Thiết kế mô hình cửa cuốn thông minh

Về kết quả giải quyết các nội dung nhiệm vụ yêu cầu của đồ án: 3.75đ/4đ Đề tài thiết kế mô hình hệ thống cửa cuốn có thể mở và đóng tự động với sự hỗ trợcủa trí thông minh nhân tạo, đơn

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

ĐẠI HỌC NGÀNH: CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỆN - ĐIỆN TỬ

CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ

ĐỀ TÀI:

THIẾT KẾ MÔ HÌNH CỬA CUỐN THÔNG MINH

Sinh viên thực hiện : Lê Công Nhật Minh

KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

ĐẠI HỌC NGÀNH: CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỆN - ĐIỆN TỬ

CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ

ĐỀ TÀI:

THIẾT KẾ MÔ HÌNH

CỬA CUỐN THÔNG MINH

Sinh viên thực hiện : Lê Công Nhật Minh

NHẬN XÉT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

(Dành cho người hướng dẫn)

I Thông tin chung:

1 Họ và tên sinh viên: Lê Công Nhật Minh

Trần Xuân Hoàng

2 Lớp: 19D2 Mã SV: 1911505120130

1911505120114

3 Tên đề tài: Thiết kế mô hình cửa cuốn thông minh

4 Người hướng dẫn: Ngô Thị Minh Hương Học hàm/ học vị: Thạc sĩ

II Nhận xét, đánh giá đồ án tốt nghiệp:

1 Về tính cấp thiết, tính mới, mục tiêu của đề tài: (1đ/1đ)

Đề tài cơ bản đã đạt được mục tiêu yêu cầu của ĐATN

2 Về kết quả giải quyết các nội dung nhiệm vụ yêu cầu của đồ án: (3.75đ/4đ)

Đề tài thiết kế mô hình hệ thống cửa cuốn có thể mở và đóng tự động với sự hỗ trợcủa trí thông minh nhân tạo, đơn giản hóa quá trình điều khiển cửa bằng nút nhấn trênđiều khiển từ xa bằng smartphone thông qua 1 Web ứng dụng điều khiển được thiết kếriêng và thêm vào đó hệ thống được tích hợp công nghệ nhận diện khuôn mặt giúpnâng cao độ an toàn cũng như bảo mật

3 Về hình thức, cấu trúc, bố cục của đồ án tốt nghiệp: (2đ/2đ)

Đồ án được trình bày theo format chuẩn

4 Kết quả đạt được, giá trị khoa học, khả năng ứng dụng của đề tài: (0.75đ/1đ)

- Đề tài “Thiết kế mô hình cửa cuốn thông minh” sinh viên đã hoàn thành đề tàiđúng với mục tiêu đề ra ban đầu

- Đề tài có tính thực tiễn cao, có khả năng tiếp tục phát triển

5 Các tồn tại, thiếu sót cần bổ sung, chỉnh sửa:

III Tinh thần, thái độ làm việc của sinh viên: (2đ/ 2đ)

- Ham học hỏi và rất tận tâm trong quá trình làm Đồ án

- Thường xuyên trao đổi với Giảng viên trong quá trình làm Đồ án

IV Đánh giá:

1 Điểm đánh giá: 9.5/10 (lấy đến 1 số lẻ thập phân)

2 Đề nghị: ☒ Được bảo vệ đồ án ☐ Bổ sung để bảo vệ ☐ Không được bảo vệ

Đà Nẵng, ngày 25 tháng 5 năm 2023

Người hướng dẫn

Ngô Thị Minh Hương

NHẬN XÉT PHẢN BIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

HỌC KỲ 2 NĂM HỌC 2022 - 2023

(Dành cho người phản biện)

I Thông tin chung:

1 Họ và tên sinh viên:

2- LÊ CÔNG NHẬT MINH Mã SV: 1911505120130

2 Lớp: 19D2

3 Tên đề tài: Thiết kế mô hình cửa cuốn thông minh

4 Người hướng dẫn: Phạm Văn Phát Học hàm/ học vị: Thạc sĩ

II Nhận xét, đánh giá đồ án tốt nghiệp:

1 Về tính cấp thiết, tính mới, mục tiêu của đề tài:

Đề tài thiết kế mô hình cửa cuốn thông minh ứng dụng công nghệ IoT là một hướngnghiên cứu, ứng dụng phổ biến, có tính thực tiễn Phù hợp với yêu cầu kỹ thuật,

chuyên môn của nghành học

2 Về kết quả giải quyết các nội dung nhiệm vụ yêu cầu của đồ án:

Nhóm sinh viên đã vận dụng được các kiến thức, kỹ năng để giải quyết các vấn đề

chuyên nghành: khả năng khai thác sử dụng phần mềm, năng lực thiết kế, thi công vàvận hành, năng lực lập trình và xử lý các vấn đề phát sinh

Đề tài đã xây dựng được mô hình cho phép kết nối và điều khiển từ xa cửa cuốn,

thiết lập các chế độ làm việc, ứng dụng nhận diện ảnh và xác thực người dùng

3 Về hình thức, cấu trúc, bố cục của đồ án tốt nghiệp:

Đề tài chia làm 4 chương, 77 trang Bố cục đề tài hài hòa, đáp ứng được yêu cầu

4 Kết quả đạt được, giá trị khoa học, khả năng ứng dụng của đề tài:

Thiết kế được mô hình cửa cuốn thông minh với các chức năng cơ bản như điềukhiển từ xa qua điện thoại thông minh, ứng dụng nhận diện ảnh để xác thực ngườidùng, tùy chọn các trạng thái điều khiển với các nền tảng phần cứng chính là boardDOIT ESP32 V1 và board Raspberry P4

Một số lỗi chính tả và trình bày văn bản cần được kiểm tra, chỉnh sửa;

TT Các tiêu chí đánh giá

Điể m tối đa

Điểm đánh giá

1 Sinh viên có phương pháp nghiên cứu phù

hợp, giải quyết các nhiệm vụ đồ án được giao 8,0 7,0 7,0

1a

- Tính cấp thiết, tính mới (nội dung chính của

ĐATN có những phần mới so với các ĐATN

- Kỹ năng giải quyết vấn đề; hiểu, vận dụng

được kiến thức cơ bản, cơ sở, chuyên nghành

trong vấn đề nghiên cứu;

- Khả năng thực hiện/phân tích/tổng hợp/đánh

giá;

- Khả năng thiết kế, chế tạo một hệ thống,

thành phần, hoặc quy trình đáp ứng yêu cầu

đặt ra;

1c

- Chất lượng sản phẩm ĐATN về nội dung báo

cáo, bản vẽ, chương trình, mô hình, hệ thống,

- Có kỹ năng sử dụng tài liệu liên quan vấn đề

nghiên cứu (thể hiện qua các tài liệu tham

khảo)

2- Vấn đề setup tự động đóng tiềm ẩn nhiều vấn đề kỹ thuật, an toàn khi vận hành?Đâu là giải pháp cho vấn đề này?

3- So sánh mô hình với các công nghệ được ứng dụng trong ngôi nhà thông minhcho mục đích tương tự như cổng, cửa?

- Đề nghị: ☒ Được bảo vệ đồ án ☐ Bổ sung để bảo vệ ☐ Không được bảo vệ

Đà Nẵng, ngày 02 tháng 6 năm 2023

Người phản biện

ThS Phạm Văn Phát

Tên đề tài: THIẾT KẾ MÔ HÌNH CỬA CUỐN THÔNG MINH

Sinh viên thực hiện: LÊ CÔNG NHẬT MINH Mã SV: 1911505120130

Đồ án tốt nghiệp "Thiết kế mô hình cửa cuốn thông minh" là một dự án của nhómnhằm nghiên cứu và phát triển hệ thống cửa cuốn có thể mở và đóng tự động với sự hỗtrợ của trí thông minh nhân tạo, đơn giản hóa quá trình điều khiển cửa bằng nút nhấntrên điều khiển từ xa

Trong quá trình nghiên cứu, nhóm đã sử dụng nhiều phương pháp và công nghệ Sửdụng các board mạch của các nhà phát triển như: Arduino, ESP32, Raspberry, các cảmbiến và mạch điện tử để tiến hành các thí nghiệm để phân tích, tính toán, liên kết dữliệu và tính toán Với sự hỗ trợ của các công nghệ này, nhóm đã phát triển một hệthống cửa cuốn thông minh có khả năng tự động đóng mở, điều khiển từ xa bằngsmartphone thông qua 1 Web ứng dụng điều khiển được thiết kế riêng và thêm vào đó

hệ thống được tích hợp công nghệ nhận diện khuôn mặt giúp nâng cao độ an toàn cũngnhư bảo mật

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Giảng viên hướng dẫn: Th.S NGÔ THỊ MINH HƯƠNG

Sinh viên thực hiện: LÊ CÔNG NHẬT MINH Mã SV: 1911505120130

TRẦN XUÂN HOÀNG Mã SV: 1911505120114

1 Tên đề tài:

THIẾT KẾ MÔ HÌNH CỬA CUỐN THÔNG MINH

2 Các số liệu, tài liệu ban đầu:

 Phần cứng:

- Tìm hiểu kiến trúc ESP32

(https://www.espressif.com/en/support/documents/technical-documents)

- Tìm hiều kiến trúc cơ bản về máy tính nhúng Raspberry

- Tìm hiểu, lựa chọn module nguồn phù hợp, động cơ giảm tốc.

