Khóa luận: NGHIÊN CỨU, XÂY DỰNG HỆ THỐNG IOT QUẢN LÝ GIỎ HÀNG MUA SẮM THÔNG MINH ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ RFID

Khóa luận tập trung chủ yếu vào nghiên cứu và thiết kế hệ thống quản lý giỏ hàng thông minh thông qua một ứng dụng Android trên điện thoại thông minh. Sau khi nghiên cứu và thực hiện đề tài tôi đã thiết kế và thực hiện thành công một hệ thống IoT quản lý giỏ hàng mini tích hợp các tính năng như đọc mã sản phẩm RFID, ghi nhận giỏ hàng, theo dõi sản phẩm, tính toán tổng giá trị giỏ hàng, gửi thông tin đến hệ thống thanh toán. Trong tương lai hệ thống này có thể áp dụng trong các cửa hàng bán lẻ, trung tâm thương mại, mang lại lợi ích đáng kể cho người tiêu dùng và doanh nghiệp trong hoạt động kinh doanh.

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ Nguyễn Duy Quỳnh NGHIÊN CỨU, XÂY DỰNG HỆ THỐNG IOT QUẢN LÝ GIỎ HÀNG MUA SẮM THÔNG MINH ỨNG DỤNG CƠNG NGHỆ RFID KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC HỆ CHÍNH QUY Ngành: Cơng nghệ kỹ thuật Điện tử - Viễn thông HÀ NỘI - 2023 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ Nguyễn Duy Quỳnh NGHIÊN CỨU, XÂY DỰNG HỆ THỐNG IOT QUẢN LÝ GIỎ HÀNG MUA SẮM THÔNG MINH ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ RFID KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC HỆ CHÍNH QUY Ngành: Công nghệ kỹ thuật Điện tử - Viễn thông Cán hướng dẫn: TS Nguyễn Kiêm Hùng HÀ NỘI – 2023 VIETNAM NATIONAL UNIVERSITY, HANOI UNIVERSITY OF ENGINEERING AND TECHNOLOGY Nguyen Duy Quynh RESEARCHING AND DEVELOPING AN IOT SYSTEM FOR SMART SHOPPING CART MANAGEMENT USING RFID TECHNOLOGY Major: Electronics and Telecommunications Engineering Supervisor: Dr Nguyen Kiem Hung HÀ NỘI – 2023 TĨM TẮT Tóm tắt: IoT dường đứng trước bước ngoặt để bước sang giai đoạn cho giới đại thông minh Đó kịch mà thứ kết nối thơng qua internet khơng dây Do sản phẩm ứng dụng công nghệ IoT thị trường khởi nghiệp công cộng tiềm ngày sơi động với tốc độ phát triển nhanh chóng bao gồm việc mua sắm Do đó, đề tài “Nghiên cứu, xây dựng hệ thống IoT quản lý giỏ hàng mua sắm thông minh ứng dụng công nghệ RFID” chọn cho khóa luận tốt nghiệp Khóa luận tập trung chủ yếu vào nghiên cứu thiết kế hệ thống quản lý giỏ hàng thông minh thông qua ứng dụng Android điện thoại thông minh Sau nghiên cứu thực đề tài thiết kế thực thành công hệ thống IoT quản lý giỏ hàng mini tích hợp tính đọc mã sản phẩm RFID, ghi nhận giỏ hàng, theo dõi sản phẩm, tính tốn tổng giá trị giỏ hàng, gửi thơng tin đến hệ thống tốn Trong tương lai hệ thống áp dụng cửa hàng bán lẻ, trung tâm thương mại, mang lại lợi ích đáng kể cho người tiêu dùng doanh nghiệp hoạt động kinh doanh Từ khóa: IoT, RFID, Arduino, Android application, Bluetooth, Smart shopping cart, Sensor i ABSTRACT The IoT appears to be at a turning point, moving towards the next phase of a modern