« Quay lại

Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo hệ thống điều khiển nhà thông minh dựa trên công nghệ IOT

Hiện nay sự phát triển của nhà thông minh ở Việt Nam đang rất mãnh mẽ. Để hiểu biết về nhà thông minh cũng như áp dụng nó như thế nào ở Việt Nam cho hiệu quả, hướng nghiên cứu để phát triển và nội địa hóa, tận dụng lợi thế của Việt Nam là rất cần thiết. Cuộc sống của con người ngày càng có nhu cầu cao, mặt khác các nguồn năng lượng và vật liệu cạn kiệt dần do đó nhu cầu ở trong một ngôi nhà thông minh là rất cần thiết nhằm giảm thiểu tiêu hao năng lượng. Việc đưa ra một giải pháp giải quyết các vấn đề trên và đặc biệt là có thể điều khiển hoạt động của các thiết bị trong gia đình một cách thông minh nuôi dưỡng cũng như tạo động lực mạnh mẽ cho nhóm tiến hành nghiên cứu tìm kiếm giải pháp.

Hiện nay trên thị trường trong và ngoài nước đã có nhiều cơ sở đã và đang nghiên cứu cho ra nhiều giải pháp cũng như chế tạo ra các thiết bị điều khiển nhà thông minh như: Giải pháp nhà thông minh Lumi, Bkav SmartHome, Broadlink,…Tuy nhiên các giải pháp trên giá thành cao so với đời sống cũng như nhu cầu sử dụng của người dân Việt Nam. Mặt khác các phần mền và các thiết bị, phụ kiện còn phải phụ thuộc hoàn toàn vào nhà cung cấp giải pháp. Vậy nên việc nghiên cứu chế tạo ra mô hình nhà thông mình nhằm giải quyết các vấn đề trên nhằm mục đích chủ động đáp ứng linh hoạt các nhu cầu sử dụng.

Nghiên cứu của Hồ Văn Quân và nhóm sinh viên thuộc Lớp 55K1 CKTĐ-ĐTViện Kỹ thuật & Công nghệ, trường Đại học Vinh nhằm tìm ra giải pháp thiết kế hệ thống điều khiển các thiết bị trong nhà qua hệ thống công tắc truyền thống và sử dụng công nghệ IoT điều khiển thiết bị một cách tự động.Ứng dụng khoa học kỹ thuật vào đời sống con người. Nhằm cải thiện cuộc sống, tối ưu sử dụng năng lượng cũng như mang lại sự tiện nghi cho người sử dụng. Từ những kết quả đạt được, sản phẩm vinh dự được nhận Giải Khuyến khích Giải thưởng sinh viên nghiên cứu khoa học năm 2018 của Trường Đại học Vinh.

Thông qua công trình, nhóm đã nghiên cứu các thành phần cơ bản cấu thành hệ thống IoT nhằm đưa ra sơ đồ giao tiếp tổng thể áp dụng trong nghiên cứu, xây dựng mô hình cũng như hoàn thiện giải pháp nhà thông minh mô tả gồm: Socket Server ở tầng cao nhất gọi là tầng Server; ESP8266 và Trình duyệt Web tầng thứ 2 gọi là tầng Client; Arduino ở tầng thứ 3 gọi là Application ; Mỗi tầng chỉ có thể liên lạc, giao tiếp với tầng liền kề với nó.

Sơ đồ giao tiếp tổng thể của hệ thống IoT.

Các phương thức giao tiếp giữa các tầng: Để giao tiếp giữa tầng 1 và tầng 2 chúng ta sử dụng kết nối Internet thông qua các gói dữ liệu được đóng gói theo chuẩn JSON. JSON  là một kiểu dữ liệu đặc biệt, nó sẽ giúp ta đóng gói tập hợp các dữ liệu thành một chuỗi đơn giản theo quy chuẩn nhất định. Chuỗi này sẽ dễ dàng được vận chuyển thông qua môi trường Internet. Hầu hết các thiết bị và nền tảng lập trình đều hỗ trợ kiểu dữ liệu này.

Để giao tiếp giữa tầng 2 và tầng 3, sử dụng cổng Serial. Truyền thông Serial cũng đã là một giao tiếp chuẩn. Tất cả các mạch ESP8266 và Arduino đều hỗ trợ ít nhất một cổng Serial trong hệ thống IO. I2C là chuẩn giao tiếp 2 dây, đây là đường Bus giao tiếp giữa các IC với nhau.

Quá trình giao tiếp giữa ESP 8266 với Socket sever như sau: Kết nối tới Socket Server, nếu nó bị ngắt kết nối thì tự động kết nối lại. Cứ sau mỗi 2 giây sẽ gửi lệnh lên Socket Server. Nếu nhận bất cứ lệnh gì từ socket server thì in ra.