(www.datasheet.es/PDF/808925/LM2596-pdf.html)

- Tìm hiểu thiết kế mạch điện điều khiển.

- Tìm hiểu thiết kế, chế tạo mô hình cửa cuốn.

 Phần mềm:

- Tìm hiểu về ngôn ngữ html, css, javascript.

(https://fullstack.edu.vn)

- Tìm hiểu về ngôn ngữ Python trên máy tính nhúng raspberry

- Tìm hiểu về lập trình cho ESP32 (Webserver, RTC…)

(https://www.w3schools.com/xml/ajax_intro.asp)

- Tìm hiểu thuật toán YoLov8.

(https://machinelearningknowledge.ai/introduction-to-yolov8-đối tượng with-tutorial/)

detection Tìm hiểu các giao thức truyền thông, các giao thức giao tiếp nối tiếp

SDIO-CAN/)

(https://vi.fmuser.org/news/IPTV-encoder/Introduction-to-SPI-I2C-UART-I2S-GPIO Sử dụng board DOIT ESP32 V1 làm trung tâm xử lý.

- Sử dụng board Raspberry để nhận diện khuôn mặt và ra lệnh điều khiển cửa gửi về

trung tâm xử lý

- Xây dựng Webserver cho hệ thống.

- Xây dựng module nhận diện khuôn mặt.

- Xây dựng chương trình chấp hành.

- Thiết kế bo mạch.

- Thiết kế mô hình cửa cuốn.

4 Các sản phẩm dự kiến

- Báo cáo đề tài, slide thuyết trình.

- Hoàn thành mô hình cửa cuốn thông minh.

Trong cuộc sống hiện đại ngày nay, chất lượng cuộc sống con người ngày càngnâng cao Sự nâng cao đó chính là nhờ vào sự phát triển mạnh mẽ của khoa học côngnghệ Chúng ta có thể thấy rõ điều đó thông qua các hệ thống thông minh xung quanh,đặc biệt được biết đến như đô thị thông minh, ngôi nhà thông minh,… và đối với hệthống ngôi nhà thông minh thì việc an toàn và bảo mật luôn được đặt lên hàng đầu Do

đó nhóm chúng em đã quyết định chọn đề tài “Thiết kế mô hình cửa cuốn thông minh”, là 1 hệ thống cửa cuốn có độ an toàn và bảo mật được nâng cấp hơn bằng cách

tích hợp công nghệ nhận diện khuôn mặt và quản lý trên Web

Trong quá trình thực hiện đề tài, nhóm đã nhận được nhiều sự giúp đỡ, đóng góp ýkiến cũng như tạo điều kiện thuận lợi, định hướng và chỉ bảo nhiệt tình của quý Thầy/

Cô giáo và bạn bè Đầu tiên, chúng em muốn gửi lời cảm ơn chân thành đến Th.S NgôThị Minh Hương, người đã đưa những lời khuyên và định hướng giúp chúng em hiểu

rõ hơn về đề tài và tiến hành nghiên cứu một cách có hệ thống Nhóm cũng xin gửi lờicảm ơn đến quý Thầy/Cô giáo trong trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật - Đại học ĐàNẵng nói chung và quý Thầy/Cô trong khoa Điện – Điện tử nói riêng đã cung cấpnhững kiến thức và kỹ năng cần thiết để nhóm chúng em thực hiện đề tài này một cáchthành công

Cuối cùng, nhóm cũng xin cảm ơn bạn bè, gia đình và người thân, những người đã

hỗ trợ và động viên trong suốt quá trình thực hiện đề tài Sự khích lệ, quan tâm, chia sẻ

và động viên đó đã giúp chúng em vượt qua những khó khăn và hoàn thành đề tài mộtcách thành công

Xin chân thành cảm ơn!

(Ký và ghi rõ họ tên) (Ký và ghi rõ họ tên)

Nhóm chúng em xin cam đoan rằng đồ án tốt nghiệp “Thiết kế mô hình cửa cuốnthông minh” là công trình nghiên cứu của nhóm Những phần có tham khảo tài liệu cótrong đồ án đã được liệt kê và nêu rõ ra tại phần tài liệu tham khảo Đồng thời những

số liệu hay kết quả trình bày trong đồ án đều mang tính chất trung thực, không saochép, đạo nhái Nếu như sai phạm, nhóm chúng em xin chịu hoàn toàn trách nhiệm vàchịu tất cả các kỉ luật của bộ môn cũng như nhà trường đề ra

Sinh viên thực hiện Sinh viên thực hiện

(Ký và ghi rõ họ tên) (Ký và ghi rõ họ tên)

Lê Công Nhật Minh Trần Xuân Hoàng

NHẬN XÉT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

NHẬN XÉT PHẢN BIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

TÓM TẮT

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

LỜI NÓI ĐẦU i

CAM ĐOAN ii

MỤC LỤC iii

DANH SÁCH CÁC BẢNG, HÌNH VẼ v

DANH SÁCH CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT vii

MỞ ĐẦU 1

Chương 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI 3

1.1 Gi i thi u ch ới thiệu chương ệu chương ương 3 ng 1.2 Đặt vấn đề ấn đề đề 3 t v n 1.3 M t s mô hình c a cu n hi n nay ột số mô hình cửa cuốn hiện nay ố mô hình cửa cuốn hiện nay ửa cuốn hiện nay ố mô hình cửa cuốn hiện nay ệu chương 3

1.4 M c ích ục đích đề tài đ đề 4 tài 1.5 S ơng đồ khối hệ thống kh i h th ng ố mô hình cửa cuốn hiện nay ệu chương ố mô hình cửa cuốn hiện nay 4

1.6 Tính m i ới thiệu chương đề 5 tài 1.7 N i dung nghiên c u ột số mô hình cửa cuốn hiện nay ứu 6

1.8 Ph m vi ng d ng ạm vi ứng dụng ứu ục đích đề tài 6

1.9 K t lu n ch ết luận chương ận chương ương 6 ng Chương 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 7

2.1 Gi i thi u ch ới thiệu chương ệu chương ương 7 ng 2.2 Chu n giao ti p [2] ẩn giao tiếp [2] ết luận chương 7

2.2.1 Các chu n giao ti p ph bi n hi n nay ẩn giao tiếp phổ biến hiện nay ếp phổ biến hiện nay ổ biến hiện nay ếp phổ biến hiện nay ện nay 7

2.2.2 Chu n giao ti p UART [3] ẩn giao tiếp phổ biến hiện nay ếp phổ biến hiện nay 8

2.3 M ng truy n thông không dây ạm vi ứng dụng ề 11

2.3.1 Các m ng truy n thông không dây ph bi n hi n nay [4] ạng truyền thông không dây phổ biến hiện nay [4] ền thông không dây phổ biến hiện nay [4] ổ biến hiện nay ếp phổ biến hiện nay ện nay 11

2.3.1.1 Cách ho t ng c a m ng không dây ạt động của mạng không dây động của mạng không dây ủa mạng không dây ạt động của mạng không dây 12

2.3.1.2 M t s m ng truy n thông không dây ph bi n hi n nay ộng của mạng không dây ố mạng truyền thông không dây phổ biến hiện nay ạt động của mạng không dây ền thông không dây phổ biến hiện nay ổ biến hiện nay ến hiện nay ện nay 12

2.3.2 M ng WIFI ạng truyền thông không dây phổ biến hiện nay [4] 17

2.3.2.1 Gi i thi u ới thiệu ện nay 17

2.3.2.2 u, nh c i m [5] Ưu, nhược điểm [5] ược điểm [5] đ ểm [5] 17

2.4 Ngôn ng và trình biên d ch dùng cho h th ng ữ và trình biên dịch dùng cho hệ thống ịch dùng cho hệ thống ệu chương ố mô hình cửa cuốn hiện nay 19

