- Với tiêu chí đó, khóa luận này sẽ trình bày về cách xây dựng mô hình một hệ thống giám sát và điều khiển nhà thông minh sử dụng PPC ( Pocket Personal Computer). - Trong đó, đưa ra một cách nhận diện và xác định vị trí của các đồ vật thiết bị trong nhà thông qua ảnh số thu được từ camera. - Điều này sẽ giúp tăng khả năng tương tác với chúng thông qua các công cụ điều khiển. - Ngoài ra, khóa luận cũng sẽ cung cấp một cách tiếp cận đơn giản trong việc kết nối và điều khiển các thiết bị trong nhà thông qua một máy tính duy nhất.. - 1.2.2 Điều khiển các thiết bị trong gia đình từ máy tính. - Mô hình hệ thống giám sát và điều khiển nhà thông minh. - 3.1.1 Hệ thống giám sát và điều khiển nhà thông minh. - 3.2.3 Điều khiển các thiết bị điện điện tử từ máy tính. - 4.2.3 Mô đun điều khiển các thiết bị điện, điện tử từ máy tính. - Hình 3.1: Mô hình hệ thống giám sát và điều khiển nhà thông minh. - Hình 4.8: Bảng điều khiển thiết bị. - Hình 4.9: ConsolerServer khi nhận lệnh điều khiển từ PPC. - Hình 4.10: Thiết bị điều khiển trung gian. - Nhà thông minh là một ý tưởng tương đối rộng, nó có thể bảo gồm từ những thiết bị điều khiển đơn giản như điều khiển ti vi bằng điều khiển từ xa cho đến những điều khiển tự động bằng cảm ứng như thay đổi ánh sáng, nhiệt độ phòng tùy theo sở thích của chủ nhân hay thay đổi đề phù hợp với các điều kiện thời tiết thay đổi để tạo sự dễ chịu nhất cho chủ nhân. - Cũng vì sự đa dạng ấy nên cũng đã có rất nhiều những kĩ thuật khác nhau đã từng được áp dụng trong các giải pháp về nhà thông minh như điều khiển ánh sáng và khí hậu, điều khiển đóng mở cửa, những hệ thống an ninh. - và giám sát, điều khiển hệ thống âm thanh giải trí trong gia đính hay các hệ thống tự động chăm sóc vườn cây. - Và các thành phần để triển khai những kĩ thuật này có một số loại như sau: các thiết bị điều khiển bằng phần cứng (hardware controller), các phần mềm điều khiển (software controller), các thiết bị cảm ứng (sensors). - Với các công nghệ và cách thức áp dụng dựa trên những công nghệ trên đã có một số công ty, tổ chức đưa ra hệ thống nhà thông minh hay các thiết bị thành phần trong nhà thông minh. - Ngoài ra cũng có một số dự án nghiên cứu của cộng đồng mà nguồn mở về đề tài này như dự án HCS- Home Control System [5], được phát triển từ năm 2004 đến năm 2007, dự án này xây dựng một hệ thống điều khiển cản nhà dựa trên một mạng các thiết bị với những nốt thông minh và một thiết bị điều khiển chủ. - N Nó có thể điều khiển các thiết bị số cũng như các thiết bị tương tự. - Việc điều khiển các mô đun được thực hiện bởi bộ xử lý trung tâm. - Một dự án khác cũng đang được phát triển hiện tại là OpenRemote [6], thành phần chính của giải pháp này là một gói các sản phầm phần mềm và phần cứng bao gồm: một phần mềm giao diện được phát triển trên các thiết bị có màn hình cảm ứng (hiện tại đang tập trung vào màn hình cảm ứng của dòng điện thoại iPhone) có chức năng nhận lệnh điều khiển từ người dùng. - một phần mềm điều khiển chức năng là nhận lênh từ thiết bị điều khiển và kết nối tới các thiết bị vật lý (hiện nay nó có hỗ trợ chuẩn X10 – một chuẩn công nghệ sử dụng trong truyền thông giữa các thiết bị điện tử thường dùng trong các hệ thống nhà tự động). - một thành phần nữa đó là thành phần tích hợp vào trong các