and intelligent world, where everything can be connected via wireless internet Therefore, IoT-enabled products and the public startup market have great potential, including in the shopping industry Therefore, the topic “Researching and developing an IoT system for smart shopping cart management using RFID technology” was chosen for the graduation thesis The thesis focuses primarily on researching and designing a smart shopping cart management system through an Android application on a smartphone After researching and implementing the topic, I successfully designed and implemented a mini IoT shopping cart management system that integrates features such as reading RFID product codes, recording shopping carts, tracking products, calculating the total value of the shopping cart, and sending information to the payment system In the future, this system could be applied in retail stores, shopping centers, and bring significant benefits to consumers and businesses in their operations Keywords: IoT, RFID, Arduino, Android application, Bluetooth, Smart shopping cart, Sensor ii LỜI CẢM ƠN Đầu tiên, em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến TS Nguyễn Kiêm Hùng, người thầy tận tình hướng dẫn, ln giúp đỡ, tạo động lực cho em học quý giá suốt trình học tập trường Đại học Công Nghệ - Đại học Quốc gia Hà Nội nói chung q trình hồn thành khóa luận nói riêng Tiếp đó, em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến tồn thể q thầy, trường Đại học Công Nghệ - Đại học Quốc gia Hà Nội, đặc biệt quý thầy, cô công tác khoa Điện tử - Viễn thơng, tạo điều kiện tốt hỗ trợ nhiệt tình cho sinh viên chúng em Đồng thời, em muốn gửi lời cảm ơn tới gia đình, bạn bè, anh chị đồng hành, hỗ trợ động viên em q trình học tập hồn thành khóa luận Mọi người giúp em nhiều trình học tập hồn thiện khóa luận Mọi người nguồn động lực để em nỗ lực học tập, hoàn thiện thân phát triển Cuối cùng, em xin gửi lời chúc sức khỏe thành công đến quý thầy, cô sống công việc giảng dạy nghiên cứu iii LỜI CAM ĐOAN Tơi cam đoan khóa luận “Nghiên cứu, xây dựng hệ thống IoT quản lý giỏ hàng mua sắm thông minh ứng dụng công nghệ RFID” thực thân hướng dẫn TS Nguyễn Kiêm Hùng Tất tham khảo trích dẫn từ nghiên cứu tài liệu liên quan khóa luận đưa nguồn gốc cách rõ ràng danh mục tài liệu tham khảo Khơng có chép từ tài liệu cơng trình nghiên cứu người khác khóa luận Hà Nội, ngày tháng năm 2023 Sinh viên thực iv MỤC LỤC TÓM TẮT i LỜI CẢM ƠN iii LỜI CAM ĐOAN iv GIỚI THIỆU 1.1 Giới thiệu chung 1.1.1 Lý chọn đề tài 1.1.2 Phạm vi nghiên cứu 1.1.3 Ý nghĩa thực tiễn 1.2 Nghiên cứu tổng quan 1.3 Mục tiêu nghiên cứu 1.4 Bố cục khóa luận CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.2 Giới thiệu Internet of Things (IoT) 2.2 Cơ sở lý thuyết phần cứng 2.2.1 Công nghệ Wi-Fi 2.2.2 Công nghệ RFID 2.3 Môi trường phát triển 2.3.1 