XÂY DỰNG mô HÌNH NHÀ KÍNH THÔNG MINH (1)

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT VĨNH LONG KHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN BÁO CÁO SENSOR VÀ ỨNG DỤNG XÂY DỰNG MÔ HÌNH NHÀ KÍNH THÔNG MINH CHUYÊN NGÀNH CÔNG NGHỆ THÔNG TIN Giảng viên hướng dẫn ThS Trần Phan An Trường Vĩnh Long, ngày 17 tháng 06 năm 2022 Muc Luc XÂY DỰNG MÔ HÌNH NHÀ KINH THÔNG MINH 3 CHƯƠNG I GIƠI THIÊU ĐÊ TÀI 3 Ly do chon đê tai 3 Kê hoach đăt ra 3 CHƯƠNG 2 GIƠI THIÊU VÊ INTERNET VẠN VẬT 3 Khái niệm 3 Cơ hội va thách thức của IoT 4 Cơ hội 4 Thách thức 5 CHƯƠNG III TÌM HIỂU VÊ LẬP TRÌNH.

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT VĨNH LONG KHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN BÁO CÁO SENSOR VÀ ỨNG DỤNG XÂY DỰNG MƠ HÌNH NHÀ KÍNH THƠNG MINH CHUN NGÀNH: CÔNG NGHỆ THÔNG TIN Giảng viên hướng dẫn: ThS Trần Phan An Trường Vĩnh Long, ngày 17 tháng 06 năm 2022 Muc Luc XÂY DỰNG MƠ HÌNH NHÀ KINH THƠNG MINH CHƯƠNG I: GIƠI THIÊU ĐÊ TÀI 1.1 Ly chon đê tai 1.2 Kê hoach đăt CHƯƠNG 2: GIƠI THIÊU VÊ INTERNET VẠN VẬT 2.1 Khái niệm 2.2 Cơ hội va thách thức IoT 2.2.1 Cơ hội 2.2.2 Thách thức CHƯƠNG III: TÌM HIỂU VÊ LẬP TRÌNH ARDUINO 3.1 Khái niệm 3.2 Các loai Board Arduino 3.3 Các giao thức hệ thống 10 3.3.1 Giao thức I2C 10 3.3.2 Cách thức hoat động 11 3.3.3 Tín hiệu Analog 12 3.3.4 Một số ứng dung tín hiệu Analog 13 Chương IV: Blynk 14 4.1 Khái niệm 14 4.2 Cách hoat động Blynk 14 4.3 Blink yêu cầu gì? 15 Chương V: Thiêt kê lăp đăt 15 5.1 Tình 15 5.2 Lăp đăt 16 5.3 Kêt nối Blynk 17 XÂY DỰNG MƠ HÌNH NHÀ KINH THƠNG MINH 1.1.Ly chon đê tai Muốn tự thiêt kê riêng hệ thống nha kính thơng minh thân Bộ điêu khiển có khả bậ 1.2 Áp dung kiên thức hoc để xâ 2.1 Khái niệm Internet of Things (viêt tăt la IoT) la kịch thê giới, ma đồ vật, người cung cấp định danh riêng mình, va tất có khả trun tải, trao đổi thơng tin, liệu qua mang ma không cần đên tương tác trực tiêp người với người, hay người với máy tính IoT phát triển từ hội tu công nghệ không dây, công nghệ vi điện tử va Internet Nói đơn giản la tập hợp thiêt bị có khả kêt nối với nhau, với Internet va với thê giới bên ngoai để thực cơng việc nao Hay biểu cách đơn giản hơn, IoT la khái niệm kêt nối thiêt bị với va với Internet IoT la mang lưới khổng lồ vật (things) va người kêt nối, tất đêu thu thập va chia liệu với Việc kêt nối thực qua Wifi, ZigBee, Bluetooth, … Lịch sử Ý tưởng thêm cảm biên va trí thơng minh vao vật bình thường thảo luận suốt năm 1980 va 1990 Tuy nhiên, tiên độ thực dự án diễn chậm cơng nghệ lúc chưa sẵn sang Các chip lớn va cồng kênh cách nao để đối tượng giao tiêp hiệu Kevin Ashton sử dung cum từ "Internet of Things" vao năm 1999 măc dù phải thập kỷ để cơng nghệ có quy mơ mong đợi Tai thời điểm đó, ơng coi nhận dang tần số vô tuyên (RFID) la điêu cần thiêt Internet van vật, cho phép máy tính quản ly moi vật riêng lẻ 2.2 Cơ hội va thách thức IoT 2.2.1 Cơ hội Trước hêt, toan cầu hóa giúp khoa hoc va cơng nghệ Việt Nam bước hội nhập, giao lưu với nên khoa hoc công nghệ thê giới, tao thuận lợi cho Việt Nam hoc tập kinh nghiệm, tiêp thu tựu khoa hoc công nghệ thê giới phuc vu cho phát triển kinh tê- xã hội đất nước Việc chuyển giao dây chuyên công nghệ, khoa hoc tiên tiên thê giới vao nganh nghê, lĩnh vực cu thể Việt Nam như: Công nghệ sản xuất ô tô (Nha máy ô tô Trường Hải tiêp nhận dây chuyên chuyển giao Hyundai vê sản xuất ô tô), công nghệ sản xuất thiêt bị di động cầm tay, chip va sản phẩm viễn thông (Samsung Việt Nam), công nghệ ứng dung lĩnh vực nông nghiệp công nghệ cao (Công nghệ tưới nhỏ giot theo tiêu chuẩn Israel), công nghệ xây dựng cầu đường va đăc biệt công nghệ thông tin nganh dịch vu tai chính, ngân hang góp phần đưa nganh bước tiêp cận va đat đên trình độ thê giới Hình Cơ hội phát triển chê tự động hóa Toan cầu hóa tao điêu kiện thu hút vốn đầu tư nước ngoai vao lĩnh vực khoa hoc va công nghệ, đăc biệt la đầu tư nước tiên tiên có nên khoa hoc va cơng nghệ phát triển cao Mỹ, Nhật Bản, Han Quốc, Singapo Sự tham gia liên doanh, liên kêt hoat động khoa hoc va công nghệ với đối tác nước ngoai giúp cho nha khoa hoc va công nghệ Việt Nam có hội tiêp cận với khoa hoc va cơng nghệ cao ma qua bước thu hẹp khoảng cách vê kiên thức, kỹ nghiên cứu phát triển nâng cao lực sáng tao khoa hoc-công nghệ cá nhân va nên khoa hoc va công nghệ nước Các chương trình hợp tác đao tao nhân lực khoa hoc cơng nghệ trình độ cao, có khả tiêp nhận, chuyển giao va ứng dung tựu khoa hoc va công nghệ tiên tiên thê giới góp phần nâng cao lực, trình độ đội ngũ người lam khoa hoc có va phát triển đội ngũ nha khoa hoc công nghệ trẻ kê tuc nghiệp phát triển nên khoa hoc va công nghệ quốc gia cang đai 2.2.2 Thách thức Toan cầu hóa khiên cho sản phẩm khoa hoc –công nghệ nước ngoai đăc biệt la nước tiên tiên Hoa Kỳ, Nhật Bản va nước Châu Âu xâm nhập manh mẽ vao thị trường nước khiên khoa hoc công nghệ Việt Nam bị canh tranh gay găt Đăc biệt, lam nẩy sinh vấn đê tranh chấp liên quan đên sở hữu trí tuệ, quyên, nhãn hiệu, chi dẫn địa ly, kiểu dáng công nghiệp – lĩnh vực ma nước ta trình độ phát triển thấp so với ho Sự chênh lệch vê trình độ phát triển KH&CN lớn sân chơi có canh tranh gay găt khiên cho thua thiệt va yêu thê nằm vê phía nha KH&CN Việt Nam Chẳng han thống trị giống lúa lai Trung quốc thị trường giống lúa nước la chứng rõ vê thách thức nên KH&CN Việt Nam cho dù giống lúa nha khoa hoc Việt Nam tao khơng thua vê chất lượng Đây la thách thức lớn không chi riêng nganh khoa hoc va công nghệ Hiện nay, sản phẩm khoa hoc công nghệ Việt Nam, dù cải tiên va đổi nhiêu, song phần lớn sử dung công nghệ cũ, lac hậu Việc đổi công nghệ so với măt chung chậm Trong điêu kiện nên kinh tê nhiêu khó khăn, việc đầu tư vao nghiên cứu va đổi công nghệ bị han chê khiên cho sản phẩm khoa hoc va công nghệ bị tut hậu so với thê giới, lam giảm lực canh tranh lĩnh vực Măt khác việc đổi công nghệ không chi đơn giản la thay máy cũ máy ma phải