Khóa luận Nghiên cứu, tìm hiểu các công nghệ trong việc phát triển nhà thông minh

Nguyễn Thị Bích Thủy K51C-HTTT Khóa luận tốt nghiệp ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ Nguyễn Thị Bích Thủy NGHIÊN CỨU, TÌM HIỂU CÁC CÔNG NGHỆ TRONG VIỆC PHÁT TRIỂN NHÀ THÔNG MINH KHOÁ LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC HỆ CHÍNH QUY Ngành: Hệ thống thông tin HÀ NỘI - 2010 Nguyễn Thị Bích Thủy K51C-HTTT Khóa luận tốt nghiệp ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ Nguyễn Thị Bích Thủy NGHIÊN CỨU, TÌM HIỂU CÁC CÔNG NGHỆ TRONG VIỆC PHÁT TRIỂN NHÀ THÔNG MINH KHOÁ LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC HỆ CHÍNH QUY Ngành: Hệ thống thông tin Cán bộ hướng dẫn: TS. Nguyễn Ngọc Hóa HÀ NỘI - 2010 Nguyễn Thị Bích Thủy K51C-HTTT Khóa luận tốt nghiệp Lời cảm ơn Để hoàn thành được khóa luận này tôi xin chân thành cảm ơn các thầy/cô trường Đại học Công nghệ đã chỉ bảo, giúp đỡ tôi hoàn thành khóa luận này. Tôi cũng xin bày tỏ lòng biết ơn tới các anh chị trong công ty I-Solution, công ty Emate đã cung cấp tài liệu cũng như giúp đỡ tôi hoàn thành khóa luận. Cuối cùng tôi xin được gửi lời cảm ơn của mình tới gia đình, tập thể lớp K51CB, đã động viên giúp đỡ tôi trong quá trình thực hiện khóa luận. Do điều kiện thời gian hạn chế, khóa luận khó tránh khỏi những thiếu sót, kính mong thầy cô cùng các bạn góp ý để khóa luận được hoàn thiện. Sinh viên Nguyễn Thị Bích Thủy Nguyễn Thị Bích Thủy K51C-HTTT Khóa luận tốt nghiệp GIỚI THIỆU Công nghệ thông tin là một ngành đem lại cho cuộc sống con người nhiều tiện ích mà không ngành nào có thể sánh bằng. Một trong những tiện ích to lớn ấy là đem lại sự thoải mái và tiện nghi cho đời sống sinh hoạt hàng ngày. Hãy tưởng tượng buổi sáng chúng ta thức dậy, đèn trong phòng tự động điều chỉnh ánh sáng phù hợp với ánh sáng ngoài trời, cỏ ở sân được tưới nước phù hợp với độ ẩm trong ngày, khi chúng ta xuống nhà đã có bánh mỳ nóng trong lò nướng bánh và máy cà phê tự động bật. Khi ra khỏi nhà, chúng ta có thể hoàn toàn yên tâm về hệ thống an ninh cho ngôi nhà. Buổi chiều khi về nhà bồn tắm đã được xả đủ nước nóng, ánh sáng vừa phải, nhạc du dương được bật để chúng ta có thể bước ngay vào thế giới thư giãn v.v. Trong khóa luận này tôi xin giới thiệu các giải pháp nhà thông minh và tập trung nghiên cứu một trong những giải pháp tối ưu là hệ thống Bus cài đặt châu Âu (European Installation Bus viết tắt là EIB), trong chương 4, tôi sẽ trình bày một cách tổng quan về cấu hình mạng, các phương tiện, phương thức truyền thông, định dạng gói dữ liệu, việc quản lý địa chỉ và mạng. Do thời gian và quy mô nghiên cứu còn hạn chế nên khóa luận khó tránh khỏi những thiếu sót, rất mong sự quan tâm, đóng góp của các thầy cô giáo, các bạn đọc để khóa luận được hoàn thiện và thiết thực. Nguyễn Thị Bích Thủy K51C-HTTT Khóa luận tốt nghiệp DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT Chữ viết tắt Viết đầy đủ Ý nghĩa ApC Application Controller Điều khiển ứng dụng BCU Bus Coupling Unit Đơn vị nối bus EIB European Installation Bus Bus cài đặt tiêu chuẩn Châu Âu EIS EIB Interworking Standard Chuẩn ảnh hưởng EIB ETS EIB Tool Software Phần mềm công cụ EIB LC Line Coupler Bộ nối dòng PLC Power Line Comunicate Công nghệ truyền thông trên đường dây điện TP Twisted Pair Cáp đôi xoắn Nguyễn Thị Bích Thủy K51C-HTTT Khóa luận tốt nghiệp MỤC LỤC CHƯƠNG 1: MỞ ĐẦU ............................................................................................ 1 1.1 Tầm quan trọng của nhà thông minh trong cuộc sống hiện đại ....................1 1.2 Ý nghĩa khoa học........................................................................................1 1.3 Ý nghĩa thực tiễn ........................................................................................2 1.4 Đối tượng nghiên cứu .................................................................................2 1.5 Phương pháp nghiên cứu ............................................................................3 1.6 Nội dung nghiên cứu ..................................................................................3 CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ NHÀ THÔNG MINH ......................................... 4 2.1 Xu hướng phát triển nhà thông minh trên thế giới .......................................4 2.2 Xu hướng phát triển nhà thông minh ở Việt Nam .......................................4 2.3 Thế nào là một ngôi nhà thông minh...........................................................5 2.4 Mô hình nhà thông minh.............................................................................9 2.4.1 Mạng LAN ............................................................................................9 2.4.2 Các thiết bị thông minh ........................................................................10 CHƯƠNG 3: GIỚI THIỆU VỀ CÔNG NGHỆ NHÀ THÔNG MINH ............... 12 3.1 Khái niệm công nghệ nhà thông minh.......................................................12 3.2 Ưu điểm của công nghệ nhà thông minh ...................................................12 3.3 Các công nghệ nhà thông minh .................................................................13 3.4 Công nghệ EIB là công nghệ mang tính đột phá .......................................16 CHƯƠNG 4: CÔNG NGHỆ EIB .......................................................................... 21 4.1 Giới thiệu về công nghệ EIB.....................................................................21 4.1.1 Mục đích tổng quan .............................................................................21 4.1.2 Các tính năng chính của bus.................................................................22 4.2 Truyền thông ............................................................................................23 4.2.1 Topo vật lý...........................................................................................23 4.2.2 Twisted Pair.........................................................................................23 4.2.3 Cài đặt topo xoắn đôi: ..........................................................................24 4.3 Sự trao đổi dữ liệu và hoạt động mạng:.....................................................27 4.3.1 Sự trao đổi dữ liệu: ..............................................................................27 4.4 Giao thức EIB:..........................................................................................29 4.4.1 Cấu trúc gói dữ liệu: ............................................................................29 4.4.2 Chế độ địa chỉ: .....................................................................................30 4.5 Các thành phần EIB: .................................................................................32 4.5.1 Định nghĩa các thành phần cơ bản:.......................................................33 4.5.2 Định nghĩa thành phần hệ thống:..........................................................34 4.5.3 Định nghĩa thiết bị BUS EIB:...............................................................35 4.5.4 Cổng kết nối với mạng bên ngoài:........................................................36 4.6 Phần mềm cài đặt EIB: .............................................................................36 Nguyễn Thị Bích Thủy K51C-HTTT Khóa luận tốt nghiệp CHƯƠNG 5: ỨNG DỤNG THỰC TẾ .................................................................. 