Với sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ nói chung và các tập đoàn công nghệnói riêng thì đã giúp ích con người rất nhiều, hơn thế nữa đã giúp chất lượng cuộcsống con người ngày càng được nâng cao. Có những công nghệ mà cách đây vàinăm, người ta thậm chí không dám nghĩ đến nhưng bây giờ đã được thử nghiệmvà dần thành hiện thực. Một số tập đoàn công nghệ đã trình diễn những công nghệ hiện đại như Sony đãtrình diễn Loa và Tivi tích hợp Google assistant. Cụ thể, 1 cái loa 360 độ đã đượckết nối với hệ thống điện và loa trong nhà, chúng ta có thể dễ dàng ra lệnh mở đèn, mở nhạc, mở tivi, v.v.... Tuy công nghệ nghệ này không mới nhưng sắp tới sẽ là xu thế của một ngôi nhà thông mình nào cũng phải có. Với ý tưởng trên và để khắc phục điểm yếu của hệ thống là : chi phí cao, không hỗ trợ Tiếng Việt. Vì vậy, chúng em làm ra đề tài là để xây dựng lại mô hình trên vàđặc biệt là để ngừơi Việt dễ dàng sử dụng. Bằng cách sử dụng và lập trình Arduino làm trung tâm xử lý và các modul để tương tác với trung tâm điều khiển và thiết bị thông qua ứng dụng trên điện thoại.
Trang 1BO GIAO DUC & DAO TAO TRUONG DAI HOC SU’ PHAM KY THUAT TP HO CHi MINH KHOA DIEN - DIEN TỬ BỘ MÔN
ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP - Y SINH
ĐỎ ÁN TÓT NGHIỆP
NGANH KY THUAT DIEN TU’ TRUYEN THONG
BE TA: THIET KE VA THI CONG HE THONG DIEU KHIEN THIETBI
TRONG PHONG HOC
GVHD: Ths Nguyén Van Hiép SVTH1: Huynh Nguyén Nhan Hau MSSV: 14141092
SVTH2: Thai Ngoc Hau MSSV: MSSV: 14141093
Trang 3Tom tat
tiiiẳỎỔỎỔỎỒỎỎồỎỒỐỔẢ ccdddẦẢẦẦ XII
CHƯƠNG 1: TONG QUAN sa daeaaeaaeseaeasssaseasseasenssenenssseassaaeeaseasseeeeasseaeeanesaeeaees 11.1 DAT VAN DE
¬——===- 1 1.2 MỤC TIÊU
T111 1111111151111 1 11x HH1 HH1 HT TH ưệt 1 1.3 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU .- -ĂL Ă 2-1113 EE3E 111 55111511111 HH cưng 1 1.4
ee 1 0 2
1.5 BÓ CỤC T111 1111151111111 111kg H11 11T TH TH TH TH TK HT kg 2 CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYÉTT . - - <5 S+.EESESsEExsrsekzesxe 4 2.1 VẤN ĐỀ TIẾT KIỆM ĐIỆN CÁC THIẾT BỊ DÂN DỤNG 4 2.2 IOT VÀ ỨNG DỤNG TRONG ĐỜI SÓNG . cĂ CS creei 4 2.3 LICH SU HE DIEU HANH ANDROID - 2+ SE SE E2 SE EcsEsxerrez 8 2.4 KHÁI NIỆM VỀ MẠNG WIFI - - Ă S1 1111111 1H Sky kg Hi 10 2.5 CƠ SỞ DỮ LIỆUGOOGLE FIREBASE VA ỨNG DỤNG 14 2.6 CÔNG NGHỆ RFID VÀ ỨNG DỤNG TRONG ĐỜI SĨNG 18
CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KÉ <c<<<<+<<+<xsezxz
25 3.1 GIỚI THIỆU scucsenesessesssescassesssaecasceaesecseascasceascassenesenscaceasssaseeecaseeseceneeseeseees 25 3.1.1 Thuc {PANG NNU CAU oo cece ce ce ccsceecesseeceeseeeceeseeceeseuseeseeesessensensensanees 25 3.1.2 Bai toán đặt ra Ác TT TH HT ng ng csrep 25 3.2 TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KÉ - CẢ 1E E1 S51 E KH Hiệp 25
vi
3.2.1 Thiết kế sơ dé khdi hé th6ng eee eee ecee ces ceseeseeseseeveseeseeeeseeees 26 3.2.2 App điều khiễnn - c1 KHE TH ng ngư nưyp 27 3.2.3 Board điều khiễn - - Ă c0 111001115311 11511118 SE kssreered 32
CHƯƠNG 4: THỊ CƠNG HỆ THĨNG 5 c5 «cs<cseksesseeersrrsrxee
Trang 4CƠNG HỆ THỐNG - LH HT HT TH TH ngưng Hưng 50 4.2.1 Board điều khiển - - Ă Q11 881 538811831111 E58 kg rerseeerei 50 4.2.2 App điều khiến - E2 k3 E SE 1E ES 1E KHE vn nrếp 66 4.3
VIẾT TÀI LIỆU HƯỚNG DẪN SỬ DỤNG, THAO TÁC 79
chS A997 9° 0 43 r9
4.3.2 Web-S©rV©rF . con HH ng ng Ki nhà 84
CHƯƠNG 5: KÉT QUẢ-NHẬN XÉT-ĐÁNH GIÁ - 87 5.1 GIỚI THIỆU LG S113 1 E1 HH HT TH Hư HH nọ 87 5.2 KET QUA DAT DUOC
