Phát triển ứng dụng IoT

công nghệ tự động hóa ngày nay đã được ứng dụng rất nhiều trong đời sống giúp con người có được một cuộc sống tiện nghi và hiện đại hơn. Một trong những đối tượng được phát triển đó chính là năng lượng điện – nguồn năng lượng không thể thiếu trong đời sống ngày nay. Và một trong số những thiết bị được kỳ vọng đó chính là ngôi nhà thông minh hay rộng hơn đó là Internet of Things. Đề tài “Điều khiển thiết bị điện” mà nhóm đang hướng đến tuy không quá mới mẻ nhưng hứa hẹn sẽ đem đến cho người sử dụng những ứng dụng tốt nhất của công nghệ này.

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT VĨNH LONG KHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN - - BÁO CÁO PHÁT TRIỂN ỨNG DỤNG IOT ĐỀ TÀI: ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ ĐIỆN TRONG NHÀ Sinh viên thực hiện: 20004241 – Lê Phạm Thanh Tuân 20004173 – Bùi Đức Tài Giảng viên hướng dẫn: Ths Trần Phan An Trường GV Nguyễn Khắc Tường Vĩnh Long , năm 2023 NHẬN XÉT & ĐÁNH GIÁ ĐIỂM CỦA NGƯỜI HƯỚNG DẪN Ý thức thực hiện: Nội dung thực hiện: Hình thức trình bày: Tổng hợp kết quả:  Tổ chức báo cáo trước hội đồng  Tổ chức chấm thuyết minh Vĩnh Long, ngày …… tháng …… năm…… Người hướng dẫn (Ký ghi rõ họ tên) LỜI CẢM ƠN Ngày nay, việc ứng dụng công nghệ thông tin trở nên phổ biến hầu hết quan, doanh nghiệp, trường học đặc biệt việc áp dụng giải pháp tin học cơng tác quản lý Trong năm trở lại đây, với tốc độ phát triển vũ bão, CNTT dần làm cho sống người trở nên thú vị đơn giản Vì để bắt kịp với nhịp độ phát triển xã hội, kiến thức học giảng đường vô quan trọng Sinh viên chúng em Chúng em xin chân thành cảm ơn thầy, cô mơn tận tình giảng dạy chúng em suốt thời gian học tập vừa qua Nhờ có dạy tận tình thầy, để giúp chúng em hồn thành chương trình Tuy có nhiều cố gắng trình làm đề tài khơng thể tránh sai sót Chúng em mong nhận ý kiến đóng góp từ thầy cô bạn bè để chúng em rút kinh nghiệm thực tốt đề tài sau Chúng em cảm ơn tất người bạn chúng em Những người chia sẻ cổ vũ chúng em lúc khó khăn chúng em ln ghi nhớ điều Cuối cùng, chúng em xin bày tỏ lịng biết ơn vơ hạn cha mẹ gia đình ln ủng hộ, giúp đỡ cho chúng em i MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN i MỤC LỤC ii DANH MỤC HÌNH ẢNH .iv LỜI MỞ ĐẦU v CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN ĐỀ TÀI .1 1.1.TỔNG QUAN VỀ IOT 1.1.1 Lịch sử hình thành 1.1.2 Lợi ích 1.1.3 Ưu điểm .11 1.1.4 Khuyết điểm 12 1.2 HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ ĐIỆN 13 1.2.1 Giới thiệu chung 13 1.2.2 Hệ thống điều khiển thiết bị điện 14 CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT .16 2.1 BO MẠCH ESP32 .16 2.1.1 Lịch sử 16 2.1.2 ESP32 16 2.1.3 Cấu tạo ESP32 17 2.1.4 Ứng dụng Arduino 19 2.2 TÌM HIỂU VỀ WOOKWI 20 2.2.1 Giới thiệu .20 2.2.2 Mô ESP32 Wokwi 22 2.3 CẢM BIẾN VÀ CÁC MODULE CHỨC NĂNG .22 2.3.1 Cảm biến ánh sáng (LDR) 22 2.3.2 Cảm biến nhiệt độ độ ẩm (DHT22) .24 2.3.3 Cảm biến chuyển động (PIR sensor) 26 2.3.4 Cảm biến khí Gas (MQ - 2) 27 2.4 TÌM HIỂU VỀ FIREBASE 29 2.5 ANDROID STUDIO 30 CHƯƠNG 3: PHÂN TÍCH THIẾT KẾ HỆ THỐNG 32 ii 3.1 ĐẶC TẢ HỆ THỐNG 32 3.2 SƠ ĐỒ HỆ THỐNG 35 3.2.1 Sơ đồ khối thành phần 35 3.2.2 Sơ đồ đấu nối .35 3.3 XÂY DỰNG