37 5.1 Bài toán ....................................................................................................37 5.2 Đánh địa chỉ .............................................................................................38 5.3 Lập trình...................................................................................................39 5.4 Ví dụ ........................................................................................................39 5.4.1 Các tính năng trong nhà .......................................................................39 5.4.2 Bố trí thiết bị........................................................................................40 CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN...................................................................................... 48 TÀI LIỆU THAM KHẢO...................................................................................... 49 Nguyễn Thị Bích Thủy K51C-HTTT Khóa luận tốt nghiệp - 1 - CHƯƠNG 1: MỞ ĐẦU 1.1 Tầm quan trọng của nhà thông minh trong cuộc sống hiện đại Khái niệm ngôi nhà dùng để che mưa che nắng, là nơi trú ẩn cho con người trong những tình trạng thời tiết khó khăn đã đi vào quá khứ từ rất lâu, ngôi nhà hiện nay còn là nơi nghỉ ngơi, thư giãn những lúc mệt mỏi, là nơi thể hiện tính sáng tạo, óc thẩm mỹ của con người. Chính vì thế mà ta có thể thấy ngành xây dựng luôn luôn phát triển trên toàn thế giới về mọi mặt, quy mô, thẩm mỹ, công nghệ, .v.v. Ngôi nhà hiện nay của con người đã to hơn, đẹp hơn, tiện nghi hơn, và những tiêu chí ấy luôn được nâng cao nhằm phục vụ con người một cách hiệu quả nhất. Trong tương lai, những tiêu chí trên sẽ không bao giờ dừng lại, trong đó phương diện công nghệ luôn được đề cao và là phương diện đi đầu trong công cuộc phát triển ngành xây dựng. Khi các công trình nhà ở đã phát triển mạnh theo quy mô và kiến trúc thì người ta quan tâm hơn đến tính thoải mái của con người khi sử dụng nó, và họ kết hợp tất cả chức năng có thể có của ngôi nhà để mang lại cho con người một cuộc sống tiện nghi, không lo nghĩ. Ngôi nhà càng ngày càng trở nên thông minh, thân thiện với con người, hiểu được những suy nghĩ của chủ nhà và thực hiện các ý nghĩ của chủ nhà một cách tự động, chính xác. Từ đó khái niệm nhà thông minh đã được đưa ra để các nhà khoa học nghiên cứu. Ngôi nhà thông minh là khái niệm sẽ giải quyết các vấn đề như: tiện nghi, thoải mái, an toàn, tiết kiêm, an tâm v.v. 1.2 Ý nghĩa khoa học Nhà thông minh mang một ý nghĩa rất lớn cho khoa học, bởi nó đưa ra giải pháp mới cho ngành điện tử, giải pháp truyền dẫn và quản lý tài nguyên điện trong thiết kế xây dựng. Một giải pháp hoàn toàn khác biệt so với giải pháp truyền thống sử dụng mạng lưới điện 220V hay 110V trên toàn hệ thống đường dây diện, làm cho người dùng có thể gặp nguy hiểm, đặc biệt với trẻ nhỏ. Giờ đây mạng lưới điện giao tiếp với người dùng chỉ còn 24V không thể gây nguy hiểm tính mạng cho con người. Các sản phẩm trong công trình xây dựng không còn là các sản phẩm hoạt động riêng Nguyễn Thị Bích Thủy K51C-HTTT Khóa luận tốt nghiệp - 2 - rẽ nữa, mà chúng được phối hợp với nhau tạo thành một hệ thống thống nhất, để đạt hiệu quả sử dụng cao nhất, với chi phí thấp nhất. Ngoài ra, giải pháp này ra đời đã đưa đến công nghệ mới, công nghệ chế tạo sản phẩm thông minh, các phần mềm quản lý hệ thống, với tính thẩm mỹ cao, nhiều tính năng mới, ưu việt hơn, dễ sử dụng, nhưng vẫn tiết kiệm chi phí, năng lượng, v.v. Tóm lại, công nghệ nhà thông minh đã lời giải cho nhiều vấn đề trong nghiên cứu khoa học đồng thời cũng tạo nên một công cuộc nghiên cứu mới, phạm vi ứng dụng không chỉ trong xây dựng nữa mà còn tạo ra làn sóng công nghệ cho các lĩnh vực khác, lĩnh vực thông tin, điện tử, tự động hóa, v.v. 1.3 Ý nghĩa thực tiễn Chúng ta không thể phủ nhận lợi ích của việc nghiên cứu và phát triển nhà thông minh tới đời sống hiện tại, nó mang lại tính tiện nghi, thoải mái, sang trọng, an toàn cho cuộc sống nhiều âu lo, vất vả hàng ngày. Không những vậy nhà thông minh còn là giải pháp tiết kiệm nguồn năng lượng, đang là vấn đề làm đau đầu các nhà khoa học. Con người sẽ có một cuộc sống tốt đẹp hơn, không phải dành quá nhiều tâm trí trong việc quản lý ngôi nhà, mà con người có thể dành thời giờ cho nhiều việc khác. Chúng ta gần như tương tác được với những vật liệu mà trước đây gần như là không thể. Và ngôi nhà của chúng ta cũng có một cái nhìn hoàn toàn mới, thực sự như một vật thể có thể tự vận hành để phục vụ con người. Giờ đây ta hoàn toàn hãnh diện với một ngôi nhà thể hiện đẳng cấp của sự chuyên nghiệp, sang trọng, phong cách, cá tính hay bất cứ đặc trưng nào mà chúng ta muốn có. Chất lượng cuộc sống ngày càng nâng cao là mục đích hướng tới của tất cả chúng ta, và nhờ có công nghệ nhà thông minh mà điều đó đã được thực hiện với những bước tiến dài và hy vọng tới một tương lai là cuộc sống tuyệt vời. 1.4 Đối tượng nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu là các hệ thống nhà thông minh, trong khóa luận này sẽ điểm qua các công nghệ khác như X10, PLC, UPB và tập trung nghiên cứu công nghệ mới là EIB. Nguyễn Thị Bích Thủy K51C-HTTT Khóa luận tốt nghiệp - 3 - 1.5 Phương pháp nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu là nghiên cứu lý thuyết song song với tìm hiểu thực tế. Khóa luận này dựa trên các tài liệu của công ty EMATE, công ty phân phối độc quyền công nghệ EIB tại Việt Nam, ở Bà Triệu, Hai Bà Trưng Hà Nội; và công ty I- Solution, công ty cung cấp giải pháp tòa nhà thông minh trụ sở tại tầng 4 tòa nhà 15T, đường Nguyễn Thị Định, quận Cầu Giấy, Hà Nội. 1.6 Nội dung nghiên cứu Khóa luận tập trung nghiên cứu công nghệ EIB với cái nhìn tổng quan về cấu hình mạng, các phương tiện và phương thức truyền thông, định dạng gói dữ liệu, việc quản lý địa chỉ và quản lý mạng. Do thời gian hạn chế nên khóa luận mới chỉ đưa ra cái nhìn tổng quan về hệ thống, kính mong các thầy và các bạn bổ sung góp ý để hoàn thiện khóa luận. Nguyễn Thị Bích Thủy K51C-HTTT Khóa luận tốt nghiệp - 4 - CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ NHÀ THÔNG MINH 2.1 Xu hướng phát triển nhà thông minh trên thế giới Nhà thông minh mang tính tất yếu của nhân loại. Nhiều người cho rằng, một trong những điều thú vị nhất khi dùng Internet là nó rất phổ biến trong cuộc sống. Một phòng ngủ, một cái tủ lạnh hay một ngôi nhà bình thường cũng đều được nối mạng. Những “ngôi nhà thông minh” giờ đã trở nên quen thuộc, trong đó Internet không những chỉ được truy cập từ một máy tính cá nhân bình thường, mà còn là một phương tiện điều khiển các chức năng trong nhà. Hàng nghìn ngôi nhà nối mạng như vây đã có trong thực tế. Phó chủ tịch Intel – ông Louis Burns đã từng đưa ra nhận định tại diễn đàn các nhà phát triển Intel, diễn ra tại Mỹ năm 2004: “ Ngành công nghiệp điện toán, điện tử tiêu dùng và viễn thông đang kết hợp thành một ngành công nghiệp mới nhằm đưa ra các giải pháp thống nhất tạo ra những ngôi nhà số, giúp con người sử dụng nối mạng ở bất cứ nơi nào mà họ đặt chân tới.” Ngôi nhà thông minh đang là ngôi nhà thể hiện phong cách chuyên nghiệp tại Mỹ. Theo tập đoàn thương mại Internet Home Alliance cho biết, trong 1,5 triệu ngôi nhà được xây dựng mới ở Mỹ năm 2005, thì 20% nhà có “cấu trúc nối mạng” để liên kết điều khiển từ xa. 2.2 Xu hướng phát triển nhà thông minh ở Việt Nam Ngôi nhà thông minh đang dần chiếm lĩnh thị trường nhà ở Việt Nam. Một vài thập kỷ trước đây, ai cũng nghĩ rằng chỉ ông chủ ngành công nghệ thông tin như Bill Gate mới có thể có được ngôi nhà mơ ước của mình, một ngôi nhà thông minh có thể ghi nhớ từng thói quen, sở thích của các vị khách đến chơi nhà. Nhưng ý nghĩ đó đã dần trôi qua theo thời gian, hiện nay, hàng loạt các hãng xây dựng, các nhà tích hợp mạng nội bộ, các công ty cung cấp đồ gia dụng luôn chào mời những sản phẩm, dịch vụ nhà thông minh, mang lại sự thoải mái và tiện nghi cho ngôi nhà của chúng ta. Nguyễn Thị Bích Thủy K51C-HTTT Khóa luận tốt nghiệp - 5 - Cùng với sự phát triển kinh tế của xã hội là sự nâng cao đời sống hàng ngày, ta có thể thấy rõ công nghệ nhà thông minh luôn gây được sự chú ý của người dân Việt Nam, đã có hơn 50 ngàn người đến tham quan và sử dụng thử các thiết bị kỹ thuật số được nối mạng thành hệ thống thống nhất tại Trung tâm kỹ thuật số LG tại thành phố Hồ Chí Minh sau hơn một năm hoạt động. Trung tâm kỹ thuật số LG nằm tại khuôn viên khách sạn New World, với hơn 1000m2, có thể xem là nơi giới thiệu thiết kế kiểu mẫu mô hình của một ngôi nhà thông minh với các thiết bị kỹ thuật số mà dù đứng ở bất kỳ nơi đâu trong ngôi nhà, ta cũng có thể điều khiển tất cả các thiết bị qua mạng “gia đình” – LG home network, đồng thời có thể sử dụng thử các thiết bị, sản phẩm đặc biệt sẽ có mặt trong một ngôi nhà thông minh như điều khiển máy lạnh bằng điện thoại, nghe radio bằng lò vi ba v.v. Ngoài ra trung tâm còn có chương trình đào tạo và hướng dẫn người sử dụng có thể làm quen, không bỡ ngỡ với việc sử dụng các thiết bị thường có trong nhà thông minh, như quản lý ngôi nhà qua máy tính để bàn, hay quản lý hệ thống đèn qua điện thoại v.v. Theo điều tra của ngành xây dựng, càng ngày số lượng ngôi nhà lắp đặt hệ thống nhà thông minh ngày càng tăng, song song với nó, tiện nghi của các ngôi nhà cũng được nâng cao, bởi vậy mà các công ty giải pháp nhà thông minh đã được thành lập rất nhiều nhằm đáp ứng nhu cầu lắp đặt của khách hàng. 2.3 Thế nào là một ngôi nhà thông minh Một ngôi nhà thông minh có thể đơn giản hay phức tạp tùy theo tính năng mà chủ nhà mong muốn. Có thể chỉ là một thiết bị điều chỉnh độ sáng cho đèn ngủ nhưng cũng có thể là các tính năng cao cấp hơn, phức tạp hơn như tự động hóa hoàn toàn các thiết bị có trong gia đình theo lịch hoạt động tương ứng với thói quen sinh hoạt hàng ngày của các thành viên trong gia đình. Bất cứ những gì chúng ta cần ở một ngôi nhà thông minh với các thiết bị hiện đại đều có thể được mang đến. Chúng ta hãy tưởng