên lý hoạt động ......................................................................... 41
6.2. Mơ hình hệ thống. .................................................................................... 42
6.3. Ưu, nhược điểm của hệ thống .................................................................. 43
7. Truyền nhận dữ liệu qua internet. ................................................................... 44
7.1. Giới thiệu chung....................................................................................... 44
7.1.1. Kết nối và truyền nhận dữ liệu qua internet...................................... 44
7.1.2. Node MCU ESP8266 ESP-12E CH340 ........................................... 44
7.1.3. Server và API .................................................................................... 45
7.2. Cách hoạt động của hệ thống ................................................................... 45
7.2.1. Tổng quan hệ thống .......................................................................... 45
7.2.2. Code Arduino .................................................................................... 46
7.2.3. Server Side ........................................................................................ 49
7.3. Đánh giá hệ thống và hướng phát triển. ................................................... 51
8. Kết luận ........................................................................................................... 51

3


Điện – Điện tử hàng khơng


SMART HOME

PHỤ LỤC HÌNH ẢNH
Hình 1:Sơ đồ nguyên lý cảm biến lửa................................................................... 8
Hình 2: Sơ đồ chân MQ2 ...................................................................................... 9
Hình 3:Cảm biến khí MQ2 ................................................................................... 9
Hình 4: Sơ đồ mạch MQ2 ................................................................................... 10
Hình 5:Mạch MQ2 .............................................................................................. 10
Hình 6: Sơ đồ cảm biến DHT11 3 chân .............................................................. 12
Hình 7:Sơ đồ cảm biến DHT11 4 chân ............................................................... 12
Hình 8: Màn hình LCD 16x2 .............................................................................. 13
Hình 9: Hiển thị trên màn hình LCD 16x2 ......................................................... 14
Hình 10:I2C WaveShare PCF8574 ..................................................................... 15
Hình 11: Mơ hình và hệ thống cảm biến nhiệt độ, độ ẩm .................................. 15
Hình 12: Cảm biến âm thanh .............................................................................. 18
Hình 13:Sơ đồ nguyên lý của mạch cảm biến .................................................... 19
Hình 14: Microphone .......................................................................................... 20
Hình 15:Bộ phận chiết áp trên cảm biến............................................................. 20
Hình 16:Các linh kiện khác sử dụng trong mạch................................................ 21
Hình 17: Mơ hình mơ phỏng trên phần mềm...................................................... 22
Hình 18:Ví dụ về thiết kế “Trợ lý ảo” sử dụng ngôn ngữ Python ...................... 24
Hình 19: Cảm biến hồng ngoại ........................................................................... 25
Hình 20: Cảm biến hồng ngoại ........................................................................... 25
Hình 21: Nguyên lý làm việc của cảm biến hồng ngoại ..................................... 26
Hình 22: Sơ đồ mạch IR so sánh LM 358 .......................................................... 27
Hình 23: Cảm biến hồng ngoại PIR SENSOR ................................................... 27
Hình 25: Thấu kính Fresnel ................................................................................ 28
Hình 24:Cảm biến bức xạ hồng ngoại ................................................................ 28
Hình 26: Nguyên lý hoạt động của cảm biến hồng ngoại................................... 29

Hình 27: Sơ đồ nguyên lý ................................................................................... 30
Hình 28: Sơ đồ chân IR Sensor và Servo kết nối với Arduino ........................... 30
Hình 29: Sơ đồ chân PIR sensor và servo kết nối với arduino ........................... 31
Hình 30: Sơ đồ chân LCD với ARDUINO ......................................................... 31
Hình 31: Cảm biến mưa ...................................................................................... 35
Hình 32: Servo SG90 .......................................................................................... 36
Hình 33:Hệ thống bảng mạch được lắp trên phần mềm Arduno ........................ 36
Hình 34:Kết quả chạy bảng mạch khi trời không mưa ....................................... 38
Hình 35:Kết quả chạy bảng mạch khi trời mưa .................................................. 39
Hình 36: Hệ thống RFID..................................................................................... 42
Hình 37: Sơ đồ mạch hệ thống RFID ................................................................. 43
Hình 38: Sơ đồ lắp đặt hệ thống ......................................................................... 43
4


