ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐIỀU KHIỂN, GIÁM SÁT THIẾT BỊ ĐIỆN TRONG NHÀ SỬ DỤNG TRỢ LÍ GIỌNG NĨI CHƯƠNG Điều khiển, giám sát thiết bị điện nhà sử dụng trợ lí giọng nói SVTH: Hồng Văn Lợi ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI 1.1 GIỚI THIỆU Cuộc sống ngày đại người theo guồng quay xã hội mang đến nhiều áp lực Điều khiến quỹ thời gian dành cho thân chăm sóc gia đình, quan tâm đến ngơi nhà bị thu hẹp Nếu khơng có biện pháp kịp thời khiến bạn thêm căng thẳng, mệt mỏi Từ nhu cầu thực tế, smarthome đời giải pháp đáp ứng mong muốn người dùng Bên cạnh đó, phát triển thiết bị điện tử dẫn đến xu hướng - nhà thông minh Smarthome hay Nhà thông minh thuật ngữ công nghệ sử dụng để ngơi nhà có thiết bị gia dụng, đèn, máy sưởi, tivi, máy tính, hệ thống âm & video, hệ thống camera an ninh, hệ thống sân vườn, có khả kết nối với điều khiển từ xa theo lịch trình thời gian, từ phòng nhà vị trí giới, thơng qua điện thoại, Internet Nhờ đó, ngơi nhà thơng minh mang đến cho người chủ cảm giác an toàn, thoải mái, tiện lợi, tiết kiệm lượng theo cách mà bạn muốn Đơn giản hóa việc điều khiển giám sát thiết bị điệu từ xa, đảm bảo an toàn cho người già trẻ nhỏ, đa dạng trải nghiệm tối ưu chất lượng sống người Từ yêu cầu thực tế để bắt kịp xu hướng giới, định chọn đề tài đồ án: “ ĐI Ề U KHI Ể N, GIÁM SÁT THI Ế T B Ị ĐI Ệ N TRONG NHÀ S Ử D Ụ NG TR Ợ LÍ Ả O “ - 2.1 HƯỚNG NGHIÊN CỨU Điều khiển giám sát thiết bị điện nhà giao diện chung, truy cập điều khiển đâu qua Internet mạng Lan Điều khiển, giám sát thiết bị điện nhà sử dụng trợ lí giọng nói ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang - Tạo ngữ cảnh thao tác tự động để tối ưu hóa việc điều khiển thiết bị điện tiện lợi thông minh - Kết hợp sử dụng trợ lí giọng nói để điều khiển thiết bị từ xa thuận tiện đem lại trải nghiệm đa dạng Điều khiển, giám sát thiết bị điện nhà sử dụng trợ lí giọng nói ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang CHƯƠNG THIẾT KẾ HỆ THỐNG VÀ THIẾT BỊ SỬ DỤNG 1.2TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG VÀ GIẢI PHÁP SMARTHOME 1.1.1 Giới thiệu tảng Home Assistant – Hiện giải pháp Smarthome với chi phí cao Bkav Lumi số giải pháp số hãng với thiết bị nhỏ lẻ không đồng – Để có smarthome cần có tảng để làm điều Ở đề tài tơi lựa chọn tảng tự động hóa với mã nguồn mở chạy Python 3.x - Home Assistant triển khai Raspberry Pi B+ Và với hỗ trợ đắc lực từ trợ lí ảo Google Home Mini – Hơn HA giải tốn trên: kết nối, đồng thiết bị nhiều hãng khác phù hợp với ngơi nhà bạn Hình 1: Giới thiệu Home Assistant Với HA có thể: Điều khiển, giám sát thiết bị điện nhà sử dụng trợ lí giọng nói ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang – Giám sát, theo dõi trạng thái tất thiết bị nhà, miễn thiết bị nằm kho khổng lồ thiết bị mà HA hỗ trợ – Điều khiển tất thiết bị từ giao diện nhất, thân thiện với điện thoại Đặc biệt, tảng không lưu trữ liệu người dùng máy chủ, đảm bảo tính riêng tư cao – Thiết lập ngữ cảnh tự động cho thiết bị nhà hoạt động cách thông minh hết Home Assistant nên tảng tự động hóa nhà thơng minh mã nguồn mở chạy Python Theo dõi kiểm soát tất thiết bị nhà tự động kiểm soát Home Assistant thiết kế để dễ dàng triển khai máy tính từ Raspberry đến thiết bị lưu trữ mạng (NAS) chí container Docker để triển khai hệ thống khác cách dễ dàng Home Assistant tích hợp với số lượng lớn sản phẩm Nhà thông minh khác từ mã nguồn mở