đánh giá nền tảng đám mây ibm iot watson trong kịch bản cảm biến thời tiết nhiệt độ và độ ẩm với vi điều khiển esp32

TRƯỜNG ĐẠI HỌC PHÚ YÊN KHOA KỸ THUẬT – CÔNG NGHỆ Sinh viên chịu trách nhiệm: NGUYỄN THỊ PHÚC LOAN Lớp: ĐH CNTT C19 ĐÁNH GIÁ NỀN TẢNG ĐÁM MÂY IBM – IOT Watson TRONG KỊCH BẢN CẢM BIẾN THỜI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC PHÚ YÊN KHOA KỸ THUẬT – CÔNG NGHỆ

Sinh viên chịu trách nhiệm:

NGUYỄN THỊ PHÚC LOAN Lớp: ĐH CNTT C19

ĐÁNH GIÁ NỀN TẢNG ĐÁM MÂY IBM – IOT Watson TRONG KỊCH BẢN CẢM BIẾN THỜI TIẾT NHIỆT ĐỘ VÀ ĐỘ ẨM

VỚI VI ĐIỀU KHIỂN ESP32

Sinh viên tham gia nghiên cứu: - Trần Phạm Minh Anh

- Nguyễn Thị Nguyên Khương

Giảng viên hướng dẫn : Th.S Trần Xuân Hiệp

Phú Yên, 2022

MỤC LỤC

1 Lý do chọn đề tài……….… 5

2 Tổng quan tình hình nghiên cứu……….… 6

3 Mục tiêu nghiên cứu……….… 8

4 Đối tượng, phương pháp nghiên cứu……… 8

4.1 Đối tượng nghiên cứu……… 8

4.2 Phương pháp nghiên cứu……… 8

5 Phạm vi nghiên cứu……….…… 8

6 Nội dung nghiên cứu……… 8

CHƯƠNG 1: MÔ TẢ BÀI TOÁN VÀ GIẢI PHÁP 1.1 Sơ lược về kết cấu dịch vụ đám mây Internet of Things Watson.………… … 10

1.2 Cơ cấu kết nối module DHT22 và vi điều khiển ESP32……… 10

1.3 Ưu, nhược điểm và giải pháp……….……… 14

CHƯƠNG 2: THIẾT LẬP DỊCH VỤ TRÊN NỀN TẢNG IOT WATSON 2.1 Mô tả hoạt động ………17

2.2 Quy trình luồng dữ liệu gửi và nhận ……….……27

CHƯƠNG 3: MÔ HÌNH CẢM BIẾN NHIỆT ĐỘ VÀ ĐỘ ẨM THÔNG QUA MÔ PHỎNG VÀ QUẢN LÝ HỆ THỐNG TRÍCH XUẤT TRÊN GIAO DIỆN THỐNG KÊ SỐ LIỆU 3.1 Đặt vấn đề……… 34

3.2 Mô hình cảm biến nhiệt độ và độ ẩm thông qua mô phỏng và quản lý hệ thống 35 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 1 Kết luận……… 38

2 Hướng phát triển……… 38 TÀI LIỆU THAM KHẢO

BẢNG BIỂU TỶ LỆ ĐÓNG GÓP

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU – SƠ ĐỒ HÌNH VẼ

Bảng 1.1 ……… 13

Bảng 1.2 ……… … 18

Bảng 1.3 ……… 25

Bảng 1.4 ……… 31

Sơ đồ 1.1 ……… 15

Sơ đồ 1.2 ……… 20

Sơ đồ 1.3 …… 21

Sơ đồ 1.4 ……… 22

Sơ đồ 1.5 ……… 23

Sơ đồ 1.6 ……… 24

Sơ đồ 1.7 ……… 25

Sơ đồ 1.8 ……… 26

Sơ đồ 1.9 ……… 27

Sơ đồ 1.10 ……… 28

Sơ đồ 1.11 ……… 29

Sơ đồ 1.12 ……… 30

DANH SÁCH HÌNH ẢNH Hình 1.1 ……… 33

Hình 1.2 ……… 35

Hình 1.3 ……… 36

Hình 1.4 ……… 37

DANH SÁCH CÁC KÝ TỰ, CHỮ VIẾT TẮT

A - MỞ ĐẦU

Lý do chọn đề tài

Internet of Things (IOT) là một trong những thuật ngữ phổ biến nhất trong thế giới công nghệ ngày nay Việc ứng dụng hiệu quả của hệ thống IoT đang góp phần cải tiến hiệu quả hoạt động trong rất nhiều lĩnh vực khác nhau, giúp cuộc sống con người ngày càng tiện lợi hơn, tuy nhiên số lượng thiết bị IoT tăng đột biến cũng đặt ra rất nhiều bài toán cho các nhà nghiên cứu trong lĩnh vực này

