Lấy ví dụ trong lĩnhvực nông nghiệp, ứng dụng của IoT là những bộ cảm biến đặt trong lòng đất để theo dõinhiệt độ và các thông số vật lý, hóa học giúp canh tác vụ mùa hiệu quả hơn.. Vì v
Trang 1HỌC VIỆN NGÂN HÀNGKHOA TÀI CHÍNH
-*** -DỰ ÁN KẾT THÚC HỌC PHẦN MÔN NĂNG LỰC SỐ ỨNG DỤNG
ĐỀ TÀI: IoT và ứng dụng của IoT trong Smarthome
Sinh viên thực hiện:1 Nguyễn Thu Phương - 26A40106502 Lưu Thị Hà My - 26A40106423 Hà Thị Ngọc Ánh - 26A40102594 Phạm Thu Hà - 26A40106295 Nguyễn Khánh Linh - 26A4010637
Giảng viên hướng
Hà Nội, ngày 17 tháng 12 năm 2023
Trang 2HỌC VIỆN NGÂN HÀNGKHOA TÀI CHÍNH
-*** -DỰ ÁN KẾT THÚC HỌC PHẦN MÔN NĂNG LỰC SỐ ỨNG DỤNG
ĐỀ TÀI: IoT và ứng dụng của IoT trong SmarthomeGiảng viên hướng dẫn: ThS Nguyễn Thanh Thụy
đóng góp
Chữ kí xác nhận
1 Nguyễn Thu Phương 26A4010650 Trưởng nhóm Tìm nội dung chương 2, 3 20%
2 Lưu Thị Hà My 26A4010642 Thành viên Tìm nội dung chương 2,3 20%
3 Hà Thị Ngọc Ánh 26A4010259 Thành viên Tìm nội dung chương 1,3 20%
Trang 34 Phạm Thu Hà 26A4010629 Thành viên Tìm nội dung chương 1,3 20%
5 Nguyễn Khánh Linh 26A4010637 Thành viên
Tổng hợp fileWord, làm Powerpoint
MỤC LỤ
Trang 41.2.2 Nguyên lý hoạt động của IoT trong Smarthome 13
1.2.3 Một số công nghệ/thiết bị ứng dụng IoT dùng trong Smarthome 14
Chương 2: Thực trạng 17
2.1 Thực trạng của người dùng Smarthome trên thế giới và ở Việt Nam 17
2.2 Lợi ích 18
2.2.1 Lợi ích của IOT trong Smarthome 18
2.2.2 Lợi ích của Smarthome đối với người dùng 19
2.3 Hạn chế của những căn nhà, căn hộ bình thường so với Smarthome 25
Chương 3: Giải pháp 27
3.1 Các bước xây dựng hệ thống Smarthome 27
3.2 Giải pháp để xây dựng nơi ở theo mô hình nhà thông minh 28
Trang 6DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT
2 IARJSET Tạp chí Nghiên cứu Tiên tiến Quốc tế về Khoa học, Kỹthuật và Công nghệ
3 RFID Công nghệ nhận dạng đối tượng bằng sóng vô tuyến4 IPv4 Giao thức liên mạng thế hệ 4
5 IPv6 Giao thức liên mạng thế hệ 66 4G Công nghệ truyền thông thế hệ thứ tư7 OSI Kết nối giữa các hệ thống mở
9 Wi-Fi Sóng vô tuyến truyền tín hiệu thông qua kết nối mạngkhông dây
14 CMOS Bán dẫn kim loại ô-xít bù
17 3G Công nghệ truyền thông thế hệ thứ ba
Trang 723 OFDM Ghép kênh phân chia theo tần số trực giao
25 HVAC Hệ thống sưởi ấm, thông gió và điều hoà không khí
30 MQTT Giao thức truyền thông điệp
31 GPL Giấy phép Công cộng GNU – Giấy phép phần mềm tự do32 MIT Viện Công nghệ Massachusetts
Trang 8DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 1: Bốn lĩnh vực công nghệ chính gắn với Internet of Things 5
