Đồ Án Điện tử viễn thông nghiên cứu và chế tạo nhà thông minh sử dụng hệ thống cảnh báo hỏa hoạn và mở cửa tự Động

MỞ ĐẦUTrong thời đại công nghệ phát triển vượt bậc như hiện nay đặc biệt là sự ra đời của xu hướng công nghệ IOT Internet of Things mọi vật đều có thểkết nối với nhau qua internet, các n

111Equation Chapter 1 Section 1

TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC

KHOA ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG

ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG NGHIÊN CỨU VÀ CHẾ TẠO NHÀ THÔNG MINH SỬ DỤNG

HỆ THỐNG CẢNH BÁO HỎA HOẠN VÀ MỞ CỬA TỰ ĐỘNG

211Equation Chapter 1 Section 1

TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC

KHOA ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG

ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG NGHIÊN CỨU VÀ CHẾ TẠO NHÀ THÔNG MINH SỬ DỤNG

HỆ THỐNG CẢNH BÁO HỎA HOẠN VÀ MỞ CỬA TỰ ĐỘNG

HÀ NỘI – 12/2024

LỜI CẢM ƠN

Để hoàn thành bài tiểu luận "Nghiên Cứu và Chế Tạo Nhà Thông Minh SửDụng Hệ Thống Cảnh Báo Hỏa Hoạn và Mở Cửa Tự Động," chúng em đãnhận được sự hỗ trợ và giúp đỡ nhiệt tình từ nhiều cá nhân và tổ chức Nhânđây, chúng em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến tất cả mọi người

Trước hết, chúng em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến các thầy cô giáo trongkhoa Điện Tử Viễn Thông những người đã tận tình hướng dẫn và cung cấpnhững kiến thức quý báu trong suốt quá trình thực hiện đề tài Đặc biệt,chúng em xin cảm ơn thầy Lê Văn Luân đã không ngừng hỗ trợ, động viên vàchia sẻ những kinh nghiệm quý giá, giúp chúng em vượt qua những khó khăntrong quá trình nghiên cứu và chế tạo

Chúng em cũng xin gửi lời cảm ơn đến các anh chị và bạn bè cùng ngành,những người đã luôn sẵn sàng hỗ trợ, chia sẻ kinh nghiệm và cung cấp nhữngtài liệu, thiết bị cần thiết Sự giúp đỡ quý báu của các anh chị và bạn bè đã gópphần quan trọng vào thành công của đề tài này

Cuối cùng, chúng em xin cảm ơn tất cả các bạn đồng học, những người đãcùng chúng em trao đổi, chia sẻ ý tưởng và hỗ trợ lẫn nhau trong quá trình họctập và nghiên cứu Sự hợp tác và giúp đỡ lẫn nhau đã tạo nên một môi trườnghọc tập và nghiên cứu đầy nhiệt huyết và sáng tạo

Chúng em xin chân thành cảm ơn tất cả mọi người đã góp phần vào sự thànhcông của bài tiểu luận này

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG I: LÝ THUYẾT CHUNG 2

1.1.Giới Thiệu Về Hệ Thống Thông Minh Iot 2

1.2 Giới Thiệu Về Nhà Thông Minh Iot 5

CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ HỆ THỐNG 9

2.1 Giới Thiệu Về Hệ Thống Mở Cửa Tự Động 9

2.2 Giới Thiệu Về Hệ Thống Báo Cháy Báo Khói 17

CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ PHẦN MỀM 23

4.1 Công Cụ Lập Trình Phần Mềm 23

4.2 Code Của Phần Mềm 23

CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ 26

5.1 Kết Quả Về Mặt Lý Thuyết 26

5.2 Kết Quả Về Mặt Thực Hành 26

5.3 Kỹ Năng Làm Việc Nhóm 26

TÀI LIỆU THAM KHẢO 28

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 1: Các ứng dụng của nhà thông minh 3