2.4.1 Gi i thi u v HTML, CSS, JS [6] ới thiệu về HTML, CSS, JS [6] ện nay ền thông không dây phổ biến hiện nay [4] 19

2.4.1.1 HTML 19

2.4.1.2 CSS 20

2.4.1.3 JS 22

2.4.2 Gi i thi u Python ới thiệu về HTML, CSS, JS [6] ện nay 23

2.4.3 Gi i thi u trình biên d ch Arduino IDE ới thiệu về HTML, CSS, JS [6] ện nay ịch Arduino IDE 25

2.4.4 Gi i thi u trình biên d ch Thonny ới thiệu về HTML, CSS, JS [6] ện nay ịch Arduino IDE 28

2.5 ESP32 Web Server 30

2.5.1 Giao th c HTTP ức HTTP 30

2.5.2 B k thu t thi t k Web AJAX ộ kỹ thuật thiết kế Web AJAX ỹ thuật thiết kế Web AJAX ật thiết kế Web AJAX ếp phổ biến hiện nay ếp phổ biến hiện nay 32

2.6 Nh n di n khuôn m t - Thu t toán YOLO [7] ận chương ệu chương ặt vấn đề ận chương 34

2.6.1 Gi i thi u thu t toán YOLO ới thiệu về HTML, CSS, JS [6] ện nay ật thiết kế Web AJAX 34

2.6.2 Chi ti t mô hình ếp phổ biến hiện nay 35

2.6.3 Thu t toán CNN cho phát hi n ật thiết kế Web AJAX ện nay đối tượng YOLO ượng YOLO i t ng YOLO 37

2.6.4 D oán l p và t o ự đoán lớp và tạo độ hộp ranh giới - Inference đ ới thiệu về HTML, CSS, JS [6] ạng truyền thông không dây phổ biến hiện nay [4] độ kỹ thuật thiết kế Web AJAX ộ kỹ thuật thiết kế Web AJAX h p ranh gi i - Inference ới thiệu về HTML, CSS, JS [6] 39

2.7 S d ng model Yolo - face ửa cuốn hiện nay ục đích đề tài 40

2.8 Các vi x lý, i u khi n và module trong h th ng ửa cuốn hiện nay đ ề ển và module trong hệ thống ệu chương ố mô hình cửa cuốn hiện nay 41

2.8.1 Raspberry Pi 4 [9] 41

2.8.1.1 Gi i thi u ới thiệu ện nay 41

2.8.1.2 Mô t chân Raspberry Pi ả chân Raspberry Pi 42

2.8.2 Board DOIT ESP32 DEVKIT V1 [8] 46

2.8.2.1 Thông s k thu t ố mạng truyền thông không dây phổ biến hiện nay ỹ thuật ật 48

2.8.2.2 S chân ơ đồ chân đồ chân 48

2.8.3 Module H Áp Mini MP1584EN DC-DC 3A ạng truyền thông không dây phổ biến hiện nay [4] 51

2.8.4 Module Relay 5V Dual-Channel 52

2.8.5 Độ kỹ thuật thiết kế Web AJAX ng c gi m t c GA12-N20 ơ giảm tốc GA12-N20 ảo visual studio code ối tượng YOLO 54

Chương 3: THIẾT KẾ VÀ XÂY DỰNG MÔ HÌNH 56

3.1 Gi i thi u ch ới thiệu chương ệu chương ương 56 ng 3.2 Thi t k Board m ch i u khi n ết luận chương ết luận chương ạm vi ứng dụng đ ề ển và module trong hệ thống 56

3.2.1 Gi i thi u b công c thi t k m ch Easy EDA ới thiệu về HTML, CSS, JS [6] ện nay ộ kỹ thuật thiết kế Web AJAX ụ thiết kế mạch Easy EDA ếp phổ biến hiện nay ếp phổ biến hiện nay ạng truyền thông không dây phổ biến hiện nay [4] 56

3.2.2 S ơ giảm tốc GA12-N20 đồ nguyên lí nguyên lí 58

3.2.3 S d m ch in PCB ơ giảm tốc GA12-N20 ồ nguyên lí ạng truyền thông không dây phổ biến hiện nay [4] 58

3.3 Xây d ng l u ựng lưu đồ và thiết lập hệ thống ư đồ khối hệ thống và thi t l p h th ng ết luận chương ận chương ệu chương ố mô hình cửa cuốn hiện nay 61

3.3.1 X lí trung tâm [1] ử lí trung tâm [1] 61

3.3.1.1 L u ư đồ chân 61

3.3.1.2 Thi t l p Ch ng trình i u khi n trên Arduino IDE ến hiện nay ật ươ đồ chân đ ền thông không dây phổ biến hiện nay ểm [5] 62

3.3.2 Nh n di n khuôn m t ật thiết kế Web AJAX ện nay ặt 64

3.3.2.1 L u ư đồ chân 64

3.3.2.2 Thi t l p Ch ng trình nh n d ng trên Raspberry ến hiện nay ật ươ đồ chân ật ạt động của mạng không dây 65

3.3.3 Giao di n ng ện nay ười dùng i dùng 70

3.3.3.1 L u ư đồ chân 70

3.3.3.2 Thi t k giao di n ng i dùng ến hiện nay ến hiện nay ện nay ười dùng 71

3.4 Xây d ng mô hình ựng lưu đồ và thiết lập hệ thống 72

Chương 4: KẾT QUẢ 75

4.1 Gi i thi u ch ới thiệu chương ệu chương ương 75 ng 4.2 K t qu yêu c u ết luận chương ả yêu cầu đạt được ầu đạt được đạm vi ứng dụng được 75 t c 4.3 K t qu - Ki m tra, ánh giá h th ng ết luận chương ả yêu cầu đạt được ển và module trong hệ thống đ ệu chương ố mô hình cửa cuốn hiện nay 75

