Hệ thống nhà thông minh

255 
HỆ THỐNG NHÀ THÔNG MINH 
Lâm Tấn Dƣơng, Nguyễn Tiến Đạt , Trần Hữu Đạt 
Viện Công nghệ Việt  Nhật, trường Đại học Công nghệ Tp. Hồ Chí Minh 
TÓM TẮT 
Internet of Things (IoT) đã xuất hiện ngay từ thời kỳ sơ khai của Internet, khi các nhà phát minh mong 
muốn kết nối tất cả mọi thứ qua một mạng lưới đồng nhất để có thể điều khiển chúng phục vụ cho mục 
đích của con người. Như vậy có thể tạm hiểu, Internet of Things là khi tất cả mọi thứ đều được kết nối với 
nhau qua mạng Internet, người dùng (chủ) có thể kiểm soát mọi đồ vật của mình qua mạng mà chỉ bằng 
một thiết bị thông minh, chẳng hạn như Smart Phone, Tablet, PC hay thậm chí chỉ bằng một chiếc Smart 
Watch nhỏ bé trên tay. 
Từ khóa: Internet of Thing, Smart Home. 
1. GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI 
Mạng lưới vạn vật kết nối Internet hoặc là Mạng lưới thiết bị kết nối Internet viết tắt là IoT là một kịch bản 
của thế giới, khi mà mỗi đồ vật, con người được cung cấp một định danh của riêng mình, và tất cả có khả 
năng truyền tải, trao đổi thông tin, dữ liệu qua một mạng duy nhất mà không cần đến sự tương tác trực 
tiếp giữa người với người, hay người với máy tính. IoT đã phát triển từ sự hội tụ của công nghệ không 
dây, công nghệ vi cơ điện tử và Internet. Nói đơn giản là một tập hợp các thiết bị có khả năng kết nối với 
nhau, với Internet và với thế giới bên ngoài để thực hiện một công việc nào đó. Nhóm đã thực hiện dự án 
nhà thông minh với tên gọi là HỆ THỐNG NHÀ THÔNG MINH 
2. MÔ TẢ YÊU CẦU 
2.1 Yêu cầu chức năng 
Khi đăng nhập vào hệ thống điều khiển thì phải nhập password. 
Mở đèn led điều khiển qua website. 
Mở cửa bằng password và website. 
Cảm biến tự động mở đèn. 
Mở cửa bằng giọng nói. 
2.2 Yêu cầu phi chức năng 
Đảm bảo tính bảo mật. 
Giao diện thân thiện, dễ sử dụng. 
Dễ nâng cấp, bảo trì. 
3. CƠ SỞ LÝ THUYẾT 
3.1. IDE Arduino 
Môi trường phát triển tích hợp (IDE) Arduino là một ứng dụng đa nền tảng được viết bằng Java, và được 
dẫn xuất từ IDE cho ngôn ngữ lập trình xử lý và các dự án lắp ráp. Nó được thiết kế để làm nhập môn lập 
trình cho các nhà lập trình và những người mới sử dụng khác không quen thuộc với phát triển phần mềm. 
256 
Nó bao gồm một trình soạn thảo mã với các tính năng như làm nổi bật cú pháp, khớp dấu ngặc khối 
chương trình, và thụt đầu dòng tự động, và cũng có khả năng biên dịch và tải lên các chương trình vào bo 
mạch với một nhấp chuột duy nhất. Một chương trình hoặc mã viết cho Arduino được gọi là "sketch" . 
Chương trình Arduino được viết bằng C hoặc C++. Arduino IDE đi kèm với một thư viện phần mềm được 
gọi là "Wiring" từ dự án lắp ráp ban đầu, cho hoạt động đầu vào/đầu ra phổ biến trở nên dễ dàng hơn 
nhiều. Người sử dụng chỉ cần định nghĩa hai hàm để thực hiện một chương trình điều hành theo chu kỳ: 
– setup() : Hàm thực thi lúc bắt đầu của một chương trình dùng để khởi tạo các thiết lập. 
– loop() : Hàm được gọi lặp lại liên tục cho đến khi bo mạch được tắt đi. 