Điện – Điện tử hàng không

SMART HOME

Hình 39:Sơ đồ pin của ESP8266 CH340 ............................................................ 45

5


Điện – Điện tử hàng không

SMART HOME

PHỤ LỤC BẢNG
Bảng 1: Thơng số kỹ thuật của cảm biến khí ........................................................ 9

Bảng 2: Thông số kỹ thuật của mạch cảm biến âm thanh .................................. 19
Bảng 3: Thông số kỹ thuật của cảm biến hồng ngoại ......................................... 28
Bảng 4: Thông số kỹ thuật của Arduino ............................................................. 33
Bảng 5: Thông số kỹ thuật của RFID ................................................................. 40
Bảng 6: Mơ hình hệ thống .................................................................................. 42

6


Điện – Điện tử hàng không

SMART HOME

1. Giới thiệu chung
Nhà thông minh (Smarthome) là kiểu nhà được lắp đặt các thiết bị điện, điện tử
có thể được điều khiển hoặc tự động hoá hoặc bán tự động. Thay thế con người
trong thực hiện một hoặc một số thao tác quản lý, điều khiển. Hệ thống điện tử
này giao tiếp với người dùng thông qua bảng điện tử đặt trong nhà, ứng
dụng trên điện thoại di động, máy tính bảng hoặc một giao diện web.
Nhờ ứng dụng các công nghệ như hồng ngoại, điện thoại thông minh, IoT, công
nghệ đám mây…Nhà thơng minh có thể tự động giúp bạn làm những công việc
trong nhà. Với những nhà đầu tư thông minh, họ ln đánh giá cao một căn nhà
có thể tự động hóa.
Khi làm một nhà thơng minh, có nghĩa là bạn đang dùng công nghệ để làm cuộc
sống thoải mái hơn. Chúng sẽ giảm khối lượng công việc của bạn. Giúp bạn có
nhiều thời gian thư giãn chứ khơng làm bạn lười đi. Trong một căn nhà thông
minh hay Smarthome, mọi nơi sẽ được kiểm soát bằng các thiết bị điện tử. Chúng
sẽ sử dụng các cách giao tiếp riêng đề hiểu nhau như: Bluetooth, hồng ngoại, sóng
siêu âm, Wifi,… Và người điều khiển sẽ là bạn qua chính chiếc điện thoại hay
giọng nói.

Do đó, trong dự án này nhóm chúng em sẽ giới thiệu và thiết kế một số module
nhỏ trong nhà thơng minh với mong muốn có thể phát triển thành ngôi nhà thông
minh đầy đủ tiện nghi hiện đại hoặc có thể phù phép biến ngơi nhà truyền thống
của chúng ta thành một ngôi nhà thông minh.
2. Hệ thống cảnh báo cháy
2.1. Các linh kiện điện tử.
2.1.1. Cảm biến lửa
Tính năng:
Cảm biến lửa có khả năng phát hiện lửa hoặc nguồn sáng có bước sóng tương tự
bằng việc sử dụng cảm biến hồng ngoại YG1006 với tốc độ đáp ứng nhanh và
độ nhạy cao. Tích hợp IC LM393 để chuyển đổi ADC, tạo 2 ngõ ra cả số và
tương tự, rất linh động trong việc sử dụng. Biến trở để tùy chỉnh độ nhạy cảm
biến. Từ đó có thể ứng dụng trong các hệ thống báo cháy, robot chữa cháy, …
Thơng số cảm biến phát hiện lửa
•
•
•
•
•

Nguồn cấp: 3.3V – 5VDC
Dịng tiêu thụ: 15mA
Tín hiệu ra: Digital 3.3 – 5VDC tùy nguồn cấp hoặc Analog.
Khoảng cách: 80cm
Góc quét: 60 độ
7


Điện – Điện tử hàng khơng
•


SMART HOME

Kích thước: 3.2 x 1.4 cm

Sơ đồ chân:
•
•
•
•

VCC –> 3.3V ~ 5.3V
GND –> power supply ground
AOUT (AO) –> analog output
DOUT (DO) –> digital output

Sơ đồ nguyên lý

Hình 1:Sơ đồ nguyên lý cảm biến lửa
2.1.2. Cảm biến khói và khí gas (MQ2)
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 khơng khí
sạch. Nhưng khi trong mơi 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 mơi 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.