thiết bị điện tử để cho phép chúng có thể kết nối được với hệ thống.. - Từ thực trạng trên chúng tôi muốn đưa ra mô hình của một hệ thống tính toán khắp nơi thực hiện công việc giám sát và điều khiển một căn nhà thông minh sử dụng camera và PPC (hình 1.1). - Tại đây người dùng có quan sát trạng thái và chọn thiết bị sau đó ra lệnh điều khiển, lập tức các tín hiệu điều khiển này sẽ được truyền trả về server, server sẽ phân tích và điều khiển thiết bị thực tế đã được kết nối với server qua một giao thức mạng. - có thể xảy ra bất thường trong nhà, vừa cho phép điều khiển các thiết bị để có một cuộc sống tiện nghi, tự động.. - Đề tài đưa ra một mô hình tổng quát của hệ thống giám sát và điều khiển một căn nhà thông minh. - mô đun điều khiển các thiết bị điện trong gia đình được kết nối với máy tính. - Thành phần còn lại là kết nối và điều khiển từ PPC sẽ được thực hiện bởi một bạn khác trong nhóm.. - Dễ thấy các thiết bị này đã có rất nhiều những phương thức điều khiển đơn giản và hiệu quả như sử dụng điều khiển từ xa, các chức năng hẹn giờ tắt giờ bật. - Nhưng đa số chúng chỉ được điều khiển một cách đơn lẻ, riêng biệt, chưa có phương thức cho phép kết nối chung lại một khối và có thể điều khiển một cách tập trung. - Ở khía cạnh công nghệ, điều này hoàn toàn có thể thực hiện được nếu các nhà sản xuất cung cấp thêm các phương thức kết nối và điều khiển để. - Và để giải quyết vấn đề này, trong phạm vi khóa luận này, chúng tôi có sử dụng một thiết bị trung gian có khả năng kết nối với máy tính và các thiết bị điện trong gia đình, đồng thời cho phép nhận lệnh từ máy tính để điều khiển một số tính năng đơn giản, cơ bản nhất của thiết bị như tắt, bật.. - Đưa ra mô hình đề xuất về việc xây dựng một hệ thống ứng dụng tính toán khắp để thực hiện giám sát và điều khiển nhà thông minh sử dụng camera và PPC. - Chương 3: Mô hình giám sát và điều khiển nhà thông minh sử dụng camera và PPC. - Nhà thông minh (tiếng Anh: smart-home hoặc intelli-home, home automation) là kiểu nhà được lắp đặt các thiết bị điện, điện tử có tác dụng tự động hoá hoàn toàn hoặc bán tự động, nó thay thế con người trong việc thực hiện một số thao tác quản lý, điều khiển…. - Trong căn nhà thông minh, đồ dùng trong nhà như các thiết bị phòng ngủ, phòng khách đến toilet đều gắn các bộ điều khiển điện tử có thể kết nối với internet và điện thoại di động, cho phép chủ nhân điều khiển từ xa hoặc lập trình cho chúng hoạt động theo lịch. - Điều khiển việc chiếu sáng, mành, rèm.. - Giám sát, điều khiển môi trưởng (nhiệt độ, độ ẩm…).. - Giám sát, điều khiển camera an ninh.. - Giám sát và điều khiển từ xa.. - Nhà thông minh sử dụng các thiết bị và công nghệ tự động hóa, thông minh hóa, giúp cho con người nhàn hạ hơn trong sinh hoạt hằng ngày. - Chỉ với một chiếc điều khiển từ xa, chúng ta có thể điều khiển tất cả, dù đang ở bất kỳ nơi nào. - Không chỉ điều khiển được trong phạm vi ngôi nhà, công nghệ này còn cho phép tích hợp điều khiển qua điện thoại (cố định hoặc di động), internet hay PDA. - Bluetooth là một đặc tả công nghiệp cho truyền thông không dây tầm gần giữa các thiết bị điện tử. - AP đóng vai trò điều khiển cell và điều khiển lưu lượng tới mạng. - Một điểm truy nhập nằm ở trung tâm có thể điều khiển và phân phối truy nhập cho các nút tranh