3.2. HTTP Response 
Cấu trúc HTTP response gần giống với HTTP request, chỉ khác nhau là thay vì Request-Line, thì HTTP có 
response có Status-Line. Và giống như Request-Line, Status-Line cũng có ba phần như sau: 
– HTTP-version: phiên bản HTTP cao nhất mà server hỗ trợ. 
– Status-Code: mã kết quả trả về. 
– Reason-Phrase: mô tả về Status-Code.d 
3.3. MySQL 
MySQL là hệ quản trị cơ sở dữ liệu tự do nguồn mở phổ biến nhất thế giới và được các nhà phát triển rất 
ưa chuộng trong quá trình phát triển ứng dụng. Vì MySQL là cơ sở dữ liệu tốc độ cao, ổn định và dễ sử 
dụng, có tính khả chuyển, hoạt động trên nhiều hệ điều hành cung cấp một hệ thống lớn các hàm tiện ích 
rất mạnh. Với tốc độ và tính bảo mật cao, MySQL rất thích hợp cho các ứng dụng có truy cập CSDL trên 
internet. MySQL được sử dụng cho việc bổ trợ NodeJs, PHP, Perl, và nhiều ngôn ngữ khác, làm nơi lưu 
trữ những thông tin trên các trang web viết bằng NodeJs, PHP hay Perl,... 
4. THIẾT BỊ 
4.1 ESP32 
– CPU: Xtensa Dual-Core LX6 microprocessor. 
– Chạy hệ 32 bit 
257 
– Tốc độ xử lý 160MHZ up to 240 MHz 
– Tốc độ xung nhịp đọc flash chip 40mhz --> 80mhz (tùy chỉnh khi lập trình) 
– RAM: 520 KByte SRAM 
– 520 KB SRAM liền chip –(trong đó 8 KB RAM RTC tốc độ cao – 8 KB RAM RTC tốc độ thấp (dùng ở 
chế độ DeepSleep). 
Hỗ trợ 2 giao tiếp không dây 
Wi-Fi: 802.11 b/g/n/e/i 
Bluetooth: v4.2 BR/EDR and BLE 
Hỗ trợ tất cả các loại giao tiếp 
8-bit DACs( digital to analog) 2 cổng 
Analog(ADC) 12-bit 16 cổng. 
I²C – 2 cổng 
UART – 3 cổng 
SPI – 3 cổng (1 cổng cho chip FLASH ) 
I²S – 2 cổng 
SD card /SDIO/MMC host 
Slave (SDIO/SPI) 
Ethernet MAC interface with dedicated DMA and IEEE 1588 support 
CAN bus 2.0 
IR (TX/RX) 
Băm xung PWM (tất cả các chân ) 
Ultra low power analog pre-amplifier’ 
Cảm biến tích hợp trên chip esp32 
1 cảm biến Hall (cảm biến từ trường) 
1 cảm biến đo nhiệt độ 
Cảm biến chạm (điện dung) với 10 đầu vào khác nhau. 
Bảo mật 
IEEE 802.11 standard security features all supported, including WFA, WPA/WPA2 and WAPI 
Secure boot 
Flash encryption 
1024-bit OTP, up to 768-bit for customers 
Cryptographic hardware acceleration: AES, SHA-2, RSA, elliptic curve cryptography (ECC), random 
number generator (RNG) 
Nguồn điện hoạt động 
Nhiệt độ hoạt động -40 + 85C 
Điện áp hoạt động: 2.2-3.6V 
Số cổng GPIOs : 34 
258 
Đánh giá chung 
ESP32 xứng đáng với sự mong mỏi ở các cải tiến trên esp8266. Với esp8266, cùng với wifi , esp32 hỗ 
trợ thêm truyền nhận Blutooth, RAM nhiều hơn, Tốc độ xử lý nhanh hơn, số chân GPIO nhiều hơn, nhiều 
cổng giao tiếp hơn, nhiều chân PWM hơn, nhiều chân ADC hơn, tích hợp cả 3 loại cảm biến (nhiệt độ, 
hall, touch sensor) Tất cả ưu điểm đó cũng đủ khiến fan của ESP yêu ngay từ cái nhìn đầu tiên. 