8


Điện – Điện tử hàng không

SMART HOME

Hình 2: Sơ đồ chân MQ2

Hình 3:Cảm biến khí MQ2

- Trong đó:
•
•
•

Chân 1,3 là A
Chân 2,5 là B
Chân 4,6 là C

- Thông số kỹ thuật:
Bảng 1: Thơng số kỹ thuật của cảm biến khí
Phạm vi phát hiện:
Đặc điểm của khí:
Độ nhạy sáng:
Cảm kháng:
Thời gian đáp ứng:
Thời gian phục hồi:

Trở kháng khi nóng:
Dịng tiêu thụ khi nóng:
Điện áp khi nóng:

300 10000ppmm
1000ppmm isobutan
R in air/Rin typical gas≥5
1KΩ to 20KΩ / 50ppm
≤10s
≤ 30s
31Ω ± 3Ω
≤ 180mA
5.0V ± 0.2V
≤ 900mW
9


Điện – Điện tử hàng khơng

Năng lượng khi nóng :
Điện áp đo:

SMART HOME

≤ 24V

Điều kiện làm việc:
Nhiệt độ:
Độ ẩm:
Hàm lượng oxy môi trường:


-20 ℃ ~ 55 ℃
≤ 95% RH
21%

Điều kiện bảo quản:
+ Nhiệt độ:
+ Độ ẩm:

-20 ℃ ~ 70 ℃
≤ 70% RH

- Sơ đồ mạch MQ2

Hình 4: Sơ đồ mạch MQ2

Hình 5:Mạch MQ2

10


Điện – Điện tử hàng không

SMART HOME

Mạch điện này dùng để tìm ra hiệu số, hoặc sai số giữa 2 điện áp mà mỗi điện
áp có thể được nhân với một vài hằng số nào đó. Các hằng số này xác định nhờ
các điện trở.
Trong mạch có 2 chân đầu ra là Aout và Dout. Trong đó:
Aout: điện áp ra tương tự. Nó chạy từ 0.3 - 4.5V, 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, khơng
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.
Ta có thể ghép nối vào mạch Realy để điều khiển bật tắt đèn, cịi, hoặc
thiết bị cảnh báo khác.

Một điều khó khăn khi làm việc với MQ2 là chúng ta khó có thể quy từ điện
áp Aout về giá trị nồng độ ppm. Rồi từ đó hiển thị và cảnh báo theo ppm. Do
giá trị điện áp trả về từng loại khí khác nhau, lại bị ảnh hưởng nhiệt độ, độ ẩm
nữa.
Trong thiết bị của mình, để xác định điểm cảnh báo mình làm khá thủ cơng.
•
•

•

Đầu tiên đo trạng thái khơng 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.
2.1.3. Cảm biến nhiệt độ và độ ẩm DHT11

DHT11 Là cảm biến nhiệt độ, độ ẩm rất thông dụng hiện nay vì chi phí rẻ
và rất dễ lấy dữ liệu thông qua giao tiếp 1-wire (giao tiếp digital 1-wire truyền
dữ liệu duy nhất). Cảm biến được tích hợp bộ tiền xử lý tín hiệu giúp dữ liệu
nhận về được chính xác mà khơng cần phải qua bất kỳ tính tốn nào.
Đặc điểm:
• Điện áp hoạt động: 3V - 5V (DC)
11


Điện – Điện tử hàng khơng

•
•
•
•

SMART HOME

Dải độ ẩm hoạt động: 20% - 90% RH, sai số ±5%RH
Dải nhiệt độ hoạt động: 0°C ~ 50°C, sai số ±2°C
Tần số lấy mẫu tối đa: 1 Hz
Khoảng cách truyển tối đa: 20m

