ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ Trần Duy Hưng
XÂY DỰNG HỆ THỐNG GIÁM SÁT VÀ ĐIỀU
KHIỂN NHÀ THÔNG MINH:
QUAN SÁT VÀ ĐIỀU KHIỂN TRÊN PPC
KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC HỆ CHÍNH QUY
Ngành: Công nghệ thông tin
HÀ NỘI - 2009
ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ
khóa luận này.
Em xin gửi lời cảm ơn tới thầy Vũ Quang Dũng và cô Nguyễn Thị Nhật Thanh
đã hướng dẫn tận tình và cùng chúng em giải quyết những khó khăn trong bài khóa
luận. Em xin cám ơn thầy, cô đã từng ngày nhắc nhở chúng em chăm chỉ nghiên cứu
và học tập, giúp chúng em đi đúng hướng và không xao nhãng công việc nghiên cứu.
Em xin cám ơn thầy, cô đã tỉ mỉ giúp chúng em sửa từ những lỗi nhỏ nhất trong bài
khóa luận.
Tôi xin cám ơn các bạn trong phòng nghiên cứu Toshiba-Coltech đã ủng hộ cả về
tinh thần lẫn trí tuệ trong suốt quá trình tìm hiểu và xây dựng hệ thống. Đặc biệt là hai
bạn trong nhóm nghiên cứu hệ thống giám sát và điểu khiển nhà thông minh: Nguyễn
Văn Hiển và Nguyễn Đình Anh Cương đã giúp đỡ và cùng tôi hoàn thành bài khóa
luận, góp phần hoàn thành cho bài toán chung.
Em xin cám ơn gia đình, bạn bè đã bên cạnh, ủng hộ và động viên em trong suốt
thời gian làm khóa luận.
Hà Nội, ngày 20/05/2009
Trần Duy Hưng
Xây dựng hệ thống giám sát và điều khiển nhà thông minh
ii
TÓM TẮT
Năm 1991, Weiser đưa ra thuật ngữ “tính toán khắp nơi” để “tăng cường một
cách không thấy thế giới đã tồn tại”, với đích là làm ẩn dụ giao diện ra khỏi tầm nhìn
của người dùng theo cách như hệ thống máy tính không hiện đối với ứng dụng tại nhà.
Hệ tính toán khắp nơi định nghĩa ra cách thức tương tác giữa các đối tượng tồn
tại độc lập như một thực thể riêng biệt trong môi trường truyền dẫn và tính toán được
gọi là môi trường tính toán khắp nơi. Nơi đó, các đối tượng được tương tác thông qua
một thiết bị cuối là điện thoại di động.
Theo những định nghĩa đó, hệ tính toán khắp nơi cho phép một sự tương tác qua
Trong bài khóa luận cũng sẽ nêu ra cách áp dụng lý thuyết và tư tưởng của hệ
tính toán khắp nơi vào hệ thống giám sát và điều khiển nhà thông minh.
Xây dựng hệ thống giám sát và điều khiển nhà thông minh
iv
MỤC LỤC
TÓM TẮT ..................................................................................................................ii
MỤC LỤC ................................................................................................................. iv
DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT .................................................................................... vi
DANH MỤC HÌNH VẼ ........................................................................................... vii
DANH MỤC BẢNG BIỂU .....................................................................................viii
Chương 1 GIỚI THIỆU .......................................................................................... 1
1.1 Tổng quát nhà thông minh .............................................................................. 2
1.1.1 Phân loại theo hệ thống kỹ thuật............................................................... 2
1.1.2 Phân loại theo cơ chế thông minh ............................................................. 3
1.2 Hướng tiếp cận ............................................................................................... 3
1.2.1 Phạm vi chung bài toán ............................................................................ 3
1.2.1.1 Module nhận diện điều khiển qua IP Camera ........................................ 4
1.2.1.2 Quan sát và điều khiển trên PPC ........................................................... 4
1.2.1.3 Module mô phỏng 3D ........................................................................... 4
1.2.2 Phạm vi module quan sát và điều khiển trên PPC ..................................... 5
1.2.2.1 Hạ tầng mạng ........................................................................................ 5
1.2.2.2 Quản lý người dùng .............................................................................. 5
1.2.2.3 Quản lý đối tượng ................................................................................. 5
Chương 2 GIẢI PHÁP MẠNG ............................................................................... 6
2.1 Bluetooth ........................................................................................................ 6
