Nghiên cứu, cài đặt và điều khiển thử nghiệm hệ thống Home automation

- Hà Nội, Ngày 28 tháng 8 năm 2017 Tác giả luận văn Nguyễn Trường Sơn Đề tài: Nghiên cứu, cài đặt và điều khiển thử nghiệm hệ thống Home Automation Trang 2 LỜI CẢM ƠN Trước tiên em xin được gửi lời cảm ơn tới Ban Giám Hiệu Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội đã tạo điều kiện cho em được làm luận văn tốt nghiệp này.
- Lịch sử phát triển hệ thống Home Automation 13 Hình 2.1.
- Bộ Platform OM2M 45 Đề tài: Nghiên cứu, cài đặt và điều khiển thử nghiệm hệ thống Home Automation Trang 5 Hình 2.22.
- Sơ đồ kết nối hệ thống 63 Hình 3.10.
- Mô hình Home Automation 67 Đề tài: Nghiên cứu, cài đặt và điều khiển thử nghiệm hệ thống Home Automation Trang 6 MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN.
- Lịch sử phát triển hệ thống Home Automation.
- Xu hướng phát triển của hệ thống Home Automation.
- 15 CHƯƠNG 2: IoT FRAMEWORK TRONG HỆ THỐNG.
- 38 Đề tài: Nghiên cứu, cài đặt và điều khiển thử nghiệm hệ thống Home Automation Trang 7 2.3.
- 72 Đề tài: Nghiên cứu, cài đặt và điều khiển thử nghiệm hệ thống Home Automation Trang 8 LỜI MỞ ĐẦU Ngôi nhà thông minh trong xã hội hiện đại ngày nay là một phần tất yếu nhằm mục đích nâng cao cuộc sống của con người.
- Đề tài Nghiên cứu, cài đặt và điều khiển thử nghiệm hệ thống Home Automation này sẽ tập trung tìm hiểu và nghiên cứu về các công nghệ mới nhất ứng dụng vào nhà thông minh và cài đặt, điều khiển thử nghiệm hệ thống Home Automation mục đích chứng minh và làm rõ hơn về công nghệ nhà thông minh hiện nay và trong tương lai.
- Đề tài sẽ được tác giả chia thành 3 chương: Chương 1: Giới thiệu Trong chương này, tác giả sẽ trình bày tổng quan về mục đích và phạm vi nghiên cứu, khảo sát chung về hệ thống Home Automation.
- Đề tài: Nghiên cứu, cài đặt và điều khiển thử nghiệm hệ thống Home Automation Trang 9 Chương 2: IoT Framework trong hệ thống Home Automation Trong chương này tác giả sẽ tập trung nghiên cứu và trình bày về IoT, các chuẩn kết nối và Cloud Computing hỗ trợ triển khai IoT.
- Đề tài: Nghiên cứu, cài đặt và điều khiển thử nghiệm hệ thống Home Automation Trang 10 CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU Nhà thông minh (Smart Home, Smart House, Home Automation) là khái niệm về kiểm soát và tự động hóa việc sử dụng các thiết bị gia đình cũng như các thiết bị điện khác như hệ thống chiếu sáng, hệ thống điều hòa nhiệt độ, hệ thống cảnh báo giám sát… Hệ thống nhà thông minh đã được manh nha từ những năm 1960 và phát triển mạnh mẽ thời gian gần đây.
- Do đó, một hệ thống nhà thông minh lý tưởng là hệ thống mà các thiết bị được sử dụng chung một giao thức truyền thông hơn là sử dụng các giao thức được hỗ trợ trên từng thiết bị.
- Điều đó làm tăng khả năng tương thích giữa các thiết bị trong hệ thống.
- Mục đích nghiên cứu của đề tài Mục đích nghiên cứu của đề tài là phát triển khái niệm về Home Automation dựa trên nguyên mẫu các khái niệm sẵn có của một hệ thống điều khiển thông minh cho phép điều khiển các thiết bị gia dụng hiện có.
- Khái niệm này nhằm mục đích Đề tài: Nghiên cứu, cài đặt và điều khiển thử nghiệm hệ thống Home Automation Trang 11 tăng sự tiện lợi của việc kiểm soát các thiết bị gia đình cho nhiều đối tượng và được sử dụng một cách tiện lợi, cài đặt dễ dàng.