ật thiết kế Web AJAX đ

4.3.2.1 Nh n xét ật 76

4.3.2.2 ánh giá Đánh giá 77

KẾT LUẬN - HƯỚNG PHÁT TRIỂN 78

TÀI LIỆU THAM KHẢO PHỤ LỤC

Bảng 2.1 Thông số kỹ thuật Raspberry 44

Bảng 2.2 Bảng sơ đồ chân SPI 51

Hình 1.1 Sơ đồ tổng quát của hệ thống 5

Hình 2.1 Chuẩn giao tiếp 7

Hình 2.2 Hai MCU giao tiếp trực tiếp với nhau bằng Tx và Rx 8

Hình 2.3 Dữ liệu truyền qua UART 9

Hình 2.4 Mạng WiFi 12

Hình 2.5 Mạng Bluetooth 13

Hình 2.6 Mạng 4G 13

Hình 2.7 Mạng WiMAX 14

Hình 2.8 Mạng Zigbee 14

Hình 2.9 Mạng NFC 15

Hình 2.10 Mạng LoRa 16

Hình 2.11 Ngôn ngữ đánh dấu siêu văn bảng HTML 19

Hình 2.12 Ngôn ngữ lập trình CSS 20

Hình 2.13 Ngôn ngữ lập trình Javascript 23

Hình 2.14 Ngôn ngữ python 24

Hình 2.15 Arduino IDE – Phần mềm lập trình mã nguồn mở miễn phí 26

Hình 2.16 Thư viện Library Manager vô cùng đa dạng 27

Hình 2.17 Giao diện chính của Arduino IDE 27

Hình 2.18 Giao diện chính của Thonny 28

Hình 2.19 Giao diện soạn thảo của Visual Studio Code 29

Hình 2.20 Giao thức HTTP 31

Hình 2.21 Quá trình giao tiếp giữa Client và Server 32

Hình 2.22 Cách hoạt động của Ajax 33

Hình 2.23 Phát hiện đối tượng với mô hình yolo 35

Hình 2.24 Output của Yolo 36

Hình 2.25 Các lớp xử lý trong Yolo 37

Hình 2.26 Classification Loss 38

Hình 2.27 Diện tích giao nhau giữa 2 hộp 39

Hình 2.28 Kết quả phát hiện khuôn mặt người 41

Hình 2.29 Raspberry Pi 4 42

Hình 2.30 Sơ đồ vị trí các linh kiện trên Raspberry Pi 45

Hình 2.31 Board DOIT ESP32 DevKit v1 46

Hình 2.32 Sơ đồ ESP32WROOM32 47

Hình 2.33 Sơ đồ ngoại vi ESP32WROOM32 47

Hình 2.34 Sơ đồ bố trí chân của Module ESP32WROOM32 (Mặt trên) 48

Hình 2.35 Sơ đồ chân của Board ESP32 DevKit v1 49

Hình 2.36 Module nguồn MP1584EN 51

Hình 2.37 Module Relay 5V Dual-Channel 53

Hình 2.38 Động cơ giảm tốc GA12-N20 54

Hình 3.3 Mạch in PCB lớp bottom 59

Hình 3.4 Mạch in PCB lớp top 59

Hình 3.5 Mạch in ở chế độ xem 3D 59

Hình 3.6 Mạch sau khi in lớp bottom 60

Hình 3.7 Hình ảnh Board mạch điều khiển thực tế 60

Hình 3.8 Lưu đồ xử lí trung tâm 61

Hình 3.9 Soạn thảo code trên Arduino IDE 62

Hình 3.10 Cấu hình board và cổng 63

Hình 3.11 Lưu đồ nhận diện khuôn mặt 64

Hình 3.12 Giao diện chính của Raspberry Pi Imager 65

Hình 3.13 Các hệ điều hành trên Raspberry 66

Hình 3.14 Giao diện chọn thẻ nhớ 66

Hình 3.15 Giao diện cấu hình 67

Hình 3.16 Quá trình ghi hệ điều hành vào thẻ nhớ 67

Hình 3.17 Giao diện chính của Advanced IP Scanner 68

Hình 3.18 Kết quả hiển thị IP của Raspberry 68

Hình 3.19 Nhập địa chỉ IP của Raspberry 69

Hình 3.20 Giao diện hiển thị máy tính mới 69

Hình 3.21 Yêu cầu tài khoản và mật khẩu của Raspberry Pi 69

Hình 3.22 Lưu đồ xử lí dữ liệu Webserver 70

Hình 3.23 Giao diện soạn thảo trên Visual studio code 71

Hình 3.24 Giao diện đăng nhập và điều khiển hệ thống 72

Hình 3.25 Giao diện cấu hình cho hệ thống 72

Hình 3.26 Các thành phần của mô hình cửa cuốn 73

Hình 3.27 Lắp board mạch điều khiển vào mô hình 73

Hình 3.28 Lắp camera, động cơ, nút nhấn vào mô hình 74

Hình 4.1 Mô hình cửa cuốn 76

Hình 4.2 Mô hình cửa cuốn mặt trước và sau 76

GPU : Graphics Processing Unit

CPU : Central Processing Unit

RAM : Random Access Memory

UART : Universal Asynchronous Receiver-Transmitter

SPI : Serial Peripheral Interface

I2C : Inter-Integrated Circuit

HDMI : High-Definition Multimedia Interface

SDIO : Storage Device Input/Output

CNN : Convolutional Neural Network

R-CNN : Region-based Convolutional Neural Networks

EIA : Electronic Industries Alliance

MCU : Micro Controller Unit

WLAN : wireless local area network

LAN : Local Area Network

DAC : Digital Analog Converter

ADC : Analog-to-Digital Converter

GPIO : General Purpose Input Output Pins

IDE : Integrated Development Environment

SDA : Serial Data

SCL : Serial Clock

IOT : Internet Of Things

ISO : International Organization for Standardization

SD : Secure Digital

IOU : Intersection Over Union

CLI : Command-Line Interface

TCP : Transmission Control Protocol

TLS : Transport Layer Security

IEEE : Institute of Electrical and Electronics Engineers

PCB : Printed Circuit Board

PoE : Power Over Ethernet

USB : Universal Serial Bus

PWM : Pulse Width Modulation

EMI : Electromagnetic Interference

ADSL : Asymmetric Digital Subscriber Line

MIPI : Mobile Industry Processor Interface

ID : Identification

IP : Internet Protocol

COM : Communication

MỞ ĐẦU

Trong cuộc sống hiện đại ngày nay, chất lượng cuộc sống con người ngày càngnâng cao Sự nâng cao đó chính là nhờ vào sự phát triển mạnh mẽ của khoa học côngnghệ Chúng ta có thể thấy rõ điều đó thông qua các hệ thống thông minh xung quanh,đặc biệt được biết đến như đô thị thông minh, ngôi nhà thông minh,… và đối với hệthống ngôi nhà thông minh thì việc an toàn và bảo mật luôn được đặt lên hàng đầu Do

đó nhóm chúng em đã quyết định chọn đề tài “Thiết kế mô hình cửa cuốn thông minh”, là 1 hệ thống cửa cuốn có độ an toàn và bảo mật được nâng cấp hơn bằng cách

tích hợp công nghệ nhận diện khuôn mặt và quản lý trên Web

Mục tiêu của đề tài:

Thiết kế, xây dựng được mô hình cửa cuốn với tính bảo mật được nâng cao nhờcông nghệ nhận diện khuôn mặt và quản lý trên Webserver

Giới hạn của đề tài:

Khối lượng, tải trọng, tỉ lệ ngoài của mô hình:

- Kích thước mô hình: 30 x 15 x 35 cm (DxRxC)

- Khối lượng mô hình: 2 - 3kg

Phạm vi nghiên cứu của đề tài:

- Sử dụng board ESP32 làm khối trung tâm xử lý

- Sử dụng máy tính nhúng Raspberry để nhận diện khuôn mặt

- Mô hình xây dựng dựa trên hình dáng thực của hệ thống và được làm bằng nhựa

Đề tài gồm có 04 chương chính :

Chương 1: Tổng quan về đề tài

Nội dung chương này trình bày về mục tiêu, nội dung nghiên cứu, lý do chọn đề tài,

sơ đồ khối của hệ thống, phạm vi ứng dụng của mô hình, một số mô hình cửa cuốnhiện nay

Chương 2: Cơ sở lý thuyết

Chương này bao gồm các nội dung về lý thuyết liên quan đến quá trình thực hiệnnghiên cứu

Chương 3: Thiết kế và xây dựng mô hình

Chương này sẽ giới thiệu các phần mềm sử dụng, làm mạch in, quá trình thực hiện,lắp ráp hệ thống, vẽ lưu đồ thuật toán, lập trình và thi công cho đề tài

Chương 4: Kết quả

Chương này trình bày kết quả của quá trình nghiên cứu làm đề tài trong thời gianvừa qua Bao gồm nhận xét, đánh giá và kết quả mô hình đạt được và hướng phát triểntrong tương lai

Chương 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI

1.1 Giới thiệu chương

Nội dung chương này trình bày về mục tiêu, nội dung nghiên cứu, lý do chọn đề tài,

sơ đồ khối của hệ thống, phạm vi ứng dụng của mô hình, một số mô hình cửa cuốnhiện nay

1.2 Đặt vấn đề

Trong thời đại công nghệ 4.0, các sản phẩm thông minh đã và đang trở thành xuhướng trong đời sống con người Những sản phẩm này mang lại sự tiện lợi và antoàn cho người sử dụng, nhưng các sản phẩm thông minh nâng cao hơn, đem lạinhững tính năng thông minh, tiện lợi, an toàn, và dễ sử dụng hơn vẫn còn là tháchthức lớn đối với các nhà sản xuất và kỹ sư Cửa cuốn thông minh là một sản phẩmđược ứng dụng rộng rãi ở nhiều nơi từ nhà phố, căn hộ cho đến các cơ quan, côngty Nhưng cửa cuốn thông thường chỉ có tính năng mở đóng bình thường, còn cáctính năng thông minh, an toàn và tiện lợi thì rất hiếm Vì vậy, việc thiết kế và xâydựng mô hình cửa cuốn thông minh là một vấn đề cấp bách và mang tính thực tiễncao

Đề tài "Thiết kế mô hình cửa cuốn thông minh" nhằm đáp ứng nhu cầu của thịtrường về sản phẩm cửa cuốn thông minh thông minh hơn, đồng thời tận dụng sứcmạnh của công nghệ để mang đến những tính năng tiện ích, an toàn và thông minh hơncho người sử dụng

1.3 Một số mô hình cửa cuốn hiện nay

Hiện nay trên thị trường, có nhiều mô hình cửa cuốn thông minh được ứng dụng.Một số trong số đó có thể nói đến như:

- Cửa cuốn thông minh điều khiển bằng remote: đây là dòng sản phẩm cơ bản nhất,

sử dụng remote để điều khiển mở và đóng cửa

- Cửa cuốn thông minh điều khiển bằng ứng dụng di động: Sử dụng ứng dụng trên

điện thoại để điều khiển mở và đóng cửa và có thể kết hợp với các tính năng chốngtrộm và báo động

- Cửa cuốn thông minh đa chức năng: Kết hợp nhiều tính năng như điều khiển bằng

remote, ứng dụng di động, cảm biến chống trộm, cảm biến khói, cảm biến nhiệt, Tuy nhiên, đa số các mô hình trên trên thị trường vẫn còn hạn chế ở khả năng kếtnối, tính linh hoạt và chưa đáp ứng hết được yêu cầu của người dùng

1.4 Mục đích đề tài

Để đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của thị trường về cửa cuốn thông minh, đồngthời tận dụng sức mạnh của công nghệ điện tử để mang đến những tiện ích mới chongười sử dụng, nhóm đã quyết định thực hiện đề tài "Thiết kế và xây dựng mô hìnhcửa cuốn thông minh"

Mục tiêu của đề tài này là tạo ra một mô hình cửa cuốn thông minh có những tínhnăng thông minh sau:

- Cửa tự động đóng mở thông qua điện thoại hoặc máy tính từ người dùng.