tượng hoạt động của một hệ thống nhà thông minh được minh họa dưới đây: Buổi sáng: Vào 5h30’ sáng hệ thống bắt đầu tự động điều chỉnh các thiết bị trong khi chúng ta vẫn đang ngon giấc. Sau một đêm dài, hệ thống điều hòa được giảm công suất hoạt động để tiết kiệm năng lượng, hệ thống điều khiển trung tâm sẽ dựa trên nhiệt độ thực tế ngoài trời và gửi tín hiệu điều khiển tới bộ điều khiển điều hòa, để Nguyễn Thị Bích Thủy K51C-HTTT Khóa luận tốt nghiệp - 6 - kích hoạt hệ thống làm ấm không khí nếu nhiệt độ trong phòng thấp hoặc làm mát không khí nếu nhiệt độ trong phòng cao hơn nhiệt độ đặt trước. Đến 6h00’ không khí trong nhà đã trở nên dễ chịu sẵn sàng đón ta thức dậy. Hệ thống an ninh tự động trở lại trạng thái bình thường, đèn phòng ngủ chính bật sáng với độ sáng thấp để ta không bị chói mắt khi mới thức giấc. Sau đó vài phút đèn phòng ngủ chính sẽ tăng độ sáng để ta quan sát mọi vật. Ngay lúc đó, một bản nhạc nhẹ chào đón ngày mới được bật lên. Hình 2/1: Bộ điều khiển điều hòa Máy pha cà phê tự động được bật lên để sẵn sàng cho ta ly cà phê thơm ngon vào buổi sáng. Ngoài trời, hệ thống bơm nước tưới thảm cỏ tự động bật lên để thảm cỏ luôn được giữ ẩm và sau một vài phút khi thảm cỏ đó được tưới đủ nước hệ thống bơm sẽ tự động tắt. Nếu tối hôm trước trời mưa thì hệ thống cảm biến sẽ thông báo cho hệ thống trung tâm rằng thảm cỏ đó đủ nước và hệ thống bơm tưới sẽ không hoạt động. Ban ngày: Khi vòi tắm hoa sen không được sử dụng, máy rửa bát đĩa đã rửa xong bát đĩa của bữa sáng, bình nóng lạnh tự động tắt để tiết kiệm năng lượng và kéo dài tuổi thọ thiết bị. Khi tất cả các thành viên trong gia đình đều đã đến nơi làm việc hay trường học, hệ thống an ninh tự động được đặt ở trạng thái an ninh cao. Hệ thống trung tâm tự động tắt hết các đèn mà ta quên chưa tắt. Hệ thống cảm biến đảm bảo an toàn an ninh cho ngôi nhà. Chúng là cảm biến chuyển động, cảm biến cửa – cửa sổ, cảm biến Nguyễn Thị Bích Thủy K51C-HTTT Khóa luận tốt nghiệp - 7 - báo khói – báo cháy v.v, tất cả các cảm biến đảm bảo chắc chắn mọi thứ trong ngôi nhà đều an toàn. Khi có một thành viên trong gia đình ở nhà, hệ thống điều hòa sẽ tự động tắt sau một vài phút nếu có một ai đó mở cửa. Ngôi nhà có nguy cơ bị đột nhập khi tất cả các thành viên trong gia đình đều không có mặt ở nhà. Nếu ngôi nhà được trang bị hệ thống an ninh thì nguy cơ này sẽ không còn nữa. Khi kẻ gian cố gắng đột nhập vào nhà, hệ thống điều khiển trung tâm tự động quay số để gọi và thông báo địa chỉ nhà cho cảnh sát, hoặc đơn giản hơn, hệ thống sẽ gọi cho chúng ta. Hệ thống cũng tự động gửi email tới hòm thư, hoặc nhắn tin tới điện thoại di động. Trong suốt cả ngày, các thành viên trong gia đình đều có thể kiểm tra ngôi nhà thường xuyên thông qua trình duyệt web. Hệ thống điều khiển ngôi nhà được kết nối bằng một phần mềm dạng web server. Vì vậy, các thành viên trong gia đình có thể theo dõi trạng thái của ngôi nhà, các sự kiện được ghi lại trong khi chúng ta ở trường, tại văn phòng hay bất cứ nơi nào có máy tính kết nối internet. Khi ta trở về nhà: Vào 5h00’ chiều, bình nước nóng spa tự động bật làm ấm nước trong bồn tắm, khoảng 30 phút sau, nước đã đủ ấm và sẵn sàng cho chúng ta thư giãn cơ thể sau một ngày làm việc mệt mỏi. Hệ thống điều hòa sẽ tự động hoạt động trở lại, khoảng 30 phút sau, không khí trong nhà đã trở nên dễ chịu sẵn sàng chào đón ta trở về nhà. Hệ thống điều hòa tự động đi vào trạng thái hoạt động tiết kiệm năng lượng. Hệ thống điều khiển tự động tính được thời gian mặt trời lặn dựa trên kinh độ, vĩ độ, múi giờ khu vực nơi chúng ta ở. Khi mặt trời lặn, hệ thống đèn tự động được kích hoạt ở các vị trí : phòng khách, bếp, cửa ra vào, đèn sân vườn. Các đèn này tăng độ sáng sau mỗi 5 phút. Và sau 45 phút, khi trời tối hẳn hệ thống đèn sẽ đạt độ sáng cực đại, điều này giúp chúng ta tận dụng được ánh sáng tự nhiên, giảm điện năng tiêu thụ. Hệ thống đèn chiếu sáng tại các khu vực hành lang, cầu thang, nhà vệ sinh sẽ tự động bật khi ta đi đến và tự động tắt khi ta đi ra khỏi các khu vực trên. Chúng ta không còn phải mò mẫm trong bóng tối để tìm công tắc đèn, và không bao giờ sợ quên tắt đèn – điều mà thường xuyên xảy ra. Nguyễn Thị Bích Thủy K51C-HTTT Khóa luận tốt nghiệp - 8 - Khi nghỉ ngơi buổi tối: Sau bữa tối, là thời gian các thành viên trong gia đình nghỉ ngơi sau một ngày dài làm việc và học tập căng thẳng. Khi xem chương trình trên ti vi trong phòng – đèn chiếu sáng sẽ tự động giảm độ sáng đến mức đã đặt trước, để chúng ta xem phim một cách thoải mái nhất. Khi nghe nhạc, chúng ta sẽ thoải mái chọn những chương trình phù hợp với mình, chúng ta có thể chọn nghe nhạc từ I-pod , PC, laptop, đầu máy CD, DVD, Radio FM v.v, ngay trên hệ thống âm thanh được bố trí trong phòng của mình, mà không ảnh hưởng tới các thành viên khác trong gia đình. Trong phòng của mình, chúng ta có thể dùng PC, laptop kết nối wi-fi để điều chỉnh độ sáng đèn, kiểm tra trạng thái an ninh, quan sát hình ảnh từ các camera v.v. Khi ta đi ngủ: Khi tất cả các thành viên trong gia đình đi ngủ, hệ thống an ninh tự động trở lại trạng thái được kích hoạt, theo dõi mọi dấu hiệu gây nguy hiểm cho ngôi nhà. Nếu chúng ta chưa muốn đi ngủ ngay, chúng ta muốn đọc sách trước khi đi ngủ, ta điều chỉnh đèn ngủ đủ sáng để có thể đọc sách và để người khác không bị thức giấc bởi ánh đèn. Trong lúc đó, một bản nhạc nhẹ nhàng sẽ được phát trên hệ thống âm thanh để ru ngủ chúng ta và khi ta đã ngủ, hệ thống điều khiển trung tâm tự động tắt toàn bộ đèn và âm thanh đem đến một giấc ngủ ngon sâu. Trong suốt đêm: Lúc 2h00’ sáng tất cả các thành viên trong gia đình đang ngon giấc, chiếc đồng hồ treo tường buông từng tiếng chậm rãi, chú chó nằm ngủ dưới chân cầu thang. Một lát sau, chú chó cảm thấy khát và thức dậy tìm nước uống, nó chạy qua tất cả các cảm biến chuyển động (như hình 1.2) để đến đĩa đựng nước của nó. Và sau khi uống nước xong nó quay trở lại vị trí lúc trước. Mọi chuyển động của nó được hệ thống an ninh bỏ qua vì trước đó tất cả các cảm biến chuyển động đó được đặt ở chế độ phát hiện và bỏ qua các thú vật nhỏ để không gây ra báo động sai. Vào 3h30’, chúng ta trở dậy và đi toilet. Hệ thống cảm biến nhận ra sự hiện diện và tự động bật sáng đèn phòng ngủ chỉ đủ để ta thấy đường và không gây ảnh hưởng đến người khác. Nguyễn Thị Bích Thủy K51C-HTTT Khóa luận tốt nghiệp - 9 - Hình 2/2: Cảm biến chuyển động. Các cảm biến ở các khu vực hành lang, trong nhà vệ sinh tự động bật đèn soi sáng đường, và khi ta quay trở lại giường ngủ, hệ thống đèn sẽ tự động tắt. Khi có kẻ gian đang cố đột nhập vào nhà, hệ thống cảm biến sẽ tự động bật đèn hàng rào, đèn sân vườn, đèn phòng khách, đèn tại khu vực kẻ gian đang đột nhập để xua đuổi. Sau đó, hệ thống sẽ đánh thức chúng ta bằng tiếng “bíp” liên tục tại các màn hình cảm ứng, và sau một vài phút còi báo động sẽ tác động để gọi hàng xóm giải nguy cho ngôi nhà. Ta cũng dễ dàng tắt hệ thống còi hú, tiếng “bíp” sau khi chắc chắn rằng ngôi nhà không còn bị nguy hiểm nữa. 2.4 Mô hình nhà thông minh 2.4.1 Mạng LAN Để khai thác tốt nhất các tính năng của hệ thống nhà thông minh, chúng ta cần xây dựng cho ngôi nhà của mình một hệ thống mạng LAN tốt nhất, ta nên sử dụng dịch vụ Internet, mạng wi-fi cho ngôi nhà mình để có thể sử dụng internet một cách thoải mái không bị vướng víu bởi dây cáp mạng. Mặt khác việc sử dụng mạng wi-fi mở ra cho chúng ta khả năng ứng dụng rất lớn, vì hầu hết các thiết bị di động ngày nay đều cung cấp kết nối wi-fi. Với một chiếc Smart phone hoặc lap-top kết nối wi-fi ta dễ dàng điều khiển được toàn bộ hệ thống thiết bị trong gia đình, lướt web hay quan sát hình ảnh từ các camera an ninh. Hiện nay, các công ty cung cấp các sản phẩm thông minh cũng thiết kế rất nhiều các phần mềm chạy trên các thiết bị di động để chúng ta dễ dàng quản lý ngôi nhà mình qua wi-fi. Nguyễn Thị Bích Thủy K51C-HTTT Khóa luận tốt nghiệp - 10 - Để có một mạng LAN tốt chúng ta cần chuẩn bị đầy đủ các thiết bị cần thiết bao gồm: Thuê bao ADSL từ các nhà cung cấp dịch vụ như FPT, Viettel, Megavnn v.v; Router ADSL, chuyển mạch mạng 10/100/1000 Mbps; máy tính chủ; wi-fi access point, và các thiết bị ngoại vi như máy tính cá nhân, smart phone v.v. Hình 1/3 mô tả mạng LAN là nền tảng để tích hợp hệ thống điều khiển, hệ thống giải trí và các hệ thống khác, đảm bảo cho các hệ thống hoạt động đồng bộ, thống nhất. Hình 2/3: Mạng LAN 2.4.2 Các thiết bị thông minh Trong giải pháp của EIB, một giải pháp được coi là tiên tiến nhất hiện nay, bởi các tính năng vượt trội so với các công nghệ cũ, các thiết bị thông minh theo chuẩn EIB có thể chia thành 4 loại dựa theo chức năng như sau: - Thiết bị cấp nguồn (Power Supply); - Thiết bị nhận tín hiệu