"— 87 5.3 NHẬN XÉT — DANH
GIÁ -Á- Ăn TH TT TT TH HH TT ni 90 5.4.1 Nhận xét ¬— 90 5.4.2 Đánh giá
¬— 91 CHƯƠNG 6:
KÉT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIÊN 92 6.1 KẾT LUẬN .- - L1 TH TH TH HH TH TT TT TT Hà Hàn nh 92 6.2 HU'O'NG PHAT TRIEN cececccccececcescecceccesseesaceeseeseeeeeserseressassansansaneeteees 92 TAI LIEU THAM KHẢO - +: 5 + << eeEeeExeEseksersersersrrsrrsrrerzerxre
Trang 5LIET KE HINH VE
Hinh Trang Hinh 2.1: Smart home
TH ng TT TT g0 TT TT 1 TT 1 E555 E1 8 53 6 Hình 2.2: Thiết bị
đeo thông minh - Q ST nh vờ 6 Hình 2.3: Smart 07 Ả 7 Hình 2.4: loT trong nông nghiỆp - TQ KH kh 8 Hình 2.5:
Quá trình phát triển của Android - ¿- < +x xxx k£eEesekezeerxe 10 Hình 2.6: Biểu tượng sóng WIFI, . s11 S11 HH TH ng ng 11
Hình 2.7: Hệ thống các thiết bị kết nối với WIFI .- . - 5 -++2<2<++.£zzeezea
11 Hình 2.8: Biểu tượng của Google Firebase
CT1 TT ng TT SE Kì 15 Hình 2.9: Các ứng dụng của Firebase
TT TT TK TT TK Ki KHE EEEE S55 ErxEt 16 Hình 2.10: Thiết bị IFF và thiết bị
RFID hién dai ngày nay - 20 Hình 2.11: Sơ đồ khối của một
hệ thống RFID - 52 + £+£zzezzea 21 Hình 2.12: Hoạt động giữa
tag va reader RFID . - -5-+<+<+s++e+zsrexes 22 Hình 3.1: Sơ đồ khối
của hệ thống - E1 Exv Sky kg 26 Hình 3.2: Thiết kế giao diện màn hình chính App Android .-. - 28 Hình 3.3: Thiết kế giao diện điều khiển đèn - + + +sk+2££zEzzzzezrd 29 Hình
3.4: Thiết kế giao diện điều khiển quạt .- + + ssEssesserserrrd 30
Hình 3.5: Thiết kế giao diện điều khiển Điều hòa, TV và loa
31 Hình 3.6: Giao diện thiết kế web-server
" 32 Hình 3.7: Sơ đồ nguyên lý ESP8266
¬ 34 Hình 3.8: Sơ đồ chân NodeMCU
"HH 36 Hình 3.9: Sơ đồ chân Arduino
Mega 40) 0] 39 Hinh 3.10: Module DS1307
vauutussauuussuuueeceususecuueseuaueeecuusesecuseeuuaseceseceeuetscanecens 42 Hình 3.11: Cấu tạo của
DS1307 . - TQ Q0 ngờ 43 Hình 3.12: Module
Trang 6viii
Hinh 3.15: Sơ đồ chân module I2C LCD
¬ 48 Hình 3.16: Sơ đồ khối toàn mạch
vecuuueassuseacsuateceeeaeceseatecseeasecsecsececeuseceuteeeeeseeeeaees 49 Hình 4.1: Sơ đồ mạch in
¬ 51 Hình 4.2: Mach
điều khiển thực tế hoàn chỉnh . . - c ScS SE kesrsd 53 Hình 4.3: Cửa số làm việc của Arduino IDE c SĂ CS sekesekri 54
Hình 4.4: Thêm thư viện cho Arduino IDE
¬ 56 Hình 4.5: Cửa số Library Manager
LH 1511121 21511111111 11111 TH TH HH Ho 56 Hình 4.6: Lưu đồ một
chương trình trong Arduino IDE .-.- - 57 Hinh 4.7: Project sefting trong firebase - TH nha 98 Hình 4.8: Database secrets trong fireDASE cẶĂ Si esẰ 58
Hinh 4.9: Code Dabase
=-2 1" 929 Hình 4.10:
Realtime Database trong firebase neo 99 Hình 4.11: UFRL fireDaSe© - TQ TT HH TT ng ng ng ngà 60
Hình 4.12: Lưu đồ module Wifi
sas eaesasasaseasssasaesanasssasasassenssasacsesenseseesacseneeseeeaeieieen 61 Hình 4.13: Lưu đồ doc
thời gian thực và hiễn thị - - ¿ -c<+<c=zz=serrez 64 Hình 4.14: Lưu đồ đọc thẻ ID . - Ăn HH tư na 66 Hình
4.15: Biểu tượng phần mềm Atom .- 521121 13xE*SEEzEEzEEkErerrkrrke 67
Hình 4.16: Giao diện phần mềm Atom
¬— & 67 Hình 4.17: Download phần mềm
A[Om .- cc ung ng nhu 68 Hình 4.18: Giao diện sau
JaI0e I0: 0 4 4Œ 69 Hình 4.19: Setting
501 0 69 Hình 4.20:
Trang 74.21: Clra sé trinh duy@t Web-SerVver .cceecesecceescesscesceeeeeesereeaseenseaseeneeeeees
70 Hinh 4.22: Cấu trúc một web-server
¬— 71 Hình 4.23: Cấu trúc cơ bản
của HTML -ccc-Snnn nh ren f2 Hình 4.24: Chon Start
New PrOj@CI - c1 SH TH HH Hưng 75 Hình 4.25: Thiết