Arduino IDE 2.3.2 Cơ sở liệu Firebase 2.3.3 Android Studio 2.4 Cơ sở lý thuyết phát triển ứng dụng Android v 2.4.1 Giao diện 2.4.2 Xử lý kiện 10 THIẾT KẾ HỆ THỐNG 12 3.1 Mơ hình hệ thống 12 3.2 Hệ thống phần cứng 14 3.2.1 ESP8266 NodeMCU 14 3.2.2 Mô-đun đầu đọc RFID 16 3.2.3 Thẻ RFID 13,56 MHz (card IC S50) 17 3.3.4 Pin 18650 2000 mAh 19 3.3 Hệ thống phần mềm 20 3.3.1 Ứng dụng Android 20 3.3.2 Cơ sở liệu Firebase 22 3.3.3 Thiết kế thuật toán 24 THI CÔNG HỆ THỐNG VÀ THỰC NGHIỆM 27 4.1 Kết nối thiết bị 27 4.1.1 Kết nối nguồn khối xử lý 27 4.1.2 Kết nối ESP8266 NodeMCU với RC522 27 4.2 Thử nghiệm hệ thống 28 4.3 Đánh giá công suất tiêu thụ 31 4.4 Kết 32 4.5 Một số điểm mạnh hạn chế so với hệ thống có bên ngồi 32 4.6 Định hướng phát triển 33 KẾT LUẬN 34 TÀI LIỆU THAM KHẢO 35 vi DANH SÁCH HÌNH VẼ Hình Hình ảnh minh họa IoT Hình 2 Vịng đời Activity 11 Hình Mơ hình hệ thống 13 Hình ESP8266 NodeMCU 14 Hình 3 Mô-đun đầu đọc RFID 16 Hình Thẻ RFID 18 Hình Pin 19 Hình Giao diện hình ứng dụng 20 Hình Màn toán 21 Hình Màn đăng ký thành viên 21 Hình Màn gian hàng 22 Hình 10 Màn lịch sử mua hàng 22 Hình 11 Dữ liệu lưu Firebase 23 Hình 12 Dữ liệu tài khoản người dùng lưu Firebase 23 Hình 13 Sơ đồ thuật toán chung 24 Hình 14 Sơ đồ thuật toán hiển thị liệu tới người dùng 26 Hình Sơ đồ kết nối khối nguồn khối xử lý .27 Hình Sơ đồ kết nối ESP8266 NodeMCU với RC522 28 Hình Hình ảnh thực tế hệ thống 29 Hình 4 Kết thực quét mã sản phẩm 30 Hình Kết đăng ký thành viên 30 Hình Các hình ứng dụng thử nghiệm điện thoại Android 31 vii Màn Thanh tốn Màn đăng ký thành viên Hình Màn tốn Hình Màn đăng ký thành viên Sau sản phẩm bỏ vào giỏ hàng tự động lên app cập nhật giá tiền Hình 7, để xóa sản phẩm cần ấn vào sản phẩm app hỏi có chắn muốn xóa hay khơng Ngồi khách hàng đăng ký thành viên để giảm tiền mua hàng Hình 21 Màn gian hàng Màn lịch sử mua hàng Hình Màn gian hàng Hình 10 Màn lịch sử mua hàng Với thiết kế khơng gian hàng hóa, khách hàng tìm kiếm dễ dàng đồ nằm khu vực biết số lượng hàng có cịn hay khơng Hình Khách hàng cịn kiểm tra lại lịch sử mua hàng Hình 10 3.3.2 Cơ sở liệu Firebase Firebase cung cấp số tính bảo mật phát triển Google, công ty công nghệ hàng đầu giới, với trọng đặc biệt vào bảo mật an ninh liệu Điều đưa đảm bảo Firebase có mức độ bảo mật tốt 22 Cơ sở liệu Firebase lưu trữ liệu thông qua phần Realtime Database Hình 11 Dữ liệu gồm “hóa đơn”, “member”, “nhanvien”, “products”, “thanhtoan” Hóa đơn: lịch sử hàng hóa Member: đăng ký thành viên Nhanvien: đăng ký tài khoản Products: khu vực số lượng hàng hóa Thanh tốn: tính tốn tiền Hình 11 Dữ liệu lưu Firebase Hình 12 Dữ liệu tài khoản người dùng lưu Firebase 23 Cơ sở liệu Firebase lưu trữ liệu tài khoản người dùng Hình 12 3.3.3 Thiết kế thuật toán Sơ đồ thuật toán chung, tổng thể hệ thống trình bày Hình 13 Hình 13 Sơ đồ thuật tốn chung Mơ tả thuật