- Bảo mật thông qua nhận dạng khuôn mặt người dùng để cấp quyền truy cập.

- Cấu trúc cửa được thiết kế linh hoạt, dễ dàng lắp đặt và vận hành.

Các tính năng này sẽ giúp người dùng có được trải nghiệm sử dụng cửa cuốn thôngminh, an toàn và tiện lợi hơn

1.5 Sơ đồ khối hệ thống

Đây là sơ đồ khối của hệ thống cửa cuốn:

Hình 1.1 Sơ đồ tổng quát của hệ thống

 Chức năng từng khối:

- Khối nguồn: cung cấp nguồn cho board mạch hoạt động

- Khối xử lý trung tâm: phân tích, xử lý tính toán, thu nhận, truyền gửi dữ liệu ra các

lệnh ràng buộc để điều khiển hệ thống

- Khối điều khiển: gồm có các nút nhấn hành trình và các nút nhấn đóng mở, cảm

biến Thu nhận thông tin về các hành động, tác nhân vật lý bên ngoài

- Khối chấp hành: để điều khiển các thiết bị chấp hành, giúp hệ thống vận hành như

chức năng nó được thiết kế

- Raspberry: MCU có chức năng làm module nhận dữ liệu từ camera để nhận diện

khuôn mặt, sau đó ra các lệnh ràng buộc

- Webserver: giúp người dùng tương tác với hệ thống thông qua giao diện web 1.6 Tính mới đề tài

Trên thị trường hiện nay vẫn chưa có nhiều lựa chọn đáp ứng đầy đủ các nhu cầucủa khách hàng Đề tài "Thiết kế mô hình cửa cuốn thông minh" sẽ đưa ra một lựachọn mới, đáp ứng tốt hơn các yêu cầu cần thiết như bảo mật, an toàn và thuận tiệncho người sử dụng

1.7 Nội dung nghiên cứu

Nhóm tiến hành thực hiện qua hai giai đoạn chính: giai đoạn nghiên cứu, thiết kế vàgiai đoạn xây dựng mô hình Phương pháp nghiên cứu sẽ sử dụng các phương pháp cơbản như tìm hiểu, phân tích và tổng hợp thông tin, thiết kế và thực hiện mô hình thửnghiệm, kiểm tra, đánh giá và điều chỉnh để đảm bảo tính ổn định và độ tin cậy của môhình Giai đoạn nghiên cứu và thiết kế sẽ bao gồm tìm kiếm, đánh giá, phân tích nhucầu cũng như tính ứng dụng thực tiễn, xây dựng bản thiết kế, hệ thống kết nối, cácthiết bị vận hành điều khiển cửa Giai đoạn xây dựng mô hình sẽ thực hiện các bướcxây dựng mô hình, kiểm tra, sửa chữa, tối ưu hóa hệ thống và hoàn thiện

1.8 Phạm vi ứng dụng

Đề tài cửa cuốn thông minh có tính ứng dụng rộng lớn và đa dạng như: dành chocác hộ gia đình giúp người dùng mở và đóng cửa một cách dễ dàng, thuận tiện và antoàn hơn Các công ty, tổ chức, doanh nghiệp giúp đảm bảo an ninh, tăng tính hiện đại

và tiện nghi cho công trình xây dựng Có thể sử dụng trong các khu dân cư an ninhgiúp giảm tình trạng trộm cắp và đảm bảo an toàn cho cư dân Các khu vui chơi giảitrí, các trung tâm thương mại, siêu thị để tạo sự tiện nghi và thuận tiện cho khách

hàng Ngoài ra có thể ứng dụng trong các bãi đỗ xe, giúp giảm tình trạng mất cắp xe vàđảm bảo an ninh cho xe cộ và mang lại nhiều lợi ích cho người sử dụng.

1.9 Kết luận chương

Chương này đã trình bày về mục đích đề tài, sơ đồ khối của hệ thống, tính mới của

đề tài, những nội dung cần thực hiện trong quá trình nghiên cứu đề tài, tổng quan vềmột mô hình và trình bày một số mô hình trong thực tế hiện nay

Chương 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT

2.1 Giới thiệu chương

Chương này bao gồm các nội dung về lý thuyết liên quan đến quá trình thực hiệnnghiên cứu

2.2 Chuẩn giao tiếp [2]

Hình 2.2 Chuẩn giao tiếpChuẩn giao tiếp được Hiệp hội công nghiệp điện tử EIA (Viết tắt của ElectronicIndustries Alliance) sáng lập và phê duyệt nhằm mục đích cho cả thế giới dùng chungtiêu chuẩn này để quy ước, làm căn cứ để mọi cơ sở xây dựng hệ thống truyền tín hiệu,

dữ liệu, thông tin nội bộ cho mình mang tính bảo mật, an toàn cao

Chuẩn giao tiếp (Communications protocol) là một tập hợp các quy tắc và thủ tụcđược thiết lập để thiết lập, duy trì và kết thúc truyền thông giữa các thiết bị khácnhau Chuẩn giao tiếp can thiệp vào việc điều khiển bộ truyền tải và bộ tiếp nhận đểbảo đảm dữ liệu được truyền đi và nhận về được chính xác, hay đơn giản là phươngtiện kết nối chủ yếu để các thiết bị có thể liên kết với nhau, truyền dữ liệu, tín hiệu đểvận hành cho đúng yêu cầu

Chuẩn giao tiếp nói chung muốn thực thi hiệu quả đều phải thông qua các cổng giaotiếp – Serial Port (hoạt động theo nguyên lý nối tiếp) để vận hành truyền tín hiệu,thông tin Và trong hệ thống truyền dữ liệu cơ sở, tùy mục đích và quy mô, mà có thểlựa chọn một trong hai loại chuẩn giao tiếp phổ biến là đơn công (simplex) hoặc songcông (duplex)

Đơn công, có thể hiểu đơn giản là phương thức truyền thông 1 chiều, tức là thiết bịchỉ có thể truyền tín hiệu, thông tin, dữ liệu đi mà không thể tiếp nhận tín hiệu đáp vềtheo chiều ngược lại.

Đơn công thì có cấu tạo rất đơn giản, chỉ gồm 1 thiết bị thu hoặc phát tín hiệu,nhưng vì có tính đặc thù riêng biệt, nên thiết bị cho phép truyền/ phát đi được khốilượng thông tin rất lớn trong cùng một thời điểm, nên được ứng dụng nhiều trong pháttín hiệu thông báo, truyền thông cơ sở hay truyền thông báo đài rất hiệu quả

Song công là phương thức truyền thông 2 chiều, cho phép đồng thời vừa thu và pháttín hiệu, dữ liệu rất hiệu quả, nên được ứng dụng nhiều trong thông tin liên lạc, truyềnnối thông tin, tín hiệu cục bộ, nội mạng,…

2.2.2 Chuẩn giao tiếp UART [3]

UART (Universal Asynchronous Receiver-Transmitter) bộ truyền nhận dữ liệu nốitiếp bất đồng bộ Đây là một trong những giao thức truyền thông giữa thiết bị với thiết

bị được sử dụng nhiều nhất Giao tiếp UART được sử dụng nhiều trong các ứng dụng

để giao tiếp với các module như: Wifi, Bluetooth, Xbee, module đầu đọc thẻ RFID vớiRaspberry Pi, Arduino hoặc vi điều khiển khác Đây cũng là chuẩn giao tiếp thôngdụng và phổ biến trong công nghiệp

Trong giao tiếp UART, hai UART giao tiếp trực tiếp với nhau UART truyềnchuyển đổi dữ liệu song song từ một thiết bị điều khiển như CPU thành dạng nối tiếp,truyền nó nối tiếp đến UART nhận, sau đó chuyển đổi dữ liệu nối tiếp trở lại thành dữliệu song song cho thiết bị nhận

Hình 2.3 Hai MCU giao tiếp trực tiếp với nhau bằng Tx và Rx

Hai đường dây mà mỗi thiết bị sử dụng để truyền dữ liệu đó là:

- Transmitter (Tx)

- Receiver (Rx)

UART truyền dữ liệu không đồng bộ, có nghĩa là không có tín hiệu đồng hồ để đồng

bộ hóa đầu ra của các bit từ UART truyền đến việc lấy mẫu các bit bởi UART nhận

Thay vì tín hiệu đồng hồ, UART truyền thêm các bit start và stop vào gói dữ liệu đượcchuyển Các bit này xác định điểm bắt đầu và điểm kết thúc của gói dữ liệu để UARTnhận biết khi nào bắt đầu đọc các bit.

