GIÁO TRÌNH MÔ ĐUN
Tên mô đun: Điều khiển nhà thông minh
Mã mô đun: MĐ 27
Thời gian thực hiện mô đun: 80 giờ; (Lý thuyết: 27 giờ; Thực hành: 50 giờ; Kiểm
tra: 03 giờ)
I. Vị trí, tính chất của mô đun
- Vị trí: Mô đun này được bố trí sau khi sinh viên học xong các môn học
chung, các môn học/mô đun nghề: Kỹ thuật điện tử; Trang bị điện 1; Kỹ
thuật số; Kỹ thuật đo lường, cảm biến; Lập trình vi điều khiển; PLC cơ bản,
Kỹ thuật lắp đặt điện.
- Tính chất: Là mô đun chuyên môn nghề.
II. Mục tiêu mô đun
- Kiến thức: Trình bày được đặc điểm, cấu tạo và nguyên lý hoạt động của các
hệ thống tự động điều khiển, giám sát và bảo vệ thông minh trong nhà;
- Kỹ năng:
+ Lắp đặt, vận hành khai thác được các hệ thống tự động điều khiển, giám sát
và bảo vệ thông minh theo đúng yêu cầu kỹ thuật;
+ Tháo lắp, thay thế và sửa chữa được các hư hỏng thông thường các hệ thống
tự động điều khiển, giám sát và bảo vệ thông minh;
- Năng lực tự chủ và trách nhiệm:
+ Tổ chức nơi làm việc gọn gàng, ngăn nắp và đúng các biện pháp an toàn;
+ Có tư thế tác phong công nghiệp, ý thức tổ chức kỷ luật, khả năng làm việc
độc lập cũng như khả năng phối hợp làm việc nhóm trong quá trình làm việc.
III. Nội dung mô đun
1. Nội dung tổng quát và phân bổ thời gian:
Stt
Tên các bài trong mô đun
Thời gian
Tổn
g số
Lý
thuyết
Thực hành Kiểm
tra
1 Giới thiệu chung 2 2
2 Hệ thống tưới cây tự động 15 5 10
Stt
Tên các bài trong mô đun
Thời gian
Tổn
g số
Lý
thuyết
Thực hành Kiểm
tra
3 Hệ thống tự động điều khiển chiếu
sáng 15 5 10 1
4 Hệ thống tự động báo cháy 15 5 9
5 Hệ thống camera giám sát và cảnh
báo 10 3 6 1
6 Mạch điện tự động đóng-mở cửa 15 5 10
7 Mạng truyền thông quản lý ngôi nhà
thông minh 8 3 4 1
Cộng 80 27 50 3
2. Nội dung chi tiết
Bài 1: Giới thiệu chung
Giới thiệu:
Còn ít người điều kiển từ xa máy giặt hoặc tủ lạnh, tuy nhiên đã có vô số
người sử dụng smartphone quan sát camera an ninh ngôi nhà thân yêu của họ.
Điều đó cho thấy, việc sử dụng các thiết bị thông minh trong mỗi gia đình ngày
càng có nhiều người quan tâm.
Bài này sẽ cung cấp thông tin cơ bản dễ hiểu nhất về ngôi nhà thông minh là
gì, các thiết bị được gọi là thông minh hoạt động ra sao, làm sao chúng có thể kết
nối với nhau và làm sao chúng có thể được điều khiển từ xa, hoặc điều khiển phạm
vi gần trong khuôn viên ngôi nhà.
Mục tiêu:
- Trình bày được khái niệm, cấu trúc và tiêu chuẩn của nhà thông minh;
- Phân tích được nguyên lý hoạt động của nhà thông minh;
- Lựa chọn được tiêu chuẩn, giải pháp thiết kế, lắp đặt nhà thông minh theo
yêu cầu kỹ thuật.
- Có tính tỷ mỉ, chính xác, an toàn và vệ sinh công nghiệp.
Nội dung chính:
1. Khái niệm nhà thông minh
Nhà thông minh (tiếng Anh là “Smart Home”) hoặc hệ thống nhà thông minh là
một ngôi nhà/căn hộ được trang bị hệ thống tự động tiên tiến dành cho điều khiển
đèn chiếu sáng, nhiệt độ, truyền thông đa phương tiện, an ninh, rèm cửa, cửa và
nhiều tính năng khác nhằm mục đích làm cho cuộc sống ngày càng tiện nghi, an
toàn và góp phần sử dụng hợp lý các nguồn tài nguyên.
Nhà thông minh sử dụng các thiết bị kết nối Internet để có thể quản lý và giám
sát các thiết bị và hệ thống từ xa như ánh sáng và nhiệt độ.