điều khiển (Sensor); - Các bộ điều khiển chức năng (Controller); - Cơ cấu chấp hành (Actuator). Các thiết bị thông minh theo chuẩn EIB được liên kết với nhau thông qua một dây cáp đôi duy nhất với điện áp 24V DC (cáp EIB). Các thiết bị liên lạc với nhau bằng cách tửi tin nhắn theo địa chỉ định trước (mỗi thiết bị được thiết lập một địa chỉ.) Các thiết bị nhận tín hiệu (như công tắc, cảm ứng chuyển động, cảm nhận sự hiện Nguyễn Thị Bích Thủy K51C-HTTT Khóa luận tốt nghiệp - 11 - diện, điều khiển từ xa v.v.) nhận lệnh và chuyển tín hiệu điều khiển đến các cơ cấu chấp hành (Switch loader, drimmer v.v.) để đóng mở đèn, quạt, bình nóng lạnh, rèm cửa và các thiết bị điện khác theo ý muốn. Ngoài ra, các thiết bị này còn có thể tự động hoạt động mang lại hiểu quả tối ưu thông qua các bộ điều khiển (logic control, timer, sensor coltrol v.v.). Công nghệ EIB hoạt động theo cấu trúc điều khiển phân tán, nghĩa là không cần một bộ điều khiển trung tâm, các thiết bị trong hệ thống đều có khả năng xử lý thông tin và hoạt động một cách độc lập. Điều này đảm bảo tính vận hành liên tục của toàn hệ thống mà không bị phụ thuộc vào bất cứ thiết bị trung tâm nào. Hình 2/4: Mạng Bus EIB trong nhà Nguyễn Thị Bích Thủy K51C-HTTT Khóa luận tốt nghiệp - 12 - CHƯƠNG 3: GIỚI THIỆU VỀ CÔNG NGHỆ NHÀ THÔNG MINH 3.1 Khái niệm công nghệ nhà thông minh Công nghệ nhà thông minh là một cách nói tắt dùng để chỉ hệ thống nhà thông thường sử dụng các thiết bị và phương thức truyền thông theo một quy tắc hay một chuẩn nào đó của một hãng sản xuất, phát triển nhà thông minh. Nó giám sát toàn bộ hệ thống đèn, điều hòa, cửa chớp, đồ gia dụng, phương tiện giải trí, an ninh tòa nhà v.v. Hình 3/1: Sơ đồ nhà thông minh. 3.2 Ưu điểm của công nghệ nhà thông minh - Ưu điểm thứ nhất của công nghệ nhà thông minh là tăng tính tiện nghi cho ngôi nhà: Nguyễn Thị Bích Thủy K51C-HTTT Khóa luận tốt nghiệp - 13 - 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. Không những vậy hệ thống còn làm tăng tính thẩm mỹ, mang lại cho ngôi nhà một không gian hoàn hảo, mang tính hữu dụng cao. Chúng ta sẽ không bao giờ phải lo lắng khi chưa tắt đèn hay khóa cửa, lúc này công nghệ nhà thông minh như một người quản gia chu đáo, tin cậy chăm lo cho gia đình ta đến từng suy nghĩ. - Ưu điểm thứ hai đó là tăng cường an ninh cho ngôi nhà: Với công nghệ nhà thông minh, ta không phải bận tâm tới ngôi nhà mỗi khi đi xa, mà hoàn toàn có thể theo dõi toàn bộ hoạt động của ngôi nhà, ngôi nhà có thể tự động xử lý các tình huống xảy ra, thông báo với chúng ta qua hệ thống thư điện tử, hay di động, v.v. Nếu có kẻ xấu xâm nhập trái phép, hệ thống tự bật đèn để xua đuổi, hay làm nhấp nháy đèn ngoài trời, hú còi để thông báo cho hàng xóm, gọi điện tới trụ sở cảnh sát để có những thực hiện cần thiết, kịp thời. - Ưu điểm thứ ba trong công nghệ nhà thông minh là tiết kiệm năng lượng: Năng lượng hiện nay là một vấn đề cấp thiết của thế giới, chính vì vậy tiết kiệm năng lượng luôn là mục đích hướng tới của các công nghệ hiện đại. Ta sẽ tiết kiệm được tối đa chi phí cho năng lượng của ngôi nhà mà vẫn có một cuộc sống tiện nghi thoải mái. Bởi lúc này, khi sử dụng công nghệ nhà thông minh chúng ta đã sử dụng nguồn điện một cách hợp lý và hiệu quả. Các công nghệ nhà thông minh hiện đại quản lý năng lượng dựa trên các cảm biến hiện diện và thời gian thực làm tăng hiệu quả sử dụng năng lượng lên rất nhiều so với các quản lý thông thường. Công nghệ nhà thông minh có được tính hiệu quả như vậy cũng nhờ hệ thống sử dụng các thông số cảm biến ngoài trời một cách tối đa, đồng thời là sự phối hợp hoạt động các hệ thống một cách hoàn hảo dễ sử dụng. 3.3 Các công nghệ nhà thông minh - Công nghệ X10: Ra đời vào những thập niên 80 của thế kỷ 20, công nghệ truyền tín hiệu trên đường dây điện được đầu tiên được nghiên cứu và phát triển tại Mỹ với dự án mang tên X10. Kể từ đó X10 trở thành tên thương mại của hàng loạt các sản phẩm điều khiển tự động sử dụng công nghệ này. Công nghệ X10 sử dụng sóng mang tần số 120Khz và điện áp tín hiệu 4V để truyền tín hiệu điều khiển. Các sản phẩm sử dụng công nghệ X10 có ưu điểm là dễ lắp Nguyễn Thị Bích Thủy K51C-HTTT Khóa luận tốt nghiệp - 14 - đặt, giá thành thấp và không phải đi thêm dây điều khiển. Tuy nhiên các sản phẩm X10 có điểm yếu là chịu tác động rất lớn của nhiễu đường truyền. Do X10 sử dụng tần số sóng mang cố định 120Khz nên các can nhiễu quá lớn hoặc gần với tần số 120Khz đều làm cho các thiết bị của X10 không thể điều khiển được bằng các bộ điều khiển. Do đó hệ thống sử dụng công nghệ X10 cần phải có bộ lọc và tách riêng đường cấp nguồn cho thiết bị X10 để đảm bảo độ ổn định của hệ thống trong quá trình sử dụng. Các thiết bị sử dụng công nghệ X10 đều có chung đặc điểm : tốc độ truyền thấp, khả năng bảo toàn thông tin thấp (70-80%). Hình 3/2: Sơ đồ đấu dây hệ thống điều khiển chiếu sáng - Công nghệ UPB & PLC BUS: Năm 2002 đánh dấu một bước ngoặt lớn của công nghệ PLC (công nghệ truyền thông trên đường dây điện – PowerLine Communicate) khi chuẩn UPB ra đời. Công nghệ UPB & PLC BUS sử dụng sóng mang có dải tần từ 4-40Khz, điện áp tín hiệu 40V để truyền tín hiệu điều khiển. Không giống như X10 sử dụng tần số sóng mang cố định 120Khz, các thiết bị sử dụng công nghệ UPB & PLC BUS sẽ chọn ra trong dải tần 4-40Khz một tần số ít bị can nhiễu từ đường truyền nhất tại thời điểm truyền để truyền tín hiệu điều khiển. Do đó băng thông đường truyền được mở rộng cho phép nhiều thiết bị cùng truyền tín hiệu điều khiển cùng một lúc mà không bị ảnh hưởng lẫn nhau. Mặt khác, với điện áp tín hiệu lên tới 40V, công nghệ UPB, gần như hoàn toàn không bị ảnh hưởng bởi can nhiễu lớn trên đường truyền. Hệ thống sử dụng công nghệ UPB, có chung đặc điểm là: tốc độ truyền cao, dễ lắp đặt, không cần đi dây điều khiển, dễ thêm mới thiết bị, không cần bộ lọc, không cần tách riêng đường cấp nguồn, khả năng bảo toàn thông tin cao (99,98%) tương đương với các thiết bị sử dụng công nghệ I-Bus như EIB, Cbus. Các thiết bị UPB; được xây dựng với ID CODE và LINK Nguyễn Thị Bích Thủy K51C-HTTT Khóa luận tốt nghiệp - 15 - PASSWORD ngăn chặn việc điều khiển thiết bị từ các hệ thống không được phép hoặc từ hệ thống khác ở các khu vực lân cận.Với ID CODE và LINK PASSWORD của công nghệ UPB, kẻ gian sẽ phải mất khoảng 1,4 triệu năm để xâm nhập và điều khiển được hệ thống. Nhược điểm của công nghệ UPB là khó cài đặt hơn so với thiết bị X10 do phải cài ID CODE và LINK PASSWORD cho từng thiết bị. UPB (Universal PowerLine Bus) được phát triển bởi PCS-lightingcontrol tại Mỹ. Hệ thống này có độ bảo toàn thông tin rất cao (99,99%), tốc độ truyền tín hiệu điều khiển rất nhanh, không cần bộ lọc nhiễu. UPB tương thích với các thiết bị điều khiển trung tâm của HAI, Honeywell, Home-seer, Crestron, 4control, M-Gold v.v. Nhưng đáng tiếc, UPB vẫn chưa có sản phẩm cho hệ thống điện 220v-50Hz tại Việt Nam. PLC-Bus : PLC-Bus là sản phẩm của tập đoàn ATS Hà Lan. PLC-Bus được ví như UPB dành cho mạng điện 220v-50Hz. PLC-Bus có độ bảo toàn thông tin 99,99%, tốc độ truyền tín hiệu ngang với UPB, và cũng không cần bộ lọc nhiễu. Các sản phẩm PLC-Bus tương thích với các thiết bị điều khiển trung tâm của HAI, Honeywell, Home-seer, Crestron, 4control, M-Gold ...vv. Các thiết bị chiếu sáng của hệ thống quản lý tự động tòa nhà sử dụng công nghệ UPB; BUS. Hệ thống cho phép người sử dụng thiết lập quang cảnh chiếu sáng, điều khiển hệ thống chiếu sáng, kiểm tra trạng thái thiết bị từ Internet, smartphone, màn hình cảm ứng. Việc sử dụng công nghệ UPB giúp việc thi công và thêm mới thiết bị trở nên đơn giản hơn rất nhiều. - Công nghệ EIB (European Installation Bus): Là hệ thống sử dụng đường bus hai dây xoắn được nối cùng với dây điện thông thường, đường bus EIB liên kết tất cả các thiết bị trong nhà với nhau tới hệ thống giao tiếp phân quyền. Dòng dữ liệu đi từ chỗ này tới chỗ kia và đi trở lại liên tiếp từ tất cả các thiết bị nối với busv EIB qua các cảm biến và thiết bị chấp hành. Nó thông báo trạng thái và phản hồi lại lẫn nhau. Các tính năng vượt trội của công nghệ EIB sẽ được trình bày ở phần 3.4. Nguyễn Thị Bích Thủy K51C-HTTT Khóa luận tốt nghiệp - 16 - Hình 3/3: Hệ thống Bus EIB. 3.4 Công nghệ EIB là công nghệ mang tính đột phá Tại sao EIB là công nghệ mang tính đột phá? Lý do của vấn đề này là bởi EIB có đầy đủ các tính năng thông thường của một công nghệ nhà thông minh, ngoài ra nó còn cung cấp các tính năng vượt trội so với các công nghệ khác. - Thứ nhất, giống như các công nghệ khác, công nghệ EIB cũng là một giải pháp điều khiển thông minh, mang lại tiện nghi và thoải mái cho người dùng. Tiện nghi là một yếu tố quan trọng trong việc đưa ra giải pháp điều khiển thông minh, quyết