Khi UART nhận phát hiện một bit start, nó bắt đầu đọc các bit đến ở một tần số cụthể được gọi là tốc độ truyền (baud rate) Tốc độ truyền là thước đo tốc độ truyền dữliệu, được biểu thị bằng bit trên giây (bps – bit per second), có nhiều tốc độ truyền khãnhau từ 9600 bps  115200 bps Cả hai UART đều phải hoạt động ở cùng một tốc độtruyền Tốc độ truyền giữa UART truyền và nhận chỉ có thể chênh lệch khoảng 10%trước khi thời gian của các bit bị lệch quá xa

Cả hai UART cũng phải được cấu hình để truyền và nhận cùng một cấu trúc gói dữliệu

 Cách thức hoạt động của giao tiếp UART

UART sẽ truyền dữ liệu nhận được từ một bus dữ liệu (Data Bus) Bus dữ liệu được

sử dụng để gửi dữ liệu đến UART bởi một thiết bị khác như CPU, bộ nhớ hoặc vi điềukhiển Dữ liệu được chuyển từ bus dữ liệu đến UART truyền ở dạng song song Saukhi UART truyền nhận dữ liệu song song từ bus dữ liệu, nó sẽ thêm một bit start, mộtbit chẵn lẻ và một bit stop, tạo ra gói dữ liệu Tiếp theo, gói dữ liệu được xuất ra nốitiếp từng bit tại chân Tx UART nhận đọc gói dữ liệu từng bit tại chân Rx của nó.UART nhận sau đó chuyển đổi dữ liệu trở lại dạng song song và loại bỏ bit start, bitchẵn lẻ và bit stop Cuối cùng, UART nhận chuyển gói dữ liệu song song với bus dữliệu ở đầu nhận

UART truyền dữ liệu nối tiếp, theo một trong ba chế độ:

- Full duplex: Giao tiếp đồng thời đến và đi từ mỗi master và slave.

- Half duplex: Dữ liệu đi theo một hướng tại một thời điểm.

- Simplex: Chỉ giao tiếp một chiều.

Hình 2.4 Dữ liệu truyền qua UART

- St: bit khởi đầu, luôn ở mức thấp

- (n): dữ liệu các bit (0 – 8)

- P: bit chẵn lẻ, có thể là số chẵn hoặc lẻ

- Sp: bit dừng, luôn ở mức cao

- IDLE: không chuyển giao trên đường dây liên lạc (RxDn hoặc TxDn), phải ở mức

cao

Dữ liệu truyền qua UART được tổ chức thành các gói Mỗi gói chứa 1 bit bắt đầu, 5đến 9 bit dữ liệu (tùy thuộc vào UART), một bit chẵn lẻ tùy chọn và 1 hoặc 2 bit dừng.Bit khởi đầu: Đường truyền dữ liệu trong giao tiếp UART thường được giữ ở mứcđiện áp cao khi nó không truyền dữ liệu Để bắt đầu truyền dữ liệu, UART truyền sẽkéo đường truyền từ mức cao xuống mức thấp trong một chu kỳ đồng hồ Khi UART 2 phát hiện sự chuyển đổi điện áp cao xuống thấp, nó bắt đầu đọc các bit trong khung

dữ liệu ở tần số của tốc độ truyền (baud rate)

Khung dữ liệu: Khung dữ liệu chứa dữ liệu thực tế đang được truyền Nó có thể dài

từ 5 bit đến 8 bit nếu sử dụng bit Parity (bit chẵn lẻ) Nếu không sử dụng bit Parity,khung dữ liệu có thể dài 9 bit Trong hầu hết các trường hợp, dữ liệu được gửi với bitLSB (bit có trọng số thấp nhất) trước tiên

Bit chẵn lẻ: Bit chẵn lẻ là một cách để UART nhận cho biết liệu có bất kỳ dữ liệunào đã thay đổi trong quá trình truyền hay không Bit có thể bị thay đổi bởi bức xạđiện từ, tốc độ truyền không khớp hoặc truyền dữ liệu khoảng cách xa Sau khi UARTnhận đọc khung dữ liệu, nó sẽ đếm số bit có giá trị là 1 và kiểm tra xem tổng số là sốchẵn hay lẻ Nếu bit chẵn lẻ là 0 (tính chẵn), thì tổng các bit 1 trong khung dữ liệu phải

là một số chẵn Nếu bit chẵn lẻ là 1 (tính lẻ), các bit 1 trong khung dữ liệu sẽ tổngthành một số lẻ Khi bit chẵn lẻ khớp với dữ liệu, UART sẽ biết rằng quá trình truyềnkhông có lỗi Nhưng nếu bit chẵn lẻ là 0 và tổng là số lẻ; hoặc bit chẵn lẻ là 1 và tổng

số là chẵn, UART sẽ biết rằng các bit trong khung dữ liệu đã thay đổi

Bit dừng: Để báo hiệu sự kết thúc của gói dữ liệu, UART gửi sẽ điều khiển đườngtruyền dữ liệu từ điện áp thấp đến điện áp cao trong ít nhất hai khoảng thời gian bit

 Ưu điểm

- Chỉ sử dụng hai dây.

- Không cần tín hiệu clock.

- Có một bit chẵn lẻ để cho phép kiểm tra lỗi.

- Cấu trúc của gói dữ liệu có thể được thay đổi miễn là cả hai bên đều được thiết lập

cho nó

- Phương pháp có nhiều tài liệu và được sử dụng rộng rãi.

 Nhược điểm

- Kích thước của khung dữ liệu được giới hạn tối đa là 9 bit.

- Không hỗ trợ nhiều hệ thống slave hoặc nhiều hệ thống master.

- Tốc độ truyền của mỗi UART phải nằm trong khoảng 10% của nhau.

2.3 Mạng truyền thông không dây

2.3.1 Các mạng truyền thông không dây phổ biến hiện nay [4]

Mạng không dây là các hệ thống thiết bị mạng kết nối có khả năng thu và phát sóngvới nhau mà không dùng dây dẫn Đây là các thiết bị sử dụng sóng vô tuyến đượctruyền trong không gian thông qua các trạm phát sóng trên toàn cầu

 Ưu điểm

- Khả năng chia sẻ tài nguyên dữ liệu dùng chung mạnh mẽ, rất được tin dùng trong

môi trường kết nối mạng của các doanh nghiệp, văn phòng Vì là không dây nên rấttiện lợi, khi di chuyển cũng không quá khó khăn

- Khắc phục được sự tốn kém về chi phí nối dây so với các loại mạng sử dụng kết

nối có dây truyền thống

- Khi lắp đặt và kết nối khá nhanh và dễ dàng, kết nối được đến những nơi mà mạng

có dây không thể kết nối tới

- Mặc dù chi phí của các thiết bị vô tuyến không dây ban đầu có thể sẽ cao hơn các

loại có dây nhưng xét về mặt lâu dài thì kết nối có dây tiết kiệm và kinh tế hơn hẳn.Bên cạnh đó độ bền của các thiết bị không dây cũng cao hơn

- Có nhiều cấu hình mạng, quy mô khác nhau, dễ dàng thay đổi phục vụ cho tùy nhu

cầu sử dụng mạng như hộ gia đình hay đến các khu vực rộng lớn như khu dân cư haygiữa các văn phòng công sở,

- Tính năng mở rộng khi có số lượng lớn người cùng truy cập.

 Nhược điểm

- Bởi vì tín hiệu được truyền đi là sóng vô tuyến trong không gian nên việc bảo mật

là một nhược điểm lớn Nguy cơ các kẻ xấu tấn công vào mạng là rất lớn

- Phạm vi hoạt động của mạng không dây còn hạn chế Hiện nay, các mạng dây hiện

đại nhất cũng chỉ có khả năng phát sóng trong khu vực từ 150m trở xuống, tối đa là150m nên có thể chưa đáp ứng được cho các khu vực rộng lớn

- Vì là tín hiệu sóng nên rất dễ bị nhiễu sóng do các thiết bị phát sóng khác dẫn đến

việc sóng truyền đi bị ngắt quãng hay giảm tốc độ truyền

- Tốc độ truyền của mạng còn tùy thuộc vào băng thông.

- Bảo mật là nhược điểm lớn nhất của mạng không dây.