thương mại, cho phép bạn liên kết thiết bị, liệu với nhau, ví dụ IFTTT (if this then that – công cụ để tự động hóa thao tác), thơng tin thời tiết hay Amazon Echo, Google Home để kiểm soát phần cứng nhà từ khóa cửa đèn điện Home Assistant có phiên cài sẵn, gọi Hass.io, cách đóng gói hệ điều hành Home Assistant file img cho phép người dùng bung thẻ nhớ để cài Raspberry Pi cách nhanh Trọng tâm hệ thống trở thành hệ điều hành “nhẹ nhàng” hiệu cao để chạy Docker hypervisor Nó có đủ phần mềm cài đặt sẵn, để hoạt động chức giám sát Điều khiển, giám sát thiết bị điện nhà sử dụng trợ lí giọng nói ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang 1.1.2 Tính Home Assistant ? Tính tới thời điểm viết tảng hỗ trợ 1215 thiết bị nhà thông minh đến từ Nest, IFTTT, Google, Hue, MQTT, Alexa, Xiaomi ,… Có điểm mạnh Home Assistant Python mang tới là: Việc mở rộng hệ thống dễ dàng Python ngơn ngữ động, cho phép tạo linh hoạt mà nhà lập trình Java ln thèm khát Với Python thật dễ dàng để kiểm tra tạo mẫu thử cho phần cài đặt có mà không bị ảnh hưởng vĩnh viễn đến thành phần khác Python chạy Linux distro khác ổn định, đương nhiên hầu hết thiết bị nhúng hay máy tính nhúng hỗ trợ Linux Hình 2: Home Assistant Cloud Home Assistant có phiên cloud miễn phí trước kia, gọi Home Assistant Cloud cho phép bạn truy cập thiết bị Home Assistant qua mạng Internet để điều khiến miễn phí Bây phiên thành phiên trả phí mang tên Nabu Casa Nabu Casa cho miễn phí dùng thử 31 ngày, sau trả 5$/ tháng cho việc sử dụng Home Assistant Cloud 1.3 YÊU CẦU HỆ THỐNG Điều khiển, giám sát thiết bị điện nhà sử dụng trợ lí giọng nói ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang Hình 1: Sơ đồ nguyên lý hệ thống điều khiển Smarthome Điều khiển, theo dõi, kiểm soát tất thiết bị điện nhà tự động kiểm sốt kết hợp với trợ lí giọng nói Hệ thống hoạt động sau: để điều khiển thiết bị nhà cần tảng tự động hóa – máy chủ cục để đồng bộ, kết nối tất thiết bị để điều khiển kiểm soát Và điều khiển thiết bị qua giao diện web truy cập từ xa điều khiển qua trợ lí giọng nói Hệ thống kết nối, tích hợp thiết bị nhà qua mạng Internet/Lan 3.1 LỰA CHỌN THIẾT BỊ Từ yêu cầu thiết kế ta chọn sơ thiết bị sau:  Nguồn điện sử dụng: 220V  Raspberry Pi Model B+ với nguồn 2.5A  Thẻ nhớ SD 16GB USB  Google Home mini / Alexa Echo Dot  Broadlink RM mini3 ( Điều khiển RF/IR)  Bóng đèn Yeelight  Ổ cắm Broadlink MP1  Công tắc Sonoff us 3G Điều khiển, giám sát thiết bị điện nhà sử dụng trợ lí giọng nói ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang  Cảm biến Broadlink A1  Mạch Thu Phát Bluetooth BLE 4.0 SoC CC2640 Beacon 1.1.3 Tổng quan Raspberry Pi 3 Model B+ Hình 2: Máy tính Raspberry Pi3 B+  Nhờ khả hoạt động 24/24 tốt máy tính thường, thiết kế nhỏ gọn, hỗ trợ quản lí thiết bị nhà với hassio  Máy tính Raspberry Pi board mạch Mini Computer sử dụng nhiều nay, việc sử dụng máy tính bình thường chạy hệ điều hành Linux Windows 10 IoT, máy có khả xuất tín hiệu 40 chân GPIO giúp bạn giao tiếp điểu khiển vô số board mạch ngoại vi bên ngồi để thực vơ số ứng dụng khác Ở sử dụng tảng hassio Điều khiển, giám sát thiết bị điện nhà sử dụng trợ lí giọng nói ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang 10  Máy tính Raspberry Pi Model B+ (Made in UK/Japan) sản xuất UK/Japan với quy trình gia cơng linh kiện chất lượng cao, đảm bảo cho việc chạy bền bỉ lâu dài, máy có kích thước nhỏ gọn, giá thành phải chăng, cách