Hình 2: Kiến trúc 4 lớp của một hệ thống IoT 6
Hình 3: Thiết bị IoT Gateway 9
Hình 4: Kiến trúc IoT 6 lớp 10
Hình 5: Tỷ lệ người đã nghe và sử dụng Smarthome tại Việt Nam 15
Hình 6: HomePod 20
Trang 9LỜI MỞ ĐẦU
Sống trong kỷ nguyên số, nhân loại được chứng kiến những bước chuyển mình củacông nghệ, nó phát triển ngày càng hiện đại, từng bước thâm nhập sâu hơn và trở thành mộtphần không thể thiếu trong đời sống của mỗi con người Đi đôi cùng với sự phát triển ấy làsự nảy sinh vấn đề gia tăng dân số, làm cho nhu cầu về các dịch vụ và tiện ích cũng tăngtheo Bên cạnh đó, tốc độ phát triển của các cuộc cách mạng công nghệ đang diễn ra theo sốnhân, khiến mọi thứ thay đổi chóng mặt Do đó cá nhân, tổ chức, doanh nghiệp bắt buộcphải thích ứng và nhanh chóng tiếp cận với công nghệ hiện đại mới có thể tồn tại và cạnhtranh với đối thủ Và xu thế tất cả vật thể (bao gồm con người và máy móc) đều kết nốithông qua một mạng lưới và có thể trao đổi một lượng lớn dữ liệu sẽ đáp ứng được nhữngyêu cầu trên, trong đó có Internet of Things (IoT) Nhờ sự phát triển không ngừng trongcông nghệ, IoT ngày một tiến đến gần hơn với danh nghĩa là mạng máy tính toàn cầu, nơimà mọi người, mọi thứ đều được kết nối với Internet Các thiết bị trong một hệ thống IoT cókhả năng tự động hóa và đơn giản hóa nhiều lĩnh vực trong cuộc sống Lấy ví dụ trong lĩnhvực nông nghiệp, ứng dụng của IoT là những bộ cảm biến đặt trong lòng đất để theo dõinhiệt độ và các thông số vật lý, hóa học giúp canh tác vụ mùa hiệu quả hơn Hay trong y tế,đó là những thiết bị theo dõi đường huyết, kiểm tra huyết áp, và phát hiện hydrat hóa củacon người
Ngoài ra, IoT còn có thể được ứng dụng để xây dựng mô hình Nhà thông minh(Smarthome) Ngày nay, trong các ngôi nhà hiện đại phải chứa rất nhiều trang thiết bị điện,điện tử, lại thêm vấn đề về kiến trúc, khi mà khoảng cách địa lý giữa chúng quá xa sẽ khiếncho việc điều khiển các thiết bị này trở nên bất cập Vì vậy, việc áp dụng các công nghệ điềukhiển tự động nhằm giải quyết tương tác giữa môi trường và các thiết bị trong nhà một cáchlinh hoạt, dễ dàng là điều tất yếu, và từ đó khái niệm nhà thông minh ra đời.
Dự án với đề tài “IoT và ứng dụng của IoT trong Smarthome” sẽ cung cấp thông tin
tổng quan về IoT và Smarthome, bao gồm giải thích khái niệm, kiến trúc, đặc tính của haiđối tượng này Dự án cũng sẽ phân tích ưu điểm của đối tượng và hạn chế của những cănnhà, chỗ ở không theo mô hình Smarthome khi đặt lên bàn cân so sánh Và từ hạn chế xâydựng một số giải pháp sử dụng hệ thống IoT cho những căn nhà, căn hộ thông thường.