Sơ đồ chân Cảm biến DHT11 gồm 2 chân cấp nguồn, và 1 chân tín hiệu. Hiện
nay, thơng dụng ngồi thị trường có hai loại đóng gói cho DHT11: 3 chân và 4
chân. Xem các hình dưới


Hình 6: Sơ đồ cảm biến DHT11 3 chân

Hình 7:Sơ đồ cảm biến DHT11 4 chân
Điều khiển:
DHT11 gửi và nhận dữ liệu với một dây tín hiệu DATA, với chuẩn dữ liệu truyền
1 dây này, chúng ta phải đảm bảo sao cho ở chế độ chờ (idle) dây DATA có giá
trị ở mức cao, nên trong mạch sử dụng DHT11, dây DATA phải được mắc với
một trở kéo bên ngồi(thơng thường giá trị là 4.7kΩ).
Dữ liệu truyền về của DHT11 gồm 40bit dữ liệu theo thứ tự: 8 bit biểu thị phần
nguyên của độ ẩm + 8 bit biểu thị phần thập phân của độ ẩm + 8 bit biểu thị phần
nguyên của nhiệt độ + 8 bit biểu thị phần thập phân của nhiệt độ + 8 bit check
sum.
12


Điện – Điện tử hàng khơng

SMART HOME

Ví dụ: ta nhận được 40 bit dữ liệu như sau:
0011 0101 0000 0000 0001 1000 0000 0000 0100 1101
Tính tốn:
8 bit checksum: 0011 0101 + 0000 0000 + 0001 1000 + 0000 0000 = 0100 1101
Độ ẩm: 0011 0101 = 35H = 53% (ở đây do phần thập phân có giá trị 0000 0000,
nên ta bỏ qua khơng tính phần thập phân)
Nhiệt độ: 0001 1000 = 18H = 24°C (ở đây do phần thập phân có giá trị 0000
0000, nên ta bỏ qua khơng tính phần thập phân).
2.1.4. Màn hình LCD 16x2

Hình 8: Màn hình LCD 16x2

• GND nên được kết nối với mặt đất của Arduino.
• VCC là nguồn cung cấp cho màn hình LCD mà chúng tơi kết nối chân 5
volt trên Arduino.
• Vo (Độ tương phản LCD) kiểm sốt độ tương phản và độ sáng của màn
hình LCD. Sử dụng một bộ chia điện áp đơn giản với một chiết áp, chúng
ta có thể điều chỉnh tốt độ tương phản.
• RS (Chọn Đăng ký) pin cho phép Arduino cho màn hình LCD biết nó
đang gửi lệnh hay dữ liệu. Về cơ bản, chân này được sử dụng để phân
biệt các lệnh với dữ liệu.
◦ Ví dụ: khi chân RS được đặt thành LOW, thì chúng ta đang gửi lệnh đến
màn hình LCD (như đặt con trỏ đến một vị trí cụ thể, xóa màn hình, cuộn
màn hình sang phải, v.v.). Và khi chân RS được đặt ở mức CAO, chúng
tôi sẽ gửi dữ liệu / ký tự đến màn hình LCD.
• R / W (Đọc / Ghi) pin trên màn hình LCD là để kiểm sốt xem bạn có
đang đọc dữ liệu từ màn hình LCD hoặc ghi dữ liệu vào màn hình LCD
hay khơng. Vì chúng tơi chỉ sử dụng màn hình LCD này như một thiết bị
OUTPUT, chúng tơi sẽ buộc chốt này THẤP. Điều này buộc nó vào chế
độ WRITE.
13


Điện – Điện tử hàng khơng

SMART HOME

• E (Bật)pin được sử dụng để kích hoạt màn hình. Có nghĩa là, khi chân
này được đặt thành LOW, màn hình LCD không quan tâm điều gì đang
xảy ra với R / W, RS và các đường bus dữ liệu; khi chân này được đặt
thành CAO, màn hình LCD đang xử lý dữ liệu đến.
• D0-D7 (Bus dữ liệu) là các chân mang dữ liệu 8 bit mà chúng tơi gửi đến

màn hình. Ví dụ, nếu chúng ta muốn nhìn thấy ký tự 'A' viết hoa trên màn
hình, chúng ta sẽ đặt các chân này thành 0100 0001 (theo bảng ASCII)
cho màn hình LCD.
• AK (Cực dương & Cathode) chân được sử dụng để điều khiển đèn nền
của màn hình LCD.
◦
◦
◦
◦
◦
◦
◦
◦
◦
◦
◦
◦
◦