tốn TỔNG THỂ Q TRÌNH THUẬT TỐN BƯỚC 1: Bắt đầu từ sản phẩm chứa thẻ RFID 24 BƯỚC 2: Kiểm tra tồn NO: Quay lại để kiểm tra sản phẩm chứa thẻ RFID YES: chuyển sang bước BƯỚC 3: Trả liệu thô (mã hex) từ đầu đọc mô-đun RFID BƯỚC 4: Mã hex vào vi điều khiển ESP8266 BƯỚC 5: Thực thi ESP8266 CHƯA XONG: Kiểm tra lại ESP8266 ĐÃ XONG: Chuyển sang bước BƯỚC 6: ĐÃ KẾT NỐI VỚI WIFI? KHƠNG: Kiểm tra xem vi điều khiển ESP8266 có hoạt động khơng CĨ: Đến bước BƯỚC 7: Kết nối với server firebase BƯỚC 8: ESP8266 gửi liệu đến máy chủ firebase hiển thị ứng dụng Android studio BƯỚC 9: Quay lại ESP8266, nhận liệu điều khiển từ ứng dụng Android studio CÓ: Đến Bước 10 KHÔNG: Kiểm tra lại BƯỚC 10: Kết thúc Hiển thị liệu thông qua ứng dụng: Dữ liệu sau gửi đến sở liệu hiển thị tới người dùng thông qua sơ đồ thuật tốn Hình 14 25 Hình 14 Sơ đồ thuật toán hiển thị liệu tới người dùng Khi người dùng đăng nhập vào ứng dụng, có tài khoản, họ chuyển đến hình hiển thị liệu Tuy nhiên, chưa có tài khoản, họ dẫn đến trang đăng ký tài khoản để đăng nhập vào ứng dụng 26 CHƯƠNG THI CÔNG HỆ THỐNG VÀ THỰC NGHIỆM 4.1 Kết nối thiết bị 4.1.1 Kết nối nguồn khối xử lý Mô-đun ESP8266 NodeMCU cung cấp nguồn từ thiết bị sạc dự phòng thiết bị có cổng USB máy tính xách tay, máy tính để bàn, cục nguồn điện thoại Trong dự án này, sử dụng thiết bị sạc dự phòng dây cáp micro USB để kết nối với mô-đun Các thiết bị khác cấp nguồn từ nguồn điện môđun Sơ đồ kết nối mơ tả chi tiết Hình Hình Sơ đồ kết nối khối nguồn khối xử lý 4.1.2 Kết nối ESP8266 NodeMCU với RC522 ESP8266 NodeMCU: Một board phổ biến dựa ESP8266, với chân GPIO (General Purpose Input/Output) để điều khiển thiết bị ngoại vi Module RC522: Một module đọc thẻ RFID, sử dụng để đọc liệu từ thẻ RFID Dưới sơ đồ kết nối NodeMCU RC522 27 SDA - Kết nối với chân D2 NodeMCU (dùng để truyền liệu ESP8266 NodeMCU module RC522) SCK - Kết nối với chân D5 NodeMCU (dùng để đồng hóa tín hiệu ESP8266 NodeMCU module RC522) MOSI - Kết nối với chân D7 NodeMCU (dùng để gửi liệu từ ESP8266 NodeMCU đến module RC522) MISO - Kết nối với chân D6 NodeMCU (dùng để nhận liệu từ module RC522 ESP8266 NodeMCU) IRQ - Không cần kết nối GND Kết nối chân GND NodeMCU RST - Kết nối với chân D1 NodeMCU 3.3V - Kết nối với nguồn 3.3V NodeMCU Hình Sơ đồ kết nối ESP8266 NodeMCU với RC522 4.2 Thử nghiệm hệ thống Hệ thống sau thiết kế tiến hành kết nối, hàn linh kiện có hình ảnh thực tế Hình 28 Hình Hình ảnh thực tế hệ thống Qua thực nghiệm thực tế, hệ thống hoạt động hiệu xác Hình 4 cho thấy hệ thống hoạt động thành công việc quẹt thẻ RFID đưa thông tin chi tiết tên sản phẩm, giá tiền số lượng sản phẩm giỏ hàng Điều cho thấy tính tự động nhận diện định vị sản phẩm hệ thống hoạt động mong đợi, giúp người dùng có nhìn tổng quan dễ dàng kiểm tra thông tin sản phẩm giỏ hàng Hình thử nghiệm đăng ký thành viên thành cơng 29 Hình 