dự án kết thúc học phần môn năng lực số ứng dụng đề tài iot và ứng dụng của iot trong smarthome

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

HỌC VIỆN NGÂN HÀNG KHOA TÀI CHÍNH -*** -

Giảng viên hướng

Hà Nội, ngày 17 tháng 12 năm 2023

HỌC VIỆN NGÂN HÀNG KHOA 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

4 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

20%

MỤC LỤ

LỜI MỞ ĐẦU 1

NỘI DUNG 3

Chương 1: Cơ sở lý thuyết 3

1.1 Tổng quan về IoT 3

1.1.1 Khái niệm IoT 3

1.1.2 Lịch sử hình thành và phát triển 3

1.1.3 Phạm vi ứng dụng của IoT 4

1.1.4 Đặc tính của IoT 5

1.1.5 Kiến trúc của một hệ thống IoT 7

a, Lớp cảm biến 8

b, Lớp mạng 10

c, Lớp xử lí dữ liệu 12

d, Lớp ứng dụng 12

1.2 Tổng quan về Smarthome 13

1.2.1 Khái niệm 13

1.2.2 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

3.3 Một số công cụ/ nền tảng/ phần mềm tích hợp hệ thống Smarthome 29

a, Apple HomeKit & Siri 29

b, Samsung SmartThings 30

c, Hubitat Elevation 31

d, OpenHAB 31

e, Home Assistant 32

f, Hệ thống nhà thông minh Bkav Smarthome 33

g, Các công cụ khác 34

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT

2 IARJSET Tạp chí Nghiên cứu Tiên tiến Quốc tế về Khoa học, Kỹ

thuật và Công nghệ

3 RFID Công nghệ nhận dạng đối tượng bằng sóng vô tuyến

4 IPv4 Giao thức liên mạng thế hệ 4

5 IPv6 Giao thức liên mạng thế hệ 6

6 4G Công nghệ truyền thông thế hệ thứ tư

7 OSI Kết nối giữa các hệ thống mở

9 Wi-Fi Sóng vô tuyến truyền tín hiệu thông qua kết nối mạng

không dây

14 CMOS Bán dẫn kim loại ô-xít bù

17 3G Công nghệ truyền thông thế hệ thứ ba

19 IEEE Hội Kỹ sư Điện và Điện tử

21 ISM Công nghiệp, Khoa học và Y tế

22 PLC Truyền thông đường dây điện

23 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 do

32 MIT Viện Công nghệ Massachusetts

DANH 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

LỜI 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 là

sự 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, nơi

mà 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

NỘI DUNG Chương 1: Cơ sở lý thuyết

1.1 Tổng quan về IoT

1.1.1 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, xe

cộ, 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]

3

thiết 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 IoT

Ngành 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 thiết

bị hoặc loại bỏ nó khỏi sản xuất cho đến khi nó được sửa chữa Điều này cho phép các công

ty 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 xuất

và nhà cung cấp ô tô có thể tìm hiểu thêm về cách giữ cho xe chạy và thông báo cho chủ xe

về các thông tin phía trước

Giao thông vận tải

4

Các 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 nhiệt

độ

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 kỳ

ai 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 năng

tự 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

Hỗ 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 ngay

cả 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 khi

có người xâm nhập bất hợp pháp Đồng thời, thiết bị sẽ hoạt động 24/24 và nếu bạn muốn

có thể bật hoặc tắt hệ thống theo ý muốn của bản thân Khóa cửa thông minh: bạn có thể

mở 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

Chương 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:

Xem xét tính tương thích với các thiết bị thông minh mà bạn muốn tích hợp

(3) Chọn thiết bị thông minh

Điều khiển đèn, ổ cắm, cảm biến chuyển động, camera an ninh, máy lạnh, và cácthiết bị khác dựa trên nhu cầu cá nhân của bạn

Lựa chọn các thiết bị từ các nhà sản xuất tương thích với hệ thống bạn chọn

(4) Kết Nối Mạng và Internet

Cài đặt một hệ thống mạng ổn định và đảm bảo tất cả các thiết bị có kết nối mạng đầyđủ

(5) Lắp đặt các thiết bị

Theo dõi hướng dẫn và lắp đặt mỗi thiết bị một cách chính xác và an toàn

Kết nối chúng với hệ thống nhà thông minh theo hướng dẫn

(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

Tìm kiếm sự giúp đỡ từ cộng đồng hoặc hỗ trợ chính thức khi cần thiết

3.2 Giải pháp để xây dựng nơi ở theo mô hình nhà thông minh

Tùy thuộc vào điều kiện kinh tế hay mục đích sử dụng mà người dùng có thể lựa chọnthay đổi từng thiết bị nhỏ lẻ, lớn hơn là một bộ phận trong căn nhà cho đến cải tạo đồng bộ

cả căn nhà Dựa trên những chỉ tiêu đó mà ta có những giải pháp sau:

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