kế giao diện ADp . - - c5 2211111 HE Hy tri f5 Hình 4.26: si 0a s0 6 Hình 4.27: Biên dịch cho chương trình - - - SH ven 76
Hinh 4.28: Giao dién trang web Firebase
TH TT HH To KH HH 77 Hình 4.29:Cửa số khởi tạo Project
HT ni KT KT Ki kg K1 K8 k8 kg ct f7 Hình 4.30: Create database va uueeaueuauaueauuueeuaueeeuaueueusueeusueeuaaeeeuaceueugeueuseueeucesenaueueuass 78 Hinh 4.31: Chon Security Rules cho Realtime Database 78
Ix
Hinh 4.32: Giao dién lam viéc database
vue caeuucaueaueueuueueauseesaueuueuuausaueueausauseueuueusaess 79 Hinh 4.33: Giao dién man hinh
chính App SmartRoom 80 Hình 4.34: Bảng giao diện điều khiển đèn - -Ăc Sen cserreeei 81 Hình 4.35:
Bảng giao diện điều khiển điều hòa, TV hoặc loa - 82 Hình 4.36: Bảng giao diện điều khiển quạt . ¿- 5-1 *+2Ek£zs+eEezeezerd 83
Hình 4.37: Giao diện của thiết bị thay đổi theo trạng thái
ve deeetaueeetaueetaneetauseenaneees 84 Hinh 4.38: Start atom-live-server
¬ 85 Hình 4.39: Giao diện
W€Db-S©FV€Y_ ng ng nh ng khu 85 Hình 4.40:
Bảng điều khiển thiết bị trên web-server . eee eee 86 Hình
9.1: Giao diện App Android trên điện thoại - 87
Hinh 52: Giao diện điều khiển thiết bị App Android
¬ eesaaeeesaneeesaeeenes 88 Hình 5.3: Firebase cập nhật dữ liệu qua App Android 89 Hình 5.4: Giao diện web-server ¬ eeeeaaeecuaueeuaeeauaeueusueceuaueeuaeeeuuceseucceseugeueuseseneneesees 89 Hình 5.5: Giao diện điều
Trang 8LIET KE BANG
Bảng Trang Bảng 2.1:Bảng thống kê công suất điện các thiết bị trong phòng
học 4 Bảng 3.1: So sánh giữa các loại bộ nhớ
HT ng TT TT TK 5 KTS 55 rrn 41 Bảng 3.2: Dòng và áp của các linh
Trang 10Ngày nay, việc ứng dụng công nghệ thông tin vào việc quản lý nhằm góp
phần
phục vụ và nâng cao chất lượng cuộc sống con người ngày càng được chú
trọng nhiều
hơn Từ đó, việc ra đời của các ứng dụng cũng như thiết bị thơng minh, có kết nối internet
nhằm thuận tiện cho việc theo dõi cũng như điều khiên các thiết bị trong nhà
cũng phát
triển theo Từ nhu cầu thực tế đó, nhóm chúng em đã quyết định thực hiện dé tài: THIẾT
KE VA THI CONG HE THONG DIEU KHIEN CAC THIET BI TRONG PHONG
HOC
Dé tài sử dụng điện thoại thơng minh, website có kết nối mạng dé diéu khién
những thiết bị như đèn, quạt thông qua NodeMCU ESP8266 và Arduino
Trang 11xi
CHUONG 1: TONG QUAN
Chuong 1 TONG QUAN
1.1 DAT VAN DE
Cùng với sự phát triển của xã hội, ngày nay nhu cầu của con người ngày càng
tăng cao từ đó kéo theo sự phát triển của các lĩnh vực nhằm phục vụ nhu cầu con
Trang 12lĩnh vực
này đã góp phần to lớn giải quyết nhu cầu sống của con người và biến những điều
tưởng chừng không thể ở thế kỷ trước như điều khiển, giám sát thiết bị trong
nhà trở
thành hiện thực
Khơng nằm ngồi xu thế đó, hiện nay để hội nhập quốc tế thì các trường
học
cũng đang đây mạnh việc ứng dụng công nghệ thông tin vào việc quản lý cơ Sở vật
chất cũng như quản lý nhằm nâng cao chất lượng cũng như tiết kiệm chỉ phí
vận hành
Ngoài ra, mạng lưới Internet đã phát triển mạnh và có độ phủ sóng rộng lớn, cùng với
đó thì các mạng điện thoại cũng đã phát triển các công nghệ mới nhằm phục vụ cho
xu thế loT cho nên việc phát triển các hệ thống điều khiển và giám sát các thiết
bị
trong phòng học đang được chú trọng
Từ thực tế đó, trên cơ sở nhu cầu ngày càng cao của việc có các hệ
thống điều
khiến cũng như giám sát các thiết bị trong phịng học thì nhóm chúng em đã
quyết
định thực hiện đề tài: “THIẾT KÉ VÀ THỊ CƠNG HỆ THĨNG ĐIỀU KHIÉN THÔNG MINH CÁC THIẾT BỊ TRONG PHÒNG HỌC.”