2. Cấu trúc hệ thống nhà thông minh
Có thể hiểu đơn giản các thiết bị thông minh được đặt trong ngôi nhà, chúng giúp
cho người sở hữu căn nhà có thể làm được ba việc:
Kiểm tra
Điều khiển
Tự động hoá
*Kiểm tra
Giúp kiểm tra trạng thái hoạt động của hệ thống.
Nhiệt độ trong phòng hiện tại bao nhiêu độ?
Cửa đang đóng hay mở?
Đèn đang tắt hay mở?
Camera an ninh có đang hoạt động hay không?
* Điều khiển
Thay đổi trạng thái của hệ thống như:
Điều chỉnh nhiệt độ trong phòng
Mở hoặc đóng cửa
Tắt hoặc mở đèn
Điều chỉnh camera lên xuống, qua trái qua phải, để quan sát các vùng khác nhau
trong ngôi nhà
* Tự động hoá
Thay đổi trạng thái của hệ thống một cách tự động, dựa vào các sự kiện xảy ra
Tự động tắt đèn khi không có ai trong phòng
Tự động cảnh báo âm thanh, gửi tin nhắn khi có người đột nhập vào nhà.
Tự động tăng nhiệt độ trong phòng nếu quá lạnh, giảm nhiệt độ nếu nhiệt độ trong
phòng quá nóng
Hiện tại, hầu hết các thiết bị trong gia đình chúng ta ở mức điều khiển.
Các thành phần thiết bị trong ngôi nhà thông minh
Hệ thống nhà thông minh bao gồm:
Thiết bị đầu cuối như công tắt, đèn, camera, khoá cửa, cảm biến nhiệt độ…
Thiết bị kết nối các đầu cuối lại với nhau như Hub, Gateway…
Giao thức mạng để các thiết bị nói chuyện được với nhau như wifi, Zigbee, Z-
Wave, Thread…
Kết nối Internet để điều khiển từ xa, xem từ xa qua Internet
Điều khiển nội bộ hay điều khiển qua internet đám mây
Thiết bị thông minh, điều khiển được trong phạm vi ngôi nhà, điều khiển qua kết
nối mạng nội bộ sử dụng giao thức wifi hoặc giao thức riêng Z-wave, Zigbee.
Không cần kết nối internet, trong phạm vi ngôi nhà vẫn có thể điều khiển các thiết
bị thông minh dễ dàng như tắt mở đèn, quan sát camera…
Các thiết bị giao tiếp qua giao thức mạng, Z-wave và Zigbee hoạt động không cần
Internet. Tuy nhiên, một số thiết bị thông minh cần kết nối internet để chúng có thể
hoạt động được. Thiết bị thông minh sử dụng Wifi để liên lạc, cần phải có Internet.
Thiết bị thông minh điều khiển qua ứng dụng trên Smartphone (Android, iPhone),
cần có internet.
2.1. Thiết bị đầu cuối
Trong gia đình có nhiều loại thiết bị đầu cuối khác nhau có thể kể ra như sau:
Các thiết bị như TV, đầu đĩa DVD sử dụng remote để điều khiển không thể
kết nối đến mạng wifi.
Các thiết bị kết nối wifi sử dụng giao thức TCP/IP như máy tính,
SmartPhone… và một số thiết bị nhà thông minh sử dụng giao thức wifi để
hoạt động như chuông cửa, camera, điều khiển nhiệt độ…
Các thiết bị nhà thông minh sử dụng giao thức riêng Z-wave hoặc
Zigbee như camera, chuông cửa, cảm biến nhiệt độ, đèn thông minh… sử
dụng Hub để liên lạc với internet, tuy nhiên về cơ bản không cần internet vẫn
có thể hoạt động trong phạm vi ngôi nhà.
Một số thiết bị nhà thông minh sử dụng giao thức bản quyền khác.
2.2. Thiết bị kết nối các đầu cuối (Hub, Gateway…)
Các thiết bị thông minh không sử dụng mạng Wifi, cần Hub để kết nối ra internet.
Tích hợp các thiết bị có giao thức khác nhau: ví dụ đèn thông minh sử dụng giao
thức Z-wave, còn camera thì sử dụng giao thức Zigbee
Ngoài ra Hub có thể làm được nhiều việc khác như:
- Tạo giao diện chung để quản lý nhiều thiết bị cùng lúc.
- Tự động hoá một số tác vụ ví dụ nhà không có ai thì tắt đèn.
- Làm chức năng gateway để chuyển dữ liệu đến ứng dụng khác như chuyển
dữ liệu cảm biến sensor đến MQTT.
TCP/IP Hubs được đặt trong mạng nội bộ hoặc trên internet
Hub hỗ trợ phần mềm trên điện thoại thông minh, máy tính bảng, trên trình duyệt
web Amazon Alexa, Smartthings của samsung là một ví dụ về Hub, có thể gắn các
thiết bị đến và chuyển ra Internet.