4.2 Đèn Led 
Led màu chân cắm đường kính 5mm, led có sẵn màu, khi không sáng vẫn thể hiện màu sắc của led, 
dùng cho các ứng dụng hiển thị. 
Thông số kỹ thuật: 
Đường kính: 5mm 
Dòng tiêu thụ tối đa: 20mA 
Dòng thiêu tụ khuyến nghị: 16-18mA 
Độ sáng: 150200mcd 
Điện áp: 
Đỏ: 1.8-2.2VDC. 
Vàng, Xanh lá: 2.02.4VDC. 
4.3 Động Cơ RC Servo 9G 
Động cơ RC Servo 9G có kích thước nhỏ, là loại được sử dụng nhiều nhất để làm các mô hình nhỏ hoặc 
các cơ cấu kéo không cần đến lực nặng. Động cơ RC Servo 9G có tốc độ phản ứng nhanh, các bánh 
răng được làm bằng nhựa nên cần lưu ý khi nâng tải nặng vì có thể làm hư bánh răng, động cơ RC Servo 
9G có tích hợp sẵn Driver điều khiển động cơ bên trong nên có thể dễ dàng điều khiển góc quay bằng 
phương pháp điều độ rộng xung PWM. 
Thông số kỹ thuật: 
Điện áp hoạt động: 4.8-5VDC 
Tốc độ: 0.12 sec/ 60 degrees (4.8VDC) 
Lực kéo: 1.6KG.CM 
Kích thước: 21x12x22mm 
Trọng lượng: 9g. 
259 
4.4 Bàn phím ma trận 3x4 (Keypad) 
Module bàn phím ma trận 3x4 loại phím mềm. 
Độ dài cáp: 88mm. 
Nhiệt độ hoạt động 0 ~ 70oC. 
Đầu nối ra 7 chân. 
Kích thước bàn phím 76.9 x 69.2 mm 
4.5 Cảm Biến Thân Nhiệt Chuyển Động PIR AM312 Mini 
Cảm biến thân nhiệt chuyển động PIR (Passive infrared sensor) AM312 Mini có thiết kế rất nhỏ gọn, được 
sử dụng để phát hiện chuyển động của các vật thể phát ra bức xạ hồng ngoại: con người, con vật, các vật 
phát nhiệt,... 
Cảm biến thân nhiệt chuyển động PIR HC-SR505 Mini sẽ xuất ra tín hiệu mức cao (High) khi phát hiện 
vật thể nhiệt chuyển động trong vùng quét, tín hiệu này sau đó sẽ được giữ ở mức cao trong khoảng thời 
gian trễ T sau khi kích hoạt, lúc này nếu cảm biến vẫn bắt được tín hiệu sẽ vẫn duy trì chân tín hiệu mức 
cao trong thời gian trễ T, chỉ khi trong khoảng thời gian trễ T mà cảm biến không bắt được tín hiệu thì 
chân tín hiệu cảm biến mới trở về mức thấp (Low). 
Thông số kỹ thuật: 
Điện áp hoạt động: 2.7~12VDC 
Static power consumption: <0.1mA 
Delay time: 2 seconds 
The blocking time: 2 seconds 
Trigger: can be repeated 
Sensing range: 3 meters, ≤100 degree cone angle 
260 
Working temperature: -20 - + 60 ℃ 
PCB Dimensions: 10mm x 8mm 
Total size: Approx. 12mm x 25 mm 
Module Lens: Small lens 
4.6 LCD Text LCD1602 
Màn hình text LCD1602 xanh dương sử dụng driver HD44780, có khả năng hiển thị 2 dòng với mỗi dòng 
16 ký tự, màn hình có độ bền cao, rất phổ biến, nhiều code mẫu và dễ sử dụng thích hợp cho những 
người mới học và làm dự án. 
Thông số kỹ thuật: 
Điện áp hoạt động là 5 V. 
Kích thước: 80 x 36 x 12.5 mm 
Chữ trắng, nền xanh dương 
Khoảng cách giữa hai chân kết nối là 0.1 inch tiện dụng khi kết nối với Breadboard. 