đổi hệ thống quản ly nguồn nhân lực chất lượng cao kèm ma điêu thiêu va yêu Chiên lược phát triển KH&CN Việt Nam đên 2020 đăt yêu cầu tốc độ đổi công nghệ phải đat 15-20% năm, nghĩa la sau khoảng năm doanh nghiệp Việt Nam phải đổi thê hệ công nghệ Thực tê, la số cao măt khác lai coi la thấp khoa hoc va công nghệ Việt Nam Khung hanh lang pháp ly, việc hoan thiện thể chê, hệ thống sách để bảo đảm Luật KH&CN triển khai sâu rộng vao sống, tao đa cho phát triển kinh tê - xã hội, đưa KH&CN thực trở lực lượng sản xuất quan để phát triển kinh tê nhiêu bất cập Việc ban hanh văn Luật Nghị định, Thông tư hướng chậm chap, khiên cho trình thực Luật KH&CN găp nhiêu khó khăn Đầu tư để phát triển khoa hoc va khoa hoc có nhiêu chuyển biên, chi đat 2% tổng chi ngân sách nha nước- số thấp so với nhu cầu hoat động khoa hoc va công nghệ Các nước tiên tiên đầu tư cho phát triển khoa hoc công nghệ, đăc biệt la nghiên cứu sản phẩm khoa hoc ứng dung đat từ – 5% ngân sách Rõ rang chênh lệch vê vốn đầu tư cho KH&CN la thách thức lớn KH&CN Việt Nam 2.3 Các ứng dung IoT Hệ thống an ninh, hệ thống giám sát, hệ thống báo động (khói, chuyển động, khí gas, v.v.) Hệ thống giám sát lượng chiêu sáng, nhiệt, thiêt bị gia dung, đồng hồ đo lượng Hệ thống quản ly nước điêu khiển động cơ, điêu khiển cấp độ, hệ thống phun nước, v.v Hệ thống giải trí gia đình âm thanh, video, máy chiêu, v.v Các hệ thống theo dõi sức khỏe cá nhân huyêt áp, tiểu đường, ECG, v.v Thiêt bị đeo đồng hồ giúp nâng cao chất lượng sống Giám sát va theo dõi sức khỏe cho sống thông minh Theo dõi trẻ em, người lớn tuổi va vật ni cho sống an toan Giải trí va giải trí cho sống chất lượng − Lái xe tự động hoăc tự lái − Thông tin giao thơng − Các dịch vu dựa vị trí GPS − An toan công cộng bao gồm xe cứu thương, cảnh sát, cứu hỏa va giám sát − Giao thông công cộng bao gồm xe lửa, xe buyt, máy bay, hang hóa, xe thơng minh, v.v − Đường cao tốc bao gồm chiêu sáng, bãi đậu xe, phí cầu đường, đồng hồ đo, v.v CHƯƠNG III: TÌM HIỂU VÊ LẬP TRÌNH ARDUINO 3.1 Khái niệm Arduino la bảng mach vi điêu khiển nguồn mở dựa vi điêu khiển Microchip Atmege phát triển Arduino.cc Bo mach trang bị chân nhập/xuất Digital va Analog giao tiêp với thiêt bị ngoai vi khác − Board Arduino la nên tảng nguồn mở sử dung để thực dự án điện tử Nó bao gồm vi điêu khiển va phần phần mêm hoăc Mơi trường phát triển tích hợp (IDE) chay PC ban, sử dung để viêt va tải mã máy tính lên board vật ly 3.2 Các loai Board Arduino 3.2.1 Arduino Diecimila Hình 3.2.2 Arduino UNO Arduino Diecimila Hình Arduino UNO 3.2.3 Arduino Leonardo Hình Arduino Leonardo 3.2.4 Arduino Mega2560 3.2.5 Arduino Nano Hình 3.5 Arduino Mega2560 Hình 3.6 3.3 3.3.1 Arduino Nano Các giao thức hệ thống Giao thức I2C I2C (Inter-Integrated Circuit) la giao thức giao tiêp phát triển Philips Semiconductors để truyên, nhận liệu hoăc nhiêu Master – xem la thiêt bị điêu khiển trung tâm với hoăc nhiêu Slave – xem la ngoai vi hệ thống thông qua hai