Tuần 2 - GVHD tiến hành xét duyệt đề tài Tuần 3 - Viết tóm tắt yêu cầu đề tài đã chọn: đề tài làm cái gì, nội dung thiết kế, các thông số giới hạn của đề tài Tuần 4 - Tiến hành thiết kế
CƠ SỞ LÝ THUYẾT
IoT và ứng dụng trong cuộc sống
Internet of Things (IoT), hay còn gọi là Internet kết nối vạn vật, là mạng lưới các thiết bị kết nối Internet Trong hệ thống này, các thiết bị, phương tiện giao thông và trang thiết bị khác được tích hợp với điện tử, phần mềm, cảm biến và cơ cấu chấp hành, cho phép thu thập và truyền tải dữ liệu qua kết nối mạng máy tính.
Năm 2013, tổ chức Global Standards Initiative on Internet of Things (IoT-GSI) đã định nghĩa IoT là hạ tầng cơ sở toàn cầu hỗ trợ các dịch vụ điện toán chuyên sâu thông qua các vật thể kết nối nhờ công nghệ thông tin và truyền thông Theo đó, "vật" có thể là bất kỳ thứ gì trong thế giới thực hoặc ảo, có khả năng nhận dạng và tích hợp vào mạng lưới truyền thông Hệ thống IoT sử dụng hạ tầng mạng hiện hữu để điều khiển từ xa, tích hợp thế giới thực vào hệ thống điện toán, từ đó giảm thiểu sự can thiệp của con người, nâng cao hiệu năng, độ tin cậy và lợi ích kinh tế Khi các cảm biến và cơ cấu chấp hành được tích hợp vào IoT, công nghệ này trở thành hệ thống ảo-thực với tính tổng quát cao hơn, bao gồm các ứng dụng như nhà thông minh, nhà máy điện ảo, điện lưới thông minh và vận tải thông minh.
Hình 2.1 minh họa sự tương tác giữa mạng lưới thiết bị kết nối Internet và thành phố thông minh Mỗi vật thể trong hệ thống điện toán nhúng được nhận dạng riêng biệt và có khả năng kết hợp với nhau trong cùng một hạ tầng Internet.
Kết nối chuyên sâu mà IoT cung cấp cho các thiết bị, hệ thống và dịch vụ mang lại hiệu quả vượt trội so với truyền tải máy-máy (M2M) Nó hỗ trợ đa dạng giao thức, miền và ứng dụng, hứa hẹn mở ra kỷ nguyên tự động hóa cho hầu hết các ngành thông qua việc kết nối các thiết bị nhúng và các vật dụng thông minh.
2.1.2 Ứng dụng IoT trong cuộc sống
Nhà thông minh (smart home) là những ngôi nhà được trang bị các thiết bị hiện đại, cho phép điều khiển từ xa và lập trình hoạt động thông qua Internet và điện thoại di động Từ phòng ngủ đến phòng khách và toilet, các thiết bị điện đều có thể kết nối với bộ điều khiển điện tử, giúp người dùng kiểm soát an ninh, nhiệt độ và ánh sáng một cách dễ dàng Công nghệ tiên tiến giúp các đồ gia dụng truyền thống trở nên thông minh hơn, nâng cao trải nghiệm sống và giảm chi phí lắp đặt.
Công nghệ Smart home mang lại tiện nghi vượt trội cho người già và người khuyết tật, giúp họ dễ dàng kiểm soát các thiết bị trong nhà Thay vì thao tác trên công tắc gắn tường, họ có thể sử dụng điện thoại để tắt mở đèn một cách thuận tiện Các trợ lý ảo như Alexa và Google Assistant hỗ trợ nhắc nhở việc uống thuốc hàng ngày và cung cấp thông tin hữu ích như thời tiết và tin tức chỉ bằng giọng nói Điều này không chỉ cải thiện khả năng kiểm soát môi trường sống mà còn nâng cao chất lượng cuộc sống cho những người cần sự trợ giúp.
Thiết bị đeo thông minh đang ngày càng phổ biến trên thị trường với nhiều tính năng vượt trội như đồng hồ, tai nghe, kính và balo Các công ty lớn như Google, Apple và Samsung đã đầu tư mạnh mẽ vào việc phát triển các sản phẩm này Những thiết bị này được trang bị cảm biến và phần mềm để theo dõi, thu thập dữ liệu và thông tin người dùng, phục vụ cho các nhu cầu về sức khỏe, thể chất và giải trí Yêu cầu thiết kế chủ yếu là công suất thấp, kích thước nhỏ gọn và tính thẩm mỹ cao.