1
Trang 10NỘI DUNGChương 1: Cơ sở lý thuyết
1.1 Tổng quan về IoT1.1.1 Khái niệm IoT
Theo định nghĩa của Wikipedia: “IoT là một kịch bản của thế giới, khi mà mỗi đồ vật,con người được cung cấp một định danh của riêng mình, và tất cả có khả năng truyền tải,trao đổi thông tin, dữ liệu qua một mạng duy nhất mà không cần đến sự tương tác trực tiếpgiữa người với người, hay người với máy tính IoT đã phát triển từ sự hội tụ của công nghệkhông dây, công nghệ vi cơ điện tử và Internet Nói đơn giản là một tập hợp các thiết bị cókhả năng kết nối với nhau, với Internet và với thế giới bên ngoài để thực hiện một công việcnào đó” [1].
Bài báo “Introduction to IoT” của tạp chí IARJSET lại định nghĩa về Internet of Thingsnhư sau: “Internet of Things (IoT) là mạng lưới của các vật thể vật lý – thiết bị, dụng cụ, xecộ, các tòa nhà và các đồ dùng khác được gắn điện tử, vi mạch, phần mềm, cảm ứng và sựkết nối mạng giúp thực thi hóa việc thu thập và trao đổi dữ liệu giữa các vật thể này” [2].
Nói chung, không có một định nghĩa độc nhất nào của IoT được chấp thuận bởi tất cảcộng đồng người dùng trên toàn thế giới Trên thực tế là do có những nhóm người khác nhaunhư viện sĩ hàn lâm, nhà nghiên cứu, những người hành nghề chuyên môn, nhà sáng chế,nhà phát triển và các doanh nghiệp đã tự định nghĩa cho thuật ngữ này Song tất cả nhữngkhái niệm đó đều có một điểm chung là ý tưởng về sự tự động hóa, tối thiểu hóa sự can thiệpcủa con người Định nghĩa tốt nhất về IoT cho đến thời điểm hiện tại được phát biểu nhưsau:
“Một mạng lưới mở và toàn diện của các vật thể thông minh có khả năng tự tổ chức,chia sẻ thông tin, dữ liệu và tài nguyên, phản ứng và hành động đối với các tình huống vàthay đổi của môi trường” [3].
1.1.2 Lịch sử hình thành và phát triển
Có thể thấy được rằng Internet vạn vật trong những năm gần đây đã thực sự bùng nổ vàngày càng thâm nhập sâu hơn vào đời sống xã hội của con người Song trên thực tế IoT đãcó từ rất lâu, khoảng từ nhiều thập kỷ trước đó Mãi đến năm 1999, cụm từ “Internet ofThings” này mới được đưa ra thị trường bởi nhà khoa học Kevin Ashton Ông là một trongnhững nhà khoa học sáng lập ra Trung tâm Auto ID tại đại học MIT Đây được xem là nơi
3
Trang 11thiết lập các quy chuẩn toàn cầu của một phương thức giao tiếp không dây dùng sóng radio(RFID) Cụ thể lịch sử của IOT được hình thành như sau:
Năm 1982, đã có những ý tưởng thảo luận được đưa ra về việc tổ chức và xây dựngmột mạng lưới các thiết bị thông minh.
Năm 1999, tại buổi thuyết trình của công ty Procter & Gamble, nhà khoa học KevinAshton là người đầu tiên đề cập đến thuật ngữ Internet of Things.
Giai đoạn từ năm 2000 đến 2013, IoT được nghiên cứu và cho vào sử dụng rộng rãitrong các lĩnh vực khác nhau như thiết bị chăm sóc sức khỏe hay đồ gia dụng
Đến năm 2014, số lượng các thiết bị máy móc và di động được kết nối với mạngInternet đã vượt qua cả dân số của thế giới lúc bấy giờ.
Năm 2015, một số loại mô hình trang trại IoT, robot IoT đã được công bố và đưa vàoứng dụng cũng như được phát triển cho đến ngày nay [4].
