Nhà thông minh (Smart Home) là một ngôi nhà được trang bị các hệ thống tự động có khả năng tự điều phối các hoạt động trong nhà theo thói quen sinh hoạt và nhu cầu của người dùng. 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 website để giám sát và điều khiển từ xa ở bất cứ nơi đâu có kết nối internet sử dụng công nghệ Internet of Things (IoT). Hệ thống nhà thông minh sẽ giúp bạn và gia đình luôn thoải mái, an toàn và tiện lợi hơn.
Hình 1. Ngôi nhà thông minh
Hiện nay, công nghệ Internet of Things (IoT) [1-3] đang dần phổ biến, nhiều thiết bị được kết nối chung nhau bằng internet còn được gọi là vạn vật kết nối internet hoặc mạng lưới thiết bị kết nối internet. Tất cả các thiết bị kết nối với nhau thông qua internet, tương tác và trao đổi dữ liệu thông qua các thiết bị như laptop, điện thoại thông minh và máy tính bảng. Bạn chỉ cần sử dụng điện thoại, máy tính bảng kết nối internet là có thể giám sát và điều khiển hoạt động của mọi thiết bị trong nhà bất cứ ở đâu và khi nào. Công nghệ IoT sẽ kết nối tất cả thiết bị như rèm cửa, hệ thống chiếu sáng, điều hòa nhiệt độ, ... thông qua bộ điều khiển trung tâm. Nhờ đó, chỉ cần một chiếc điện thoại thông minh có kết nối mạng (3G, 4G, 5G/WiFi), bạn có thể thao tác nhanh việc bật tắt đèn, điều hòa, mở rèm cửa chỉ bằng một nút chạm trên màn hình và có thể giám sát ngôi nhà.
Hình 2. Mô hình hệ thống IOT
Các thành phần cơ bản của hệ thống nhà thông minh bao gồm hệ thống cảm biến (nhiệt độ, ánh sáng, độ ẩm, RFID, mưa, ...), bộ điều khiển trung tâm đọc các tín hiệu đầu vào cảm biến để đưa ra các quyết định điều khiển các cơ cấu chấp hành và một giao diện trên điện thoại di động hay website để giám sát và điều khiển ngôi nhà.
Hệ thống quản lý chiếu sáng: Các thiếu bị chiếu sáng như bóng đèn sợi đốt, đèn ngủ, trang trí, … được sử dụng rất nhiều trong ngôi nhà. Nếu không chiếu sáng hợp lý thì dẫn đến sự lãng phí điện, giảm tuổi thọ thiết bị. Bên cạnh đó số lượng đèn dùng để chiếu sáng thì khá lớn, người dùng sẽ gặp những bất tiện trong việc bật/tắt, điều chỉnh độ sáng cho phù hợp nên cần phải có hệ thống quản lý chiếu sáng hợp lý. Một hệ thống chiếu sáng thông minh sẽ giúp bạn tiết kiệm được rất nhiều thời gian và công sức, giúp cho bạn có thể tắt hay bật bất cứ nào bạn muốn mà không cần di chuyển, hay thậm chí bạn đi ra ngoài mà quên tắt đèn thì hoàn toàn có thể điều khiển các thiết bị chiếu sáng từ xa thông qua điện thoại có kết nối internet.
Hệ thống kiểm soát vào ra: khi ngôi nhà không có người trong nhà hay buổi tối gia đình đi ngủ, 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 bằng camera, RFID hay dấu vân tay cho phép chủ nhà quản lý và cấp quyền vào nhà cho các thành viên trong gia đình và người thân.
Hệ thống cảm biến báo động, báo cháy là các thành phần quan trọng trong bất kỳ 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 để xử lý các tình huống khẩn cấp khi không có người trong nhà.
Hình 3. Ngôi nhà thông minh ứng dụng công nghệ IOT
Nhà thông minh do sinh viên khoa Kỹ thuật Công nghệ trường đại học Văn Hiến thực hiện như hình 3-4 là hệ thống giám sát và điều khiển tự động các thiết bị trong nhà như cửa, chống trộm, hệ thống gara xe, quạt, đèn, bơm nước cho hồ bơi, chất lượng không khí. Các thiết bị trong nhà được gửi qua bộ điều khiển trung tâm sau đó đưa dữ liệu lên cơ sở điện toán đám mây Firebase của Google và được giám sát, điều khiển trên điện thoại hay máy tính ở bất cứ nơi đâu có kết nối internet thông qua App Inventor [4].
Hình 4. Phần cứng và phần mềm của ngôi nhà thông minh
Những năm gần đây, ngành sản xuất và tái tạo năng lượng xanh chính là tấm pin năng lượng mặt trời phát triển, nó mang đến rất nhiều lợi ích, được ứng dụng khá rộng rãi hiện nay. Pin mặt trời hay pin quang điện bao gồm nhiều tế bào quang điện. Tấm pin được tạo ra nguồn điện từ ánh sáng mặt trời cũng giống như thủy điện thì tạo ra điện từ nước, nhiệt điện tao ra điện từ than, … chúng có hiệu suất cao và có tuổi thọ trung bình có thể lên đến 30 năm như hình 5.
Hình 5. Pin năng lượng mặt trời
Mô hình ngôi nhà thông minh sử dụng năng lượng sạch là năng lượng mặt trời, góp phần bảo vệ môi trường do sinh viên khoa Kỹ thuật Công nghệ trường đại học Văn Hiến thực hiện như hình 6. Ngôi nhà ứng công nghệ IOT và năng lượng mặt trời tạo cho ngôi nhà một năng lượng sạch, một ngôi nhà thông minh và tiện nghi hơn. Ngôi nhà được giám sát và điều khiển từ xa ở bất cứ nơi đâu có kết nối internet [5-6].
Hình 6. Ngôi nhà thông minh sử dụng năng lượng mặt trời
Nhà thông minh đang là xu hướng phát triển trên thế giới và Việt Nam khi hệ thống mạng viễn thông ngay càng được nâng cấp lên 4G/5G, đặc biệt internet được lắp đặt ở mọi nên. Nên nhà thông minh ứng dụng công nghệ IoT, hệ thống được tích hợp phần cứng và phần mềm giám sát thông qua cơ sở dữ liệu điện toán đám mây.
Tài liệu tham khảo:
[1] Lê Mỹ Hà và Phạm Quang Huy (2017), Lập trình IOT với Arduino, NXB Thanh Niên.
[2] Seokung Yoon, Haeryong Park, and Hyeong Seon Yoo (2015), Security Issues on Smarthome in IoT Environment, Computer Science and its Application, pp. 691-696.
[3] Himanshu singh, Vishal Pallagani, Vedant Khandelwal, and Venkanna U (2018), IoT based Smart Home Automation System using Sensor Node, 2018 4th International Conference on Recent Advances in Information Technology (RAIT).
[4] Angela M. Lonzetta, Peter Cope, Joseph Campbell, Bassam J. Mohd, and Thaier Hayajneh (2018), Security Vulnerabilities in Bluetooth Technology as Used in IoT, Journal of Actuator Networks, pp. 1-26.
[5] Timothy malche, and Priti maheshwary (2017), Internet of Things (IoT) for building Smart Home System, International conference on I-SMAC, pp. 65-70.
[6] Dragos Mocrii, Yuxiang Chen, Petr Musilek (2018), IoT-based smart homes: A review of system architecture, software, communications, privacy and security, Internet of Things, pp. 81-98.