HỆ THỐNG 36 3.3.1 Code cảm biến nhiệt độ độ ẩm 36 3.3.2 Code cảm biến ánh sáng 36 3.3.3 Code cảm biến chuyển động .36 3.3.4 Code cảm biến khí gas 36 3.3.5 Code điều khiển 37 3.3.6 Realtime Database .38 3.3.7 Xây dựng hệ thống App 39 CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 41 4.1 KẾT LUẬN 41 4.2 HƯỚNG PHÁT TRIỂN 41 TÀI LIỆU THAM KHẢO .42 iii DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1 Tổng quan IoT Hình 1.2 Mơ hình nhà thơng minh Hình 1.3 Sản phẩm đồng hồ thông minh Hình 1.4 Thành phố thơng minh Hình 1.5 Mơ hình lưới thơng minh Hình 1.6 Xe thông minh Hình 1.7 Sức khỏe thơng minh .9 Hình 1.8 Bán lẻ thông minh Hình 1.9 Chuỗi cung ứng thơng minh 10 Hình 1.10 Chăn nuôi thông minh 11 Hình Bo mạch ESP32 17 Hình 2 Cấu tạo ESP32 19 Hình Giao diện Wokwi 21 Hình Mơ ESP32 22 Hình Cảm biến ánh sáng quang trở .22 Hình DHT22 24 Hình Cảm biến chuyển động 26 Hình Cảm biến khí Gas 28 Hình Firebase 29 Hình 10 Android Studio 31 Hình Mơ tả ngun lý hoạt động cảm biến ánh sáng 33 Hình Mô tả nguyên lý phát chuyển động 33 Hình 3 Mơ tả ngun lý hoạt động DHT22 .34 Hình Sơ đồ khối 35 Hình Sơ đồ đấu nối 35 Hình Realtime Database 38 Hình Giao diện đăng ký/ đăng nhập 39 Hình Giao diện Home 40 Hình Giao diện Control 40 iv LỜI MỞ ĐẦU Như biết, khoa học cơng nghệ ngày phát triển nhanh chóng Chúng ta sống thời đại này, thời đại cơng nghệ thơng tin tự động hóa Và tự động hóa ngày trở thành xu hướng chung tồn cầu Thật vậy, cơng nghệ tự động hóa ngày ứng dụng nhiều đời sống giúp người có sống tiện nghi đại Một đối tượng phát triển lượng điện – nguồn lượng thiếu đời sống ngày Và số thiết bị kỳ vọng ngơi nhà thơng minh hay rộng Internet of Things Đề tài “Điều khiển thiết bị điện” mà nhóm hướng đến khơng mẻ hứa hẹn đem đến cho người sử dụng ứng dụng tốt công nghệ Đề tài gồm chương: Chương 1: TỔNG QUAN ĐỀ TÀI Chương 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT Chương 3: PHÂN TÍCH THIẾT KẾ HỆ THỐNG Chương 4: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN Trong trình nghiên cứu nhóm cố gắng hết sức, song khó tránh khỏi thiếu sót Nhóm mong nhận đóng góp ý kiến q thầy bạn để đề tài hoàn thiện Xin chân thành cảm ơn v CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN ĐỀ TÀI 1.1 TỔNG QUAN VỀ IOT Khái niệm Internet vạn vật Internet of things (tiếng Anh: Internet of Things, viết tắt IoT) mạng lưới vạn vật kết nối Internet Mạng lưới thiết bị kết nối Internet kịch giới, mà đồ vật, người cung cấp định danh riêng mình, tất có khả truyền tải, trao đổi thông tin, liệu qua mạng mà không cần đến tương tác trực tiếp người với người, hay người với máy tính IoT phát triển từ hội tụ công nghệ không dây, cơng nghệ vi điện tử Internet Nói đơn giản tập hợp thiết bị có khả kết nối với nhau, với Internet với giới bên ngồi để thực cơng việc Hình 1.1 Tổng quan IoT Internet vạn vật cung cấp kết nối chuyên sâu cho thiết bị, hệ thống dịch vụ, kết nối mang hiệu vượt trội so với kiểu truyền tải máy-máy (M2M), đồng thời hỗ trợ đa dạng giao thức, miền (domain), ứng dụng Kết nối thiết bị nhúng (luôn vật dụng thông minh), kỳ vọng mở kỷ nguyên tự động hóa hầu hết ngành, từ ứng dụng chuyên sâu điện lưới thông minh, mở rộng tới lĩnh vực khác thành phố thông minh, nông nghiệp thông minh, Things: Đối với Internet Of Things, Thing đối tượng giới vật chất (physicalthings) hay giới thơng tin ảo (virtualthings) Things có khả nhận diện, Things tích hợp vào mạng lưới thông tin liên lạc Trong hệ thống IOT, Things đối tượng giới vật chất (Physical) thơng tin (Virtual) Things có khả nhận diện tích hợp vào mạng thơng tin “Things” có liên quan đến thơng tin, tĩnh hay động.