1.1.3 Phạm vi ứng dụng của IoTNgành chế tạo
Các nhà sản xuất có thể đạt được lợi thế cạnh tranh bằng cách sử dụng giám sát dâychuyền sản xuất để cho phép bảo trì chủ động trên thiết bị khi cảm biến phát hiện ra lỗi sắpxảy ra
Các cảm biến thực sự có thể đo lường khi sản lượng sản xuất bị tổn hại Với sự trợ giúpcủa cảnh báo cảm biến, các nhà sản xuất có thể nhanh chóng kiểm tra độ chính xác của thiếtbị hoặc loại bỏ nó khỏi sản xuất cho đến khi nó được sửa chữa Điều này cho phép các côngty giảm chi phí hoạt động, có thời gian hoạt động tốt hơn và cải thiện quản lý hiệu suất tàisản.
Ngành ô tô
Ngành công nghiệp ô tô đã nhận ra những lợi thế đáng kể từ việc sử dụng các ứng dụngIoT Ngoài những lợi ích của việc áp dụng IoT vào dây chuyền sản xuất, các cảm biến có thểphát hiện lỗi thiết bị sắp xảy ra trên các phương tiện đã đi trên đường và có thể cảnh báo chongười lái xe một cách chi tiết
Nhờ thông tin tổng hợp được thu thập bởi các ứng dụng dựa trên IoT, các nhà sản xuấtvà nhà cung cấp ô tô có thể tìm hiểu thêm về cách giữ cho xe chạy và thông báo cho chủ xevề các thông tin phía trước.
Giao thông vận tải
4
Trang 12Các đội xe ô tô, xe tải và tàu chở hàng tồn kho có thể được định tuyến lại dựa trên điềukiện thời tiết, tính sẵn có của xe hoặc tính khả dụng của tài xế, nhờ dữ liệu cảm biến IoT.Bản thân hàng tồn kho cũng có thể được trang bị các cảm biến để theo dõi và kiểm soát nhiệtđộ
Các ngành công nghiệp thực phẩm và đồ uống, hoa và dược phẩm thường là những mặthàng tồn kho nhạy cảm với nhiệt độ sẽ được hưởng lợi rất nhiều từ các ứng dụng giám sátIoT gửi thông báo khi nhiệt độ tăng hoặc giảm có thể ảnh hưởng đến sản phẩm.
Chăm sóc sức khỏe
IoT cung cấp nhiều lợi ích cho ngành chăm sóc sức khỏe Bác sĩ, y tá thường cần biếtchính xác vị trí của các tài sản hỗ trợ bệnh nhân như xe lăn Khi xe lăn của bệnh viện đượctrang bị cảm biến IoT, chúng có thể được theo dõi từ ứng dụng giám sát tài sản IoT để bất kỳai đang tìm kiếm đều có thể nhanh chóng tìm thấy chiếc xe lăn có sẵn gần nhất.
Nhiều tài sản của bệnh viện có thể được theo dõi theo cách này để đảm bảo sử dụnghợp lý cũng như kế toán tài chính cho các tài sản vật chất trong mỗi khoa [5].
1.1.4 Đặc tính của IoT
Thông minh
Trong thời gian đầu phát triển, khả năng điều khiển tự động và thông minh không nằmtrong ý tưởng về IoT Máy móc và thiết bị lúc này có thể nhận biết và phản hồi lại môitrường xung quanh, tự điều khiển mà không cần kết nối mạng Tuy nhiên, nếu chỉ dừng lại ởcác hoạt động riêng lẻ đó thì các thiết bị vẫn còn nhiều hạn chế Từ đó, một số nhà nghiêncứu đã đặt vấn đề kết hợp IoT và khả năng tự điều khiển lại với nhau.