Trang 13Nhóm sẽ thiết kế và thi cơng mơ hình điều khiển các thiết bị điện trong
phòng
học như đèn, quạt, qua app thiết kế trên điện thoại có kết nối wifi, ngồi ra
cịn
điều khiển trên web Các tín hiệu được gửi lên Firebase làm nơi lưu trữ dữ liệu
và
giao tiếp với Arduino Mega2560 thông qua NodeMCU ESP8266 để điều khiển và có
hiển thị thời gian trên LCD cũng như tùy chỉnh bật, tắt thiết bị thông qua
thẻ từ
1.3 NỘi DUNG NGHIÊN CỨU
° NỘI DUNG 1: Nghiên cứu tổng quang về Arduino, ngơn ngữ lập trình C++, UART
BO MON DIEN TU’ CONG NGHIEP - Y SINH 1 CHUONG 1: TONG QUAN
¢ NOI DUNG 2: Nghiên cứu về Arduino Mega2560, NodeMCU ESP8266, Firebase, LCD 16x2
° NỘI DUNG 3: Viết chương trình điều khiển cho Arduino Mega, NodeMCU
ESP8266
¢ NOI DUNG 4: Lap trinh app diéu khién qua wifi trén Android
Trang 14¢ NOI DUNG 6: Chay tht? nghiém hé thong
- NỘI DUNG 7: Chỉnh sửa các lỗi phát sinh ‹ NỘI DUNG 8: Viết báo cáo
¢ NOI DUNG 9: Bao cáo đề tài tốt nghiệp
1.4 GIỚI HẠN
‹ Sử dụng Arduino Mega2560 để điều khiển các thiết bị thông qua module
relay
và giao tiếp voi cac module RFID, DS1307 va
LCD
- Thiết kế mơ hình giới hạn 12 thiết bị
‹ Giao tiếp giữa Arduino Mega, NodeMCU ESP8266, Firebase
1.5 BÓ CỤC
„ Chương 1: Tổng Quan
Chương này trình bày đặt vấn đề dẫn nhập lý do chọn đề tài, mục tiêu, nội
dung
nghiên cứu, các giới hạn thông số và bố cục đồ
án
‹ Chương 2: Cơ Sở Lý Thuyết
Chương này giới thiệu các lý thuyết liên quan, các linh kiện, phần cứng sử dụng
Trang 15¢ Chuong 3: Thiết Kế va Tính Tốn
Chương này tính tốn thiết kế hệ thống, thiết kế sơ đồ khối, chức năng từng khối
và nguyên lý hoạt động từng khối
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP - Y SINH 2
CHƯƠNG 1: TÓNG QUAN
‹ Chương 4: Thi Công Hệ Thống
Chương này thi công hệ thống, lắp ráp và kiểm
tra
‹ Chương 5: Kết Quả, Nhận Xét và Đánh Giá
Chương này nêu kết quả đạt được, nhận xét đánh giá hệ thống
‹ Chương 6: Kết Luận và Hướng Phát Triền
Chương này trình bày những gì đã đạt được và chưa đạt được so với mục tiêu
Trang 16BO MON DIEN TU’ CONG NGHIEP - Y SINH 3 CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYÉT
Trang 172.1 VAN DE TIET KIEM DIEN CAC THIET BI DAN DUNG
Việc tiết kiệm điện trong đời sống ngày nay ngày càng quan trọng đối với
chúng
ta Đối với học sinh, sinh viên trong trường học ngày nay do lười biếng hoặc
hay quên
nên các bạn thường xuyên không tắt các thiết bị điện trong phòng học sau khi
đi ra
Điều này gây nên một sự lãng phí rất
lớn
Bảng 2.1: Bảng thống kê công suất điện các thiết bị trong phòng
học
STT Tên thiết bị điện dân dụng Công suất điện: P(W)
1 Den tuyp LED 36 2 TV LCD 32 inches 80
3 Quat tran 80
4 Điều hòa 2HP 1500 5 Loa 60
Bảng thống kê ở trên cho chúng ta thay công suất điện của các thiết bị
qua từng
giờ.Các thiết bị trong phòng học sử dụng rất nhiều điện và nếu như được bật
trong
nhiều giờ liền và không sử dụng sẽ là một tổn thất lớn về tài chính cho nhà
Trang 18chung ta hoc tap
Từ yêu cầu thực tế đó, hiện nay Trường ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật đã áp
dụng hệ
thống thẻ từ điều khiển tích hợp vào thẻ giáo viên dé điều khiên các thiết bị
Mỗi khi
đến lớp giáo viên chỉ cần cắm thẻ đã được trường cấp vào khay cắm thẻ để có
thê mở
các thiết bị điện từ đó hạn chế việc sinh viên sử dụng lãng phí điện năng cũng như
góp phân tiết kiệm và sử dụng hợp lí năng
lượng
2.2 IOT VÀ ỨNG DỤNG TRONG ĐỜI SĨNG
Internet of Things (loT) cịn được gọi là Mạng lưới thiết bị kết nối Internet
hay
Internet kết nối vạn vật Trong đó tồn bộ vật dụng được tích hợp các bộ phận điện
tử, phần mềm, cảm biến để trở nên thơng minh
hơn
BỘ MƠN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP - Y SINH 4 CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYÉT
Đây là một hệ thống phức tạp vì nó bao gồm một lượng lớn các kết nối
giữa các
thiết bị máy móc với nhau
Trang 19nghé
Gartner, Inc sé cé gan 30 ty thiết bị, vật dụng trên thế giới được kết nối với nhau Đề