Hình 2: Hình ảnh nhà thông minh 5

Hình 3: Sơ đồ khối hệ thống nhà thông minh 6

hình 4: Sơ đồ kết nối mạch mở cửa tự động 9

Hình 5: Adruino Nano 10

Hình 6: Modul RFID 12

Hình 7: LED LCD 13

Hình 8: MOSFET IRF3205 14

Hình 9: MẠch PCB của hệ thống mở của tự động 16

hình 10: Sơ đồ kết nối mạch báo cháy báo khói 17

Hình 11: IC LM358 18

Hình 12: Sơ đồ chân IC LM358 18

Hình 13: IC LM 7805 và sơ đồ chân 20

Hình 14: Mạch PCB của hệ thống báo cháy báo khói 22

MỞ ĐẦU

Trong thời đại công nghệ phát triển vượt bậc như hiện nay đặc biệt là

sự ra đời của xu hướng công nghệ IOT (Internet of Things) mọi vật đều có thểkết nối với nhau qua internet, các nhu cầu ứng dụng thiết bị điện tử, côngnghệ vào cuộc sống để phục vụ cho các mục đích có lợi đã trở thành xu thế tấtyếu

Ở Việt Nam hiện nay việc ứng dụng công nghệ IOT vào các thiết bị,sản phẩm phục vụ đời sống đã được nghiên cứu và đưa ra sản xuất Trong lĩnhvực dân dụng, giải pháp Nhà thông minh, với những tiện ích vượt trội và khảnăng tối ưu hóa cuộc sống, đang dần trở thành một tiêu chuẩn mới cho ngôinhà hiện đại

Đề tài "Nghiên Cứu và Chế Tạo Nhà Thông Minh Sử Dụng Hệ ThốngCảnh Báo Hỏa Hoạn và Mở Cửa Tự Động" ra đời nhằm mang đến giải pháptoàn diện, an toàn và tiện nghi cho gia đình Với những tính năng hiện đại như

hệ thống cảnh báo hỏa hoạn tức thì và cơ chế mở cửa tự động, hướng tới mụctiêu bảo vệ an toàn tính mạng và tài sản, đồng thời nâng cao chất lượng cuộcsống cho người sử dụng Đây chính là nền tảng để thiết kế các hệ thống tựđộng hóa từ đơn giản đến phức tạp, được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnhvực khoa học và đời sống Việc phát triển các hệ thống tự động hóa không chỉgóp phần nâng cao hiệu quả làm việc mà còn mở ra những khả năng mớitrong nghiên cứu khoa học và cải thiện chất lượng cuộc sống hàng ngày

Chúng em rất mong nhận được những ý kiến đóng góp quý báu từ quýthầy cô để đề tài này càng hoàn thiện và có tính ứng dụng cao hơn

CHƯƠNG I: LÝ THUYẾT CHUNG

1.1.Giới Thiệu Về Hệ Thống Thông Minh Iot

1.1.1 Tổng quan về internet of things

Hiện nay, nhu cầu phát triển các ứng dụng liên quan đến Internet ngày càngcao, và IoT (Internet of Things) là một công nghệ quan trọng vì nó cho phép tạo ra nhiều ứng dụng đa dạng phục vụ cho nhiều lĩnh vực trong đời sống Về cơ bản, IoT là một hệ thống mạng lưới mà trong đó tất cả các thiết

bị, đối tượng được kết nối Internet thông qua các thiết bị mạng (network devices) hoặc các bộ định tuyến (routers) IoT cho phép các đối tượng đượcđiều khiển từ xa dựa trên hệ thống mạng hiện tại Công nghệ tiên tiến này giúp giảm công sức vận hành của con người bằng cách tự động hóa việc điều khiển các thiết bị

IoT có thể áp dụng trong nhiều lĩnh vực như y tế, nông nghiệp, giao thông,

và nơi làm việc Ví dụ, trong y tế, các thiết bị IoT có thể giúp theo dõi sức khỏe của bệnh nhân từ xa; trong nông nghiệp, các hệ thống IoT có thể giúp quản lý canh tác hiệu quả hơn; trong giao thông, IoT có thể cải thiện an toàn và hiệu quả của giao thông công cộng

1.1.2 Ứng dụng của internet of things (IOTs)

Những ứng dụng của IoT thực sự rất đa dạng và phong phú, bởi đây không phải là một công nghệ mới lạ, nhưng chắc chắn sẽ trở thành tâm điểm của những tiến bộ thông minh xung quanh chúng ta IoT có thể được áp dụng trong nhiều lĩnh vực như kinh tế, giao thông, xây dựng cao ốc và quy hoạchthành phố Những ứng dụng này không chỉ giúp nâng cao hiệu quả và tiện ích trong cuộc sống hàng ngày mà còn góp phần tạo ra một môi trường sống thông minh và hiện đại hơn