2.3.1.1 Cách hoạt động của mạng không dây

Mạng không dây sử dụng sóng điện từ để truyền thông tin từ điểm này sang điểmkhác mà không cần phụ thuộc vào yếu tố kết nối vật lý nào Đầu tiên, các dữ liệu đượctruyền đi được sẽ chồng lên trên sóng mang vô tuyến để nó được nhận lại đúng ở máythu

Sau khi một dữ liệu được chồng hay được điều chế lên trên sóng mang vô tuyến thìtín hiệu vô tuyến chiếm nhiều hơn một tần số đơn, vì tần số hoặc tốc độ truyền theo bitcủa thông tin biến điệu được thêm vào sóng mang

Nhiều sóng mang vô tuyến có thể tồn tại trong cùng không gian tại cùng một thờiđiểm mà không nhiễu với nhau nếu chúng được truyền trên các tần số vô tuyến khácnhau

Và để nhận dữ liệu, máy thu vô tuyến phải bắt sóng hoặc chọn một tần số vô tuyếnxác định trong khi đó phải loại bỏ tất cả các tín hiệu vô tuyến khác trên các tần sốkhác

Trong cấu hình mạng WLAN thì một thiết bị thu phát sẽ được nối tới mạng nối dây

từ một vị trí cố định nhờ cáp Ethernet Điểm truy cập (access point) sẽ nhận và lưu vào

bộ nhớ đệm rồi truyền dữ liệu giữa mạng WLAN và cơ sở hạn tầng mạng nối dây.Một điểm truy cập đơn thì thông thường sẽ hỗ trợ cho 1 nhóm nhỏ người sử dụng

Và phạm vi kết nối thường nằm trong khoảng vài mét đến vài chục mét

2.3.1.2 Một số mạng truyền thông không dây phổ biến hiện nay

 WiFi

Hình 2.5 Mạng WiFi

- Đây là loại mạng phổ biến nhất, có số lượng người sử dụng chiếm tổng số 60%

trên tất cả các loại mạng truyền tải Internet

- Chuẩn 802.11n: Phát ở tần số 2.4 GHz, tốc độ truyền dữ liệu tối đa đạt 450

megabit/giây Đây là loại được sử dụng phổ biến nhất ở Việt Nam hiện nay, hoạt động

ở 2 dải tần 2.4GHz và 5GHz

 Bluetooth

Hình 2.6 Mạng Bluetooth

- Hiện nay, bluetooth xuất hiện hầu hết ở các thiết bị như máy tính, điện thoại/

smartphone,…Đây cũng là loại sóng truyền tải quan trọng

- Bluetooth ngoài việc dùng để truyền dữ liệu giữa các thiết bị di động và kết nối tai

nghe với điện thoại, thì nó còn xuất hiện trong một số thiết bị khác nhau như máy ảnh,laptop, Loa Bluetooth, và đầu máy chơi game

- Bluetooth mới nhất là Bluetooth 5.0 với tốc độ truyền tải được cải thiện và tăng

cường tính bảo mật

 Mạng 4G

Hình 2.7 Mạng 4G

- Mạng 4G LTE là mạng di động có tốc độ kết nối cao nhất hiện nay Mạng 4G LTE

có thể tải xuống dữ liệu từ 5-12 megabit/giây, cho phép truyền trực tiếp video và thờigian đáp ứng tốt hơn cho các trò chơi trực tuyến nhiều người chơi game

- Mạng 4G LTE tốc độ cao đã hoàn thành cơ sở hạ tầng ở Việt Nam hiện nay và đã

dần trở nên phổ biến, chính thức thay thế 3G trở thành chuẩn cơ bản trên hầu hết cácthiết bị di động

Hình 2.8 Mạng WiMAXĐây là công nghệ không dây có thể sử dụng cả trong nhà lẫn ngoài trời Nó đượcdựa theo tiêu chuẩn IEEE 802.16 Công nghệ này có khả năng truyền dữ liệu với tốc

độ lên đến 70Mb/s và có thể phủ sóng trung bình từ 5km đến 10km

 Zigbee

Hình 2.9 Mạng ZigbeeCông nghệ mạng chuẩn không dây dựa trên chuẩn IEEE 802.15.4 Nó có khả năngkết nối ngắn giống như Bluetooth nhưng lại tốn ít năng lượng hơn Bluetooth Zigbee

có thể hoạt động tần số phát là 2.4 GHz, trong phạm vi từ 75 mét lên đến vài trăm mét

và tốc độ chỉ đạt 256 Kb/giây

Hiện nay có 3 dạng Zigbee phổ biến:

- Zigbee Router (ZR): Dùng để định tuyến trong việc truyền các dữ liệu, có khả

năng phát hiện và theo dõi các nút thiết bị hoạt động

- Zigbee Coordinator (ZC): Có khả năng quy định định việc đánh địa chỉ kết nối và

 Lora

Hình 2.11 Mạng LoRaLora (Long Range Radio) được nghiên cứu và phát triển bởi Cycleo và sau nàyđược mua lại bởi công ty Semtech năm 2012 Đây là một công nghệ không dây dùng

để truyền dữ liệu tầm xa, năng lượng thấp và an toàn cho các ứng dụng M2M và IoT.Lora là công nghệ điều chế RF cho mạng diện rộng công suất thấp (LPWAN) cókhả năng truyền dữ liệu lên đến 5km ở khu vực đô thị và 10-15km ở khu vực nôngthôn Đặc điểm của công nghệ Lora là yêu cầu điện năng cực thấp, cho phép tạo ra cácthiết bị hoạt động bằng pin với thời gian lên tới 10 năm

Công nghệ Lora được sử dụng để kết nối không dây các cảm biến, gateway, máymóc, thiết bị, động vật, con người, … với đám mây

Thông số kỹ thuật cơ bản

- Tiêu chuẩn: IEEE802.15.4

- Tần số: 430MHz cho châu Á, 780MHz cho Trung Quốc, 433MHz hoặc 866MHz

cho châu Âu, 915MHz cho USA

- Phạm vi: lên đến hàng kilomet

bị trong mạng nội bộ và việc kết nối Internet, cho phép các thiết bị điện tử trong phạm

vi ngắn chia sẻ dữ liệu thông qua sóng vô tuyến

Mạng WiFi hoạt động ở dải tần số 2.4GHz và 5GHz không li-xăng (unlicensed), cónghĩa là mạng này không gây nhiễu cho những mạng không dây lân cận khác hoạtđộng trên cùng các tần số hoặc băng thông đó

2.3.2.2 Ưu, nhược điểm [5]

 Ưu điểm

Tiện lợi: Mạng không dây cho phép nhiều người dùng kết nối qua cùng một mạng.Trong một phần nhỏ giây mà không có bất kỳ cấu hình nào, các kết nối có thể được

thực hiện thông qua bộ định tuyến hoặc công nghệ điểm phát sóng Tính dễ sử dụng vàtiện lợi này không có trong các mạng có dây Trong mạng có dây, cần nhiều thời gianhơn để cấu hình và cho phép nhiều người dùng truy cập.

Tính di động: Miễn là bạn đang ở trong phạm vi của một điểm truy cập WiFi, vớiWiFi bạn có thể thực hiện các công việc thường xuyên của mình từ bất cứ đâu bạnmuốn, đặc biệt là với các thiết bị di động Bạn không cần phải luôn ngồi ngay trướcmáy tính để truy cập internet Các công việc đó bao gồm, giao dịch ngân hàng, gửiemail và kiểm tra báo cáo công việc

Năng suất: Bất kể vị trí của họ, nhân viên của một công ty có thể hoàn thành nhiệm

vụ được giao với mạng WiFi Người dùng kết nối với mạng WiFi có thể trải nghiệmcác dải tốc độ khác nhau khi họ di chuyển từ vị trí này sang vị trí khác Và cũng có ít

cơ hội gặp sự cố kỹ thuật nhất với mạng LAN không dây Nhờ đó, đội ngũ nhân viên

có thể gắn bó hơn và có thể hoàn thành các mục tiêu và công việc kịp thời, nâng caonăng suất chung của công ty

Triển khai: Việc lắp đặt một điểm truy cập WiFi tương đối dễ dàng so với kết nốimạng Có dây Không có sự phức tạp của cáp được chạy ở các vị trí khác nhau và các

bộ chuyển mạch switch vận hành Hãy nghĩ đến việc thiết lập một máy tính để bàn cókết nối mạng tại nơi làm việc Cài đặt một bộ định tuyến WiFi mới dễ dàng hơn là lắpmột mạng cáp phức tạp