thấy được sự phát triển của lĩnh vực này, họ cũng đưa ra số liệu vào năm
1984, khi
ma Cisco mới thành lập mới chỉ có khoảng 1.000 thiết bị được kết nối mạng toàn cầu,
đến năm 2010, con số này đã lên mức 10
tỷ
Intel, đơn vị mới tham gia vào thị trường sản xuất chip cho các thiết bị
thông
minh phục vụ loT cũng đã thu về hơn 2 tỷ USD trong năm 2014 từ lĩnh vực này, tăng
trưởng 19% so với năm 2013
Và không thể không kể tới một thương hiệu Việt Nam là Bkav cũng đã đạt
được
những thành tựu đáng ghi nhận về Internet of Things Hệ thống nhà thông
minh
SmartHome của Bkav là một tổ hợp các thiết bị thông minh trong 1 ngôi nhà,
đều
được kết nối Internet và có thể tự động điều chỉnh cũng như điều khiển qua
smartphone Bên cạnh đó, các ông lớn như Google, Apple, Samsung,
Microsoft cũng
không hề giấu diém ý định xâm nhập thị trường này, hứa hẹn một cuộc cạnh
tranh
Trang 20Một vài ứng dụng trong doi
sống:
- Smart home:
Có thể nói smart home chính là ứng dụng được tìm kiếm nhiều nhất trên
thế giới
hiện nay Vậy như thế nào được hiểu là một ngôi nhà thông minh? Bạn sẽ có
thể bật
điều hịa, bình nóng lạnh trước khi về nhà hay thậm chí tắt đèn ngay khi bạn
không
có nhà, bạn có thể mở cửa cho bạn bè vào nhà trong khi bạn vẫn còn ở cơ quan hay
trường học Các công ty đang xây dựng và sản xuất hàng loạt các sản phẩm
để làm
cho cuộc sống con người đơn giản và thuận tiện hơn Smart home chính là bậc thang
mang tính cách mạng của quá trình phát triển xu hướng loT Sự xuất hiện của
smart
home được dự đoán sẽ trở nên phố biến như smart phone
hiện nay
Trang 21Hinh 2.1: Smart home
- Các thiết bị đeo thông minh:
Hiện nay ở nhiều nước đã xuất hiện các thiết bị đeo trên người với những
tính
năng vơ cùng thơng minh như: tai nghe, các loại kính, ba lơ, vịng tay siêu thông
minh, Những thiết bị này dần bùng nỗ tại các thị trường trên toàn thế giới
và Samsung là những cơng ty lớn có những khoản đầu tư khổng lồ cho việc
tạo ra các
thiết bị như vậy Các thiết bị đeo được cài đặt cảm biến và các phần mềm thu
thập dữ
liệu, thông tin người dùng Các thiết bị này bao gồm các yêu câu về thé chat,
sức khỏe
Trang 22cực thấp
và kích thước nhỏ gọn, có tính thâm mỹ cao
Hình 2.2: Thiết bị đeo thơng minh
BỘ MƠN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP - Y SINH 6 CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYÉT
- Smart city:
Thành phố thông minh là một ứng dụng của loT tạo được sự tò mò của đông
đảo người dân Giám sát thông minh, vận chuyên tự động, hệ thống quản lý
năng
lượng thông minh hơn, phân phối nước, an ninh đô thị và giám sát môi trường
tất cả
là ví dụ về internet của các ứng dụng cho thành phố thông minh loT giúp giải
quyết
các vấn đề gặp phải tại các thành phố lớn đó là ô nhiễm môi trường, tắc nghẽn
Trang 23thông và thiếu năng lượng Một ví dụ có thể kế đến của các thiết bị được sử
dụng
truyền thông di động như: thùng rác thông minh, chúng sẽ gửi cảnh báo đến bộ phận
vệ sinh môi trường khi cần dọn
sạch
Bằng cách cài đặt ứng dụng và dùng các thiết bị thông minh chúng ta
hồn tồn
có thể dễ dàng tìm thấy các cây xăng, siêu thị, quán ăn hay thậm chí là những
bãi gửi
xe miễn phí Ngồi ra hệ thống điện cũng được bảo vệ bởi các cảm biến sẽ giúp phát
hiện nhanh chóng các vấn đề gây nhiễu, trục trặc, hay các vấn đề về lắp đặt
Trang 24Với sự gia tăng liên tục của dân số đồng nghĩa với việc nhu cầu sử dung
lương
thực tăng lên nhiều lần Nông dân có thể áp dụng các kỹ thuật mới, công nghệ tiên
tién dé tang sản lượng sản xuất nông nghiệp Nơng nghiệp thơng minh có thể
nói là
lĩnh vực phát triển nhanh nhất với loT
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP - Y SINH 7 CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYÉT
Những thông tin người nông dân thu được giúp họ có những quyết định
đầu tư
sáng suốt tránh tình trạng “duoc mua mat giá, được giá mất mùa” như hiện
nay Cảm