 Sơ đồ giao tiếp giữa ESP 8266 với Socket sever.

 Kết nối phần cứng

Giao tiếp Socket sever với Socket client.

Giao tiếp Socket sever với Socket client.

Trong phần này, nhóm nghiên cứu xây dựng module Webapp ở tầng 2. Module này nằm ở tầng 2, vì vậy để giao tiếp với Arduino nó phải đi qua Socket Server (tầng 1), rồi ESP8266 (tầng 2) và Arduino (tầng 3). Ngược lại, để từ Arduino giao tiếp tới Webapp, ta cần đi qua ESP8266 (tầng 2), rồi lên Socket Server (tầng 1) và cuối cùng là Webapp (tầng 2).

Mục đích ban đầu là từ Webapp (máy tính và điện thoại) điều khiển Arduino. Trong mô hình đó, xem ESP8266 làm trung gian vận chuyển thông tin từ Socket Server. ESP8266 nhận được gì từ Socket Server (thông qua Socket) thì lại gửi xuống hết Arduino (Serial command). Arduino xử lý xong, lại gửi trả kết quả về cho ESP8266 (Serial command), ESP8266 nhận được tin từ Arduino thì đẩy toàn bộ đến Socket server (thông qua Socket). Như vậy, đó là một chu trình khép kín toàn phần. Còn chu kỳ khép kín bán phần là từ Arduino sau mỗi chu kỳ thì gửi kết quả cảm biến hay giá trị nút nhấn về cho Socket Server.

Việc kết hợp với quy trình lưu key gồm 3 khóa: uuid, device id và token. Trong đó token do người dùng nắm là khóa chính dùng để truyền thông trong hạ tầng iNut. Đồng thời nhờ ứng dụng tốt các nền tảng đã có như wifi, 2G/3G/4G giúp việc phản hồi nhanh từ mọi nơi kết hợp các yếu tố bảo mật theo chuẩn mới nhất của thế giới đã giúp nhóm hoàn thiện mô giải pháp nhà thông minhdựa trên công nghệ IoT.

Kết quả tạo ra Mạch điều khiển trung tâm, mô hình nhà thông minh và Giao diện điều khiển (hình ảnh kèm theo)

Mô hình nhà thông minh.

Nhóm nghiên cứu đã thiết kế chế tạo thành công mô hình nhà thông minh. Sản phẩm hoạt động chính xác, ổn định và có kiểu dáng phù hợp cho thực hành thí nghiệm cho môn học Hệ thống cung cấp điện, đã tạo ra mô hình thực tế về lĩnh vực chuyên ngành đảm bảo tính trực quan, an toàn khi sử dụng với giá hợp lý. Sản phẩm của đề tài được chuyển giao cho Bộ môn Công nghệ kỹ thuật điện, điện tử thuộc Viện Kỹ thuật và Công nghệ Trường Đại học Vinh làm tài liệu tham khảo cho sinh viên học tập và nghiên cứu, giúp tiết kiệm chi phí trong việc trang bị các mô hình thực hành điện thông minh cho phòng thực hành cung cấp điện. Hy vọng thời gian tới, nhóm nghiên cứu tiếp tục cải thiện mô hình thực hành nhà thông minh có nhiều thiết bị đa dạng hơn áp dụng cho dạy học và định hướng sinh viên tìm hiểu sâu hơn về công nghệ 4.0 trong quá trình học tập. Thực tế hóa mô hình nhằm ứng dụng trong đời sống, cũng như thi công lắp đặt giải pháp nhà thông minh trong thực tế. Đặc biệt sớm áp dụng thi công thực tế trong các công trình phục vụ học tập giảng dạy mà nhà trường đang triển khai xây dựng./.

Lê Phương

 

 

 

 

Tin khác

Liên kết website Liên kết website

  Cổng Thông tin điện tử  SỞ KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ TỈNH NGHỆ AN


Cơ quan chủ quản: Sở Khoa học và Công nghệ tỉnh Nghệ An. 

Số 75 Nguyễn Thị Minh Khai, TP. Vinh, Nghệ An

Điện thoại: 02383.844500 - Fax: 02383.598478

Email: khcn@khcn.nghean.gov.vn


Cơ quan thiết lập: Trung tâm Thông tin KHCN và Tin học Nghệ An
Số 75A Nguyễn Thị Minh Khai, TP. Vinh, Nghệ An
Điện thoại: 02383.837448 - 02383566380.   Email: webkhcnnghean@gmail.com
Người chịu trách nhiệm: Võ Hải Quang, Giám đốc TT Thông tin KHCN và Tin học Nghệ An
Giấy phép thiết lập số: 23/GP-TTĐT ngày 28/3/2017 do Sở TT&TT Nghệ An cấp

 

 

@ Ghi rõ nguồn ngheandost.gov.vn khi phát hành lại thông tin từ website này.