định mức độ “thông minh” của một ngôi nhà. Nó là tập hợp của rất nhiều phương pháp điều khiển giúp chúng ta dễ dàng ra lệnh và quản lý ngôi nhà dù chúng ta ở bất cứ đâu, bất cứ lúc nào. Các biện pháp điều khiển bao gồm: + Điều khiển thông qua giao diện phím ấn thông minh: Phím ấn thông minh là những phím ấn có thể lập trình để học những sở thích và thói quen của chủ nhà vì vậy nó vô cùng linh hoạt. Chúng ta hãy hình dung khi ấn nút bối cảnh “ăn tối”, phím ấn sẽ lập tức hiểu ý và giúp ta thực hiện một loạt các thao tác như: rèm cửa tự động kéo ra tạo một không gian tự nhiên từ cảnh quan quanh nhà. Ánh sáng phòng ăn từ từ giảm bớt tới một mức ánh sáng thích hợp nhằm tạo ra một không khí dịu dàng ấm cúng. Đèn cảnh quan khu vườn dần dần sáng lên tạo cảm giác dễ chịu. Hệ thống âm thanh được kích hoạt và một bản nhạc ưa thích sẽ cất lên những tiết tấu du dương. Đây cũng là sự khác biệt Nguyễn Thị Bích Thủy K51C-HTTT Khóa luận tốt nghiệp - 17 - của công nghệ EIB với các công nghệ khác, công nghệ có thể tạo bối cảnh còn các công nghệ khác chỉ có thể tạo hành động. + Điều khiển thông qua điều khiển từ xa: Với giao diện điều khiển từ xa đa năng chúng ta có thể bật tắt tất cả thiết bị điện mà không cần phải tới gần các nút ấn. Ngoài ra giao diện này còn có khả năng đọc được tín hiệu từ các thiết bị khác như tivi, dàn nhạc, điều hòa nhiệt độ, quạt, v.v, cho phép chúng ta điều khiển tới 64 thiết bị hồng ngoại trong nhà. Trong khi nằm trên giường, chúng ta vẫn có thể tắt đèn, bật điều hòa, tắt ti vi trên cùng một điều khiển. Hoặc chỉ với một nút ấn “đi ngủ” hệ thống sẽ lập tức hiểu và giúp ta tắt tất cả các thiết bị điện tử, đèn ngủ được điều chỉnh ở mức độ sáng thích hợp, điều hòa kích hoạt chế độ ổn định nhiệt cho ta một giấc ngủ êm ái, đến nửa đêm khi nhiệt độ môi trường xuống thấp điều hòa sẽ tự động nâng nhiệt độ và chúng ta sẽ không phải lo bị viêm họng hay thức giấc để tăng nhiệt điều hòa nữa. Hay khi trong phòng nghe nhạc, xem phim chúng ta có hàng tá những điều khiển hồng ngoại của các thiết bị điện tử, việc ghi nhớ và sử dụng chúng thật vô cùng phiền toái và phức tạp. Giờ đây công nghệ EIB sẽ giúp chúng ta tích hợp tất cả các điều khiển đó trong một điều khiển từ xa đa dụng. + Điều khiển qua giao diện màn hình đa điểm: trong giao diện màn hình cảm ứng, toàn bộ không gian ngôi nhà với các thiết bị điều khiển được biểu thị một cách trực quan thông qua giao diện đồ họa, cho phép điều khiển và giám sát trạng thái của tất cả các thiết bị trong nhà. Chúng ta hãy tưởng tượng: trước khi đi ngủ thay vì phải đi khắp tòa nhà để biết khu vực nào đèn chưa tắt, cửa nào chưa đóng, van bình gas đã khóa hay chưa, điều hòa phòng nào còn bật v.v. Vậy tại sao ta không giám sát tất cả các việc đó thông qua giao diện màn hình cảm ứng. Chúng ta sẽ biết được đèn phòng nào chưa tắt, cửa nào chưa đóng, van bình gas đóng hay chưa, v.v, ngoài ra ta còn có thể kích hoạt hệ thống an ninh cho toàn ngôi nhà. + Điều khiển thông qua mạng Internet: Với mục đích điều khiển, giám sát ngôi nhà mọi lúc, mọi nơi, công nghệ nhà thông minh cung cấp một giao diện điều khiển thông qua trình duyệt Explorer. Từ văn phòng, từ sân bay, từ nước ngoài và từ bất cứ đâu có mạng Internet, ta đều có thể giám sát và điều khiển tất cả các thiết bị trong nhà. Lúc 5h chiều, bắt đầu từ văn phòng và trở về nhà, thời tiết nóng nực và ngột ngạt, chúng ta sẽ không muốn phải chịu cái nóng của không khí đó, chúng ta hãy vào Nguyễn Thị Bích Thủy K51C-HTTT Khóa luận tốt nghiệp - 18 - giao diện điều khiển trên Internet và kích hoạt hệ thống điều hòa cho ngôi nhà, bật bình nóng lạnh, đến khi trở về ta sẽ được thưởng thức một không gian mát mẻ, ngâm mình trong bồn tắm và thả mình theo những nhạc điệu du dương, như rũ bỏ hoàn toàn mọi mệt mỏi của ngày làm việc. + Điều khiển tự động thông qua cảm biến và các chế độ thời gian lập trình trước: Đây là giải pháp điều khiển nhằm giải thoát chúng ta khỏi những công việc không cần thiết phải có sự can thiệp của con người, nâng cao tính tự động của ngôi nhà theo ý muốn. Vào buổi tối, khi ta đi qua lối dẫn sân vườn, đi trên hành lang tòa nhà hoặc bước lên cầu thang thì ta sẽ thấy đèn chiếu sáng luôn tự động bật mỗi khi ta đi tới, và tự động tắt đi khi ta không có nhu cầu sử dụng. Hay là việc đóng mở cửa, đóng mở rèm, đóng mở mái che dựa vào trạm thời tiết tích hợp trong hệ thống. Nó sẽ biết được khi nào trời đang giông, đang mưa để đóng cửa sổ, mái che, biết khi nào trời nóng để đóng rèm cửa v.v. - Thứ hai là tính năng tiết kiệm năng lượng: Tiết kiệm năng lượng là một tiêu chí của kiến trúc sinh thái, bằng việc sử dụng các trạm thời tiết, hệ thống sẽ biết cách ứng xử thông minh nhất để khai thác tối đa các nguồn năng lượng tự nhiên như ánh sáng, thông gió, nguồn nhiệt thiên nhiên (bình nước nóng năng lượng mặt trời), giảm thiểu việc khai thác thiết bị tiêu hao năng lượng như chiếu sáng, điều hòa nhiệt độ, lò sưởi, v.v. Tiếp theo là sử dụng phương pháp điều khiển thông minh như dùng cảm biến để đóng cắt tiêu hao không cần thiết. - Thứ ba là một hệ thống thông minh còn được thể hiện ở cấu trúc mạng thông minh: + Đơn giản dễ lắp đặt; + Hoạt động ổn định, tin cậy; + Dễ dàng sửa chữa bảo hành; + Linh hoạt mềm dẻo trong việc thay đổi nhu cầu điều khiển và mở rộng hệ thống; + Điểm đặc biệt nữa trong công nghệ EIB là hệ thống quản lý phân cấp (sẽ được trình bày chi tiết trong chương 4), các thiết bị gần như độc lập với nhau, không có thiết bị điều khiển trung tâm, như vậy tính năng mềm dẻo trong khi cài đặt, sửa chữa, mở rộng hệ thống sẽ được nâng cao. Khác với các công nghệ khác cần bộ điều Nguyễn Thị Bích Thủy K51C-HTTT Khóa luận tốt nghiệp - 19 - khiển trung tâm, tất cả các xử lý được chuyển đến bộ điều khiển trung tâm, như vậy gây nên tình trạng quá tải cho bộ điều khiển. Hoặc khi có trục trặc kỹ thuật rất khó cho việc kiểm tra, bảo trì. Các tiêu chí trên đều được thể hiện tối đa trong cấu trúc mạng điều khiển EIB, theo báo cáo đánh giá của hiệp hội nhà thông minh Châu Âu thì tính tới năm 2008 số lượng tòa nhà, biệt thự sử dụng hệ thống điện thông minh theo chuẩn EIB chiếm tới 65% và dự kiến còn tăng mạnh trong các năm tới. Điều đó khẳng định tính ổn định bền vững và sự tín nhiệm của người sử dụng đối với hệ thống điều khiển thông minh EIB. - Thứ tư là đẳng cấp trong kiến trúc: Mỗi sản phẩm theo chuẩn EIB không chỉ mang trong nó hàm lượng công nghệ số cao cấp, mà nó còn được gọt giũa, chăm sóc đến từng chi tiết dưới bàn tay của những nghệ sĩ thiết kế tài hoa. Mỗi sản phẩm là một công trình điêu khắc nghệ thuật với sự kết hợp hài hòa của nhiều dòng phong cách, đảm bảo sẽ góp phần tạo nên những điểm nhấn trong kiến trúc tổng thể ngôi nhà. - Thứ năm là tính năng an toàn tuyệt đối cho người dùng: An toàn luôn là ưu tiên hàng đầu đối với một ngôi nhà thông minh: + Thứ nhất: An toàn đối với người sử dụng. Toàn bộ phím ấn thông minh gắn tường đều sử dụng nguồn điện điều khiển 24V DC, do đó không giống như hệ thống điện cổ điển nó không thể nào gây hại với người sử dụng kể cả đối với trẻ nhỏ. Vì vậy chúng ta hoàn toàn có thể yên tâm trong quá trình sử dụng. Đây cũng là điểm khác biệt so với các công nghệ khác. + Thứ hai : Cảnh báo cháy mọi lúc mọi nơi. Hệ thống cảnh báo cháy sử dụng các loại cảm biến khói, cảm biến nhiệt gia tăng, cảm biến rò rỉ khí gas v.v với độ nhạy cao nhất, do đó ta hoàn toàn không phải lo lắng khi vắng nhà. Khi xảy ra sự cố, lập tức hệ thống điện tại khu vực đó sẽ được ngắt, cảnh báo tại chỗ thông qua còi báo động và đèn nháy cho những người xung quanh biết, cảnh báo từ xa thông qua việc tự động quay số điện thoại báo cho chủ nhà hoặc phòng chữa cháy gần nhất. + Thứ ba : Hệ thống cảnh báo chống đột nhập, khi ta đi ngủ hoặc khi vắng nhà đều là những thời điểm thích hợp cho những kẻ có mưu đồ xấu. Vì sự an toàn của ngôi nhà và gia đình, công nghệ EIB luôn cung cấp những giải pháp chống đột nhập hoàn chỉnh nhất. Với việc sử dụng cảm biến tia gắn trên hàng rào nhằm phát hiện những hành động đột nhập bằng cách trèo tường; cảm biến rung để phát hiện hành động đập Nguyễn Thị Bích Thủy K51C-HTTT Khóa luận tốt nghiệp - 20 - tường hoặc đào đất; cảm biến tiếng động để phát hiện hành động đập vỡ cửa kính; sử dụng cảm biến hồng ngoại để phát hiện những chuyển động khả nghi ở khu vực không được phép; sử dụng cảm biến từ gắn cửa để biết được hành động cạy cửa trái phép; ngoài ra còn rất nhiều các loại cảm biến khác đáp ứng cho từng nhu cầu sử dụng riêng biệt. Khi có cảnh báo, lập tức hệ thống sẽ bật sáng đèn toàn bộ nhà, và rú còi nhằm xua đuổi kẻ trộm và đánh động chủ nhà, tiếp sau đó hệ thống sẽ gọi điện thoại liên lạc trực tiếp để báo cho những người liên quan v.v. Nguyễn Thị Bích Thủy