4 Kết thực quét mã sản phẩm Hình Kết đăng ký thành viên 30 Hình Các hình ứng dụng thử nghiệm điện thoại Android Kết sau thử nghiệm hình đăng nhập, đăng ký hình điện thoại Vsmart tốt Ứng dụng hoạt động mượt mà, khơng gặp tình trạng treo, đứng hay bị khỏi hình khởi động Dữ liệu hiển thị hình đầy đủ, xác tương tự với liệu sở liệu QmAh x Up 4.3 Đánh giá công suất tiêu thụ Thời lượng pin khối cảm biến tính tốn theo cơng thức sau: Thời gian sử dụng = 𝑄mAh × 𝑈𝑝 𝑃𝑚 × 1000 2000(𝑚𝐴ℎ) × 3.7 (𝑉) 3.3(𝑉) ×0.17(𝐴) ×1000 Trong đó: = = 𝑄mAh × 𝑈𝑝 𝑈𝑚 × 𝐼𝑚 × 1000 ~ 13,2 (h) - QmAh dung lượng pin với giá trị 2000 mAh - Up hiệu điện viên pin 3,7 V - Pm cơng suất tiêu thụ mạch tính tích Um Im - Um hiệu điện mạch có giá trị 3,3 V - Im cường độ dòng điện tiêu thụ mạch đo với giá trị 0,17 A 31 4.4 Kết Sau trình tìm hiểu thực thi, số kết đạt qua khóa luận “Nghiên cứu, xây dựng hệ thống IoT quản lý giỏ hàng mua sắm thông minh ứng dụng công nghệ RFID” là: - Các linh kiện hoạt động ổn định, với nguyên lý ban đầu Hệ thống lắp đặt, linh kiện hàn chắn Mô-đun đọc thẻ hoạt động tương đối tốt - Giao tiếp thành công liệu từ mô-đun tới ESP8266 NodeMCU, thông tin truyền nhận cách đầy đủ, xác - Bộ xử lý kết nối thành cơng tới server, từ gửi liệu đến sở liệu Ứng dụng giao tiếp với sở liệu thành công hiển thị đầy đủ thông - tin 4.5 Một số điểm mạnh hạn chế so với hệ thống có bên ngồi Điểm mạnh - Tính tự động hiệu việc nhận biết quản lý hàng hóa giỏ hàng - Khả theo dõi thời gian thực cung cấp thông tin chi tiết sản phẩm - Tích hợp với hệ thống toán để tiết kiệm thời gian tạo trải nghiệm mua sắm thuận tiện - Cung cấp khả quản lý hàng tồn kho phân tích liệu để hỗ trợ định kinh doanh Hạn chế - Địi hỏi đầu tư chi phí ban đầu lớn - Giới hạn khoảng cách đọc gặp khó khăn quản lý hàng hóa tạm thời - Cần đảm bảo bảo mật thông tin chấp nhận người dùng việc chia sẻ thông tin cá nhân 32 4.6 Định hướng phát triển Tích hợp tính đặt hàng trực tuyến: Phát triển tính cho phép khách hàng đặt hàng trực tuyến thông qua hệ thống IoT, giúp khách hàng có trải nghiệm mua sắm tiện lợi, nhanh chóng tiết kiệm thời gian Đồng thời, tích hợp tính theo dõi đơn hàng, thơng báo tình trạng đơn hàng giúp khách hàng kiểm tra trạng thái đơn hàng Tận dụng trí tuệ nhân tạo máy học: Nghiên cứu áp dụng trí tuệ nhân tạo máy học vào hệ thống để cải thiện tính tư vấn mua sắm, đề xuất sản phẩm, dự đoán hành vi mua hàng khách hàng dựa liệu ghi nhận từ hệ thống RFID Điều giúp tăng tính cá nhân hóa, xác hiệu việc gợi ý sản phẩm cho khách hàng Mở rộng ứng dụng vào lĩnh vực khác: Không giới hạn lĩnh vực mua sắm, hệ thống IoT, quản lý giỏ hàng mua sắm thơng minh mở rộng áp dụng vào lĩnh vực khác quản lý kho hàng, quản lý tài sản, quản lý vật dụng ngành công nghiệp khác Nghiên cứu áp dụng công nghệ mới: Tiếp tục nghiên cứu áp dụng công nghệ blockchain, công nghệ đa truy