HIện nay, trên thế giới nói chung và đặc biệt tại Việt Nam nói riêng các hệ thống IoT đạng được sử dụng trong rất nhiều lĩnh vực, từ công nghiệp cho đến nông nghiệp như các ứng dụng nhà thông minh, trường học thông minh, nông trại thông minh,… Các tổ chức, doanh nghiệp ứng dụng IoT ngoài mục đích tối ưu hóa các quy trình vận hành, còn có thể khai thác hiệu quả từ lượng dữ liệu để lưu trữ, phân tích và đưa ra các quyết định, điều chỉnh phù hợp từ dữ liệu đó Tuy nhiên phần lớn các giải pháp IoT hiện nay đều triển khai theo hướng thủ công và cục bộ tức là phải thiết kế và xây dựng bộ hệ thống từ thành phần thiết bị, máy chủ cho đến các hạ tầng giao thức kết nối

Trong những năm gần đây, các hãng công nghệ lớn về điện toán đám mây đã cho ra đời rất nhiều loại dịch vụ về công nghệ học máy, trí tuệ nhân tạo, dữ liệu lớn,

cơ sở dữ liệu (CSDL), website và một dịch vụ với sự kết hợp giữa ưu điểm của điện toán đám mây và nền tảng IoT được gọi là nền tảng điện toán đám mây IoT điển hình là: Amazon AWS IoT, Google Cloud IoT, Microsoft Azure IoT, Oracle IoT Cloud, IBM Watson IoT Với công nghệ nền tảng này, các doanh nghiệp và tổ chức không cần phải xây dựng thêm phần cứng máy chủ, cấu hình quản lý mô hình mạng và hạ tầng triển khai hệ thống Các thiết bị được kết nối có thể tương tác với nền tảng cũng như tương tác với các thiết bị khác một cách dễ dàng và bảo mật các nền tảng điện toán đám mây IoT có khả năng hỗ trợ kết nối lên đến hàng tỉ thiết bị hay lưu trữ, xử lý hàng nghìn tỉ gói tin và có thể liên kết đến các dịch vụ mạnh mẽ khác bên trong hệ sinh thái của mỗi hãng công nghệ Vì vậy giải pháp này sẽ giúp tiết kiệm được thời gian triển khai hệ thống, cắt giảm chi phí triển khai vận hành và giải quyết được rất nhiều bài toán thực tế khác nhau

Tổng quan tình hình nghiên cứu

Theo một báo cáo, sẽ có hơn 20,4 Tỷ thứ được kết nối trên toàn thế giới vào năm

2020 Các nền tảng IoT là động lực chính thúc đẩy sự phát triển của các thiết bị được kết nối Để kết nối các thiết bị với internet, họ cung cấp nhiều dịch vụ và cơ sở hạ tầng tích hợp như lưu trữ dữ liệu, kết nối, hiển thị, điều khiển, v.v Do đó, họ giảm khối lượng công việc và đầu tư cần thiết để triển khai các giải pháp IoT và đây là một trong những lý do chính đằng sau một số giải pháp IoT thành công nhất xung quanh

Chúng ta đã quen thuộc với một số nền tảng IoT phổ biến như ThingSpeak , Adafruit

IO , Blynk , v.v và đã sử dụng các nền tảng này để xây dựng nhiều dự án IoT Nhưng ngoài những nền tảng này còn có một số nền tảng IoT cấp ngành như Amazon Web Services, Microsoft Azure và IBM Watson thường được các ngành công nghiệp lớn sử dụng để lưu trữ và phân tích dữ liệu thu thập được từ các thiết bị IoT Các nền tảng này an toàn hơn và cung cấp nhiều dịch vụ hữu ích, từ việc lấy dữ liệu đến phân tích

dữ liệu bằng các thuật toán Máy học

Ở đây trong hướng dẫn này, chúng ta sẽ tìm hiểu về nền tảng IBM Watson , một trong những nền tảng IoT tốt nhất về bảo mật và khả năng tương thích IBM Watson hay Bluemix là nền tảng đám mây hỗ trợ nhiều sản phẩm và dịch vụ như Cơ sở hạ tầng và dịch vụ tính toán, Internet of Things, Phân tích dữ liệu, Dịch vụ ứng dụng di động, Lưu trữ, v.v Nền tảng này tương thích với Giao thức MQTT, API HTTP và REST Đối với những người mới bắt đầu, có thể khó sử dụng nền tảng này