Bán lẻ thông minh thông qua IoT tạo ra sự kết nối chặt chẽ giữa nhà bán lẻ và khách hàng, nâng cao trải nghiệm mua sắm Tiềm năng phát triển của IoT trong lĩnh vực bán lẻ là rất lớn, với smartphone là thiết bị phổ biến giúp duy trì kết nối liên tục Tương tác qua điện thoại và ứng dụng công nghệ cho phép các nhà bán lẻ phục vụ khách hàng tốt hơn, đồng thời điều chỉnh cách bài trí cửa hàng theo nhu cầu tiêu dùng.
Trong những năm tới, mạng lưới điện sẽ trở nên thông minh và đáng tin cậy hơn, với khái niệm lưới điện thông minh ngày càng được phổ biến trên toàn cầu.
Dữ liệu được thu thập tự động nhằm phân tích hành vi tiêu dùng điện của người dùng và nhà cung cấp, từ đó nâng cao hiệu quả sử dụng điện Lưới điện thông minh cho phép phát hiện nguồn ngắt điện thông minh tại cấp độ hộ gia đình.
Hình 2 4 Dịch vụ bán lẻ thông minh
Hình 2 5 Giám sát nguồn năng lượng
Sức khỏe là một lĩnh vực đầy tiềm năng của Internet of Things (IoT) với nhiều ứng dụng bất ngờ Hệ thống chăm sóc sức khỏe kết nối cùng các thiết bị y tế thông minh mở ra cơ hội lớn cho các công ty sản xuất IoT trong chăm sóc sức khỏe giúp người dùng sống khỏe mạnh hơn thông qua việc đeo thiết bị kết nối Dữ liệu thu thập từ các thiết bị này cho phép phân tích tình trạng sức khỏe, từ đó các nhà cung cấp và sản xuất có thể thiết kế sản phẩm hiệu quả hơn để phòng ngừa bệnh tật.
IoT trong chăn nuôi gia cầm và sản xuất nông trại giúp kiểm soát quy trình chăn nuôi, tiết kiệm thời gian và chi phí cho nông dân Bằng cách sử dụng các công cụ IoT để thu thập dữ liệu về sức khỏe gia súc, chủ trang trại có thể phát hiện sớm bệnh tật, ngăn ngừa sự lây lan của virus và giảm thiểu thiệt hại Dữ liệu thu thập được cũng hỗ trợ tăng năng suất chăn nuôi, nâng cao hiệu quả sản xuất.
Hình 2 6 Chăm sóc theo dõi sức khỏe
Để triển khai hiệu quả hệ thống IoT trong giám sát nông trại, cần nhiều yếu tố hỗ trợ như thiết kế module, nền tảng độc lập và khả năng tương thích thiết bị từ nhiều nhà cung cấp Hệ thống cũng nên có kiến trúc mở với các công cụ tích hợp mạnh mẽ, bảo mật tích hợp và giao diện người dùng trực quan, có thể tùy chỉnh Ngoài ra, Thinkspeak là một nền tảng hữu ích giúp trực quan hóa và phân tích dữ liệu trên đám mây, cho phép xử lý và phân tích dữ liệu từ xa, đặc biệt trong các dự án IoT cần theo dõi biến động giá trị cảm biến.
Giới thiệu về hệ điều hành Android
Android là hệ điều hành mã nguồn mở dựa trên nền tảng Linux, được thiết kế cho các thiết bị di động như điện thoại thông minh và máy tính bảng Với khả năng chạy trên nhiều thiết bị khác nhau, Android tạo ra một hệ sinh thái phong phú cho ứng dụng di động, cung cấp hàng triệu ứng dụng giúp người dùng quản lý cuộc sống hiệu quả Hệ điều hành này hỗ trợ phần cứng dựa trên kiến trúc ARM và nổi bật với tính linh hoạt, cho phép nhà phát triển, nhà thiết kế và nhà sản xuất thiết bị tham gia vào quá trình phát triển Chính vì lý do đó, Android đã trở thành một trong những hệ điều hành phổ biến nhất trên thị trường.