2.1.1 Khái quát ................................................................................................. 6
2.1.2 Đặc điểm .................................................................................................. 6
2.1.3 Ưu điểm ................................................................................................... 7
3.2.2 Gửi dữ liệu ............................................................................................. 26
3.2.3 Phân luồng ứng dụng ............................................................................. 27
3.2.4 Luồng dữ liệu hệ thống .......................................................................... 28
Chương 4 THỰC NGHIỆM .................................................................................. 30
4.1 Ghép nối module........................................................................................... 30
4.2 Thực nghiệm ................................................................................................. 30
4.2.1 Yêu cầu cấu hình .................................................................................... 30
4.2.1.1 PPC .................................................................................................... 30
4.2.1.2 PC ....................................................................................................... 30
4.2.2 Số liệu thực nghiệm ............................................................................... 31
4.2.2.1 Thực nghiệm truyền dữ liệu ................................................................ 31
4.2.2.2 Số liệu thực nghiệm sau khi ghép với các module khác ....................... 31
Chương 5 KẾT LUẬN........................................................................................... 33
TÀI LIỆU THAM KHẢO ....................................................................................... 34
Xây dựng hệ thống giám sát và điều khiển nhà thông minh
vi DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT
1. PPC: Pocket personal computer
2. PC: Personal computer
Xây dựng hệ thống giám sát và điều khiển nhà thông minh
vii
DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 1-1: Mô hình hệ thống nhà thông minh................................................................ 4
Hình 2-1: Giao thức Obex ............................................................................................ 7
Với sự phát triển nhanh chóng của công nghệ web, hạ tầng mạng và các ứng
dụng cho thiết bị nhúng, các thiết bị cầm tay thông minh càng chứng tỏ vị trí quan
trọng của mình trong cuộc các mạng chung của công nghệ và đóng vai trò không thể
thiếu trong đời sống con người đang dần trở nên bận rộn và có xu hướng di chuyển
nhiều.
Với những thiết bị cầm tay thông minh, con người mới chỉ dừng lại ở mức ứng
dụng nhỏ hoặc không phổ biến, trong khi thực tế những thiết bị cầm tay có thể giải
quyết được nhiều công việc hơn so với những tiềm năng vốn có.
Về hạn chế, các thiết bị nhúng dù phát triển nhưng vẫn luôn hạn chế cả về tốc độ tính
toán lẫn lưu trữ dữ liệu so với máy tính để bàn. Điều này dẫn đến xu hướng tính toán
tập trung và tải những phép tính phức tạp, đòi hỏi thời gian tính toán lớn lên máy tính,
thiết bị nhúng chỉ mang tính chất hiển thị kết quả. Nền tảng của lý thuyết hệ tính toán
khắp nơi (ubiquitous computing) là đẩy toàn bộ dữ liệu để xử lý tập trung, sau đó dữ
liệu tập trung này sẽ được gửi tới những thiết bị khác.
Một trong những ứng dụng của hệ thống tính toán khắp nơi là nhà thông minh
(smart house). Nhà thông minh (tiếng Anh: smart-home hoặc intelli-home) là kiểu nhà
được lắp đặt các thiết bị điện, điện tử có tác dụng tự động hoá hoàn toàn hoặc bán tự
động, thay thế con người trong thực hiện một hoặc một số thao tác quản lý, điều
khiển…
Trong căn nhà thông minh, đồ dùng trong nhà từ 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 vật dụng từ xa hoặc lập trình cho thiết bị ở nhà hoạt động
theo lịch. Thêm vào đó, các đồ gia dụng có thể hiểu được ngôn ngữ của nhau và có
khả năng tương tác với nhau… (Theo từ điển Wikipedia).
Trong cuộc sống hiện đại, nhà thông minh dần trở thành một khái niệm quen
thuộc với mọi người và là một xu hướng tất yếu.
Nhà thông minh là sự kết hợp của nền tảng lý thuyết hệ tính toán khắp nơi, tương
tác người máy, nhận diện ảnh và kiến trúc tổng thể kỹ thuật.