Trong hướng dẫn này, chúng tôi sẽ thiết lập Tài khoản IBM Watson và gửi dữ liệu Nhiệt độ và độ ẩm DHT11 tới tài khoản đó bằng mô-đun ESP32 Chúng tôi cũng sẽ trực quan hóa dữ liệu này với sự trợ giúp của đồ thị Trước đây, chúng tôi đã sử dụng ESP32 để xây dựng nhiều ứng dụng dựa trên IoT , nếu bạn chưa quen với ESP32, hãy bắt đầu với hướng dẫn ESP32

Mục tiêu nghiên cứu

- Triển khai thiết lập mô-đun cảm biến thời tiết trên nền tảng điện toán đám mây

IBM – IOT Watson

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

1 Đối tượng nghiên cứu

-

-

2 Phạm vi nghiên cứu

Vùng thời tiết cao nguyên:

Phương pháp nghiên cứu

Áp dụng kỹ thuật

Ý nghĩa khoa học: luận văn tìm hiểu các kiến trúc liên quan đến hệ thống IoT ứng dụng nền tảng điện toán đám mây IT Từ kiến trúc thiết kế ban đầu và kết quả so sánh đánh giá, luận văn đưa ra những đề xuất về mặt thiết kế đối với hệ thống IoT giúp quản lý và vận hành dễ dàng, tăng tinh bảo mật dữ liệu, bảo mật kết nối, quản lý truy cập, khả năng mở rộng, có ý nghĩa k oa học trong lĩnh vực thiết kế hệ thống IoT, điện toán đám mây IoT và bảo mật thông tin

Ý nghĩa thực tiễn: luận văn nghiên cứu và đề xuất mô hình kiến trúc dữ liệu cho

hệ thống IoT ứng dụng nền tảng điện toán đám mây, thực hiện các đánh giá định tính

và định lượng để so sánh một số nền tảng điện toán đám mây IoT lớn nhất hiện nay

Từ mô hình triển khai với kịch bản nhà thông minh, kết quả luận văn có khả năng áp dụng cho các hệ thống IoT khác nhau trong thực tế và có cơ sở giúp lựa chọn nền tảng phù hợp cho từng ứng dụng cụ thể

Về chức năng,

Nghiên cứu tài liệu

-Nghiên cứu thực nghiệm

-Nội dung nghiên cứu

CHƯƠNG 1: MÔ TẢ BÀI TOÁN VÀ GIẢI PHÁP

1.1 Sơ lược về kết cấu dịch vụ đám mây Internet of Things Watson

1.2 Cơ cấu kết nối module DHT22 và vi điều khiển ESP32

1.3 Ưu, nhược điểm và giải pháp

CHƯƠNG 2: THIẾT LẬP DỊCH VỤ TRÊN NỀN TẢNG IOT WATSON

2.1 Mô tả hoạt động

2.2 Quy trình luồng dữ liệu gửi và nhận

CHƯƠNG 3: MÔ HÌNH CẢM BIẾN NHIỆT ĐỘ VÀ ĐỘ ẨM THÔNG QUA

MÔ PHỎNG VÀ QUẢN LÝ HỆ THỐNG TRÍCH XUẤT TRÊN GIAO DIỆN THỐNG KÊ SỐ LIỆU

3.1 Đặt vấn đề

3.2 Mô hình cảm biến nhiệt độ và độ ẩm thông qua mô phỏng và quản lý hệ thống

KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN

TÀI LIỆU THAM KHẢO

B - NỘI DUNG NGHIÊN CỨU CHƯƠNG 1: MÔ TẢ BÀI TOÁN VÀ GIẢI PHÁP

1.1 Sơ lược về kết cấu dịch vụ đám mây Internet of Things Watson

1.1.1 Internet Of Things là gì?

Internet Of Things hay IOTs Hiểu một cách đơn giản là các ứng dụng cho cuộc sống thông qua môi trường Internet Để dễ hiểu

IOTs là gì thì tôi có một ví dụ nhỏ: Bạn có thể tạo ra một ngôi nhà với các thiết bị được vận hành, điều khiển thông qua thiết bị kỹ thuật số (SmartPhone, PC,…) Tất cả những gì bạn tạo ra có thể quản lý, giám sát trên môi trường Internet, sóng,… mà góp phần đem lại lợi ích cho con người đều được gọi chung là hệ thống IOTs