Tên các chân được ghi ở mặt sau của màn hình LCD hổ trợ việc kết nối, đi dây điện. 
Có đèn led nền, có thể dùng biến trở hoặc PWM điều chình độ sáng để sử dụng ít điện năng hơn. 
Có thể được điều khiển với 6 dây tín hiệu 
Có bộ ký tự được xây dựng hổ trợ tiếng Anh và tiếng Nhật, xem thêm HD44780 datasheet để biết thêm 
chi tiết. 
5. MÔ HÌNH HOẠT ĐỘNG 
5.1 Mô hình hoạt động thủ công 
Bước 1: Nhập mật khẩu từ keypad. 
Bước 2: Keypad truyền mật khẩu vừa nhập đến ESP32. 
Bước 3: ESP32 xử lý và hiển thị thông báo lên màn hình. 
Bước 4: Mật khẩu đúng thì mở cửa. Sai thì thực hiện lại B3. 
261 
5.2 Mô hình điều khiển bằng giọng nói 
Điều khiển thiết bị từ xa bằng RF, bluetooth, hồng ngoạithì quá bình thường, cảm thấy nó không công 
nghệ gì cao siêu lắm khi mà giờ wifi, smartphone android có khắp nơi. Chỉ cần với giọng nói của bạn với 
vài câu nói ra lệnh để bật hay tắt thiết bị thông qua Google Assistant có trên điện thoại Andoird, nghe có 
vẻ hấp dẫn hơn nhiều. Nếu bạn có Google Home thì vẫn nói câu lệnh như vậy sau khi đã làm với Google 
Assistant, bởi Google Home cũng chính là Google Assistant. Tuy nghiên Google Home có thể làm vài thứ 
khác đặc biệt chuyên dụng hơn so với Google Assistant trên điện thoại. 
5.3 Mô hình hoạt động online 
Bước 1: mạch ESP32 sẽ gửi request lên trang host sever. 
262 
Bước 2: host sever nhận request từ ESP32 sau đó truyền thông tin xuống CSDL. 
Bước 3: CSDL sẽ thay đổi dữ liệu dựa theo request của trang host sau đó gửi reponse về cho mạch 
ESP32. 
6. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 
Đã xây dựng hệ thống với các chức năng: 
– Mở đèn led điều khiển qua website. 
– Mở cửa bằng password 
– Mở cửa điều khiển qua website. 
– Cảm biến tự động mở đèn. 
– Mở cửa bằng giọng nói. 
7. KẾT LUẬN 
Mô hình trong bài nghiên cứu này đã giải quyết một số nhu cầu về cuộc sống hằng ngày của con người 
thông qua IOT. Công nghệ đang từng bước phát triển nên các ứng dụng nhóm nghiên không chỉ dừng lại 
ở mô hình nhà thông minh mà còn nhiều mô hình khác như: thành phố thông minh, kho xưởng,.. Trước 
mắt nhóm sẽ nghiên cứu phát triển tiếp mô hình nhà thông minh với các chức năng mới sát với nhu cầu 
cuộc sống của con người cụ thể là: bật tắt, điều chỉnh điều hòa, hệ thống lò sưởi, bình nóng lạnh và các 
thiết bị gia dụng, hệ thống tự động tưới cây, phơi đồ thông minh,.. 
TÀI LIỆU THAM KHẢO 
[1] 
arduino-ide 
[2] https://esp32.vn/ 
[3] https://www.youtube.com/watch?v=Db1JNq9O9DI 
[4] https://www.youtube.com/watch?v=2AhBnB0tdbo 
[5] https://esp32.vn/arduino/blink.html 
[6] https://hocarm.org/huong-dan-lap-trinh-esp32-voi-arduino-ide/ 
[7] https://esp32.vn/idf/blink-idf.html 
[8] https://hocarm.org/esp8266-va-oled-lcd/ 
[9]  
[10] https://www.arduinolibraries.info/architectures/esp32 
[11] https://randomnerdtutorials.com/installing-the-esp32-board-in-arduino-ide-windows-instructions/