Điện áp MAX : 7V
Điện áp MIN : - 0,3V
Hoạt động ổn định : 2.7-5.5V
Điện áp ra mức cao : > 2.4
Điện áp ra mức thấp : <0.4V
Dòng điện cấp nguồn : 350uA - 600uA
Nhiệt độ hoạt động : - 30 - 75 độ C
Hình 9: Hiển thị trên màn
Kích thước hộp: 159 x 125 x 40 mm
hình LCD 16x2
(DxRxC)

Nguồn cấp: ±12V, 5V
LCD 16x2 hiển thị kí tự trong bảng ASCII
Màu sắc hiển thị: Nền xanh, chữ đen
Điều chỉnh Độ tương phản màn hình LCD bằng biến trở
Chế độ điều khiển 8 bít hoặc 4 bit

2.1.5. Bộ chuyển đổi IC2
Mạch mở rộng chân I/O Expander PCF8574 được sử dụng để mở rộng chân
giao tiếp I/O của Vi điều khiển qua giao tiếp I2C, mạch có khả năng mở rộng 8
I/O giúp bạn giao tiếp được với nhiều thiết bị chỉ qua một vài bước thiết đặt đơn
giản, mạch tích hợp DIP Switch giúp dễ dàng thay đổi địa chỉ I2C.
Thơng số kỹ thuật:
• IC chính: PCF8574
• Điện áp hoạt động : 2.5~6VDC
• Giao tiếp : I2C, thiết lập địa chỉ bằng DIP Switch.
• Số chân giao tiếp mở rộng: 8 I/O.
• Tần số : 100kHz maximum
• Kích thước : 37.5 x 16.7 mm
14


Điện – Điện tử hàng không

SMART HOME

Hình 10:I2C WaveShare PCF8574

2.2. Mơ hình và lập trình hệ thống.

Hình 11: Mơ hình và hệ thống cảm biến nhiệt độ, độ ẩm

Code Matlab:
#include <Wire.h>
#include <LiquidCrystal_I2C.h>
#include <DHT.h>
LiquidCrystal_I2C lcd(0x27, 16, 2);
int speaker = 7;

// loa,den ket noi Pin 7
15


Điện – Điện tử hàng không

int gas = 6;

SMART HOME

// out ket noi Pin 6

int led = 8;
int sensor = 6;
const int DHTPIN = 9;
const int DHTTYPE = DHT11;
DHT dht(DHTPIN, DHTTYPE);
void setup() {
dht.begin(); // khởi động cảm biến DHT
pinMode(gas, INPUT);
pinMode(speaker, OUTPUT);
pinMode(led, OUTPUT);
Serial.begin(9600);

lcd.init();
lcd.backlight();
lcd.setCursor(0, 0);

}
void loop() {
float h = dht.readHumidity();
float t = dht.readTemperature();
lcd.begin(16, 2);
lcd.print("Nhiet do: ");
lcd.print(t);
lcd.setCursor(0, 1);
lcd.print("Do am: ");
lcd.print(h);
int value = digitalRead(sensor;
if (digitalRead(gas) == HIGH || value==1 || t>50)
{
16


Điện – Điện tử hàng không

SMART HOME

lcd.setCursor(0, 1);
lcd.print("BAO DONG_WARNING");
digitalWrite(led, HIGH);
digitalWrite(speaker, HIGH);
}
else {