Hình 1: Các ứng dụng của nhà thông minh

Nhà thông minh: Nhà thông minh sử dụng các thiết bị IoT để kiểm

soát và quản lý tiện ích trong nhà một cách hiệu quả Các thiết bị này có thểđiều chỉnh ánh sáng, nhiệt độ và hệ thống an ninh thông qua điện thoại thông minh hoặc lệnh giọng nói, giúp tiết kiệm năng lượng và nâng cao tiệních Ngoài ra, các thiết bị gia dụng thông minh như máy lạnh, tủ lạnh, máy giặt và lò nướng có khả năng tự động điều chỉnh hoạt động và gửi thông báo khi cần bảo trì hoặc sửa chữa Hệ thống camera và cảm biến IoT trong nhà thông minh cũng giúp giám sát và cảnh báo về các hoạt động đáng ngờ,đảm bảo an toàn cho gia đình

Giao thông vận tải: Trong lĩnh vực giao thông vận tải, IoT giúp cải

thiện hiệu quả và an toàn thông qua việc trang bị các cảm biến thông minh cho phương tiện và hạ tầng giao thông Các xe thông minh có thể kết nối với nhau và với hạ tầng giao thông để giảm thiểu tắc nghẽn và tối ưu hóa tuyến đường di chuyển Hệ thống quản lý giao thông sử dụng dữ liệu thời gian thực để điều phối và giảm kẹt xe Trong logistics, IoT giúp theo dõi vàquản lý hàng hóa từ xa, đảm bảo quá trình vận chuyển diễn ra suôn sẻ và chính xác

Y tế: IoT có nhiều ứng dụng quan trọng trong lĩnh vực y tế, giúp

nâng cao chất lượng chăm sóc sức khỏe và quản lý bệnh nhân hiệu quả

hơn Các thiết bị đeo thông minh giúp theo dõi các chỉ số sức khỏe như nhịp tim, huyết áp và mức độ hoạt động của bệnh nhân từ xa, cung cấp dữ liệu liên tục cho bác sĩ Hệ thống IoT trong bệnh viện giúp theo dõi tình trạng bệnh nhân và tự động gửi cảnh báo nếu có dấu hiệu bất thường Ngoài ra, IoT còn giúp quản lý chuỗi cung ứng dược phẩm bằng cách theo dõi nhiệt độ và điều kiện bảo quản trong quá trình vận chuyển thuốc, đảm bảo chất lượng sản phẩm y tế.

Hạ tầng: Trong lĩnh vực hạ tầng, IoT giúp quản lý và tối ưu hóa việc

sử dụng năng lượng, từ đó giảm chi phí và bảo vệ môi trường Hệ thống IoT giám sát tình trạng của các thiết bị và cơ sở vật chất, dự đoán và ngăn ngừa sự cố trước khi xảy ra, đảm bảo hoạt động liên tục và hiệu quả

Camera và cảm biến IoT được sử dụng để giám sát và đảm bảo an ninh tại các khu vực công cộng và cơ sở hạ tầng quan trọng, nâng cao an toàn công cộng

Thành phố thông minh: Thành phố thông minh sử dụng IoT để cải

thiện chất lượng cuộc sống và hiệu quả quản lý đô thị Các hệ thống giao thông thông minh giúp giảm thiểu tắc nghẽn và tối ưu hóa tuyến đường bằng cách sử dụng dữ liệu thời gian thực Hệ thống quản lý rác thải sử dụng IoT để tối ưu hóa quy trình thu gom và xử lý rác thải, nâng cao hiệu quả và vệ sinh đô thị Dịch vụ công cộng như chiếu sáng đường phố, hệ thống cấp thoát nước, và ứng phó khẩn cấp được cải thiện nhờ IoT, tạo ra môi trường sống tốt hơn cho cư dân