sử dụng dễ dàng, cần cài hệ điều hành vào thẻ nhớ cấp nguồn sử dụng  CPU phiên BCM2837B0 từ Boardcom với vỏ bọc kim loại tản nhiệt cho khả tăng tốc độ lên đến 1.4Ghz nhân với kiến trúc ARM Cortex-A53 64-bit Hình 3: CPU Raspberry Pi3 B+  Tốc độ Ethernet nhanh (Gigabit via USB) lên đến 300Mb/s với chip xử lý LAN7515 từ Microchip Điều khiển, giám sát thiết bị điện nhà sử dụng trợ lí giọng nói ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang 52 sensor: # Weather prediction - platform: yr - platform: broadlink update_interval: 60 host: 192.168.0.101 mac: '34:EA:34:7B:17:FD' monitored_conditions: - temperature - humidity - air_quality - light - noise - platform: time_date display_options: - 'time' - 'date' - 'date_time' - platform: darksky api_key: 6fd8f9e1e3530ea2fed257fbb5cbde6a Điều khiển, giám sát thiết bị điện nhà sử dụng trợ lí giọng nói ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang 53 forecast: -0 monitored_conditions: - summary - icon - temperature - nearest_storm_distance - nearest_storm_bearing - precip_type - precip_intensity - precip_probability - temperature - apparent_temperature - dew_point - wind_speed - wind_bearing - cloud_cover - humidity - pressure - visibility - ozone - minutely_summary - hourly_summary - daily_summary - temperature_max Điều khiển, giám sát thiết bị điện nhà sử dụng trợ lí giọng nói ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang 54 - temperature_min - apparent_temperature_max - apparent_temperature_min - precip_intensity_max # Text to speech tts: - platform: google cache: true cache_dir: /tmp/tts time_memory: 300 language: 'vi' # Cloud cloud: alexa: filter: include_entities: - climate.daikin - device_tracker.lhv - group.all_devices - group.all_lights - group.all_scripts - group.all_switches - group.bed_room Điều khiển, giám sát thiết bị điện nhà sử dụng trợ lí giọng nói ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang 55 - group.main_weather - light.desk_lamp - script.go_to_sleep - script.iamhome - script.iamleaving - script.mainlight_off - script.mainlight_on - sensor.broadlink_sensor_air_quality - sensor.broadlink_sensor_humidity - sensor.broadlink_sensor_light - sensor.broadlink_sensor_noise - sensor.broadlink_sensor_temperature - sensor.yr_symbol - switch.air_conditioning - switch.laptop - switch.fan - switch.daikin - switch.charger - switch.main_light_1 - switch.main_light_2 - switch.night_light - switch.speaker - switch.tv exclude_domains: - switch Điều khiển, giám sát thiết bị điện nhà sử dụng trợ lí giọng nói ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang 56 - light - sensor - climate entity_config: group.all_switches: name: Switch description: The Switch display_categories: SWITCH script.iamhome: name: iam home description: i am home display_categories: i am home script.iamleaving: name: i am Leaving description: i am leaving display_categories: i am leaving script.go_to_sleep: name: Go to Sleep description: Go to Sleep display_categories: Go to Sleep script.mainlight_off: name: Main light off description: Main light off display_categories: Main light off script.mainlight_on: Điều khiển, giám sát thiết bị điện nhà sử dụng trợ lí giọng nói ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang 57 name: Main light on description: Main light on display_categories: Main light on ios: automation: - alias: "Media player paused/stopped" trigger: - platform: state entity_id: media_player.bedrooms_lhv from: 'playing' to: 'idle' condition: - condition: state entity_id: sun.sun state: 'below_horizon' action: service: scene.turn_on entity_id: scene.bedroom_normal - alias: "Media player playing" trigger: - platform: state entity_id: media_player.bedrooms_lhv to: 'playing' Điều khiển, giám sát thiết bị điện nhà sử dụng trợ lí giọng nói ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang 58 from: 'idle' condition: - condition: state entity_id: sun.sun state: 'below_horizon' action: service: scene.turn_on entity_id: scene.bedroom_dim - alias: Boss at home trigger: entity_id: device_tracker.loihoangvan_5f047baa665448e6a888277a68b0535e from: not_home platform: state to: home condition: [] action: entity_id: light.desk_lamp service: light.turn_on switch: - platform: broadlink host: 192.168.0.100 mac: '34:EA:34:85:4A:4A' type: mp1 Điều khiển, giám sát thiết bị điện nhà sử dụng trợ lí giọng nói ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang 59 friendly_name: 'MP1' scan_interval: slots: # friendly name of slots - optional # if not set, slot name will be switch's friendly_name + 'slot {slot_index}' e.g 'MP1 slot 1' slot_1: 'Bathroom Light' slot_2: 'Air Conditioning' slot_3: 'Charger' slot_4: 'Fan' - platform: mqtt name: "Main light 1" state_topic: "stat/sonoff01/POWER1" command_topic: "cmnd/sonoff01/POWER1" qos: payload_on: "ON" payload_off: "OFF" payload_available: "Online" payload_not_available: "Offline" retain: true - platform: mqtt name: "Main Light 2" Điều khiển, giám sát thiết bị điện nhà sử dụng trợ lí giọng nói ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang 60 state_topic: "stat/sonoff01/POWER2" command_topic: "cmnd/sonoff01/POWER2" qos: payload_on: "ON" payload_off: "OFF" payload_available: "Online" payload_not_available: "Offline" retain: true - platform: mqtt name: "Night Light" state_topic: "stat/sonoff01/POWER3" command_topic: "cmnd/sonoff01/POWER3" qos: payload_on: "ON" payload_off: "OFF" payload_available: "Online" payload_not_available: "Offline" retain: true ###RM MINI3 - platform: broadlink host: 192.168.0.103 mac: '78:0F:77:06:EC:4E' Điều khiển, giám sát thiết bị điện nhà sử dụng trợ lí giọng nói ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang 61 - platform: wake_on_lan name: LAPTOP mac_address: '80:19:34:49:0B:74' host: 192.168.0.104 turn_off: service: shell_command.shutdown_z800 - platform: broadlink host: 192.168.0.103 mac: '78:0F:77:06:EC:4E' timeout: 15 switches: # Will work on most Phillips TVs: daikin: friendly_name: "Daikin" command_on: 'JgBMAaVHCzsLGAsXCxgLOwsXCxgLFwsYCzsLFws7CzsLGAs7CzsLOw s7DDoLFwsYCzsLFwsYCxcLGAsXCxgLOws7CzsLOws7CxcLOws7CxgLF wsYCxcLGAsXCxgLFwsYCxcLGAsXCzsMOgs7CzsLGAsXCxgLFwwAA8e kSAs7CxgLFwsYCzsLFwsYCxcLGAs7CxcLOws7CxgLOws7CzsLOws7Cxc LGAo8ChgLGAoYChkKGAoZChgKGQoYChkKPAo8ChgKGQo8ChgKPAo 8ChkKGAoZChgKPAo8ChkKGAo8ChkKGAoZChkJPAoZChkJGQoZCRkK GQkZChkJGQoZChgKGQoYChkKGAoZChgKGQoYChkKPAoYCjwKGQo Điều khiển, giám sát thiết bị điện nhà sử dụng trợ lí giọng nói ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang 62 YChkKGAo8CjwKGQoYChkKGAoZChgKGQoYCjwKGQoYChkKGAoZCh gKGQo8CjwKGAo8ChkKAA0FAAAAAAAAAAAAAAAA' command_off: 'JgBMAaZEDjoMFgwXDBYMOgwXCxcMFwwWDDoMFww6DDoMFgw6 DDoMOgw6DDoMFwwWDDoMFwwWDBcMFgwXDBYMOgw6DDoMOg w6DBcMOgw6DBYMFwwWDRYMFgwXDBcMFgwXDBYMFwwWDDoM Ogw6DDoMFwwWDBcMFgwAA8emRgw6DBYNFgwWDTkNFgwWDRY