chấp, cung cấp truy nhập phù hợp với mạng đường trục, ấn định các địa chỉ và các mức ưu tiên, giám sát lưu lượng mạng, quản lý chuyển đi các gói và duy trì theo dõi cấu hình mạng. - Như đã trình bày ở trên, bài toán đặt ra trong đề tài này là xây dựng hệ thống giám sát và điều khiển nhà thông minh sử dụng camera và PPC. - Người dùng có thể lựa chọn những đồ vật cần điều khiển và điều khiển chúng thông qua các tính năng mà hệ thống hỗ trợ. - Những tín hiệu điều khiển này sau đó sẽ được truyền về server, tại đây server sẽ xử lý và truy ền tín hiệu điều khiển vừa rồi đến đúng thiết bị được chỉ định.. - Hệ thống sẽ bao gồm ba thành phần chính là phần xử lý ảnh từ camera, phần tương tác giữa người dùng với hệ thống trên PPC và phần điều khiển các thiết bị từ máy tính. - Tại đây (POCKET PC), PPC sẽ tái hiện hình ảnh vừa nhận được lên màn hình cảm ứng và cho phép người dùng tương tác với hệ thống, đưa ra các lệnh điều khiển (CONTROL SIGNAL) các thiết bị được lựa chọn.Các lệnh điều khiển của người dùng sẽ truyền vế máy tính và được xử lý tại mô đun quản lý thiết bị (DEVICE MANAGER), và thực hiện điều khiển trực tiếp các thiết bị thực tế (DEVICE 1, DEVICE 2, DEVICE 3...). - (1) Do cấu tạo của các thiết bị phần cứng (camera, m àn hình máy tính. - Nhiễu Các thiết bị sử dụng sóng radio khác, các vật liệu xây dựng, trang thiết bị.. - Các thiết bị sử dụng sóng radio khác, các vật liệu xây dựng, trang thiết bị.. - của các thiết bị WLAN, thường là trong các toà nhà.. - Số thiết bị có thể truy cập đồng thời. - Quá trình tương tác với PPC sẽ được hỗ trợ bới đề tài "Xây dựng hệ thống giám sát và điều khiển nhà thông minh: Quan sát và điều khiển trên PPC", sinh viên Trần Duy Hưng.. - Trong phạm vi của đề tài này, việc điều khiển các thiết bị điện điện tử với các chức năng đơn giản như tắt, bật. - Do đó chúng tôi chọn giải pháp là sử dụng một thiết bị điện tử cho phép kết nối với máy tính với các thiệt bị cần điều khiển.. - Thiết bị này sẽ cần có một số thành phần phần cứng chính như sau:. - Một bộ vi xử lý để thực hiện các tính toán logic và điều khiển.. - Một khối công suất cho phép thực hiện việc điều khiển các thiết bị ngoại vi.. - Để thực hiện việc điều khiển ta cũng cần định nghĩa các giao thức trong giao tiếp giữa thiết bị trên và máy tính. - o PictureRecognizer: Nhận diện các hình ảnh thu được từ camera đã qua xử lý để xác định vị trí cũng như trạng thái của các thiết bị.. - o PDAControl : Gửi tín hiệu điều khiển từ PDA->. - o PCListener: Nhận tín hiệu điều khiển từ PDA.. - o ActionRecognizer: nhận diện tín hiệu từ PDA đưa ra thành lệnh điều khiển.. - o DeviceControler: Nhận lệnh và điều khiển thiết bị.. - o CameraControler: điều khiển Camera (zoomin, zoomout, move...).. - Các thành phần tương tác với PPC được triển khai trên hệ điều hành Window Mobile 5.0 được sự hỗ trợ thực hiện bới sinh viên Trần Duy Hưng trong đề tài "Xây dựng hệ thống giám sát và điều khiển nhà thông minh: Quan sát và điều khiển trên PPC".. - Như đã trình bày ở chương 3, để thực hiện việc điều khiển các thiết bị từ máy tính ta cần sử dụng một thiết bị trung gian. - Trong phần thực nghiệm này, chúng tôi đã sử dụng một thiết bị( tạm gọi là thiết bị điều khiển trung gian - ElecDeviceControler) có cấu tạo chính như sau. - Một khối kết nối:sử dụng