cập (multi-access edge computing) hay công nghệ định vị vị trí (location-based services) để nâng cao tính năng, độ xác tính bảo mật hệ thống Tăng cường đối tác hợp tác: Tìm kiếm thiết lập đối tác, hợp tác với công ty, cửa hàng, siêu thị nhà cung cấp khác để mở rộng mạng lưới hoạt động, tận dụng nguồn lực kỹ đối tác để phát triển hệ thống IoT, quản lý giỏ hàng mua sắm thông minh Liên tục nâng cấp cải tiến: Theo dõi xu hướng công nghệ, thị trường đáp ứng nhu cầu khách hàng, liên tục nâng cấp cải tiến hệ thống IoT, quản lý giỏ hàng mua sắm thơng minh để trì tính cạnh tranh đạt hài lòng khách hàng 33 KẾT LUẬN Đề tài “Nghiên cứu, thiết kế hệ thống IoT quản lý giỏ hàng mua sắm thông minh ứng dụng công nghệ RFID” đặt bối cảnh xã hội phát triển với công nghệ cách mạng công nghiệp 4.0 triển khai mạnh mẽ vào sống Nhu cầu mua sắm người dùng ngày gia tăng Trong Khóa luận này, công việc thực thiết kế triển khai hệ thống IoT quản lý giỏ hàng thông minh, sử dụng thành phần phần cứng, phần mềm, giao thức truyền thông chế hoạt động Hệ thống cho phép người dùng quản lý giỏ hàng mua sắm họ cách sử dụng thẻ RFID để định danh sản phẩm giỏ hàng, tự động ghi nhận tính tốn tổng giá trị sản phẩm giỏ hàng, cung cấp thông tin chi tiết sản phẩm tổng giá trị giỏ hàng, đồng thời hỗ trợ toán thuận tiện Kết đạt cho thấy hệ thống IoT quản lý giỏ hàng mua sắm thông minh sử dụng công nghệ RFID cải thiện trình quản lý giỏ hàng, giúp người dùng tiết kiệm thời gian công sức trình mua sắm, đồng thời giảm thiểu sai sót tính tốn giá trị giỏ hàng đáp ứng nhu cầu người dùng cách hiệu Tuy nhiên, thời gian kinh phí thực Khóa luận hạn chế, nên hệ thống xây dựng với quy mô nhỏ Cần tiếp tục nghiên cứu phát triển để hệ thống trở thành hệ thống lớn tương lai 34 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Pradyumna Gokhale1, Omkar Bhat2, Sagar Bhat3, “Introduction to IOT”, International Advanced Research Journal in Science, Engineering and Technology [2] Kaveh Pahlavan1 · Prashant Krishnamurthy2, “A Historical Perspective”, Evolution and Impact of Wi-Fi Technology and Applications [3] Barjis, J., & Fosso Wamba, S (2010) Organizational and business impacts of RFID technology Business Process Management Journal, 16(6), 897–903 [4] Moroney, L (2017) The Firebase Realtime Database The Definitive Guide to Firebase, 51–71 [5] Hagos, T (2018) Android Studio Learn Android Studio 3, 5–17 [6] Wan, Z., Song, Y., & Cao, Z (2019) Environment Dynamic Monitoring and Remote Control of Greenhouse with ESP8266 NodeMCU 2019 IEEE 3rd Information Technology, Networking, Electronic and Automation Control Conference (ITNEC) Website [7] https://blog.mecsu.vn/module-doc-rfid-rc522/ [8] https://rasstek.com/cong-nghe-rfid/rfid-125-khz-va-rfid-13-56-mhz-su-khacnhau-va-ung-dung/ [9] https://vn.got-it.ai/blog/phan-mem-arduino-ide-la-gi-chi-tiet-nhat 35