K51C-HTTT Khóa luận tốt nghiệp - 21 - CHƯƠNG 4: CÔNG NGHỆ EIB 4.1 Giới thiệu về công nghệ EIB 4.1.1 Mục đích tổng quan Các Bus cài đặt châu Âu (sau đây gọi là "Bus cài đặt" hoặc ngắn gọn là "Bus") được thiết kế như một hệ thống quản lý trong lĩnh vực lắp đặt điện, để chuyển tải, kiểm soát môi trường và an ninh, đối với các loại tòa nhà khác nhau. Các Bus cài đặt có thể được cài đặt trong các tòa nhà lớn như mặt bằng kinh doanh, trường học, bệnh viện, nhà máy và cơ sở hành chính. Mục đích của nó là đảm bảo việc theo dõi và kiểm soát các chức năng và các quy trình như ánh sáng, rèm cửa sổ, sưởi, thông gió, điều hòa không khí, quản lý truyền tải, báo hiệu, giám sát và báo động. Hệ thống EIB cho phép các thiết bị bus có thể được cung cấp điện từ các phương tiện truyền thông, như lõi xoắn đôi hoặc dòng điện (230 V). Ngoài ra, các thiết bị khác còn có thể yêu cầu cung cấp điện từ nguồn chính hoặc các nguồn khác, như trong Tần số vô tuyến hay truyền thông bằng tia hồng ngoại. Hình 4/1 đưa ra một số ví dụ về cách sử dụng. Hình 4/1: Bus và mạng lưới điện. Nguyễn Thị Bích Thủy K51C-HTTT Khóa luận tốt nghiệp - 22 - 1- cảm biến độ sáng 4- giám sát 7- rèm cửa 2- ngưỡng phát hiện 5- chiếu sáng 8- sưởi 3- cảm biến 6- điều khiển động cơ 9- công tắc 230V 4.1.2 Các tính năng chính của bus Các bus được thiết kế kiểm soát phân quyền để quản lý và giám sát các tòa nhà. Vì vậy nó cung cấp một đường truyền dữ liệu nối tiếp giữa các thiết bị kết nối với bus. Nó cũng hoạt động như một hệ thống, tương thích với chi phí thấp, linh hoạt hỗ trợ các ứng dụng trên. Hình 4/2: Tổ chức phân cấp bus. Hệ thống bus thường được thực hiện như một hệ thống phân cấp (xem Hình 4/2). Nhưng tuy nhiên nó vẫn cho phép triển khai ứng dụng tập trung bất cứ khi nào nó cho là cần thiết. Quản lý phân cấp được thực hiện trong các thiết bị cho dù họ đang phát hoặc nhận, chúng giao tiếp trực tiếp với nhau mà chẳng cần quan tâm tới cấp bậc hoặc mạng lưới thiết bị giám sát. Hình thức quản lý này làm cho hệ thống mang tính linh hoạt cao. Nguyễn Thị Bích Thủy K51C-HTTT Khóa luận tốt nghiệp - 23 - Hình 4/3: Tổ chức bus tập trung Ứng dụng này vẫn cho phép cho một chế độ quản lý tập trung (xem Hình 4/3). Một ứng dụng điều khiển (ApC) có thể được đặt trên bất cứ nơi nào trên đường bus. 4.2 Truyền thông Giao thức EIB ngày nay được hỗ trợ bởi một số phương tiện truyền thông, như lõi xoắn đôi, dòng điện, tần số vô tuyến điện, tia hồng ngoại. Tất nhiên là nó vẫn có thể kết nối với các cổng truyền thông khác. 4.2.1 Topo vật lý Topo vật lý có thể được coi là sự mô tả cho các đường dẫn mà các tín hiệu truyền thông có thể được vận chuyển. Trong một số phương tiện, sự truyền thông vật lý không bị ràng buộc với bất kỳ sự vận chuyển tín hiệu điện nào. Ví dụ: Tần số vô tuyến, tia hồng ngoại. Trong những phương tiện truyền thông khác, các tín hiệu dữ liệu được truyền theo các con đường của một số dây điện. Ví dụ: Twisted Pair, POWERLINE, sợi cáp quang. 4.2.2 Twisted Pair Các phân đoạn điện có thể có một topo bất kì (tức là dạng đường bus, vòng lặp, sao, cây, hoặc kết hợp của chúng) bao gồm các phần dây dẫn riêng miễn là yêu cầu điện không được vượt quá (độ lớn điện trở và điện dung). Ví dụ về các topo của các phân đoạn điện được hiển thị trong Hình 4/4: Nguyễn Thị Bích Thủy K51C-HTTT Khóa luận tốt nghiệp - 24 - Hình 4/4: Topo phân đoạn điện 4.2.3 Cài đặt topo xoắn đôi: Bus cần 1 cặp xoắn để làm việc. Khi cáp điều khiển tiêu chuẩn cùng với 2 cặp được sử dụng, một cặp dành riêng cho tín hiệu truyền dẫn, cặp thứ hai (ví dụ) có thể được sử dụng cho năng lượng cung cấp dịch vụ. Nhưng trong một khu vực hoặc tòa nhà, nó được sử dụng trong một cách duy nhất. Cài đặt topo cũng tương tự như việc cài đặt một nguồn cấp điện phân phối (xem Hình 4/5). Đó là sự thích nghi với cấu trúc một ngôi nhà hoặc một tòa nhà bằng cách sử dụng một topo dạng cây. Nhưng các topo vật lý khác cũng có thể được sử dụng. Nguyễn Thị Bích Thủy K51C-HTTT Khóa luận tốt nghiệp - 25 - Hình 4/5: Bus cabling 4.2.3.1 Phân đoạn điện xoắn đôi: - Có thể lên tới 64 thiết bị bus, sau đó được kết nối với mỗi dòng này (Twisted Pair), cho phép tổng cộng 64,000 thành phần được kết nối. - Tổng số chiều dài cáp không vượt quá 1.000 m trên mỗi phân đoạn điện. - Chiều dài tối đa cho phép là 700 m giữa hai thiết bị và 350m giữa đơn vị cung cấp điện và thiết bị. 4.2.3.2 Phân đoạn logic xoắn đôi: Trong một số trường có thể yêu cầu sự hợp kết nối của hơn 64 thiết bị cùng một đường. Hệ thống cho phép hai phân đoạn được kết nối thông qua một cầu “bridge”, chủ yếu là đặt tên là "repeater", (xem Hình 1/6). Khả năng kết nối của các dòng như vậy có thể được tăng gấp đôi. Về nguyên tắc, một dòng có thể bao gồm 4 phân đoạn điện kết nối với nhau thông qua các repeater, do đó việc công suất của các dòng đến 256(64*4) thiết bị. Tuy nhiên, nhiều hơn một phân đoạn điện chỉ được sử dụng cho các phần mở rộng của trình cài đặt hiện tại nhưng không phải cho một cài đặt mới (ban đầu). Tối đa là 6 dòng điều khiển được cho phép trong một đường truyền (tức là bộ nối dòng, bộ nối dòng xương sống và repeater). Các phân đoạn logic tự kết nối với nhau bởi các bộ nối dòng (LC) thông qua một đoạn logic đơn. Tối đa là 16 phân đoạn logic. Nguyễn Thị Bích Thủy K51C-HTTT Khóa luận tốt nghiệp - 26 - Lên đến 15 vùng có thể được liên kết bằng cách sử dụng bus của chính nó. Điều này có thể đạt được bằng hệ thống bus công nghệ cao như ISDN hoặc Profibus, đòi hỏi chiếm dụng cổng. 4.2.3.3 Thiết bị Twisted Pair EIB Số lượng tối đa của các thiết bị có thể được kết nối với bus mà không có bất kỳ repeater là 13.105, khi sử dụng chỉ có 12 dòng, và 16.129 thiết bị nếu sử dụng các dải địa chỉ đầy đủ của 15 dòng. Khi có repeater, những con số này trở thành 49.201 và 61.249 tương ứng. Hình 4/6: Bus mở rộng 4.2.3.4 Đặc điểm truyền dẫn: o Truyền tải : cân bằng, dải gốc, không đồng bộ. o Tốc độ truyền dẫn : 9.600 bps. o Thuật toán tránh va chạm : CSMA / CA. Nguyễn Thị Bích Thủy K51C-HTTT Khóa luận tốt nghiệp - 27 - Hình 4/7: Bit mã hóa 4.3 Sự trao đổi dữ liệu và hoạt động mạng: 4.3.1 Sự trao đổi dữ liệu: Các thông tin liên lạc giữa một cảm biến (ví dụ như một switch) và một thiết bị chấp hành (ví dụ như một bóng đèn) là một chuỗi các hoạt động (xem Hình 4/8). Trong trường hợp này, bằng cách sử dụng giao thức EIB, một trao đổi dữ liệu duy nhất được xác định bởi địa chỉ vật lý, và nó có thể giao tiếp với bóng đèn sử dụng nhóm địa chỉ đó. Nhóm địa chỉ được dựa trên việc trao đổi dữ liệu đã mã hoá với những quy định chung giữa các đối tượng giao tiếp (hộp thư). Một đối tượng giao tiếp chỉ có thể truyền thông trên một địa chỉ nhóm duy nhất. Về phía đối diện, một đối tượng giao tiếp có thể được gắn các địa chỉ một số nhóm, cho phép nó nhận được thông tin từ nhiều nguồn phát khác nhau. Điều đó có nghĩa là tất cả các thiết bị bus EIB gắn đến nhóm địa chỉ đúng (tức là đèn) sẽ nhận được lệnh thông báo từ switch. Nguyễn Thị Bích Thủy K51C-HTTT Khóa luận tốt nghiệp - 28 - Hình 4/8: Bảng tóm tắt truyền thông 4.3.1.1 Mạng ảnh hưởng: Giao thức truyền thông EIB không liên kết để truyền thông mà mục đích chính của liên kết là có sự ảnh hưởng lẫn nhau giữa các cảm biến và thiết bị chấp hành. Trên Hình 4/9 là kim tự tháp thể hiện sự ảnh hưởng lẫn nhau, xác định mức độ khác nhau của sự ảnh hưởng. Nó bắt đầu là các định dạng dữ liệu được sử dụng và kết thúc là các chức năng ứng dụng. Nó có thể được so sánh với một trao đổi mail, nơi mà có đối tượng giao tiếp là hộp thư và chức năng là đặt hàng theo hóa đơn. Hình 4/9: Kim tự tháp ảnh hưởng Nguyễn Thị Bích Thủy K51C-HTTT Khóa luận tốt nghiệp - 29 - - Mức thấp nhất để trao đổi dữ liệu là định dạng giống nhau (giống như phong bì). Đây là cơ sở của sự truyền thông, tuy nhiên nó không đảm bảo ở tất cả các sự ảnh hưởng. - Cao hơn của sự ảnh hưởng được sẽ được bảo đảm nếu các biến dùng để trao đổi được hiểu như nhau bởi các sản phẩm khác nhau (từ ngữ giống nhau). - Cao hơn nữa là chia sẻ chức năng thông thường để giữ tính tương thích trong dữ liệu vào/ra (quy tắc giống nhau). - Cao nhất của sự ảnh hưởng là chia sẻ chức năng chung (cách diễn đạt giống nhau) để cho phép có cùng một hành động cho sản phẩm khác nhau. Các tiêu chuẩn ảnh hưởng EIB sẽ giải quyết các vấn đề và giả định tính nhất quán giữa những ứng dụng xử lý. 4.4 Giao thức EIB: 4.4.1 Cấu trúc gói dữ liệu: Việc trao đổi thông tin giữa hai thiết bị đạt được bằng cách truyền các gói dữ liệu, và mỗi gói dữ liệu phải được nhận biết. Đối với mỗi dữ liệu trung gian, khung dữ liệu sẽ tương tự như trong Hình 4/10. Hình 4/10: Cấu trúc gói dữ liệu Đứng trước hoặc theo sau một số thông điệp này là những chuỗi trung gian cụ thể, đặc trưng cho các điều khiển truy cập trung