digitalWrite(speaker, LOW);
digitalWrite(led,LOW);
lcd.begin(16, 2);
lcd.print("Nhiet do: ");
lcd.print(t);
lcd.setCursor(0, 1);
lcd.print("Do am: ");
lcd.print(h;
}
}
2.3. Một số ưu nhược điểm của hệ thống
Ưu điểm:
- Sử dụng nhiều cảm biến tăng độ chính xác và độ nhạy với đám cháy.
- Có thể tích hợp với hệ thống chữa cháy để dập tắt đám cháy kịp thời
và lập tức.
Nhược điểm:
- Các cảm biến sử dụng chưa có tuổi thọ cao, một số linh kiện không
chịu được với nhiệt độ cao.
- Chưa tích hợp với hệ thống chữa cháy.
3. Hệ thống tự động sử dụng cảm biến âm thanh
3.1. Các linh kiện điện tử
3.1.1. Cảm biến âm thanh (Sound Sensor)
Cảm biến âm thanh là module được sử dụng để phát hiện cường độ âm thanh.Các
ứng dụng của module này bao gồm chuyển đổi, bảo mật và giám sát,... Độ chính
xác của cảm biến này có thể được thay đổi để dễ sử dụng.Cảm biến này có khả
17


Điện – Điện tử hàng không


SMART HOME

năng xác định mức độ nhiễu trong DB( decibel) ở tần số 3kHz~6kHz xấp xỉ tai
người cảm nhận.
Nguyên lý làm việc của cảm biến âm thanh dựa theo cơ chế của tai người, nó sử
dụng các rung động để chuyển thành các tín hiệu điện. Các cảm biến bao gồm
một màng loa được thiết kế với các nam châm được xoắn bằng dây kim loại. Khi
tín hiệu âm thanh chạm vào màng loa, sau đó nam châm trong cảm biến rung và
dịng điện đồng thời có thể được kích thích từ cuộn dây.

Hình 12: Cảm biến âm thanh

Cảm biến âm thanh được sử dụng rất nhiều trong các dự án điện tử khác nhau với
sự trợ giúp của bo mạch Arduino, có thể kể đến như:
- Hệ thống bảo mật cho các chung cư và tịa nhà
- Mạch nghe lén
- Mơ hình nhà thơng minh
- Điện thoại thông minh
- Nhận dạng âm thanh xung quanh
- Bộ khuếch đại âm thanh
18


Điện – Điện tử hàng không

SMART HOME

- Nhận dạng mức âm thanh

Sơ đồ mạch


Hình 13:Sơ đồ nguyên lý của mạch cảm biến
Cảm biến này có một micrơ để phát hiện cường độ âm thanh. Micrơ điện tử phát
hiện sóng âm thanh và sau đó gửi nó đến bảng mạch cảm biến bao gồm một IC
so sánh điện áp LM393 và chiết áp. IC so sánh LM393 xử lý tín hiệu này và
chuyển đổi nó thành đầu ra kỹ thuật số.
Thơng số kỹ thuật
Bảng 2: Thông số kỹ thuật của mạch cảm biến âm thanh
Thơng số

Giá trị

Điện áp hoạt động

3.3V-5V

Dịng làm việc

15mA

IC so sánh

LM393

Loại cảm biến

Microphone

Loại đầu ra


Tín hiệu Digital ( 0 hoặc 1 )

LED báo tín hiệu

Nguồn ( đỏ ), đầu ra ( đỏ )

Kích thước

3.2cmx1.4cm

Bộ phận Microphone trên cảm biến
19


Điện – Điện tử hàng không

SMART HOME

Microphone là một bộ phận quan trọng trên cảm biến, bao gồm một màng ngăn
được thiết kế bằng nam châm được xoắn bằng dây kim loại. Khi tín hiệu âm thanh
chạm vào màng ngăn, nam châm bên trong cảm biến rung và đồng thời dịng điện
có thể được kích thích từ các cuộn dây.

Hình 14: Microphone
Bộ phận Chiết áp trên cảm biến
Bộ phân chiết áp trên cảm biến được sử dụng để điều chỉnh độ nhạy, mức độ nhận
tín hiệu của cảm biến âm thanh. Chiết áp có thể vặn theo chiều kim đồng hồ hay
ngược chiều để điều chỉnh mức độ nhạy tùy theo mục đích sử dụng.