- Hệ thống điện tử này giao tiếp với chủ nhân nhà thông qua bảng điện tử đặt trong nhà, phần mềm điện thoại di động, máy tính bảng hoặc một giao diện web.” Đề tài: Nghiên cứu, cài đặt và điều khiển thử nghiệm hệ thống Home Automation Trang 12 Nói tóm lại: Nhà thông minh là ngôi nhà được lắp đặt các thiết bị tự động hóa hiện đại nhằm mục đích chính là phục vụ đời sống con người và giúp cho người ở có thể quản lý, giám sát ngôi nhà một cách dễ dàng.
- Đề xuất của Hoa Kỳ về một tiêu chuẩn được gọi là CEBUS Đề tài: Nghiên cứu, cài đặt và điều khiển thử nghiệm hệ thống Home Automation Trang 13 1984 David MacFadyen Giới thiệu khái niệm Nhà thông minh 1985 Masahiro Inoue et al.
- Hệ thống đầu tiên phát triển dựa trên HBS 1986 Ryuji Hamabe et al.
- Alheraish Đề xuất của một hệ thống dựa trên M2M thông qua GSM 2005 A.
- Lịch sử phát triển hệ thống Home Automation 3.3.
- Thứ nhất: Tăng tính tiện nghi cho ngôi nhà: Đề tài: Nghiên cứu, cài đặt và điều khiển thử nghiệm hệ thống Home Automation Trang 14 Hệ thống nhà thông minh cũng giống như một hệ thống giải trí đáp ứng đầy đủ nhu cầu tiện nghi của chúng ta, đem đến những trải nghiệm thú vị và mới lạ.
- Đề tài: Nghiên cứu, cài đặt và điều khiển thử nghiệm hệ thống Home Automation Trang 15 3.4.
- Đề tài: Nghiên cứu, cài đặt và điều khiển thử nghiệm hệ thống Home Automation Trang 16 CHƯƠNG 2: IoT FRAMEWORK TRONG HỆ THỐNG HOME AUTOMATION 1.
- [3] Đề tài: Nghiên cứu, cài đặt và điều khiển thử nghiệm hệ thống Home Automation Trang 17  KCC (Korea Communications Commission - Ủy ban Truyền thông Hàn Quốc): IoT là công nghệ truyền thông kết nối Internet thông minh thu thập và xử lý thông tin mà không cần sự can thiệp của con người.
- Phạm vi của IoT Đề tài: Nghiên cứu, cài đặt và điều khiển thử nghiệm hệ thống Home Automation Trang 18 Đặc tính cơ bản.
- Điều này cần thiết để network có Đề tài: Nghiên cứu, cài đặt và điều khiển thử nghiệm hệ thống Home Automation Trang 19 thể thích ứng với các domains ứng dụng khác nhau, môi trường truyền thông khác nhau, và nhiều loại thiết bị khác nhau.
- Hệ thống IoT có thể biết và theo dõi vị trí một cách tự động.
- Mô hình của một hệ thống IoT: Bất kỳ một hệ thống IoT nào cũng được xây dựng lên từ sự kết hợp của 4 layer sau: Đề tài: Nghiên cứu, cài đặt và điều khiển thử nghiệm hệ thống Home Automation Trang 20 Hình 2.3.
- Đề tài: Nghiên cứu, cài đặt và điều khiển thử nghiệm hệ thống Home Automation Trang 21  Lớp thiết bị (Device Layer): Lớp thiết bị hỗ trợ 2 chức năng sau: Có nhiều chuẩn giao tiếp: các Things khác nhau có các kiểu kết nối khác nhau, nên Gateway phải hỗ trợ đa dạng từ có dây đến không dây.
- Đề tài: Nghiên cứu, cài đặt và điều khiển thử nghiệm hệ thống Home Automation Trang 22 Hình 2.4.
- Đề tài: Nghiên cứu, cài đặt và điều khiển thử nghiệm hệ thống Home Automation Trang 23 Hình 2.5.