1.2 Giới Thiệu Về Nhà Thông Minh Iot

Nhà thông minh IoT, hay còn gọi là Smart Home IoT, là một hệ thốngnhà ở được trang bị các thiết bị và công nghệ tiên tiến, cho phép quản lý và điều khiển từ xa các tiện ích trong nhà thông qua internet Công nghệ IoT (Internet of Things) kết nối các thiết bị như đèn, máy lạnh, tủ lạnh, hệ thống an ninh và nhiều thiết bị gia dụng khác, giúp chúng có thể giao tiếp

và chia sẻ dữ liệu với nhau

Với nhà thông minh IoT, người dùng có thể dễ dàng kiểm soát và điều chỉnh các thiết bị trong nhà thông qua smartphone, máy tính bảng, hoặc lệnh giọng nói Ví dụ, bạn có thể bật/tắt đèn, điều chỉnh nhiệt độ, mở/đóng rèm cửa và thậm chí giám sát hệ thống an ninh ngay cả khi không có mặt tại nhà Điều này không chỉ mang lại sự tiện lợi tối đa mà còn giúp tiết kiệm năng lượng và nâng cao độ an toàn

Hơn thế nữa, nhà thông minh IoT còn có khả năng học hỏi và tự động điều chỉnh dựa trên thói quen và sở thích của người sử dụng Các hệ thống cảm biến và thiết bị kết nối có thể thu thập dữ liệu, phân tích và đưa ra các gợi ýhoặc hành động tự động để tối ưu hóa trải nghiệm sống trong ngôi nhà

Hình 2: Hình ảnh nhà thông minh

1.2.1.Sơ đồ khối hệ thống điều khiển cho ngôi nhà thông minh

Trong ngôi nhà thông minh các thiết bị điện tử được điều khiển tự động và giám sát từ xa của các thiết bị điều khiển có kết nối với Internet

Hình 3: Sơ đồ khối hệ thống nhà thông minh

* Thiết bị điểu khiển từ xa

Thiết bị điều khiển từ xa bao gồm cả máy tính và điện thoại thông minh, được kết nối với Internet và sử dụng các ứng dụng phần mềm đã được cài đặt sẵn

Chức năng: Điều khiển và giám sát từ xa các thiết bị điện và điện tử trong nhà thông qua kết nối mạng Internet

* Internet

Internet, còn được gọi là mạng Internet, là một hệ thống thông tin toàn cầu, kết nối hệ thống máy tính và các thiết bị điện tử cá nhân trên toàn thế giới.Chức năng: Internet trong hệ thống điều khiển nhà thông minh là trao đổi thông tin giữa các thiết bị điều khiển từ xa và bộ điều khiển trung tâm, giúpquản lý và giám sát hiệu quả các thiết bị trong ngôi nhà thông minh

* Bộ điều khiên trung tâm

Bộ điều khiển trung tâm là "bộ não" của ngôi nhà thông minh, kết nối các thiết bị trong nhà qua mạng có dây hoặc không dây Cấu trúc của bộ điều

khiển trung tâm rất phức tạp Khi thiết kế hệ thống điều khiển cho ngôi nhà, người thiết kế thường chọn mua bộ điều khiển trung tâm có phần mềmứng dụng dễ sử dụng và đảm bảo kết nối được với các thiết bị điện, điện tử tích hợp trong hệ thống.

Chức năng: Nhận thông tin từ thiết bị điều khiển từ xa hoặc từ các cảm biến để điều khiển các công tắc thông minh, đồng thời quản lý các thiết bị điện, điện tử trong nhà hoạt động theo đúng yêu cầu của người dùng

* Công tắc thông minh

Công tắc thông minh là loại công tắc có thể

được điều khiển bằng tay hoặc thông qua tín

hiệu từ bộ điều khiển trung tâm

Chức năng của công tắc thông minh là ngắt

hoặc mở thiết bị điện và điện tử trong nhà

theo tín hiệu điều khiển từ bộ điều khiển

trung tâm

Công tắc thông minh hoạt động dựa trên nguyên tắc giống như một relay tiếp điểm K, có thể đóng hoặc ngắt nguồn điện khi nhận được lệnh từ bộ điều khiển trung tâm Công tắc thông minh được kết nối không dây với bộ điều khiển trung tâm để nhận tín hiệu điều khiển.\

* Thiết bị điện, điện tử

Phần này nói về các thiết bị điện và điện tử trong ngôi nhà, bao gồm:

- Thiết bị giải trí: Tivi, dàn âm thanh

Thiết bị an ninh: Camera, chuông báo động

- Thiết bị gia dụng: Đèn điện, quạt điện, bếp điện, máy điều hòa không khí,máy giặt, bình nóng lạnh, máy bơm nước

- Thiết bị an ninh: Camera, chuông báo động

- Các hệ thống cơ điện: Đóng mở cửa ra vào, đóng mở rèm cửa, hệ thống tưới nước tự động cho giàn hoa, cây cảnh