Hình 15:Bộ phận chiết áp trên cảm biến

3.1.2. Các linh kiện khác.
- 1 Bảng mạch điện
- 1 Đèn LED RGB 5mm
- 1 điện trở 220 Ohm
- 1 mạch Arduino UNO R3
- Dây điện
20


Điện – Điện tử hàng không

SMART HOME

Hình 16:Các linh kiện khác sử dụng trong mạch

21


Điện – Điện tử hàng khơng

SMART HOME

3.2. Mơ hình và lập trình của mạch bật tắt đèn bằng cảm biến âm thanh.
3.2.1. Thiết lập mơ hình.

Hình 17: Mơ hình mơ phỏng trên phần mềm
Mô hình được mô phỏng giả lập trước trên phần mềm Circuto.io.
Đèn LED một chân được nối với điện trở và chân dương được nối với cổng số 5
của mạch Arduino.
Điện trở 220 Ohm nối với cực âm của đèn và một chân nối đất.

Cảm biến âm thanh có 1 chân GND nối đất, chân VCC nối với nguồn 5V của
Arduino, chân out nối với cổng 4 của mạch arduino.
Dây USB của Arduino được cắm với máy tính để tiến hành chạy CODE.
3.2.2. Lập trình hệ thống
Lập trình cho Arduino trên phần mềm Arduino.exe
int sound_sensor = 4;
int relay = 5;
int clap = 0;
long detection_range_start = 0;
long detection_range = 0;
boolean status_lights = false;
void setup() {
22


Điện – Điện tử hàng không

SMART HOME

pinMode(sound_sensor, INPUT);
pinMode(relay, OUTPUT);}
void loop() {
int status_sensor = digitalRead(sound_sensor);
if (status_sensor == 0) {
if (clap == 0){
detection_range_start = detection_range = millis();
clap++; }
else if (clap > 0 && millis() - detection_range >= 50) {
detection_range = millis();
clap++;}

}
if (millis() - detection_range_start >= 400){
if (clap == 2){
if (!status_lights){
status_lights = true;
digitalWrite(relay, HIGH);}
else if (status_lights) {
status_lights = false;
digitalWrite(relay, LOW);} }
clap = 0;}
}
3.3. Một số nhược điểm và khắc phục.
Việc sử dụng cảm biến âm thanh để thiết kế mạch bật/tắt đèn là một trong nhiều
ý tưởng sách tạo trong việc thiết kế nhà thông minh, phục vụ cho nhu cầu, sinh
hoạt của nhiều gia đình. Tuy nhiên, sau khi thiết kế và thử nghiệm, mạch có một
số nhược điểm và hạn chế sau:
- Khoảng cách nhận âm thanh không xa chỉ từ 40cm-50cm.
- Chỉ dùng được trong những không gian yên tĩnh.
- Không loại bỏ được nhiều tạp âm.
Để khắc phục vấn đề này, em có đưa ra một ý tưởng thiết kế một “Trợ lý ảo” máy
tính bằng ngơn ngữ Python.

23


Điện – Điện tử hàng khơng

SMART HOME

Hình 18:Ví dụ về thiết kế “Trợ lý ảo” sử dụng ngôn ngữ Python

Tuy nhiên, trong khoảng thời gian có hạn, việc hồn thiện và đưa vào áp dụng
thực tiễn vẫn chưa thành công nên định hướng phát triển trong tương lai đó là xây
dựng hoàn thiện “trợ lý ảo” để kết nối với các thiện bị có điều khiển trong gia
đình cùng với đó là thiết kế App trên điện thoại để có thể dễ dàng kết nối và điều
khiển các thiết bị trong gia đình thơng qua giọng nói. Qua đó, sẽ giúp cuộc sống
sinh hoạt trở nên tiện lợi hơn và cũng có thể kiểm sốt được thiết bị kể cả khi
khơng có ở trong nhà.
4. Hệ thống tự động sử dụng cảm biến hồng ngoại
4.1. Các linh kiện điện tử.
Khoa học công nghệ ngày càng phát triển, những ngôi nhà thông minh cũng xuất
hiện càng nhiều ở Việt Nam. Sản phẩm được gắn liền và được xem là đồng hành
cùng các cơng trình xây dựng nhà thơng minh chính là hệ thống cửa đóng mở tự
động.
24