Trong tương lai IoT sẽ trở thành một mạng lưới các thực thể thông minh có khả năngtự tổ chức và hoạt động riêng lẻ tùy theo tình huống, môi trường, đồng thời chúng cũng cóthể liên lạc với nhau để trao đổi thông tin, dữ liệu Khả năng kết nối liên thông với IoT rất
5
Trang 13Hỗ trợ thẻ nhớ lên đến 64G, thoải mái lưu trữ video, hình ảnh Trường hợp full thẻ nhớ,video, hình ảnh cũ nhất sẽ được tự động xoá đi và lưu hình ảnh, video mới vào.
2.3 Hạn chế của những căn nhà, căn hộ bình thường so với Smarthome
Thử tưởng tượng sẽ tuyệt vời thế nào nếu bạn có thể mở cổng hay cửa đón khách ngaycả khi đang ở văn phòng hay ngồi trong nhà Và thay vì phải đi lòng vòng mới có thể quansát hết xung quanh, thì nay, bạn chỉ cần một chiếc điện thoại, có kết nối Internet Tình trạngngôi nhà luôn được cập nhật chi tiết qua hình ảnh trực quan trên app điều khiển Bạn dễ dàngkiểm soát mọi thiết bị mọi lúc, mọi nơi và chỉ bằng một chạm Hơn thế nữa, hệ thống anninh nhà thông minh sẽ giúp bạn phát hiện những chuyển động bất thường xung quanh vàtrong nhà mình Nhờ đó, bạn có thể đảm bảo an toàn ngôi nhà trước những xâm phạm bấtchính Đồng thời, bạn có thể giám sát được bé yêu hay thú cưng có đang gặp nguy hiểm tiếpxúc ở các điểm nhạy cảm như cửa sổ, cửa ra vào
An ninh nhà ở là vấn đề được quan tâm hàng đầu trong xã hội hiện nay Với nhà thôngminh, bạn có thể yên tâm hơn về an toàn của nhà ở khi có sự bảo vệ từ các thiết bị thôngminh mà một ngôi nhà thông thường không có.
Cảm biến thông minh: hệ thống này giúp người dùng có thể nhận được báo động khicó người xâm nhập bất hợp pháp Đồng thời, thiết bị sẽ hoạt động 24/24 và nếu bạn muốncó thể bật hoặc tắt hệ thống theo ý muốn của bản thân Khóa cửa thông minh: bạn có thểmở khóa cửa bằng vân tay, mật khẩu hay smartphone Như vậy, sẽ không phải lo lắng vìquên chìa khóa hay e ngại khi mang bên mình những chùm chìa khóa lỉnh kỉnh khi rangoài Đặc biệt, một số khóa cửa thông minh còn có chức năng mở/đóng cửa qua điềukhiển từ xa, rất tiện lợi cho người dùng Chẳng hạn, khi đang ở công ty nhưng có mẹ đếnthăm nhà, chỉ cần một nút chạm trên điện thoại là cửa sẽ tự động mở, mẹ bạn có thể vàongay mà không phải chờ đợi.
Điều khiển bật tắt đ\n qua smartphone: Việc này giúp chúng ta có thể kiểm tra hệthống chiếu sáng của nhà mình bất kỳ nơi đâu, khi đi làm, du lịch… Hay cả khi bạn đang ởnhà, sẽ không phải mất thời gian bật cả chục cái công tắc đèn nữa, chỉ cần một cái chạm nhẹtrên điện thoại toàn bộ đèn sẽ được bật / tắt trong tích tắc.
Điều chỉnh độ sáng của đ\n chùm, đ\n ngủ: Khi muốn bật hay tắt đèn, bạn phải đếntận nơi để mở/đóng công tắc Điều đó tốn kém nhiều thời gian cũng như công sức dichuyển, chưa kể đến công đèn của mỗi khu vực trong nhà nằm ở mỗi vị trí khác nhau Đâychính là điểm bất lợi của một ngôi nhà thông thường Ở nhà thông minh, hệ thống đèn ởtoàn bộ ngôi nhà có thể được bật, tắt nhanh chóng qua điều khiển từ xa, qua giọng nói, qua
27
Trang 14Chương 3: Giải pháp
3.1 Các bước xây dựng hệ thống Smarthome
Xây dựng một hệ thống nhà thông minh đòi hỏi phải có kế hoạch, tính toàn diện vàhiểu biết về các thiết bị thông minh cũng như các giao thức liên kết chúng lại Dưới đây làcác bước cơ bản để xây dựng một hệ thống Smarthome:
Trang 15(8) Kiểm soát từ xa
Cài đặt ứng dụng di động hoặc sử dụng giao diện trực tuyến để có thể kiểm soát vàgiám sát hệ thống từ xa.