gian của nó hoặc các cơ chế sửa lỗi. Các gói dữ liệu chứa các trường sau đây (xem Hình 4/11): - Trường điều khiển; - Trường địa chỉ nguồn; - Trường địa chỉ đích; - Trường độ dài; Nguyễn Thị Bích Thủy K51C-HTTT Khóa luận tốt nghiệp - 30 - - Liên kết tới đơn vị cung cấp dữ liệu tức thông tin được truyền dẫn; - Trường byte kiểm tra. Ví dụ: trong trường hợp một thông điệp phát hiện ra sự thất bại hoặc bất kỳ tin nhắn khẩn cấp nào, hệ thống EIB cho phép một chế độ ưu tiên để được truyền tải các gói dữ liệu. Tin nhắn báo động có thể có ưu tiên hơn tất cả các tin nhắn khác được gửi ở chế độ bình thường. Dữ liệu truyền lại của các gói có ưu tiên này cũng cao hơn các gói tin bình thường khác. Hình 4/11: Các trường của gói dữ liệu 4.4.2 Chế độ địa chỉ: Việc quản lý các thiết bị Bus EIB đã kết nối với bus cài đặt có thể được đánh địa chỉ ở hai chế độ: - Địa chỉ vật lý (dành cho hoạt động hệ thống) - Địa chỉ nhóm (dành cho hoạt động bình thường). Mỗi thiết bị bus được xác định bằng một địa chỉ vật lý duy nhất (ví dụ: như mô tả trong Hình 4/13. Hai thiết bị bus EIB không cần phải có cùng một địa chỉ vật lý. Các địa chỉ vật lý bao gồm một khu vực, đường dây và số của thiết bị bus EIB, nó tương thích với thiết bị như một tổng thể. Trường địa chỉ nguồn luôn chứa địa chỉ vật lý. Các địa chỉ vật lý chỉ được sử dụng làm địa chỉ đích cho khởi tạo, lập trình và các hoạt động chẩn đoán (kết nối có định hướng truyền dẫn). Điều này tương ứng với một chế độ truy cập hệ thống. Nguyễn Thị Bích Thủy K51C-HTTT Khóa luận tốt nghiệp - 31 - Hình 4/12: Kết nối có định hướng truyền dẫn (địa chỉ vật lý) Ví dụ về địa chỉ của gói dữ liệu do đơn vị lập trình gửi: Hình 4/13: Trường địa chỉ của địa chỉ vật lý Địa chỉ nhóm (xem Hình 4/14) tương ứng với chế độ hoạt động bình thường. Chức năng của thiết bị bus EIB thuộc cùng một nhóm, có thể được điều khiển bởi một thông điệp được gửi bởi một "nguồn" thiết bị bus EIB. Tuy nhiên chức năng có thể thuộc về nhiều nhóm và có thể được kích hoạt độc lập bởi thiết bị bus EIB của mỗi nhóm. Nguyễn Thị Bích Thủy K51C-HTTT Khóa luận tốt nghiệp - 32 - Hình 4/14: Địa chỉ nhóm Hình 4/15: Trường địa chỉ của địa chỉ nhóm Địa chỉ nhóm là một liên kết logic giữa các thiết bị bus. Một cảm biến chỉ có thể truyền đi trên một địa chỉ nhóm và thiết bị chấp hành có thể nhận được từ một vài địa chỉ. Địa chỉ nhóm mang lại sự linh hoạt bởi nó cho phép thêm một thiết bị bus một cách đơn giản, chỉ cần kết nối nó vào nhóm địa chỉ chính xác. 4.5 Các thành phần EIB: Thiết bị EIB được chia thành ba loại theo cách sử dụng của chúng: - Thành phần cơ bản, chẳng hạn như đơn vị cung cấp điện (power supply unit- PSU), choke, bộ lọc tín hiệu v.v. Nguyễn Thị Bích Thủy K51C-HTTT Khóa luận tốt nghiệp - 33 - - Thành phần hệ thống, được hỗ trợ hoạt động cơ bản của các hệ thống như đơn vị nối bus BCU, bộ nối dòng LC, bộ nối nhóm, repeater, v.v. - Thiết bị EIB mà dành riêng cho các ứng dụng như cảm biến, thiết bị chấp hành, bảng hiển thị v.v. Những loại thiết bị này được kết nối với EIB bởi một đơn vị nối bus hoặc giao diện tương tự. Hình 4/16: Ví dụ cài đặt 4.5.1 Định nghĩa các thành phần cơ bản: Đơn vị cung cấp nguồn PSU Cung cấp năng lượng cho nguồn của thiết bị bus EIB (điện áp thấp an toàn cho người dùng SELV, danh nghĩa 30 V DC). Choke Cung cấp các khớp nối của Đơn vị cung cấp điện với dòng bus dữ liệu. Nguyễn Thị Bích Thủy K51C-HTTT Khóa luận tốt nghiệp - 34 - Đường rail dữ liệu Hỗ trợ liên kết với bốn rãnh để phân phối bus lên trên DIN rail. Bộ phận nối rail dữ liệu Cung cấp các kết nối giữa bus và rail dữ liệu. 4.5.2 Định nghĩa thành phần hệ thống: Hình 4/17: Lược đồ đơn vị nối bus Đơn vị nối bus: Đơn vị nối bus BCU có sẵn như một sản phẩm tiêu chuẩn của EIB hoặc chức năng có thể được tích hợp trực tiếp trong sản phẩm. Giống như nó được hiển thị trên Hình 4/17, các BCU gồm có: - Một máy thu phát: là một mô-đun để cung cấp: + Khớp nối bus của thiết bị bằng cách gửi các tín hiệu dữ liệu lên đường truyền trung gian và giải mã tín hiệu nhận được; Nguyễn Thị Bích Thủy K51C-HTTT Khóa luận tốt nghiệp - 35 - + Tùy chọn một chuyển đổi nguồn (điện) cho BCU, với chức năng thu và phát, cho tín hiệu đầu ra tổng quan, v.v. - Một truyền thông điều khiển: là một bộ vi xử lý cung cấp: + Các tính năng truyền thông cần thiết; + Tối ưu ứng dụng định tuyến; + Hỗ trợ giao diện vật lý ngoài PEI; + Hệ thống điều hành; + Không gian cho một chương trình. Bộ nối dòng LC: bộ nối dòng là một thành phần hệ thống cho cáp xoắn đôi (Twisted Pair). Nó có các chức năng cơ bản như repeater, nhưng nó kết nối một dòng với dòng thuộc về dòng chính. Các thiết bị nối dòng đảm bảo các gói dữ liệu được định tuyến và quản lý dữ liệu tràn ra phần đệm đi từ một dòng vào dòng chính và ngược lại. Các nguồn cung cấp cho LC lấy từ dòng nó thuộc về. LC cung cấp chức năng phân tách điện. Repeater: repeater cũng là một thành phần hệ thống Twisted Pair. Chức năng của nó là tạo tín hiệu mạng (điện) và để tách việc truy cập bus. Repeater có thể kết nối các phân đoạn điện với nhau và tạo ra đường kéo dài mà không có ảnh hưởng ngược lại từ một phân khúc điện đến những phận đoạn điện khác. Bằng cách sử dụng repeater có thể kết nối nhiều hơn 64 thiết bị trên mỗi dòng một cách thông thường và cho phép tổng chiều dài dây hơn 1000m. 4.5.3 Định nghĩa thiết bị BUS EIB: Thiết bị bus EIB thường được xây dựng từ hai phần: Đơn vị nối bus BCU và module ứng dụng. Đơn vị nối bus là một bộ phận quản lý bus phân cấp trong mỗi thiết bị và cung cấp các tính năng điện cũng như chuyển dữ liệu vào bus, để cho phép tách phần cứng và phần mềm ứng dụng từ hệ thống truyền thông bus. Từ quan điểm lắp đặt các thiết bị bus EIB có thể được chia thành 4 nhóm: - Thiết bị bus EIB được gắn kết rail (đối với các ứng dụng như chuyển tải, đầu vào analog, nhị phân đầu vào, bộ giải mã IR) để kiểm soát các thiết bị như thiết bị cảm biến độ sáng, cảm biến gió, cảm biến độ ẩm, cảm biến nhiệt độ, v.v. Nguyễn Thị Bích Thủy K51C-HTTT Khóa luận tốt nghiệp - 36 - - Gắn kết flush: nơi đơn vị kết nối bus được đặt trong tường dùng cho việc giám sát và các module ứng dụng gắn vào nó ở bên ngoài tường (như nút bấm, cảm biến, bộ giải mã IR, điểm thiết lập kiểm soát, bảng hiển thị, v.v). - Thiết bị bus EIB được gắn kết bề surface: nơi đơn vị nối bus và module ứng dụng được gắn bên ngoài tường. - Thiết bị gắn kết: để gắn vào các thiết bị như lò sưởi, đèn, v.v. 4.5.4 Cổng kết nối với mạng bên ngoài: Một hệ thống bus cài đặt có thể được kết nối thông qua cổng mạng ngoài. Kết nối này có thể được thực hiện ở dòng xương sống, dòng chính hoặc bất kỳ dòng nào khác. Một số kết nối (điện thoại, radio, điện đường, v.v.) phải phù hợp với các quy định quốc gia. Các cổng kết nối mạng bus vào những mạng khác, nơi các lớp truyền thông khác với mạng bus, đặc biệt là khi có một chức năng dịch địa chỉ phụ thuộc vào các mạng này. Những chức năng ứng dụng cụ thể cũng có thể được thực hiện trong cổng. Ví dụ cho các cổng đó là: - Dữ liệu về giọng nói; - Kết nối điện thoại analog; - Kết nối ISDN; - Trường kết nối bus; - Kết nối vào máy tính lớn; 4.6 Phần mềm cài đặt EIB: Các phần mềm Công cụ EIB-ETS chạy dưới Windows ™ 3.1 (hoặc cao hơn), nó cho phép người dùng chuẩn bị và cấu hình các công trình cài đặt EIB bằng cách sử dụng các mô tả kỹ thuật của sản phẩm được chứng nhận EIB, được cung cấp bởi các nhà sản xuất EIB. Với việc thử nghiệm và kiểm tra module, người sử dụng có thể tải về các công trình đã được chuẩn bị vào hệ thống, và thực hiện một số kiểm tra chẩn đoán. Nó có thể được cài đặt trên một máy tính xách tay. Nguyễn Thị Bích Thủy K51C-HTTT Khóa luận tốt nghiệp - 37 - CHƯƠNG 5: ỨNG DỤNG THỰC TẾ Chương này trình bày tiềm năng ứng dụng của công ngệ EIB trong việc thiết kế, phát triển nhà thông minh. Tiềm năng này được minh hoạ qua ứng dụng hệ thống kiểm soát ánh sáng trong các toà nhà. 5.1 Bài toán Một hệ thống chiếu sáng điều khiển đơn giản cho một tòa nhà văn phòng minh họa cho một hệ thống EIB được sử dụng như thế nào. Không giống như các hệ thống tập trung khác, một hệ thống EIB có thể được cài đặt dựa trên chi phí có hiệu quả trên một sàn tại một thời điểm. Ví dụ này bao gồm hai khía cạnh chủ yếu của công nghệ EIB: thiết kế dự án và cấu hình cài đặt tại chỗ. Một kịch bản rất đơn giản như sau: Giữa 07:30 am và 06:00 pm một time – switch cho phép ánh sáng được bật. Trong mỗi văn phòng và hành lang, kết hợp với mức độ ánh sáng ban ngày để đưa ra ánh sáng thích hợp, nếu nhân viên có trong phòng. Để trả lời vấn đề này cần sử dụng 4 sản phẩm: Một time – switch để gửi tin nhắn hai trạng thái bằng cách sử dụng mạng ảnh hưởng EIB chuẩn EIS 1 (biến 1 bit). "Thời gian On" cho phép ánh sáng; "Thời gian Off" sẽ tắt tất cả