- AMQP: Hệ thống hàng đợi được thiết kế để kết nối các máy chủ với nhau (S2S).
- Sự ra đời của Ipv6 là một giải pháp khắc phục cho sự cạn kiệt của Đề tài: Nghiên cứu, cài đặt và điều khiển thử nghiệm hệ thống Home Automation Trang 24 Ipv4.
- So sánh các chuẩn truyền thông không dây Đề tài: Nghiên cứu, cài đặt và điều khiển thử nghiệm hệ thống Home Automation Trang 25 Công nghệ cảm biến (Sensor Technology): Trong IoT, cảm biến đóng vai trò then chốt, nó đo đạt cảm nhận giá trị từ môi trường xung quanh rồi gửi đến bộ vi xử lý sau đó được gửi lên mạng.
- Đề tài: Nghiên cứu, cài đặt và điều khiển thử nghiệm hệ thống Home Automation Trang 26 Kịch bản ví dụ: Buổi sáng sớm, rèm cửa sẽ tự động chuyển tới vị trí thích hợp để đón ánh nắng sớm, bình nước nóng tự động bật để chủ nhà sử dụng, hệ thống đèn tự động giảm dần để đón ánh nắng tự nhiên.
- Đề tài: Nghiên cứu, cài đặt và điều khiển thử nghiệm hệ thống Home Automation Trang 27 Ưu điểm: Ưu điểm lớn nhất của X10 là giá thành phù hợp.
- Dải RF của hệ thống hoạt động ở tần số 904 MHz.
- Đề tài: Nghiên cứu, cài đặt và điều khiển thử nghiệm hệ thống Home Automation Trang 28 Hình 2.7.
- Dung lượng truyền tải với tốc độ 100kbit/s – một tốc độ quá đủ cho nhu cầu giao tiếp giữa các thiết bị trong hệ thống IoT.
- Đề tài: Nghiên cứu, cài đặt và điều khiển thử nghiệm hệ thống Home Automation Trang 29  Chuyển lớp - Kiểm soát việc truyền dữ liệu giữa các thiết bị - bao gồm truyền lại, xác nhận và kiểm tra tổng kiểm tra.
- Đề tài: Nghiên cứu, cài đặt và điều khiển thử nghiệm hệ thống Home Automation Trang 30 Hiện nay, với việc phát hành các bảng Arduino Google cho phép kết nối các thiết bị ngoại vi và các phụ kiện tương thích với hệ thống Android@Home.
- Nhược điểm: Lỗi ở một điểm chính có thể gây ra lỗi hệ thống.
- Đề tài: Nghiên cứu, cài đặt và điều khiển thử nghiệm hệ thống Home Automation Trang 31 Tín hiệu truyền trong giao thức ZigBee thực chất là tín hiệu radio.
- ZigBee sau đó thêm vào 4 lớp chính: Lớp mạng, lớp ứng dụng, lớp các đối tượng thiết bị ZigBee (ZDO) và lớp các đối tượng người dùng cho phép Đề tài: Nghiên cứu, cài đặt và điều khiển thử nghiệm hệ thống Home Automation Trang 32 tùy biến, linh động trong chuẩn đó.
- Hệ thống hỗ trợ tối đa 14 thiết bị (vì bảng Arduino chỉ có 14 chân).
- Ứng dụng của DomoticHome trên Android Đề tài: Nghiên cứu, cài đặt và điều khiển thử nghiệm hệ thống Home Automation Trang 33 Đánh giá độ tin cậy của các giao thức: Đây là một trong những yếu tố quan trọng khi mua một thiết bị mới, điều đó cũng được áp dụng cho các hệ thống nhà thông minh.
- Các thiết bị được quản lý bởi hệ thống nhà thông minh yêu cầu độ tin cậy cao từ các thiết bị và từ bộ điều khiển hệ thống.
- So sánh độ tin cậy giữa Zigbee, Z-Wave và Insteon X10 Android@Home DomoticHome Comunication type PLC/RF RF RF RF band (MHz RF range (m Data rate 20 (bit/s kbit/s) 9,4 (kbits/s) Kit NaN 57.6 Đề tài: Nghiên cứu, cài đặt và điều khiển thử nghiệm hệ thống Home Automation Trang 34 Modules NaN 60 Error detection No NaN No Retransmission No NaN No One/two-way communication One Two One Message routing No Yes No No.