“PhysicalThings” tồn giới vật lý có khả cảm nhận, kích thích kết nối Ví dụ “Physical Things” bao gồm môi trường xung quanh, robot công nghiệp, hàng hóa, hay thiết bị điện “Virtual Things” tồn giới thơng tin có khả lưu trữ, xử lý, hay truy cập Ví dụ “VirtualThings” bao gồm nội dung đa phương tiện phần mềm ứng dụng Thiết bị (devices): Đối với Internet Of Things, phần hệ thống với chức bắt buộc communication chức không bắt buộc là: cảm biến, thực thi, thu thập liệu, lưu trữ xửl ý liệu 1.1.1 Lịch sử hình thành 1.1.1.1 Hình thái sơ khai Internet of Things – IoT đưa nhà sáng lập MIT Auto-ID Center đầu tiên, năm 1999 Kevin Ashton đưa cụm từ Internet of Things nhằm để đối tượng nhận biết tồn chúng Thuật ngữ Auto-ID tới lớp rộng kỹ thuật xác minh sử dụng công nghiệp để tự động hóa, giảm lỗi tăng hiệu Các kỹ thuật bao gồm mã vạch, thẻ thơng minh, cảm biến, nhận dạng tiếng nói, sinh trắc học Từ năm 2003 Kỹ thuật Auto-ID hoạt động Radio Frequency Identification – RFID Đỉnh cao Auto-ID Center vào tháng 9/2003, hội nghị chuyên đề EPC (Electronic Product Code) tổ chức Chicago (Illinois, Mỹ) đánh dấu xuất thức hệ thống mạng EPC – sở hạ tầng kỹ thuật mở cho phép máy tính tự động xác định vật thể nhân tạo theo dõi chúng chúng từ nhà máy tới trung tâm phân phối để lưu trữ giá Hội nghị hỗ trợ nhiều công ty lớn giới – đại diện cho thực phẩm, hàng hóa tiêu dùng, cơng nghiệp bán lẻ, vận tải dược phẩm, số nhiều đại diện khác – bật RFID cho thấy trở thành chìa khóa cho phép kỹ thuật để phát triển kinh tế 55 năm tới Xem xét hội nghị giai đoạn lịch sử, Kevin Ashton dự đốn thay đổi từ máy tính xử lý thơng tin sang máy tính có cảm nhận Mục đích phòng Lab Auto-ID phát triển mạng lưới kết nối máy tính với vật thể - không phần cứng hay phần mềm để vận hành mạng, mà thứ cần thiết để tạo Internet of Things, bao gồm phần cứng phù hợp, phần mềm mạng, giao thức, ngôn ngữ mô tả đối tượng theo cách máy tính hiểu Lưu ý Auto-ID Labs khơng tìm cách tạo mạng toàn cầu khác mà xây dựng thành phần xây dựng đỉnh cao Internet 1.1.1.2 Từ ý tưởng đến thực tiễn IoT xem xét RFID mở rộng giới hạn Nhưng cụm từ Internet of Things lúc đưa tầm nhìn máy móc tương lai: kỷ 19, máy móc học để làm, kỷ 20, chúng học để nghĩ kỷ 21, chúng cảm giác phản ứng lại Khái niệm Internet of Things trở nên rõ ràng vào năm 2005 International Telecommunications Union – ITU công bố báo cáo chủ đề Báo cáo nêu: IoT kết nối vật thể theo cách thơng minh có cảm nhận thơng qua phát triển kỹ thuật liên kết nhận biết thông tin (theo vật thể), cảm biến mạng cảm biến không dây (cảm nhận vật thể), hệ thống nhúng (suy nghĩ vật thể) công nghệ nano (thu nhỏ vật thể) Trong báo cáo ITU xác định thử thách quan trọng cần giải để khai thác hết tiềm IoT – tiêu chuẩn hóa kết hợp, bảo mật, vấn đề đạo đức – xã hội