Xây dựng hệ thống giám sát và điều khiển nhà thông minh
Xây dựng hệ thống giám sát và điều khiển nhà thông minh
3
1.1.2 Phân loại theo cơ chế thông minh
Có thể phân chia làm ba loại cơ chế hoạt động như sau:
- Cơ chế nhận diện: cơ chế nhận diện cho phép ghi nhớ những đặc điểm được cài
đặt sẵn trong bộ nhớ; trong trường hợp việc nhận diện xảy ra không trùng khớp, hệ
thống sẽ từ chối phục vụ hoặc báo động. Ví dụ như cổng, cửa gara chỉ mở với những
xe có biển số đã đăng ký với hệ thống, cửa tự động nhận diện vân tay chỉ mở đúng
người; trong khoảng thời gian đêm, nếu có người lạ mặt trong phòng khách hệ thống
sẽ báo động…
- Cơ chế lập trình sẵn: một số hệ thống thiết bị được thiết kế hoạt động theo lịch
trình nhất định. Ví dụ như bắt đầu từ 7 giờ tối đèn vườn, đèn bảo vệ tự động bật sáng
và tắt vào thời điểm 5 giờ sáng, 7 giờ sáng ti vi tại khu vực bếp tự động bật đúng
chương trình cài đặt để người ăn sáng có thể xem, 8 giờ sáng vòi nước tưới vườn hoạt
động trong 15 phút; 10 giờ đêm các hệ thống cửa tự động an toàn sẽ đóng lại…
- Cơ chế cảm ứng: cơ chế cảm ứng là một cơ chế linh hoạt, hoạt động trên sự
biến đổi trạng thái mà hệ thống cảm ứng ghi nhận để tự điều khiển phù hợp. Ví dụ: tại
cầu thang, vệ sinh, đèn sẽ tự động bật khi có người và tự động tắt sau một thời gian
nhất định khi không có người; hệ thống báo động sẽ thông báo khi cửa có những chấn
động cơ học hơn mức bình thường (do phá hoại, đột nhập), mái kính sẽ tự động đóng
lại khi có mưa, mành – rèm tự hoạt động ở trạng thái thích hợp nhất khi cảm ứng với
ánh nắng mặt trời, đèn tự động bật khi chiếu sáng tự nhiên không đủ…
1.2 Hướng tiếp cận
1.2.1 Phạm vi chung bài toán
Do hạn chế về mặt thời gian, nhân lực và vật lực, toàn bộ công trình nghiên cứu
khóa luận của chúng tôi sẽ triển khai xây dựng nhà thông minh theo cơ chế thông minh
như đã trình bày ở trên.
Hệ thống gồm 3 module: Module tương tác người máy, Module mô phỏng nhà
thông minh, Module nhận diện điều khiển trạng thái vật thể qua IP Camera. Mỗi
- Mạng truyền dữ liệu không dây nhưng vẫn đảm bảo tốc độ truyền tốt và số
lượng lớn người truy cập.
- Tính bảo mật cao. Có thể dễ dàng triển khai ngăn chặn các cuộc tấn công qua
sóng và môi trường truyền dẫn thông qua hoặc thiết bị bảo mặt, hoặc bởi thuật toán mã
hóa dữ liệu, bất chấp sự phình ra một cách tương đối của dữ liệu.
1.2.2.2 Quản lý người dùng
- Ngăn ngừa sự truy cập trái phép từ bên ngoài lên các đối tượng.
- Phân quyền đối tượng đối với từng người dùng và nhóm người dùng.
1.2.2.3 Quản lý đối tượng
- Dễ dàng truy cập tới các thông tin đối tượng và trạng thái đối tượng khi các
tầng khác yêu cầu.
- Dễ dàng ánh xạ giữa dữ liệu người dùng và dữ liệu đối tượng để nhận biết tính
phân quyền của người dùng trên một đối tượng cụ thể.
Xây dựng hệ thống giám sát và điều khiển nhà thông minh
6
Chương 2 GIẢI PHÁP MẠNG
Công nghệ mạng không dây có thể sử dụng trong truyền dữ liệu, đáp ứng được
các tiêu chí cơ bản đề ra là Bluetooth, hồng ngoại và Wireless. Về cơ bản, Bluetooth là
sự cải thiện và phát triển từ hồng ngoại (IrDA), vì thế nên trong bài khóa luận, chúng
tôi chỉ đánh giá và so sánh hai mô hình mạng cơ bản là: Bluetooth và Wireless.
2.1 Bluetooth
2.1.1 Khái quát
Bluetooth là một đặc tả công nghiệp cho truyền thông không dây tầm gần giữa
các thiết bị điện tử. Công nghệ này hỗ trợ việc truyền dữ liệu qua các khoảng cách
ngắn giữa các thiết bị di động và cố định, tạo nên các mạng cá nhân không dây
(Wireless Personal Area Network-PANs).
Bluetooth có thể đạt được tốc độ truyền dữ liệu 1Mb/s. Bluetooth hỗ trợ tốc độ
truyền tải dữ liệu lên tới 720 Kbps trong phạm vi 10 m–100 m. Khác với kết nối hồng
năng lượng hạn chế.
- Có khả năng hỗ trợ 3 kênh thoại và 1 kênh dữ liệu.
Copyright: Tài liệu đại học ©