các thiết bị cho phép giao tiếp với máy tính thông qua cổng COM xử dụng IC max 323. - Một khối công suất: sử dụng IC ULN2004A/SO để điều khiển một bộ rơ le sử dụng cho việc đóng mở các mạch điện.. - Với những thiết bị trên cùng bài toán đặt ra là phải thực hiện việc điều khiển từ máy tính, nên trong phần thực nghiệm này, chúng tôi có đưa ra một giao thức đơn giản. - để thực hiện các giao tiếp truyền thông giữa máy tính và thiết bị điều khiển trung gian.. - Các tín hiệu điều khiển được mã hóa dưới dạng 1 gói 2 bytes được biểu diễn trong hệ cơ sô 16 là A0XY. - o A0: là mã hóa ID của thiết bị điều khiển trung gian( giúp phân biệt nó với các thiết bị khác căm vào máy tính). - o X: là mã hóa ID của các thiết bị cần điều khiển. - Theo đó với 4 bit này ta có thể mã hóa được tối đa 16 thiết bị.. - o Y: là mã hóa các lệnh có thể thực hiện trên thiết bị. - Giao thức biên nhận được thực một cách đơn giản đó là mỗi khi nhận đủ một gói, nếu việc điều khiển thực hiện thành công, thiết bị điều khiển trung gian sẽ gửi lại đúng gói vừa nhần được về máy tính như một gói biên nhận.. - Chương trình sẽ hiện ra một bảng điều khiển cho phép người dùng điều khiển các đồ vật(hình 4.8).. - Ngay sau đó tín hiệu điều khiển này sẽ được truyền tới chương trình trên server. - Sau khi nhận được lệnh điều khiển từ PPC , ConsolerServer sẽ kiểm tra trạng thái của thiết bị và thực hiện điều khiển thiết bị đó.. - Lệnh và trạng thái của các thiết bị điều khiển sẽ được hiện trên phần hiển thị trạng thái của thiết bị điều khiển trung gian (hình 5.9).. - Đã xây dựng được một hệ thống giám sát và điều khiển nhà thông minh đơn giản sử dụng IP camera. - Các đồ vật được nhận diện và điều khiển khá chính xác. - Qua việc nghiên cứu và tiến hành triển khai đề tài “xây dựng hệ thống giám sát và điều khiển nhà thông minh: nhận diện và điều khiển trạng thái vật thể qua ip camera”, chúng tôi đã đạt được một số thành quả như sau:. - Đã triển khai được một cách điều khiển các thiết bị trong nhà với những chức năng cơ bản từ máy tính sử dụng những giao thức đơn giản kết hợp với các thiết bị điện tử thông dụng.. - Xây dựng được một hệ thống giám sát và điều khiển nhà thông minh đơn giản với các chức năng cơ bản là cho phép ghi lại hình ảnh một căn phòng, tái hiện lên màn hình cảm ứng của PPC. - Đồng thời cho phép điều khiển các thiết bị thông qua việc nhận diện chúng trong ảnh.. - Hiện tại, đề tài mới chỉ dừng lại ở việc phát triển 2 thành phần của một ứng dụng hệ thống giám sát và điều khiển nhà thông minh đơn giản. - Bài toán điều khiển các thiết bị từ máy tính: với bài toán này chúng ta có hai hướng phát triển. - một thiết bị trung gian để điều khiển các thiết bị khác. - Tuy nhiên cách này có một điểm yếu lớn đó là, các đồ vật thì đa dạng phong phú với rất nhiều những chức năng khác nhau, hơn nữa các nhà sản xuất thường không cung cấp các phương thức giao tiếp trực tiếp với thiết bị nên các chức năng có thể điều khiển được bằng phương pháp này là không nhiều và chất lượng điều khiển cũng khó đạt kết quả cao. - Việc giám sát cũng như điều khiển cần được thực hiện trong thời gian thực.. - Phát triển các công nghệ kết nối cho phép người dùng có thể điều khiển ngôi nhà của mình đa dạng hơn ( có thể dùng kết nối bluetooth, hay là kết nối thông qua internet