đường trun tín hiệu Hình Mơ hình kêt nối giao thức Các thiêt bị kêt nối với bus I2C phân hai loai: master va slave Trong đó, master sở hữu qun kiểm sốt để thực đưa yêu cầu đên slave, slave la thiêt bị đáp ứng yêu cầu từ master Như hình minh hoa trên, master thơng thường la vi điêu khiển, slave la ngoai vi cảm biên nhiệt độ, LCD driver, EEPROM,… Đăc điểm  Chi cần có hai đường bus (dây) chung để điêu khiển thiêt bị / IC nao mang I2C  Không cần thỏa thuận trước vê tốc độ truyên liệu giao tiêp UART Vì vậy, tốc độ truyên liệu điêu chinh nao cần thiêt  Cơ chê đơn giản để xác thực liệu truyên  Sử dung hệ thống địa chi bit để xác định thiêt bị / IC cu thể bus I2C  Các mang I2C dễ dang mở rộng Các thiêt bị kêt nối đơn giản với hai đường bus chung I2C 3.3.2 Cách thức hoat động Với I2C, liệu truyên tin nhăn Tin nhăn chia khung liệu Mỗi tin nhăn có khung địa chi chứa địa chi nhị phân địa chi slave va hoăc nhiêu khung liệu chứa liệu truyên Thông điệp bao gồm điêu kiện khởi động va điêu kiện dừng, bit đoc / ghi va bit ACK / NACK khung liệu:  Điêu kiện khởi động (Start Condition): Đường SDA chuyển từ mức điện áp cao xuống mức điện áp thấp trước đường SCL chuyển từ mức cao xuống mức thấp  Điêu kiện dừng (Stop Condition): Đường SDA chuyển từ mức điện áp thấp sang mức điện áp cao sau đường SCL chuyển từ mức thấp lên mức cao  Khung địa chi (Address Frame): Một chuỗi hoăc 10 bit cho slave để xác định slave master muốn giao tiêp với  Bit Đoc / Ghi (Read/Write Bit): Một bit chi định master gửi liệu đên slave (mức điện áp thấp) hay yêu cầu liệu từ (mức điện áp cao)  Bit ACK / NACK: Mỗi khung tin nhăn theo sau bit xác nhận / không xác nhận Nêu khung địa chi hoăc khung liệu nhận công, bit ACK trả lai cho thiêt bị gửi từ thiêt bị nhận 3.3.3 Tín hiệu Analog Tín hiệu analog hay tín hiệu tương tự la tín hiệu liên tuc nao có tính thay đổi thời gian (biên) tín hiệu la đai diện cho số lượng thay đổi thời gian khác, nghĩa la tương tự với tín hiệu thay đổi thời gian khác Ví du, tín hiệu âm analog, điện áp tức thời tín hiệu thay đổi liên tuc theo áp suất sóng âm Nó khác với tín hiệu số, đai lượng liên tuc la biểu diễn chuỗi giá trị rời rac, chi đảm nhận số giá trị hữu han.[1][2] Thuật ngữ tín hiệu tương tự thường đê cập đên tín hiệu điện tử; nhiên, khí, khí nén, thủy lực, lời nói người va hệ thống khác truyên tải hoăc coi la tín hiệu tương tự Hình sóng tín hiệu Analog 3.3.4 Một số ứng dung tín hiệu Analog Ứng dung việc điêu khiển thiêt bị phu tải, phu thuộc vao điện áp cao Điện áp thay đổi cao hoăc thấp đêu phải theo dõi trình Trong trường hợp việc điêu khiển thiêt bị phu tải la quan Khi cố áp 50 V báo cịi va đèn, đồng thời thị thơng số lên bảng led lớn Thì tín hiệu điện áp VAC chuyển đổi vê dang analog va truyên tải cho thiêt bị thị va điêu khiển Chương IV: Blynk 4.1 Khái niệm Blynk la nên tảng với ứng dung iOS va Android để điêu khiển Arduino, Raspberry Pi va ứng dung tương tự qua Web Nó la bảng điêu khiển kỹ thuật số