biến độ am, chất dinh dưỡng của đất, mức độ hấp thụ nước góp phần quan
trọng vào
việc kiểm soát sự tăng trưởng của cây trồng giúp người gieo trồng có thể xác định,
tùy chỉnh lượng phân bón cần
Trang 25Hình 2.4: loT trong nông nghiệp
Rõ ràng, Internet of Things có thể thay đổi hoàn toàn cách sống của con
người
trong tương lai Khi mọi thứ đã được “Internet hóa”, người dùng hồn tồn
có thể
điều khiển chúng từ bất cứ đâu, chỉ cần một chiếc điện thoại có kết nối
Internet Sở
hữu những thành tựu trong lĩnh vực này nghĩa là bạn đang nắm giữ trong tay chia
khóa thành cơng cua mọi thời đại Internet of Things chính là xu hướng của tương
lai
Nhìn thấy sự phát triển của loT và nhằm giải quyết nhu cầu tiết kiệm
điện
trong phịng học nên nhóm chúng em đã chọn đề tài “ Thiết kế và thi công hệ
thống
điều khiển thông minh các thiết bị trong phòng
Trang 262.3 LICH SU HE DIEU HANH ANDROID
Android là một hệ điều hành dựa trên nền tảng Linux được thiết kế dành
cho
các thiết bị di động có màn hình cảm ứng như điện thoại thông minh và máy tính
bảng Ban đầu, Android được phát triển bởi Tổng công ty Android, với sự hỗ
trợ tài
chính từ Google và sau này được chính Google mua lại vào năm 2008 Android ra
mắt vào năm 2007 cùng với tuyên bố thành lập Liên minh thiết bị cầm tay mở,
một
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP - Y SINH 8 CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYÉT
hiệp hội gồm các công ty phần cứng, phần mềm, và viễn thông với mục tiêu đầy mạnh
các tiêu chuẩn mở cho các thiết bị di động Chiếc điện thoại đầu tiên chạy
Android
được bán vào năm 2008
Android còn có một cộng đồng lập trình viên đơng đảo chun viết các
ứng
dụng để mở rộng chức năng của thiết bị, bằng một loại ngôn ngữ lập trình Java
có
sửa đổi Vào tháng 10 năm 2012, có khoảng 700.000 ứng dụng trên Android,
và số
Trang 27tinh la
khoảng 25 tỷ lượt Những yếu tố này đã giúp Android trở thành nền tảng điện
thoại
thông minh phổ biến nhất thế giới, chiếm 87,7% thị phần điện thoại thơng minh
trên
tồn thế giới vào thời điểm quý 2 năm 2017 và được các công ty công nghệ
lựa chọn
khi họ cần một hệ điều hành không nặng nề, có khả năng tinh chỉnh, và giá rẻ chạy
trên các thiết bị công nghệ cao thay vì tạo dựng từ đầu Kết quả là mặc dù được thiết
kế chạy trên điện thoại và máy tính bảng, Android đã xuất hiện trên TV và các
thiết
bị điện tử khác
Android chiếm 87,7% thị phần điện thoại thông minh trên toàn thế giới vào
thời
điểm quý 2 năm 2017
Android là hệ điều hành điện thoại di động mở nguồn mở miễn phí do Google
phát triển dựa trên nền tảng của Linux Bất kỳ một hãng sản xuất phần cứng
nào cũng
đều có thê tự do sử dụng hệ điều hành Android cho thiết bị của mình, miễn là
các
thiết bị ấy đáp ứng được các tiêu chuẩn cơ bản do Google đặt ra (có cảm ứng
chạm,
GPS, 3G )
Trang 28tro:
- Application framework: Cho phép tái sử dụng và thay thế các thành phần sẵn
có của Android
- Dalvik virtual machine: Máy ảo java được tối ưu hóa cho thiết bị di
động
- Intergrated browser: Trinh duyét web tich hop được xây dựng dựa trên Webkit
engine
- Optimized graphics: Hỗ trợ bộ thư viện 2D và 3D dự vào đặc ta
OpenGL ES 1.0
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP - Y SINH 9 CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYÉT
- Hỗ trở các định dạng media phổ biến như: MPEG4, H.264, MP3,
AAC,
ARM, JPG, PNG, GIF
- Hỗ trợ thoại trên nền tảng GSM (Phụ thuộc vài phần cứng thiết
bị)
- Bluetooth, EDGE, 3G va WiFi (Phy thuéc vai phần cứng thiết
bi)
- Camera, GPS, la ban và cảm biến (Phụ thuộc vài phần cứng thiết bị)
- Bộ công cụ phát triển ứng dụng mạnh
Trang 29Lịch sử phát triển của hệ điều hành
Android:
Từ tháng 4 năm 2009, phiên bản Android được phát triển dưới tên mã là
chủ đề
bánh kẹo và phát hành theo thứ tự bảng chữ cái: Cupcake (1.5), Donut (1.6),
Éclair
(2.0-2.1), Froyo (2.2-2.2.3), Gingerbread (2.3-2.3.7), Honeycomb (3.0-3.2.6), lce