(9) Học hỏi và tối ưu hóa
Theo dõi hiệu suất và tìm hiểu cách tối ưu hóa hệ thống nhà thông minh của bạn dựatrên trải nghiệm sử dụng và phản hồi.
Hệ thống nhà thông minh tích hợp
Sử dụng hệ thống nhà thông minh như Google Home, Amazon Alexa, hoặc AppleHomeKit để quản lý thiết bị thông minh từ nhiều nhà sản xuất khác nhau.
Đèn thông minh và chiếu sáng
Sử dụng bóng đèn thông minh hoặc đèn LED có thể điều chỉnh để tạo không khí vàánh sáng phù hợp.
Cài đặt hệ thống chiếu sáng tự động dựa trên giờ hoặc cảm biến ánh sáng.Hệ thống an ninh thông minh
Lắp đặt camera an ninh và hệ thống giám sát thông minh để bảo vệ ngôi nhà.Sử dụng cảm biến chuyển động và cảm biến cửa/ô để báo động an ninh.Máy lạnh và điều hòa thông minh
30
Trang 16Sử dụng máy lạnh và điều hòa không khí có khả năng kết nối với hệ thống nhà thôngminh để kiểm soát từ xa và tối ưu hóa hiệu suất năng lượng.
Màn hình cảm ứng trung tâm
Cài đặt màn hình cảm ứng trung tâm để kiểm soát toàn bộ hệ thống nhà thông minh,bao gồm cả ánh sáng, nhiệt độ, và an ninh.
Bếp và thiết bị nhà bếp thông minh
Sử dụng tủ lạnh thông minh, bếp thông minh để giúp quản lý thực phẩm và nấu ăn mộtcách hiệu quả.
Loa Thông Minh và Hệ Thống Âm Thanh
Lắp đặt loa thông minh để có trải nghiệm giải trí âm thanh chất lượng cao.Kết hợp hệ thống âm thanh thông minh để phát nhạc và điều khiển từ xa.Màn Hình Kỹ Thuật Số và Nội Dung Tương Tác
Sử dụng màn hình kỹ thuật số để hiển thị thông tin, lịch trình, và nội dung tương tác.Cảm Biến Thông Minh và Thiết Bị Theo Dõi
Lắp đặt cảm biến thông minh để đo lường chất lượng không khí, độ ẩm, và các điềukiện khác.
Sử dụng thiết bị theo dõi sức khỏe và hoạt động để duy trì lối sống lành mạnh.Năng Lượng Thông Minh
Sử dụng bộ điều khiển năng lượng để quản lý tiêu thụ điện và nước.Kết Nối Internet Cao Cấp
Cải thiện hạ tầng mạng để đảm bảo kết nối ổn định cho tất cả các thiết bị thông minh.Tích Hợp Hệ Thống Giáo Dục Thông Minh
Kết hợp với hệ thống giáo dục thông minh để tối ưu hóa quá trình học tập tại nhà.3.3 Một số công cụ/ nền tảng/ phần mềm tích hợp hệ thống Smarthome
a, Apple HomeKit & SiriApple HomeKit
Quản lý thiết bị: HomeKit tích hợp với nhiều thiết bị thông minh khác nhau, từ đènđến ổ cắm thông minh, máy lạnh và cả cảm biến an ninh.
31