MFg05DRYMOgw6DBYNOQ05DTkNOQ05DRYMFg05DRYMFg0WDBYN FgwXDBYMFwwWDBcMOQ05DRYMFww6DBYMOgw6DDoMFwwWDB cMOgw6DBYMFww6DBYMFwwWDBcMOgwWDBcMFgwXDBYMFww WDBcMFgwXDBYNFgwWDRYMFg0WDBYNFgwWDRYMOgwWDTkNF gwWDRYMFg05DTkNFgwWDRYMFg0WDBYNFgwWDTkNFgwWDRYM Fww5DRYMFww5DTkNFgw6DBcMAA0FAAAAAAAAAAAAAAAA' tv: friendly_name: "LG" command_on: 'JgAcAB0dHB44HhweGx4cHR06HB0cHhwdHB8bHhwADQUAAAAAAAA AAAAAAAA=' command_off: 'JgAaABweOR4bHhwdHB4dHRw6HhsdHR0dOTocAA0FAAAAAAAAAAA AAAAAAAA=' light: - platform: yeelight Điều khiển, giám sát thiết bị điện nhà sử dụng trợ lí giọng nói ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang 63 devices: 192.168.0.102: name: Desk Lamp climate: - platform: broadlink name: Daikin host: 192.168.0.103 mac: '78:0F:77:06:EC:4E' ircodes_ini: 'broadlink_climate_codes/daikin_arc433a21.ini' min_temp: 18 max_temp: 30 target_temp: 27 temp_sensor: sensor.broadlink_sensor_temperature default_operation_from_idle: cool default_operation: 'off' default_fan_mode: mid customize: operations: - 'off' - cool fan_modes: - low - mid Điều khiển, giám sát thiết bị điện nhà sử dụng trợ lí giọng nói ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang 64 - high scene: - name: Bedroom normal entities: light.desk_lamp: state: on color_name: White transition: brightness: 255 brightness_pct: 100 - name: Bedroom dim entities: light.desk_lamp: state: on transition: brightness: 50 brightness_pct: 30 group: Main_weather: name: Area weather entities: - sensor.broadlink_sensor_temperature Điều khiển, giám sát thiết bị điện nhà sử dụng trợ lí giọng nói ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang 65 - sensor.broadlink_sensor_noise - sensor.broadlink_sensor_light - sensor.broadlink_sensor_humidity - sensor.broadlink_sensor_air_quality - sensor.yr_symbol - sensor.dark_sky_hourly_summary - sensor.dark_sky_wind_speed Date_Time: name: Date & Time entities: - sensor.date - sensor.time - sensor.date time Bed_room: name: Bedroom Area entities: - light.desk_lamp - switch.night_light - switch.laptop - switch.bathroom_light - switch.charger - switch.main_light_2 Living_room: name: Living Room Điều khiển, giám sát thiết bị điện nhà sử dụng trợ lí giọng nói ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang 66 entities: - switch.main_light_1 - switch.fan Main_livingroom_View: name: Living Room view: yes entities: - group.all_switches - switch.laptop - switch.main_light_1 - switch.fan - sensor.dark_sky_summary - sensor.broadlink_sensor_temperature - sensor.dark_sky_wind_bearing - sensor.dark_sky_wind_speed - sensor.dark_sky_nearest_storm_distance - sensor.date time - device_tracker.loihoangvan_5f047baa665448e6a888277a68b0535e script: !include scripts.yaml Điều khiển, giám sát thiết bị điện nhà sử dụng trợ lí giọng nói ... Điều khiển, giám sát thiết bị điện nhà sử dụng trợ lí giọng nói ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang – Giám sát, theo dõi trạng thái tất thiết bị nhà, miễn thiết bị nằm kho khổng lồ thiết bị mà HA hỗ trợ – Điều... thông minh - Kết hợp sử dụng trợ lí giọng nói để điều khiển thiết bị từ xa thuận tiện đem lại trải nghiệm đa dạng Điều khiển, giám sát thiết bị điện nhà sử dụng trợ lí giọng nói ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP... quạt, nhà với khả học lệnh IR Chúng ta điều khiển thiết bị nhiều hãng thay phải sử dụng nhiều loại remote khác cho thiết bị Điều khiển, giám sát thiết bị điện nhà sử dụng trợ lí giọng nói ĐỒ