Ứng dụng IoT để điều khiển thiết bị điện trong các ngôi nhà thông thường

Bài viết Ứng dụng IoT để điều khiển thiết bị điện trong các ngôi nhà thông thường trình bày sâu về Wifi (ESP8266 module), các phương pháp kết nối, phần cứng (dùng Arduino) và phần mềm điều khiển.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Ứng dụng IoT để điều khiển thiết bị điện trong các ngôi nhà thông thường Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2020. ISBN: 978-604-82-3869-8 ỨNG DỤNG IOT ĐỂ ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ ĐIỆN TRONG CÁC NGÔI NHÀ THÔNG THƯỜNG Nguyễn Văn Thắng1, Trần Văn Hội1 1 Trường Đại học Thủy lợi, email: nguyenbathang@tlu.edu.vn 1. TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU kích thước, tiết kiệm thời gian, giảm chi phí khi cải tạo và tăng tính thẩm mỹ của thiết bị. Công nghệ IoT đang phát triển mạnh mẽ kéo theo rất nhiều các ứng dụng được triển 2. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU khai trong đời sống con người, bao gồm điều khiển từ xa các trang thiết bị trong nhà. Tìm hiểu, thu thập tài liệu có liên quan, Chính nhu cầu và xu hướng phát triển này đã tham khảo các đề tài có tính ứng dụng tương dẫn tới các nghiên cứu liên quan: Trích dẫn tự, tìm hiểu các sản phẩm có tính ứng dụng cao [1] thiết kế và tạo ra một hệ thống tự động trong đề tài. Khảo sát thực tế, thiết kế và tối ưu hóa ngôi nhà dùng WiFi. Nghiên cứu trình hệ thống và thực hiện mô hình thử nghiệm. bày sâu về Wifi (ESP8266 module), các 3. GIẢI PHÁP THỰC HIỆN phương pháp kết nối, phần cứng (dùng Arduino) và phần mềm điều khiển. Nghiên 3.1 Yêu cầu về thiết bị, mạng truyền thông cứu [2] cũng dùng Module Wifi ESP8266 và Nghiên cứu này sử dụng: 01 smart phone các mạch Rơle riêng rẽ, tuy nhiên phần điều có đăng ký mạng 4G để cài đặt phần mềm khiển dùng ứng dụng trên hệ điều hành điều khiển và kết nối Internet; 01 Wifi có kết Android và truy cập qua Cloud Server. nối internet; 01 module điều khiển không dây Bên cạnh đó các công trình nghiên cứu [3] qua Internet (yêu cầu điều khiển tối thiểu là 4 sử dụng Wifi dựa trên chuẩn IEEE 802.11n, thiết bị); một số chuyển mạch và thiết bị điều đó là giao thức LAN (WLAN). khiển như bóng đèn, quạt… Trong số các nghiên cứu trên thì nghiên cứu [3] chỉ sử dụng sóng Wifi trong phạm vi ngắn. 3.2 Thiết kế hệ điều khiển tích hợp Còn nghiên cứu [1] [2] có thể điều khiển qua không dây Internet, tuy nhiên đều đang sử dụng phần Đánh giá thực trạng mạng điện của các gia cứng rời rạc, chưa tích hợp với nhau để giảm đình hiện nay: Ở hầu hết các gia đình, hệ kích thước, giảm chi phí lắp đặt. thống điện được bố trí như trong hình 1. Bên cạnh đó, các nghiên cứu ở trên và một Điện lưới 220 VAC được đưa tới Aptomat số nghiên cứu khác đi sâu giải quyết vấn đề ở tổng của gia đình, sau đó được đưa tới dạng mô hình, sơ đồ khối, mẫu thực nghiệm Aptomat của từng tầng. Mục đích, dễ dàng mà chưa giải quyết bài toán thực tế: Các ngôi tắt toàn bộ điện của căn nhà bằng Aptomat nhà truyền thống hiện nay có các thiết bị điện tổng hoặc tắt điện từng tầng để tiện cho việc như quạt, tủ lạnh, đèn chiếu sáng, bình nóng thay thế, sửa chữa… lạnh… đang sử dụng công tắc đóng mở. Vậy Thông thường, ở mỗi tầng sẽ có các thiết bị làm thế nào để cải tạo, thêm tính năng có thể như: Đèn chiếu sáng (đèn âm trần, đèn tuýp, điều khiển từ xa qua Internet. Đồng thời các đèn ngủ, đèn ngoài trời, đèn cầu thang, đèn thiết bị cần tích hợp vào cùng module để giảm hành lang...), ổ cắm, điều hòa, bình nóng lạnh. 233 Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2020. ISBN: 978-604-82-3869-8 gia đình, Wifi tiếp tục kết nối và truyền tín hiệu điều khiển tới Module điều khiển từ xa, tại đây các Rơle sẽ được đóng/mở để mở/ tắt thiết bị điện. Hình 1. Hệ thống điện thông thường Sau Aptomat của từng tầng lại dùng các Aptomat cho từng thiết bị: Điều hòa, bình nóng lạnh; các thiết bị còn lại như các ổ cắm, Hình 2. Điều khiển thiết bị điện qua Internet đèn chiếu sáng sẽ đấu nối từ một vài đôi dây chạy từ Aptomat của tầng đó. Trong quá Hình 3 mô tả kết nối và 02 chế độ làm việc: trình đấu điện cho các loại đèn sẽ sử dụng Bật tắt trực tiếp (2) và điều khiển từ xa (1). Ở công tắc một chiều hoặc công tắc đảo chiều. một thời điểm chỉ hoạt động ở 1 chế độ. Như vậy, toàn bộ việc tắt bật các thiết bị Để thực hiện giải pháp này cần thêm một trong nhà đều phải qua công tắc, aptomat. chuyển mạch đặt giữa Aptomat các tầng và Trong nhiều trường hợp như: Người già, các moudule điều khiển từ xa. trẻ em, những người có sức khỏe yếu không Ở chế độ (2) chuyển mạch như hình vẽ. đủ sức khỏe đi lên/ xuống các tầng, di Chế độ (1) chuyển mạch chuyển về vị trí 1. chuyển giữa các vị trí trong nhà để tắt bật thiết bị; ngồi ở cơ quan hay đâu đó ngoài nhà muốn bật bình nóng lạnh ở nhà để khi về nhà có nước nóng dùng ngay hoặc muốn bật trước điều hòa làm mát phòng để hưởng thụ mát mẻ ngay khi về tới nhà… xa hơn nữa là muốn ngôi nhà thông minh và hiện đại hơn mà ít phải cải tạo nhất có thể thì hệ thống điện thông thường không thể đáp ứng được vì phải trực tiếp tắt/ bật công tắc tại nhà. Trong nghiên cứu này tác giả bài báo đề xuất một giải pháp có thể giải quyết được những vấn đề trên. Cụ thể, nghiên cứu sẽ cải tiến hệ thống điện để có thể vừa giữ nguyên Hình 3. Hệ thống điều khiển kết hợp chế độ hiện tại (bật tắt bằng công tắc) vừa có Trong bài báo này, tác giả đã xây dựng mô thể lựa chọn điều khiển các thiết bị điện qua hình điều khiển bằng cách chọn Smart relay mạng Internet, Wifi và ứng dụng trên máy ESP07 ESP8266 điều khiển 4 thiết bị. Module tính và điện thoại thông minh. Hình 2 mô tả dùng nguồn nuôi 5 VDC-0, ...