- Đề tài: Nghiên cứu, cài đặt và điều khiển thử nghiệm hệ thống Home Automation Trang 35 Lợi ích của việc sử dụng Cloud Computing.
- Các mô hình dịch vụ Theo NIST, mô hình dịch vụ Cloud Computing được chia làm 3 loại: Đề tài: Nghiên cứu, cài đặt và điều khiển thử nghiệm hệ thống Home Automation Trang 36 Hình 2.13.
- Khách hàng có thể đăng ký sử dụng một máy tính ảo trên dịch vụ của Amazon và lựa chọn một hệ thống điều hành (Windows hoặc Linux) và tự cài đặt ứng dụng của mình.
- Khách hàng sẽ tự phát triển ứng dụng của mình nhờ các công cụ (Các API) và môi trường phát triển được cung cấp hoặc cài đặt các ứng dụng sẵn có trên nền platform Đề tài: Nghiên cứu, cài đặt và điều khiển thử nghiệm hệ thống Home Automation Trang 37 đó.
- Các chức năng theo yêu cầu có thể Đề tài: Nghiên cứu, cài đặt và điều khiển thử nghiệm hệ thống Home Automation Trang 38 được kiểm soát bên trong để chia sẻ bản quyền của một nhà cung cấp ứng dụng thứ ba.
- Một hệ thống Private Cloud có thể được đặt ở Datacenter của khách hàng hoặc tại Datacenter của nhà cung cấp dịch vụ.
- Hệ thống này được quản lý bởi khách hàng/ nhà cung cấp hoặc một bên thứ 3.
- Đề tài: Nghiên cứu, cài đặt và điều khiển thử nghiệm hệ thống Home Automation Trang 39  Commutity Cloud (Đám mây cộng đồng): Đây là hạ tầng Cloud được chia sẻ cho nhiều tổ chức hoặc người dùng có chung một mục đích.
- Trong hệ thống Home Automation, để kết nối các thiết bị trong gia đình với Internet với một quy mô không quá lớn thì mô hình Public Cloud có thể coi là khả thi nhất.
- Dịch vụ của Google Đề tài: Nghiên cứu, cài đặt và điều khiển thử nghiệm hệ thống Home Automation Trang 40 Hình 2.14.
- Trang chủ Google Apps dành cho giáo dục Đề tài: Nghiên cứu, cài đặt và điều khiển thử nghiệm hệ thống Home Automation Trang 41 Các dịch vụ chính được cung cấp bởi Google Apps là thư điện tử (Gmail), tin nhanh (Google Talk), lịch (Google Calendar), quản lý tài liệu (Google Docs), và quản lý trang web (Google Sites)… Google cung cấp các API được gọi là Google Data API để lập trình không chỉ cho Google Apps mà còn cho các ứng dụng khác như Google Maps, Google Health, YouTube… Hình 2.17.
- Google Data API Đề tài: Nghiên cứu, cài đặt và điều khiển thử nghiệm hệ thống Home Automation Trang 42 Google App Engine: Google App Engine là môi trường để phát triển và khai thác các ứng dụng web trên cơ sở hạ tầng Google.
- Đề tài: Nghiên cứu, cài đặt và điều khiển thử nghiệm hệ thống Home Automation Trang 43 Azure Servicrs Platform là một giải pháp hoàn thiện cho các doanh nghiệp.
- Azure cũng sẽ hỗ trợ các công cụ và ngôn ngữ thứ Đề tài: Nghiên cứu, cài đặt và điều khiển thử nghiệm hệ thống Home Automation Trang 44 ba như Eclipse, Ruby, PHP và Python cũng như các tiêu chuẩn và cổng như SOAP, REST hay XML.
- Nó cung cấp một nền tảng dịch vụ M2M ngang hàng để phát triển dịch vụ độc lập dựa trên các mạng cơ bản, với mục đích tạo thuận lợi cho việc triển khai các ứng dụng theo chiều dọc hệ thống và các thiết bị không đồng nhất.