Cream Sandwich (4.0-4.0.4), Jelly Bean (4.1-4.3), KitKat (4.4), Lollipop (5.0-5.1.1),
Marshmallow (6.0), Nougat(7.0), Oreo(8.0), Pie(9.0)
Hình 2.5: Quá trình phát triển của
Trang 30BO MON ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP - Y SINH 10
CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYÉT
2.4 KHÁI NIỆM VỀ MẠNG WIFI
Wi-Fi viết tắt từ Wireless Fidelity hay mạng 802.11 là hệ thống mạng
khơng
dây sử dụng sóng vô tuyến, giống như điện thoại di động, truyền hình và
radio
Hệ thống này đã hoạt động ở một số sân bay, quán café, thư viện hoặc
khách
sạn Hệ thống cho phép truy cập Internet tại những khu vực có sóng của hệ
thống
này, hồn tồn khơng cần đến cáp nối Ngoài các điểm kết nối công cộng
(hotspots),
Trang 31Hình 2.6: Biểu tượng sóng WIFI
Hình 2.7: Hệ thống các thiết bị kết nối với WIFI
Tên gọi 802.11 bắt nguồn từ viện IEEE (Institute of Electrical and
Electronics
Engineers) Viện này tạo ra nhiều chuẩn cho nhiều giao thức kỹ thuật khác
nhau, và
Trang 32nó sử dụng một hệ thống số nhằm phân loại chúng; 6 chuẩn thông dụng của
WiFi
hiện nay là 802.11a/b/g/n/ac/ad
Các sóng vơ tuyến sử dụng cho WiFi gần giống với các sóng vơ tuyến sử
dụng
cho thiết bị cầm tay, điện thoại di động và các thiết bị khác Nó có thé chuyển
và nhận
sóng vơ tuyến, chuyển đổi các mã nhị phân 1 và 0 sang sóng vơ tuyến và
ngược lại
Tuy nhiên, sóng WiFi có một số khác biệt so với các sóng vơ tuyến khác ở chỗ:
- Chúng truyền và phát tín hiệu ở tần số 2.4 GHz, 5 GHz hoặc 60Ghz Tần
sé
nay cao hon so với các tần số sử dụng cho điện thoại di động, các thiết bị cầm
tay và truyền hình Tân số cao hơn cho phép tín hiệu mang theo nhiều
dữ liệu hơn
- Wifi dùng chuẩn 802.11:
¢ Chuan 802.11b là phiên bản đầu tiên trên thị trường Đây là chuẩn
chậm
nhất và rẻ tiền nhất, và nó trở nên ít phổ biến hơn so với các chuẩn khác
802.11b phát tín hiệu ở tần số 2.4 GHz, nó có thể xử lý đến 11
Trang 33keying)
¢ Chuan 802.11g cing phat & tan số 2.4 GHz, nhung nhanh hon so
với
chuẩn 802.11b, tốc độ xử lý đạt 54 megabit/giây Chuan 802.11g
nhanh
hơn vì nó sử dụng mã OFDM (orthogonal frequency-division multiplexing), một cơng nghệ mã hóa hiệu quả
hơn
¢ Chuan 802.11a phat ở tần số 5 GHz và có thê đạt đến 54
megabit/
giây Nó cũng sử dụng mã OFDM Những chuẩn mới hơn sau này như
802.11n còn nhanh hơn chuẩn 802.11a, nhưng 802.11n vẫn chưa
phải
là chuẩn cuối cùng
‹ Chuẩn 802.11n cũng phát ở tần số 2.4 GHz, nhưng nhanh hơn so
voi
chuẩn 802.11a, tốc độ xử lý đạt 300 megabit/giây
¢ Chuan 802.11ac phát ở tần số 5
GHz
¢ Chuan 802.11ad phat & tan số 60
GHz
BO MON DIEN TU’ CONG NGHIEP - Y SINH 12
Trang 34- Wifi có thê hoạt động trên cả ba tần số và có thể nhảy qua lại giữa các tần số
khác nhau một cách nhanh chóng Việc nhảy qua lại giữa các tần số giúp
giảm
thiểu sự nhiễu sóng và cho phép nhiều thiết bị kết nối không dây cùng
một lúc
Thiết bị kết nối vào mạng WIFI được gọi là station (trạm) Việc kết nối
vào
mạng Wifi được hỗ trợ bởi một access point (AP), một AP có chức năng như một
hub nhưng dùng cho nhiều station Một access point thông thường được kết
nối vào
một mạng dây để phát WIFI (tức là chuyển từ mạng dây sang WIFI) Do đó access
point ln được tích hợp vào router Mỗi access point được nhận biết
bằng một
SSID (Service Set IDentifier), SSID cũng là tên của mạng hiễn thị khi ta kết nối
vào
WIFI Một hotspot là một nơi mà các thiết bị có thể kết nối Internet, và
thường là
bằng Wifi, thong qua mang WLAN (wireless local area network: mạng nội bộ không
dây) nối với router
Các máy tính nằm trong vùng phủ sóng WiFi cần có các bộ thu không
dây,
Trang 35may
tính xách tay hay dé bàn hiện đại Hoặc được thiết kế ở dạng để cắm vào khe
PC card
hoặc cổng USB, hay khe PCI Khi đã được cài đặt adapter không dây và phần
mềm
điều khiển (driver), máy tính có thể tự động nhận diện và hién thị các mạng
không
dây đang tôn tại trong khu vực
Các chuẩn bảo mật Wifi:
- WEP (Wired Equivalent Privacy) la mét giai thuat bao mat cho mang không
dây chuẩn IEEE 802.11 Ban đầu, các nhà sản xuất chỉ sản xuất các thiết
bị
Wifi với chuẩn bảo mật 64 bit Sau này có các cải tiến hơn với các chuẩn
bảo
mật 128 bit và 256 bit Bảo mật WEP sau đó xuất hiện nhiều lỗ hổng
Các khóa
WEP ngày nay có thể bị crack trong một vài phút các bằng phần mềm
hồn
tồn miễn phí trên mạng Vào năm 2004, với sự phát triển của các chuẩn
bảo
mật mới như WPA, WPÀ2, IEEE tuyên bố các chuẩn WEP trong bảo mật
Wifi
sẽ khơng cịn được hỗ
trợ
- WPA (Wi-Fi Protected Access) là giao thức và chuẩn bảo mật WiFi phát
Trang 36bởi Liên hiệp Wifi (Wifi Alliance) WPA duoc phat trién dé thay thé cho
chuan
WEP trước đó có nhiều lỗ hổng bảo mật Phiên bản phổ biến nhất của
WPA là
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP - Y SINH 13 CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYÉT
WPA-PSK (Pre-Shared Key) Các kí tự được sử dụng bởi WPA là loại 256 bit,
nên tính bảo mật sẽ cao hơn rất nhiều so với mã hóa 64 bit và 128 bit có
trong
hé théng WEP Trong WPA cé hé tro TKIP (Temporal Key Integrity
Protocol) TKIP ste dung cac giai thuat dé dam bao an toan cho các gói tin
truyền trong WIFI để tránh bị đánh cắp Tuy nhiên TKIP sau này cũng
bộc lộ
một số lỗ hổng bảo mật và bị thay thế bởi AES (Advanced Encryption
Standard) Giao thức AES được dùng trong cả WPA và WPA 2
- WPA 2 ( WiFi Protected Access II ) là giao thức và chuẩn bảo mật thay
thế
cho WPA từ năm 2006 và được xem là chuẩn bảo mật an toàn nhất đến
thời
điểm này Ngoài việc sử dụng giao thức AES,thì WPA 2 cịn sử dụng
thêm
Trang 37CCMP là một giao thức truyền dữ liệu và kiểm sốt tính truyền dữ liệu
thống
nhất để bảo đảm cả tính bảo mật và nguyên vẹn của dữ liệu được truyền
đi
Cho đến nay thì giao thức bảo mật WPA2 dùng AES là giao thức bảo mật Wifi
tốt nhát
Nguồn phát sóng WiFi là máy tính với:
- Một cổng để nối cáp hoặc modem ADSL
- Một router (bộ định tuyến)
- Một hub Ethernet
- Một firewall
- Một access point không dây
Hầu hết các router có độ phủ sóng trong khoảng bán kính 30,5 m về mọi
hướng
2.5 CƠ SỞ DỮ LIỆU GOOGLE FIREBASE VÀ ỨNG DỤNG
Về mặt lịch sử, Firebase (tiền thân là Evolve) trước đây là một start up
được
thành lập vào năm 2011 bởi Andrew Lee va James Tamplin Ban dau, Evolve chỉ
cung cấp cơ sở dữ liệu đề các lập trình viên thiết kế các ứng dụng chat Tuy
nhiên, họ
nhanh chóng nhận ra tiềm năng sản phẩm của mình khi nhận thấy các khách
hàng
Trang 38tin
nhu game progress Bộ đôi Lee và Tamplin quyết định tách mang realtime ra
đề thành
lập một công ty độc lập — chính là Firebase — vào tháng 4 năm 2012 Sau nhiều
lần
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP - Y SINH 14 CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYÉT
huy động vốn và gặt hái được những thành công nỗi bật, Firebase đã được
Google để
ý Vào tháng 10 năm 2014, Firebase gia nhập gia đình Google Firebase, theo hướng
đi của Google, chính thức hỗ trợ Android, iOS và Web
Hình 2.8: Biểu tượng của Google
Firebase
Về thư viện, Firebase hỗ trợ chính
Trang 39- GeoFire (Geo Location) - GularFire (AngularJS) - BerFire (Ember) - ReactFire (ReactJS) - lonic (lonic)
Google Firebase bao gồm:
- Cloud Firestore - ML Kit - Cloud Functions - Authentication - Hosting - Cloud Storage - Realtime Database
BO MON DIEN TU’ CONG NGHIEP - Y SINH 15
Trang 40Hình 2.9: Các ứng dụng của Firebase
Realtime Database (Dữ liệu thời gian thực)
- Hỗ trợ: IOS, Android, Web, C++, Unity
- Lưu trữ và đồng bộ dữ liệu với cơ sở dữ liệu đám mây NoSQL Dữ liệu được
đồng bộ hóa trên tất cả các ứng dụng khách trong thời gian thực và vẫn
khả
dụng khi ứng dụng của bạn ngoại tuyến Cơ sở dữ liệu thời gian thực
Firebase
là cơ sở dữ liệu được lưu trữ trên đám mây Dữ liệu được lưu trữ dưới dạng
JSON và được đồng bộ hóa theo thời gian thực cho mọi máy khách
được kết
nối Khi bạn tạo các ứng dụng đa nền tảng với SDK iOS, Android và