1.1.2

1.2 Cơ cấu kết nối module DHT22 và vi điều khiển ESP32

1.2.1 Cảm biến nhiệt độ và độ ẩm DHT11 và DHT22

Cảm biến DHT11 và DHT22 được sử dụng để đo nhiệt độ và độ ẩm tương đối Những thứ này rất phổ biến trong giới sản xuất và những người yêu thích đồ điện tử.Các cảm biến này chứa một con chip thực hiện chuyển đổi tương tự sang kỹ thuật số và phát ra tín hiệu kỹ thuật số với nhiệt độ và độ ẩm Điều này làm cho chúng rất dễ sử dụng với bất kỳ bộ vi điều khiển nào

1.2.2 Tại sao nên dùng DHT22 ?

DHT11 và DHT22 rất giống nhau, nhưng khác nhau về thông số kỹ thuật Bảng sau đây so sánh một số thông số kỹ thuật quan trọng nhất của cảm biến nhiệt độ và độ ẩm DHT11 và DHT22

Bảng so sánh DHT11 và DHT22

Cảm biến DHT22 có độ phân giải tốt hơn và phạm vi đo nhiệt độ và độ ẩm rộng hơn Tuy nhiên, nó đắt hơn một chút và bạn chỉ có thể yêu cầu các bài đọc với khoảng thời gian 2 giây

DHT11 có phạm vi nhỏ hơn và nó kém chính xác hơn Tuy nhiên, bạn có thể yêu cầu các chỉ số cảm biến mỗi giây Nó cũng rẻ hơn một chút

Để có thể cảm biến thời tiết nhiệt độ và độ ẩm chính xác chúng ta nên sử dụng

DHT22

1.2.3 ESP32 là gì ?

ESP32-WROOM-32 là module MCU mạnh mẽ và đa dụng được sử dụng rộng rãi trong các thiết kế mạch PCB Wifi Bluetooth và BLE

ESP sở hữu 1 lõi được gọi là chip ESP32-D0WDQ6 Chip nhúng được thiết kế

để nâng cao khả năng mở rộng và tùy biến rất cao Thiết kế ESP32 có 2 lõi CPU hoạt động 1 cách độc lập có thể dễ dàng điều khiển Tần số clock có thể điều chỉnh dễ dàng

từ 80MHZ lên đến 240MHZ Trong quá trình sử dụng người lập trình có thể tắt CPU

để có thể sử dụng thiết bị ở chế độ công suất thấp Qua đó theo dõi được sự thay đổi và

vượt ngưỡng ESP32 được tích hợp các bộ tương tác ngoại vi khá phong phú như: cảm biến Hall, cảm biến điện dung, SD card, SPI tốc độ cao, I2S, I2C hay SPI tốc độ cao

1.3 Ưu, nhược điểm Internet of Things trong đám mây và giải pháp

Hệ thống được phân chia thành các đối tượng tương tác với nhau Mỗi đối tượng bao gồm các thuộc tinh và phương thức xử lý các thuộc tính Sự kế thừa và bao gói thông tin

1.3.1 Ưu điểm 1.3.2 Nhược điểm 1.3.3 Giải pháp

CHƯƠNG 2: THIẾT LẬP DỊCH VỤ TRÊN NỀN TẢNG IOT WATSON

2.1 Mô tả hoạt động

2.2 Phân tích luồng dữ liệu gửi và nhận

CHƯƠNG 3: MÔ HÌNH CẢM BIẾN NHIỆT ĐỘ VÀ ĐỘ ẨM THÔNG QUA

MÔ PHỎNG VÀ QUẢN LÝ HỆ THỐNG TRÍCH XUẤT TRÊN GIAO DIỆN THỐNG KÊ SỐ LIỆU

3.1 Đặt vấn đề

3.2 Mô hình cảm biến nhiệt độ và độ ẩm thông qua mô phỏng và quản lý

hệ thống

3.2.1 Hệ thống cảm biến nhiệt độ và độ ẩm thông qua mô phỏng 3.2.2 Giao diện chính thức

KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN

1 Kết luận

Qua quá trinh nghiên cứu, em đã vận dụng … Kết quả đạt đượcbao gồm:

- Lý thuyết:

- Phát biểu và mô tả được …

- Biểu diễn bài toán bằng …

- Phân tích thiết kế bài toán một cách đầy đủ, theo đúng quy trình được học bằng hướng cấu trúc

- Thiết kế được …quan hệ để lưu trữ dữ liệu

- Thiết kế được các giao diện cập nhật dữ liệu

- Chương trình:

- Sử dụng …

- Sử dụng C/C++ để lập trình

- Hệ thống đã được cài đặt thử nghiệm với một số dữ liệu chạy thông suốt

và cho ra kết quả, đáp ứng được các yêu cầu bài toán đặt ra như …

2 Hướng phát triển

…

TÀI LIỆU THAM KHẢO

BẢNG TỶ LỆ ĐÓNG GÓP TỪNG THÀNH VIÊN