Bộ môn Kỹ thuật Điện tử - Viễn thông
Ngày nay, sự bùng nổ của các ngành công nghệ thông tin, điện tử, ... đã làm cho đời sống của con người ngày càng hoàn thiện. Các thiết bị tự động hóa ngày càng ảnh hưởng vào trong sản xuất và cuộc sống sinh hoạt hằng ngày của mỗi con người. Do đó, một ngôi nhà được điều khiển một cách tự động và từ xa không còn là mơ ước của con người nữa mà nó đã được hiện thực hóa.
Nhà thông minh (Smart Home) là một ngôi nhà/ căn hộ được trang bị các hệ thống tự động cùng với cách bố trí hợp lý, các hệ thống này có khả năng tự điều phối các hoạt động trong ngôi nhà theo thói quen sinh hoạt và nhu cầu cá nhân của gia chủ [1-2]. Chúng ta cũng có thể hiểu ngôi nhà thông minh là một hệ thống mà tất cả các thiết bị điện tử gia dụng đều được liên kết với thiết bị điều khiển trung tâm và có thể phối hợp với nhau để thực hiện một số chức năng. Các thiết bị này có thể tự đưa ra cách xử lý tình huống được lập trình trước, hoặc là được điều khiển và giám sát từ xa nhằm mục đích làm cho cuộc sống ngày càng tiện nghi, an toàn và góp phần sử dụng hợp lý các nguồn tài nguyên.
Hình 1. Hệ thống nhà thông minh
Các thành phần cơ bản của hệ thống nhà thông minh bao gồm hệ thống cảm biến (như cảm biến nhiệt độ, ánh sáng hoặc do cử chỉ, ...), các bộ điều khiển và máy chủ có thể theo dõi các trạng thái của ngôi nhà để đưa ra các quyết định điều khiển các các cơ cấu chấp hành một cách phù hợp nhằm đảm bảo môi trường sống tốt nhất cho con người.
Các thành phần cơ bản trong hệ thống giám sát và điều khiển các thiết bị từ xa cho ngôi nhà
- Hệ thống quản lý chiếu sáng:
Các thiết bị chiếu sáng như bóng đèn sợi đốt, đèn neon, đèn ngủ, trang trí, … được sử dụng rất nhiều. Bên cạnh đó số lượng đèn dùng để chiếu sáng là khá lớn, gia chủ sẽ gặp những bất tiện nhỏ trong việc bật tắt, điều chỉnh độ sáng cho phù hợp.
Hệ thống chiếu sáng sẽ được tích hợp chung với các hệ thống khác hoặc sẽ được tách riêng ra để điều khiển độc lập. Các giải pháp đều nhằm tối ưu hóa hệ thống và giúp gia chủ điều khiển dễ dàng.
- Hệ thống kiểm soát vào ra:
Khi gia chủ đi vắng, việc kiểm soát các hệ thống vào ra trong ngôi nhà là rất quan trọng giúp đề phòng trộm. Ngôi nhà thông minh cung cấp hệ thống kiểm soát vào ra cho phép chủ nhà quản lý và cấp quyền “đăng nhập” cho các thành viên trong gia đình và người thân.
- Hệ thống cảm biến và báo động, báo cháy:
Hệ thống các cảm biến là thành phần quan trọng trong bất kì hệ thống nào của ngôi nhà, các cảm biến có nhiệm vụ gửi các thông số đo được về cho bộ xử lý trung tâm để có giải pháp phù hợp với từng gói dữ liệu và xử lý từng tình huống tương ứng.
- Hệ thống các công tắc điều khiển trạng thái:
Hệ thống các công tắc và bảng hiển thị sẽ cung cấp thông tin cũng như nhận lệnh điều khiển từ gia chủ. Đảm bảo sự tương tác hai chiều giữa các thành viên và hệ thống tự động.
- Hệ thống mạng, xử lý trung tâm:
Ngôi nhà thông minh được đánh giá cao và khác hẳn những ngôi nhà bình thường là được trang bị một hệ thống mạng điều khiển và điều khiển tự động trong ngôi nhà được xử lý đồng nhất thông qua hệ thống mạng và xử lý trung tâm. Nó có vai trò quan trọng và làm nhiệm vụ liên kết các hệ thống khác trong ngôi nhà lại với nhau, điều phối các cơ cấu chấp hành một cách nhịp nhàng theo các điều kiện tác động được lập trình từ trước [3-4].
Hệ thống giám sát và điều khiển từ xa các thiết bị cho ngôi nhà có sơ đồ khối như hình 2:
Hình 2. Sơ đồ khối của hệ thống
Hệ thống tự động hóa cho ngôi nhà sử dụng công nghệ IoT. Các thiết bị có thể bật/ tắt, cảm biến được đọc bằng vi điều khiển thông qua internet được lưu trữ trên điện toán đám mây và sử dụng điện thoại thông minh để giám sát và điều khiển [4-5].
Hệ thống giám sát và điều khiển thiết bị trong nhà như hình 3 - 4. Kết nối phần cứng và máy chủ được duy trì liên tục, không bị mất kết nối khi hoạt động trong thời gian dài.
Hình 3. Phần cứng của hệ thông giám sát và điều khiển các thiết bị từ xa cho ngôi nhà
Hình 4. App giám sát và điều khiển các thiết bị từ xa cho ngôi nhà
Hệ thống giám sát và điều khiển từ xa các thiết bị cho ngôi nhà sử dụng công nghệ IoT, ứng dụng cao trong thực tế mang lại hiệu quả kinh tế và tiện nghi cho ngôi nhà.
Tài liệu tham khảo:
[1] Lê Mỹ Hà, Phạm Quang Huy (2017), Lập trình IoT với Arduino, NXB Thanh Niên.
[2] Phạm Quang Huy và Hà Quang Phúc (2020), Lập trình điều khiển trên Arduino cho hệ vạn vật kết nối (IoT), NXB Thanh Niên.
[3] Vedat Ozan Oner (2021), Developing IoT Projects with ESP32.
[4] Neil Cameron (2021), Electronics Projects with the ESP8266 and ESP32.
[5] Seven Spanulescu (2020), ESP32 programming for the Internet of Things.
ThS. Hồ Lê Anh Hoàng (Khoa Kỹ thuật - Công nghệ, Trường Đại học Văn Hiến)