Một số thiết bị điện và điện tử thông minh: Kết nối trực tiếp với Internet, điều khiển và giám sát từ xa thông qua Internet

* Cảm biến

Cảm biến là thiết bị cảm nhận và biến đổi các đại lượng vật lý như ánh sáng, nhiệt độ, độ ẩm, áp suất, tốc độ quay, và vận tốc chuyển động thành tín hiệu đầu ra là các đại lượng điện như điện áp và dòng điện

Cảm biến đóng vai trò như "tai" và "mắt" của hệ thống điều khiển Nhờ có cảm biến, các thông số vật lý trong nhà sẽ được theo dõi và đo lường để phục vụ cho hệ thống điều khiển trong ngôi nhà thông minh

* Kết nối với các thiết bị trong hệ thống điều khiển

Các thiết bị trong hệ thống điều khiển được kết nối với nhau thông qua các phương thức kết nối có dây hoặc không dây Trên sơ đồ khối của hệ thống nhà thông minh kết nối giữa các thiết bị được thể hiện bằng các mũi tên Các phương thức kết nối bao gồm:

- Kết nối có dây giữa công tắc thông minh – thiết bị điện, điện tử; giữa bộ điểu khiển trung tâm với các cảm biến, công tắc thông minh qua các cổng kết nối trực tiếp Các thiết bị kết nối với bộ điều khiển trung tâm có địa chỉ xác định để nhận biết và trao đổi thông tin

- Kết nối không dây qua mạng Wi-Fi giữa bộ điều khiển trung tâm với các cảm biến và công tắc thông minh cũng có địa chỉ xác định để nhận diện và trao đổi thông tin

CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ HỆ THỐNG

2.1 Giới Thiệu Về Hệ Thống Mở Cửa Tự Động

Trong thời đại công nghệ phát triển không ngừng, việc áp dụng các hệ thống tự động vào đời sống và công nghiệp ngày càng trở nên phổ biến và cần thiết Một trong những ứng dụng tiêu biểu của hệ thống tự động là hệ thống mở cửa tự động Hệ thống này không chỉ mang lại sự tiện lợi mà còn nâng cao mức độ an ninh và an toàn cho người sử dụng

2.1.1 Sơ đồ kết nối mạch mở của tự động

Hình 4: Sơ đồ kết nối mạch mở cửa tự động

2.1.2 Thành phần của hệ thống mở cửa tự động

Hệ thống mở cửa tự động thường bao gồm các thành phần chính sau

*Arduino Nano

Vi điều khiển trung tâm, điều khiển toàn bộ hoạt động của mạch

Được thiết kế để sử dụng trong các dự án điện tử nhỏ và tiết kiệm không gian Thường được sử dụng trong các dự án nhỏ như robot, thiết bị tự động hóa, và các ứng dụng IoT nhờ vào sự nhỏ gọn và linh hoạt của nó

Hình 5: Adruino Nano

Đặc điểm kĩ thuật của Adruino Nano

Bảng 1: Đặc điểm kỹ thuật của Adruino Nano

* Modul RFID

RFID (Radio-Frequency Identification) là công nghệ sử dụng sóng radio để truyền tải dữ liệu từ một thẻ RFID đến một đầu đọc RFID nhằm mục đích nhận dạng và theo dõi các đối tượng Một module RFID thường bao gồm hai thành phần chính: thẻ RFID và đầu đọc RFID

Số chân Digital I/O: 14 (6 chân PWM)

Số chân Analog: 8 (Độ phân giải 10 bit)

Hình 6: Modul RFID

-Thẻ RFID ( RFID Tag)

Có 2 loại thẻ

+ Thụ động (Passive): Thẻ không có nguồn điện riêng, hoạt động bằng

năng lượng từ sóng radio của đầu đọc

+ Chủ động (Active): Thẻ có pin và có thể phát sóng radio chủ động,

thường có tầm hoạt động xa hơn thẻ thụ động

- Đầu đọc RFID (RFID Reader):

Được sử dụng để phát ra sóng radio và nhận tín hiệu phản hồi từ thẻ RFID

Có thể kết nối với vi điều khiển hoặc máy tính để xử lý dữ liệu từ thẻ

- Ứng dụng của Modul RFID

+ Quản lý hàng hóa: Theo dõi và quản lý sản phẩm trong kho