nhờ ban xây dựng giao diện đồ hoa cho dự án cách kéo va thả widget Việc thiêt lập moi thứ đơn giản va ban băt đầu sau chưa đầy phút Blynk không bị rang buộc với số bo hoăc defend cu thể Thay vao đó, hỗ trợ phần cứng ma ban lựa chon Cho dù Arduino hoăc Raspberry Pi ban liên kêt với Web qua Wi-Fi, Ethernet hoăc chip ESP8266, Blynk giúp ban on-line va sẵn sang cho IoT 4.2 Cách hoat động Blynk Hình Mơ hình hoat động Blynk Blynk thiêt kê cho IoT Nó điêu khiển phần cứng từ xa, hiển thị liệu cảm biên, lưu trữ liệu, trực quan hóa va lam nhiêu thứ hay ho khác Có ba phần nên tảng: Ứng dung Blynk – cho phép ban tao giao diện cho dự án cách sử dung widget khác Blynk Server – chịu trách nhiệm vê tất giao tiêp điện thoai thơng minh va phần cứng Ban sử dung Blynk Cloud hoăc chay cuc máy chủ Blynk riêng Nó la mã nguồn mở, dễ dang xử ly hang nghìn thiêt bị va chí khởi chay Raspberry Pi Thư viện Blynk – danh cho tất nên tảng phần cứng phổ biên – cho phép giao tiêp với máy chủ va xử ly tất lệnh đên va lệnh Mỗi ban nhấn nút ứng dung Blynk, thông điệp truyên đên không gian đám mây Blynk, va tìm đường đên phần cứng ban 4.3 Blink u cầu gì? • Phần cứng Arduino, Raspberry Pi hoăc phát triển tương tự Blynk hoat động qua Web Điêu có nghĩa la phần cứng ban chon phải kêt nối với web Một số bo, Arduino Uno cần Ethernet hoăc Wi-Fi Defend để giao tiêp, bo khác hỗ trợ Web: ESP8266, Raspberri Pi với WiFi dongle, Particle Photon hoăc SparkFun Blynk Board Ngay ban khơng có defend, ban kêt nối qua USB với máy tính xách tay hoăc máy tính để ban Điêu thú vị la danh sách phần cứng hoat động với Blynk lớn va tiêp tuc tăng lên • Một chiêc điện thoai thơng minh Chương V: Thiêt kê lăp đăt 5.1 Tình Trong mơ hình tự động sử dung loai cảm biên: lửa, khí gas ,ánh sáng, nhiệt độ độ ẩm Đầu tiên la cảm biên nhiệt độ độ ẩm Cảm biên thông báo vê cho chủ cách thể hiển thông số blynk Cảm biên ánh sáng: Có chê độ bật tăt tự động hoăc hoăc thủ cơng Ơ chê độ tự động cường độ ánh sáng đên khoảng đèn tự bật Cảm biên lửa: sử dung cho trường hợp khẩn cấp kích hoat tức thời ln ln sãn sang cho trường hợp hỏa hoan sảy Chi cần cảm biên phát tình trang cháy tự động bật cơng tăt nước Cuối la cảm biên gas nhận thông báo có khí gas nha kính gửi thơng báo đên cho chủ va điêu khiển bật quat thơng gió từ xa 5.2 Lăp đăt Hình 10 Mơ Hình lăp đăt 5.3 Kêt nối Blynk Hình 11 Giao diện thông báo trang thái ... 16 5.3 Kêt nối Blynk 17 XÂY DỰNG MƠ HÌNH NHÀ KINH THƠNG MINH 1.1.Ly chon đê tai Muốn tự thiêt kê riêng hệ thống nha kính thơng minh thân Bộ điêu khiển có khả bậ 1.2 Áp dung... biên gas nhận thông báo có khí gas nha kính gửi thơng báo đên cho chủ va điêu khiển bật quat thơng gió từ xa 5.2 Lăp đăt Hình 10 Mơ Hình lăp đăt 5.3 Kêt nối Blynk Hình 11 Giao diện thông báo trang... Diecimila Hình 3.2.2 Arduino UNO Arduino Diecimila Hình Arduino UNO 3.2.3 Arduino Leonardo Hình Arduino Leonardo 3.2.4 Arduino Mega2560 3.2.5 Arduino Nano Hình 3.5 Arduino Mega2560 Hình 3.6 3.3