Khả năng mở rộng: Thêm người dùng mới vào mạng WiFi là một nhiệm vụ dễdàng Với thông tin đăng nhập LAN không dây thích hợp , nhiều người dùng hơn cóthể truy cập vào mạng WiFi Ngoài ra, không cần phải lắp đặt bất kỳ loại thiết bị mớinào, tất cả đều có thể được thực hiện với thiết bị hiện có Điều này giúp tiết kiệm đáng

kể thời gian và công sức của khách hàng

Chi phí: So với kết nối mạng có dây, mạng không dây mang lại lợi thế đáng kể vềchi phí và nhân công Đặc biệt khi lắp đặt một mạng WiFi mới, bạn có thể cắt giảmđược nhiều chi phí trong việc đi dây và bảo trì Trong số này, chi phí lớn hơn thuộc vềphần dây dẫn Vì số lượng dây rất ít được sử dụng ở đây, nó có thể tiết kiệm số tiềnlớn hơn trong ngân sách tổng thể của các công ty

 Nhược điểm

Bảo mật: Mặc dù mạng không dây đã sử dụng nhiều kỹ thuật mã hóa, nhưng WiFivẫn dễ bị hack Do tính chất không dây, nó có nhiều khả năng bị tấn công, đặc biệt làcác mạng WiFi công cộng Vì mạng WiFi công cộng được mở cho bất kỳ ai nên tin tặc

có thể áp đặt ID mạng giả của họ Nếu không có sự đồng ý, người dùng có thể kết nốivới ID giả này và rơi vào danh sách nạn nhân của cuộc tấn công mạng.

Phạm vi: Phạm vi được cung cấp bởi mạng WiFi bị giới hạn, thường khoảng

100-150 feet Trong khi nó là đủ cho một ngôi nhà bình thường, nó thực sự có thể là mộtvấn đề đối với các công trình xây dựng Sức mạnh của mạng WiFi sẽ giảm khi bạn dichuyển ra khỏi điểm truy cập Vì tòa nhà nhiều tầng nên độ mạnh của mạng WiFi cóthể thay đổi ở các tầng khác nhau Đám mây này làm suy yếu quy trình làm việc củacông ty Cách duy nhất để khắc phục điều này là mua thêm các điểm truy cập

Tốc độ: Tốc độ của kết nối WiFi chậm hơn nhiều so với kết nối có dây (khoảng

1-54 Mbps) Đó quá chỉ là một thiết bị được kết nối với các máy chủ chuyên dụng Điềunày có thể ổn miễn là có ít thiết bị được kết nối với mạng Thời điểm khi có nhiều thiết

bị được kết nối hơn, bạn có thể thấy tốc độ giảm đáng kể

Độ tin cậy: Một mạng WiFi hoạt động ở tần số 2,4Ghz Tần số này có nhiều khảnăng bị cản trở do sóng điện từ và các dạng chướng ngại vật khác Do đó, bạn có thểthường xuyên gặp sự cố kết nối và cường độ tín hiệu yếu Đặc biệt là trong quá trìnhtruyền tệp lớn, tín hiệu có thể bị nhiễu

Băng thông: Nhiều bộ định tuyến chỉ cho phép kết nối tối đa 30 thiết bị Băng thôngcủa mạng WiFi sẽ yếu hơn khi bạn thêm nhiều thiết bị hơn Nó chỉ dành riêng cho mộtngười dùng Thông thường, khi băng thông bị giới hạn, người dùng có thể gặp phải tốc

độ chậm

Các vấn đề về sức khỏe: Có một số thuyết âm mưu nhất định về WiFi cho rằng nógây ra các vấn đề về sức khỏe ở con người Một số trong số đó là ung thư, mất ngủ vàapoptosis Tương tự như các hiệu ứng gây ra từ tần số Vi sóng ( EMF ) Và phụ nữmang thai cũng được khuyến cáo không nên tiếp xúc với tín hiệu WiFi vì nó phát rabức xạ điện từ

2.4 Ngôn ngữ và trình biên dịch dùng cho hệ thống

2.4.1 Giới thiệu về HTML, CSS, JS [6]

2.4.1.1 HTML

HTML (HyperText Markup Language): là ngôn ngữ được sử dụng cho các tài liệuweb HTML không phải là một ngôn ngữ lập trình, HTML giống như một ngôn ngữxác định đâu là ý nghĩa, mục đích và cấu trúc của một tài liệu Cùng với CSS vàJavaScript, HTML tạo ra bộ ba nền tảng kỹ thuật cho các website

Hình 2.12 Ngôn ngữ đánh dấu siêu văn bảng HTML

 Vai trò của HTML

Một website thường chứa nhiều trang con Mỗi trang con sẽ có một tập tin HTMLriêng Dù bạn lập trình bằng bất cứ ngôn ngữ nào, trên bất cứ Framework nào, khichạy trên nền website, chúng đều được biên dịch ra ngôn ngữ HTML Đa số các trìnhsoạn thảo văn bản trên website đều có 2 chế độ xem: HTML và văn bản thường

Chức năng chính của HTML là xây dựng cấu trúc siêu văn bản trên một website,hoặc khai báo các tập tin kỹ thuật số (media) như hình ảnh, video, nhạc HTMLthường được dùng để phân chia các đoạn văn, heading, links, blockquotes,…

Với HTML, bạn sẽ có thể:

- Thêm tiêu đề, định dạng đoạn văn, ngắt dòng điều khiển.

- Tạo danh sách, nhấn mạnh văn bản, tạo ký tự đặc biệt, chèn hình ảnh, tạo liên kết.

- Xây dựng bảng, điều khiển một số kiểu mẫu

Chính vì HTML không phải là ngôn ngữ lập trình Do đó, HTML cũng không thểtạo ra các chức năng “động” được Hiểu đơn giản, HTML giống như Microsoft Word,dùng để bố cục và định dạng trang web

HTML là ngôn ngữ markup, dễ học, dễ hiểu, dễ áp dụng Tuy nhiên, một websiteđược viết bằng HTML rất đơn giản, nếu không muốn nói là nhàm chán Để gây hứngthú với người truy cập, website cần có sự hỗ trợ của CSS và JavaScript Nếu HTMLcung cấp cấu trúc cơ bản của các trang web thì CSS và JavaScript sẽ cải tiến và sửađổi website sinh động hơn

2.4.1.2 CSS

CSS (Cascading Style Sheets) là ngôn ngữ tạo phong cách cho trang web, ngôn ngữlập trình này quy định cách các thành phần HTML của trang web thực sự sẽ xuất hiệntrên frontend như thế nào Hiểu đơn giản, CSS sẽ giúp webmaster xác định styles vàđịnh nghĩa nhiều loại nội dung của website CSS được tạo ra để kết hợp với ngôn ngữmarkup HTML để tạo phong cách cho trang web

Hình 2.13 Ngôn ngữ lập trình CSS

Có 3 loại style CSS chính:

- Style CSS Internal: là style được tải lên mỗi khi trang web được refresh.

- Style CSS Inline: bạn có thể chỉnh sửa một yếu tố nào đó mà không cần truy cập

trực tiếp vào file CSS

- External style: bạn có thể tạo phong cách ở file khác áp dụng CSS vào trang bạn

muốn External style sẽ cải thiện thời gian tải trang rất nhiều

- Phân biệt cách hiển thị của trang web với nội dung chính của trang bằng cách điều

khiển bố cục, màu sắc và font chữ

Nếu HTML cung cấp các công cụ thô cần thiết để cấu trúc nội dung trên một trangweb thì CSS sẽ giúp định hình kiểu nội dung này để trang web xuất hiện trước ngườidùng theo một cách đẹp hơn Ví dụ HTML sẽ đánh dấu từng phần văn bản để biếtđược đó là yếu tố gì CSS sẽ sử dụng cấu trúc tiếng anh đơn giản để tạo ra một bộ cácquy tắc tạo phong cách cho các yếu tố

Có thể nói, CSS gần như tạo nên bộ mặt của một website Và CSS cũng không phải

là tất cả Để có một trang web đẹp bạn không chỉ dựa vào CSS mà phải kết hợp vớinhiều ngôn ngữ khác Các ngôn ngữ phải được thực hiện dựa trên các bản thiết kế đãthống nhất

2.4.1.3 JS

JS (JavaScript) là ngôn ngữ lập trình được Brendan Eich (đồng sáng lập dự ánMozilla, quỹ Mozilla và tập đoàn Mozilla) cho ra mắt vào năm 1995 với tênLiveScript JS có tác dụng giúp chuyển website từ trạng thái tĩnh sang động, tạo tươngtác để cải thiện hiệu suất máy chủ và nâng cao trải nghiệm người dùng Hiểu đơn giản,JavaScript là ngôn ngữ được sử dụng rộng rãi khi kết hợp với HTML/CSS để thiết kếweb động