ánh sáng. Các giá trị Ton và Toff được thiết lập bằng cách sử dụng các tham số. Nguyễn Thị Bích Thủy K51C-HTTT Khóa luận tốt nghiệp - 38 - Một cảm biến ánh sáng để đánh giá mức độ ánh sáng bên ngoài. Nó sẽ gửi một tin nhắn Hi/Lo (mạnh/yếu) bằng cách sử dụng mạng ảnh hưởng EIB chuẩn EIS 1 (biến 1 bit). Mức độ ánh sáng được thiết lập bằng cách sử dụng các thông số. Một cảm biến để phát hiện nhân viên. Nó sẽ gửi một tin nhắn On/Off bằng cách sử dụng mạng ảnh hưởng EIB chuẩn EIS 1 (biến 1 bit). Một điều khiển đèn nhận lệnh và yêu cầu chức năng từ các cảm biến khác. 5.2 Đánh địa chỉ Sau khi các sản phẩm khác nhau đã được lựa chọn từ cơ sở dữ liệu sản phẩm EIB của ETS, bước tiếp theo là xác định các kết nối giữa chúng. Các sản phẩm EIB được liên kết thông qua truyền thông Đối tượng (ComObj). ComObj được định nghĩa là một “máy truyền biến", nó được đặc trưng bởi các định dạng và kiểu của biến (loại EIS) để truyền thành công. Kết nối được thực hiện bằng cách sử dụng một địa chỉ nhóm. Một khi địa chỉ nhóm được gắn cho một ComObj, địa chỉ nhóm được liên kết đến các loại biến. Sau đó, ETS có thể xác minh địa chỉ này, mỗi nhóm sẽ được kết nối với một ComObj mới, nếu loại EIS là thích hợp. Bằng việc dùng thể hiện đồ họa của ETS, người lập kế hoạch chỉ phải chọn một địa chỉ nhóm và kết nối nó với tất cả các ComObj mà anh ta muốn liên kết tất cả với nhau. Nguyễn Thị Bích Thủy K51C-HTTT Khóa luận tốt nghiệp - 39 - 5.3 Lập trình Khi các địa chỉ đã đánh, người lập kế hoạch có thể thiết lập các thông số của mỗi ứng dụng. Trong phần thiết kế của ETS, người ta mở cửa sổ thông số của ứng dụng đã lựa chọn và đặt các tham số với giá trị đúng. Đối với time switch, người ta đặt tham số Ton là giá trị 07:30 và các tham số Toff giá trị 18:00. Đối với các bộ cảm biến ánh sáng, chúng ta có thể lựa chọn mức 2.000 lux từ một bảng các giá trị có thể có: (5-100 - 2000-5000-10000-15000-20000). Các chương trình ứng dụng với phần thiết kế của ETS là đầy đủ và người dùng có thể tải các ứng dụng lập trình để các thiết bị bus EIB có thể sử dụng một cách dễ dàng. Bước đầu tiên trong việc tải là thiết lập địa chỉ vật lý. Dựa vào ETS người dùng truy cập vào chức năng tải địa chỉ vật lý. Chúng ta lựa chọn ứng dụng thiết bị bus EIB và ấn vào nút dịch vụ trên BCU của thiết bị bus EIB để được cấu hình. Các địa chỉ vật lý được tự động dowload về bằng ETS. Thủ tục này phải được thực hiện cho tất cả các thiết bị bus EIB trên hệ thống. Khi tất cả các thiết bị bus EIB đã được cấu hình, thông qua chức năng tải ứng dụng cài đặt tự động, trong một lần chạy, tất cả các ứng dụng sẽ được tải vào các thiết bị bus EIB. Lúc này cài đặt EIB đã sẵn sàng để làm việc. 5.4 Ví dụ Dựa trên công nghệ EIB, chúng ta có thể xây dựng nhà thông minh như ví dụ dưới đây: 5.4.1 Các tính năng trong nhà 1. Hệ thống chiếu sáng điều khiển theo chế độ cảnh sinh hoạt: Chiếu sáng, rèm và âm thanh. 2. Hệ thống điều khiển: Công tắc, điều khiển từ xa, màn hình cảm ứng, chuông hình, điện thoại và internet. 3. Hệ thống cảm biến: Sân vườn, sảnh vào, cầu thang, sảnh tầng, WC, phòng thay đồ và ban công. 4. Hệ thống cảnh báo trộm: sảnh vào, ban công, cửa sổ. Nguyễn Thị Bích Thủy K51C-HTTT Khóa luận tốt nghiệp - 40 - 5. Hệ thống cảnh báo trạng thái đóng mở cửa sổ. 6. Hệ thống báo rò ga. 7. Hệ thống chuông hình. 8. Hệ thống âm thanh trung tâm. 9. Hệ thống rèm điều khiển từ xa. 10. Hệ thống điều khiển từ xa. 11. Hệ thống điều khiển theo thời gian. 5.4.2 Bố trí thiết bị 1. Sân vườn: - Camera chuông hình tại cổng ngoài. - Cổng ngoài sử dụng cổng điều khiển từ xa âm sàn Home Access. - Cảm biến chuyển động xung quanh nhà. 2. Tầng 1: - Cảm biến hiện diện tại khu vực sảnh vào, cầu thang, WC. - Cảm biến rò ga tại khu vực bếp. - Cảm biến trạng thái đóng mở cửa sổ: 13 cửa sổ (Phòng khách, phòng ăn và phòng bếp). - Hệ thống chiếu sáng điều khiển theo cảnh sinh hoạt: + Phòng khách: chiếu sáng và rèm. + Phòng ăn, phòng bếp: chiếu sáng, rèm, âm thanh. - Điều khiển từ xa qua remote tại phòng khách, phòng ăn. - Màn hình chuông hình lắp tại phòng khách. - Hệ thống rèm điều khiển từ xa lắp tại phòng khách, phòng bếp và phòng ăn. - Nguồn âm thanh lấy từ phòng khách và phòng ngủ Master. - Âm ly và loa lắp tại phòng ăn. - Hệ thống điều khiển qua điện thoại và internet lắp trong tủ điện. Nguyễn Thị Bích Thủy K51C-HTTT Khóa luận tốt nghiệp - 41 - - Hệ thống chiếu sáng, rèm và âm thanh đều được điều khienr và giám sát qua công tắc, điều khiển từ xa, điện thoại, internet, màn hình cảm ứng và màn hình chuông hình. 3. Tầng 2: - Cảm biến hiện diện tại khu vực ban công, sảnh tầng, cầu thang, phòng thay đồ và WC. - Hệ thống chiếu sáng được điều khiển theo ngữ cảnh: + Phòng ngủ: chiếu sáng, âm thanh và rèm. + Khu WC: chiếu sáng, âm thanh. - Điều khiển từ xa tại phòng khủ Master và phòng WC. - Nguồn âm thanh lấy từ phòng khách và phòng ngủ Master. - Hệ thống rèm điều khiển từ xa tại phòng ngủ Master. - Hệ thống chiếu sáng, rèm và âm thanh đều được điều khiển và giám sát qua công tắc, điều khiển từ xa, điện thoại, internet, màn hình cảm ứng và màn hình chuông. 4. Tầng 3: - Cảm biến hiện diện diện tại: Ban công, sảnh tầng, cầu thang, và WC. - Chiếu sáng được điều khiển theo cảnh sinh hoạt: + Phòng ngủ: chiếu sáng, âm thanh, và rèm. + Phòng WC tại phòng ngủ lớn: Chiếu sáng và âm thanh. - Âm ly và loa lắp tại phòng ngủ và phòng ngủ lớn. - Điều khiển từ xa tại các phòng ngủ. - Nguồn âm thanh lấy từ phòng khách và phòng ngủ Master. - Hệ thống rèm điều khiển từ xa tại các phòng ngủ. - Hệ thống chiếu sáng, rèm và âm thanh đều được điều khiển và giám sát qua công tắc, điều khiển từ xa, điện thoại, internet, màn hình cảm ứng,và màn hình chuông. 5. Tầng 4: - Cảm biến hiện diện tại cầu thang, sảnh tầng và WC. Nguyễn Thị Bích Thủy K51C-HTTT Khóa luận tốt nghiệp - 42 - - Phòng tập thể thao điều khiển theo chế độ cảnh: Chiếu sáng và âm thanh. - Điều khiển từ xa tại phòng tập thể thao. - Âm ly và loa đặt tại phòng tập thể thao. - Nguồn âm thanh lấy từ phòng khách và phòng ngủ Master. Dưới đây là bản vẽ lắp đặt hệ thống thiết bị thông minh trong toà nhà này. Nguyễn Thị Bích Thủy K51C-HTTT Khóa luận tốt nghiệp - 43 - G iải pháp thiết kế hệ thống điện thông m inh tầng sân vườn Nguyễn Thị Bích Thủy K51C-HTTT Khóa luận tốt nghiệp - 44 - G iải pháp thiết kế hệ thống điện thông m inh tầng 1 Nguyễn Thị Bích Thủy K51C-HTTT Khóa luận tốt nghiệp - 45 - G iải pháp thiết kế hệ thống điện thông m inh tầng 2 Nguyễn Thị Bích Thủy K51C-HTTT Khóa luận tốt nghiệp - 46 - G iải pháp thiết kế hệ thống điện thông m inh tầng 3 Nguyễn Thị Bích Thủy K51C-HTTT Khóa luận tốt nghiệp - 47 - G iải pháp thiết kế hệ thống điện thông m inh tầng 4 Nguyễn Thị Bích Thủy K51C-HTTT Khóa luận tốt nghiệp - 48 - CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN Tổng kết lại, khóa luận này đã nghiên cứu, tìm hiểu công nghệ phát triển xây dựng các toà nhà thông minh thông qua giải pháp EIB. Nhằm đáp ứng nhu cầu sinh hoạt hàng ngày cũng như tính tiện nghi trong cuộc sống, giải pháp nhà thông minh là một giải pháp tất yếu cho công nghệ điện hiện nay cũng như trong tương lai. Công nghệ nhà thông minh đem lại những tiện ích không thể không thừa nhận, tính tiện nghi, thoải mái cho ngôi nhà, tiết kiệm chi phí cũng như năng lượng sử dụng, an toàn cho người sử dụng, mềm dẻo dễ lắp đặt, sửa chữa v.v. Khóa luận đã phần nào giải đáp được những khúc mắc về khái niệm “nhà thông minh”. Thông qua việc giới thiệu về cấu hình mạng, các phương tiện, phương thức truyền thông, định dạng gói dữ liệu và việc quản lý địa chỉ và mạng, tôi đã đưa ra một cái nhìn tổng quan về hoạt động của hệ thống giúp người đọc có thể hiểu được hệ thống hoạt động như thế nào để từ đó có thể phát triển mở rộng hệ thống, để có được một hệ thống tùy theo mục đích sử dụng mà có hiệu quả tốt nhất. Khái niệm nhà thông minh cũng mở ra một chương mới cho công nghệ hiện đại, công nghệ thông minh, giúp con người đến gần hơn với cuộc sống hoàn hảo. Là sinh viên ngành công nghệ thông tin, khi nghiên cứu đề tài này, khóa luận không tránh khỏi những bỡ ngỡ ban đầu, chính vì vậy rất mong được sự quan tâm góp ý của thầy cô, bạn đọc để khóa luận được hoàn thiện. Nguyễn Thị Bích Thủy K51C-HTTT Khóa luận tốt nghiệp - 49 - TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt: [1] Nhóm I-Solution. Thiết kế các hệ thống nhà thông minh. Tiếng Anh [2] EIBA s.c. – EIBA Handbook Series. [3] Honeywell..C – Engineering Manual of Automatic Control. [4] Robert C. Elsenpeter, Toby J. Velte – Build Your Own Smart Home. [5] Home Automation SystemFULL. [6] Project Engineering for EIB Installation. Một số trang web tham khảo: http: //www.emate.com Nguyễn Thị Bích Thủy K51C-HTTT Khóa luận tốt nghiệp - 50 -