- Đề tài: Nghiên cứu, cài đặt và điều khiển thử nghiệm hệ thống Home Automation Trang 45 Đặc điểm và tính năng.
- Bộ Platform OM2M Đề tài: Nghiên cứu, cài đặt và điều khiển thử nghiệm hệ thống Home Automation Trang 46  org.eclipse.om2m.comm.coap: xây dựng CoAP là một giao thức truyền tải tài liệu.
- Dịch vụ điện toán đám mây của Amazon được cung cấp ở địa chỉ http://aws.amazon.com Đề tài: Nghiên cứu, cài đặt và điều khiển thử nghiệm hệ thống Home Automation Trang 47 Hình 2.22.
- Máy ảo Đề tài: Nghiên cứu, cài đặt và điều khiển thử nghiệm hệ thống Home Automation Trang 48 hỗ trợ nhiều hệ điều hành khác nhau như Red Hat Enterprise, Linux, Window Server, Oracle, Debian… và nhiều phần mềm khác.
- Trang chủ Amazon SimpleDB Đề tài: Nghiên cứu, cài đặt và điều khiển thử nghiệm hệ thống Home Automation Trang 49 Amazon Simple Storage Service (S3) Amazon S3 là một cơ sở dữ liệu đám mây, được sử dụng để lưu trữ và lấy dữ liệu qua Internet.
- Đề tài: Nghiên cứu, cài đặt và điều khiển thử nghiệm hệ thống Home Automation Trang 50 Hình 2.27.
- Trang chủ Amazon SQS Đề tài: Nghiên cứu, cài đặt và điều khiển thử nghiệm hệ thống Home Automation Trang 51 3.
- Đề tài: Nghiên cứu, cài đặt và điều khiển thử nghiệm hệ thống Home Automation Trang 52 Hình 2.30.
- Phần lõi của X1000 là vi xử lý Đề tài: Nghiên cứu, cài đặt và điều khiển thử nghiệm hệ thống Home Automation Trang 53 400MHz dựa trên nền tảng Intel Pentium x86 32-bit với 16KB bộ nhớ đệm L1.
- Đề tài: Nghiên cứu, cài đặt và điều khiển thử nghiệm hệ thống Home Automation Trang 54 Hình 2.32.
- Giới thiệu thế nào là IoT, các chuẩn kết nối đang được sử dụng hiện nay của hệ thống Home Automation.
- Đề tài: Nghiên cứu, cài đặt và điều khiển thử nghiệm hệ thống Home Automation Trang 55 CHƯƠNG 3: CÀI ĐẶT THỬ NGHIỆM TRÊN MÁY ẢO 1.
- Đề tài: Nghiên cứu, cài đặt và điều khiển thử nghiệm hệ thống Home Automation Trang 56  High Performance Computing: Amazon EC2 cho phép truy cập đến một số lượng lớn sức mạnh tính toán, có thể xử lý được dữ liệu trên nhiều máy tính ảo sử dụng bất kỳ thuật toán, ngôn ngữ lập trình hay hệ điều hành nào.
- Đề tài: Nghiên cứu, cài đặt và điều khiển thử nghiệm hệ thống Home Automation Trang 57  Độ tin cậy cao: Amazon EC2 được đảm bảo luôn sẵn sàng với tỷ lệ 99.95% trên tất cả các khu vực.
- Đề tài: Nghiên cứu, cài đặt và điều khiển thử nghiệm hệ thống Home Automation Trang 58 Hình 3.1.
- Đề tài: Nghiên cứu, cài đặt và điều khiển thử nghiệm hệ thống Home Automation Trang 59  Chọn một thiết bị để điều khiển thử nghiệm.
- Sơ đồ dữ liệu được gửi lên Cloud Đề tài: Nghiên cứu, cài đặt và điều khiển thử nghiệm hệ thống Home Automation Trang 60 Phân quyền.
- Ta chọn máy có 1 CPU và RAM 1G như trong hình, click vào Review and Lauch để tạo ra instace Đề tài: Nghiên cứu, cài đặt và điều khiển thử nghiệm hệ thống Home Automation Trang 61 Hình 3.4.