Hình 2 8 Kho ứng dụng Android
Tổng quan về các phần cứng sử dụng
LCD có nhiều loại với số chân khác nhau, phổ biến nhất là loại 14 chân và 16 chân Sự khác biệt chủ yếu nằm ở các chân nguồn cung cấp cho đèn nền, trong khi các chân điều khiển vẫn giữ nguyên Để sử dụng đúng loại LCD, cần tham khảo datasheet để hiểu rõ về các chân kết nối.
Bảng 2 1 Sơ đồ chân của LCD
Chân số Tên chân Input/Output Chức năng tín hiệu
3 VE Analog Điều chỉnh độ tương phản
4 RS Ngõ vào Chọn thanh ghi: Logic “0”: tín hiệu hướng dẫn hoặc “1”: tín hiệu dữ liệu
5 R/W Ngõ vào Đọc/ghi: Logic “0” là chế độ ghi hoặc logic “1” là chế độ đọc
6 E Ngõ vào Chân cho phép (Enable)
7 D0 Ngõ vào/ra Dữ liệu (LSB)
8 D1 Ngõ vào/ra Dữ liệu
9 D2 Ngõ vào/ra Dữ liệu
10 D3 Ngõ vào/ra Dữ liệu
11 D4 Ngõ vào/ra Dữ liệu
12 D5 Ngõ vào/ra Dữ liệu
13 D6 Ngõ vào/ra Dữ liệu
14 D7 Ngõ vào/ra Dữ liệu (MSB)
15 LED-A Ngõ vào Nguồn dương cho đèn nền
16 LED-B Ngõ vào Nguồn âm cho đèn nền
Trong 16 chân của LCD được chia ra làm 4 dạng tín hiệu như sau:
Các chân cấp nguồn bao gồm: chân số 1 nối với mass (0V), chân số 2 kết nối với nguồn +5V (Vdd), và chân số 3 dùng để điều chỉnh độ tương phản, thường kết nối với biến trở Bạn chỉ cần điều chỉnh cho đến khi thấy ký tự xuất hiện và sau đó dừng lại; trong bộ thực hành đã được điều chỉnh sẵn.
Các chân điều khiển trong mạch bao gồm chân số 4 (RS) dùng để chọn thanh ghi, chân R/W để điều khiển quá trình đọc và ghi, và chân E cho phép tạo xung chốt.
+ Các chân dữ liệu D7÷D0: Chân số 7 đến chân số 14 là 8 chân dùng để trao đổi dữ liệu giữa thiết bị điều khiển và LCD
+ Các chân LED_A và LED_K: Chân số 15, 16 là 2 chân dùng để cấp nguồn cho đèn nền để có thể nhìn thấy vào ban đêm
2.3.1.2 Các trạng thái hoạt động đọc ghi của LCD
Có 2 chế độ hoạt động: đọc và ghi, hai dạng sóng tương ứng như hình 2.9
Hình 2 9 Dạng sóng điều khiển của LCD
- Điều khiển tín hiệu RS
- Điều khiển tín hiệu R/W lên mức 1
- Điều khiển tín hiệu E lên mức cao để cho phép
- Đọc dữ liệu từ bus dữ liệu DB7÷DB0 (data bus)
- Điều khiển tín hiệu E về mức thấp
- Điều khiển tín hiệu RS
- Điều khiển tín hiệu R/W xuống mức 0
- Điều khiển tín hiệu E lên mức cao để cho phép
- Xuất dữ liệu ra bus dữ liệu DB7÷DB0 (data bus)
- Điều khiển tín hiệu E về mức thấp
2.3.1.3 Thông số kỹ thuật của LCD
Thiết bị hiển thị LCD 16x2 (Liquid Crystal Display) hiện nay được sử dụng rộng rãi trong nhiều ứng dụng vi điều khiển LCD 1602 nổi bật với khả năng hiển thị đa dạng ký tự như chữ, số và ký tự đồ họa Ngoài ra, nó dễ dàng tích hợp vào mạch ứng dụng thông qua nhiều giao thức giao tiếp khác nhau, tiêu tốn ít tài nguyên hệ thống và có giá thành phải chăng.
Bảng 2 2 Thông số kỹ thuật LCD 162
STT Nội dung Thông số
2 Điện áp ra mực cao >2.4V
3 Điện áp ra mức thấp