- Remote ssh bằng Putty Đề tài: Nghiên cứu, cài đặt và điều khiển thử nghiệm hệ thống Home Automation Trang 62 Hình 3.6.
- Giao diện Android Mobile App Đề tài: Nghiên cứu, cài đặt và điều khiển thử nghiệm hệ thống Home Automation Trang 63 3.
- Sơ đồ kết nối hệ thống: IoT AgentIoT AnalyticsDataDataArduino InternetCloud ComputingSensorLight BulbWhistle SensorIoT Device Hình 3.9.
- Sơ đồ kết nối hệ thống Đề tài: Nghiên cứu, cài đặt và điều khiển thử nghiệm hệ thống Home Automation Trang 64 - Chuẩn bị phần cứng.
- Sơ đồ kết nối thiết bị thực tế điều khiển nhà thông minh Đề tài: Nghiên cứu, cài đặt và điều khiển thử nghiệm hệ thống Home Automation Trang 65 - Các bước tiến hành: Bước 1: Kết nối các thiết bị điều khiển trung tâm thành một mạch hoàn chỉnh, chạy ổn định ở điện áp 5V.
- Cấu hình thiết bị trên Arduino IDE Đề tài: Nghiên cứu, cài đặt và điều khiển thử nghiệm hệ thống Home Automation Trang 66 Hình 3.13.
- Lắp đặt các thiết bị lên mô hình Đề tài: Nghiên cứu, cài đặt và điều khiển thử nghiệm hệ thống Home Automation Trang 67 Bước 4: Điều khiển thử nghiệm Hình 3.16.
- Mô hình Home Automation Đề tài: Nghiên cứu, cài đặt và điều khiển thử nghiệm hệ thống Home Automation Trang 68 4.
- Từ kết quả cài đặt thử nghiệm đã chứng minh được IoT và Cloud Computing là những yếu tố không thể thiếu khi triển khai một hệ thống Home Automation hiện tại và trong tương lai gần.
- Đề tài: Nghiên cứu, cài đặt và điều khiển thử nghiệm hệ thống Home Automation Trang 69 KẾT LUẬN CHƯƠNG 3.
- Từ kết quả cài đặt và điều khiển thử nghiệm, chứng minh được các giao thức, công nghệ, dịch vụ đã tìm hiểu ở những nội dung trước là đúng và tối ưu đối với hệ thống Home Automation nói riêng.
- Đề tài: Nghiên cứu, cài đặt và điều khiển thử nghiệm hệ thống Home Automation Trang 70 KẾT LUẬN CHUNG Với sự phát triển mạnh mẽ của Công nghệ thông tin, hiện nay điều kiện tiếp cận với thông tin qua mạng Internet đã trở nên dễ dàng với mọi người sử dụng, việc tiếp cận và sử dụng các dịch vụ Cloud Computing, IoT để điều khiển các thiết bị trong hệ thống Home Automation đã dần trở nên phổ biến.
- Các nghiên cứu, thử nghiệm trong luận văn đã đáp ứng được cơ bản về kiến thức đối với hệ thống Home Automation.
- Đề tài: Nghiên cứu, cài đặt và điều khiển thử nghiệm hệ thống Home Automation Trang 71  Tiếp tục hoàn thành ứng dụng thử nghiệm, đưa ứng dụng trở thành ứng dụng mẫu chứng minh sự linh hoạt, mềm dẻo khi sử dụng công nghệ điện toán đám mây và nền tảng IoT áp dụng vào hệ thống Home Automation.
- Đề tài: Nghiên cứu, cài đặt và điều khiển thử nghiệm hệ thống Home Automation Trang 72 TÀI LIỆU THAM KHẢO 1.
- (Tổng quan về giao thức sóng Z) http://www.eilhk.com/en/product/Datasheet/Zensys/ [6] Internet of Things là gì? http://iot.dtt.vn/InternetofThings.html Đề tài: Nghiên cứu, cài đặt và điều khiển thử nghiệm hệ thống Home Automation Trang 73 [7] Lewis Cunningham, Cloud Computing with Amazon and Oracle (2008) (Cloud Computing với Amazon và Oracle) [8] John W

Xem thử không khả dụng, vui lòng xem tại trang nguồn
hoặc xem Tóm tắt