Khóa luận tốt nghiệp Kỹ thuật máy tính: Hệ thống điều khiển tự động cho căn hộ chung cư

Chuẩn giao tiếp UARTUART Universal Asynchronous Receiver-Transmitter bộ truyén nhận dữliệu nối tiếp bất đồng bộ, đây là một trong những giao thức truyền thông giữa thiết bịvới thiết bị đ

ĐẠI HỌC QUOC GIA TP HO CHÍ MINH

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN

KHOA KỸ THUẬT MÁY TÍNH

LÊ ĐÌNH THÀNH - 19522229

KHÓA LUẬN TÓT NGHIỆP

HỆ THÓNG ĐIÊU KHIÊN TỰ ĐỘNG CHO CĂN HỘ

CHUNG CƯ

AUTOMATIC CONTROL SYSTEM FOR APARTMENT

KY SU KY THUAT MAY TINH

GIANG VIEN HUONG DAN

THAC Si PHAN DINH DUY

TP HO CHI MINH, NAM 2023

LỜI CẢM ƠN

Lời đầu tiên, em xin chân thành cảm ơn quý thay cô trường Dai học Công nghệ

Thông tin, Đại học Quốc gia Thành phố Hồ Chí Minh đã truyền đạt cho chúng em

những kiến thức và những kinh nghiệm quý báu trong bốn năm học vừa qua

Tiếp đến, em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến Thay ThS Phan Dinh Duy đã

hỗ trợ em trong suốt quá trình thực hiện khóa luận tốt nghiệp này Em cảm ơn sự hỗtrợ, chỉ bảo nhiệt tình của thầy đối với em

Tp Hô Chí Minh, ngày 27 tháng 07 năm 2023

Sinh viên

Lê Đình Thành

MỤC LỤC

Chương 1 TONG QUAN ĐÈ TÀII - 2-2-5252 SESEEEEEEEEEEE2E12152171 2121211 ce 2

1.1 Tinh hình trong và ngoai nue 5 c5 + 3321133 5E EEEirsrsrersererre 2

1.2 Tổng quan đề tài - s2 2E12E1271211211211711112112111111.1E.Ecyeg 2

I0: 0 3

Chương 2 CƠ SỞ LÝ THUYYÊT 2¿- 2£ ©2£2S£2EE+2EE+EEESEEE2EEtEEEerxesrxerrxee 4

2.1 Tìm hiểu về ESP32-LuaNode32 ¿22s x+2xc2x+EvExerxrrerrxerkerxee 4

2.2 Tìm hiểu về ESP32-CAM cccccssesscsssessecsessssssessessecsusssessessessusssessessessssneeseeses 5

2.3 Tìm hiểu về cảm biến vân tay AS608 - 2-55 22E2EEcEEerErrerrxerxee 6

2.4 Tìm hiểu về thẻ từ RC522 -:¿ ¿-cc- 52252 22222EEEEEEEEEEEEEErkrkerrkerkervee 7

2.5 Tìm hiểu về cảm biến nhiệt độ, độ âm AM2320 2¿©52©5<csc5e¿ 8

2.6 Tìm hiểu về mạch hiển thị đèn LED NEOPixel WS2812 - 9

2.7 Tìm hiểu về cảm biến chuyển động hồng ngoại SR602 - 10

2.8 Tìm hiểu về động cơ Servo SG90 ¿2 s©++E+EE+EEeEEezErrxerkerreee 11

2.9 Chuẩn giao tiẾp I2C ocecececcsccsseeseesessessessesssssssessessessessessessessesssssseeseeseseessesees 12

2.10 Chuẩn giao tiếp SPLoo cccccccccsscsssessessessessessessessssssessessesssssessessessessseeseesess 13

2.11 Chuan giao tiếp UART 2-©2¿52+EE‡2E2EE2EEEEEE2E2E12712E 2121 EEerreei 142.12 Tìm hiểu về PHP 2-2¿©2++2++Ek‡EE2EEEEEE2EE2E211221271 7121.221, 15

2.13 Tìm hiểu về HTML, CSS -¿- 2-5-2 22EE+EE£EEEEEEEEEEEEEECEErrkerkerveee 16

2.14 Tìm hiểu về giao thức HTTP ceccecccscceseessesseesesssessessessessessesseeseseeseesees 18

2.15 Tim hiểu về giao thức WebSocket - 2+ + z+sz+Eerkerkerxerkerkereee 21

2.16 Tim hiểu về giao thức ESP-NOW 5- 2c 2x S2kErerkerkrerrrrrees 23

2.17 Tìm hiểu về thư viện nhận dạng khuôn mặt Face-apI.JS 24

Chương 3 PHAN TICH VÀ THIẾT KE HỆ THÓNG 2- 5522 52 26

3.1 Phân tích mô hình hệ thống - ¿2 2¿©+¿+++£+++Ex++Extzx+erxezrxrrrxees 26

3.2 Thiết kế chức năng mở cửa ra vào bằng khuôn mặt . : 27

3.3 Thiết kế chức năng mở cửa ra vào bang thẻ từ RFID -: 28

3.4 Thiết kế chức năng mở cửa ra vào băng vân tay - se sccxcsee 28

3.5 Thiết kế chức năng điều khién các thiết bị bằng website và nút nhấn 29

3.6 Thiết kế chức năng hẹn giờ cho thiết bị - 2-2 2+2 +x+zx+zxerxerssreee 30

3.7 Thiết kế chức năng rèm cửa tự động -¿2 s+cx+rx+rzrserserreee 313.8 Thiết kế đèn trang tri RGB o.seeeececcecsecsesssessesseesesssessessesseesessessessessessesseesees 313.9 Thiết kế chức năng thêm, xóa dấu vân tay cho người dùng 3l

3.10 Thiết kế chức năng điều khiển thiết bị bằng giọng nói 33

3.11 _ Thiết kế hệ thống cảnh báo người lạ - 2 2 2+ 2+x+£x+£xereerssreee 33

3.12 Thiết kế giao diện người dùng -¿-2¿©++2x++zxtzxeerxesrxesrxeee 34

3.13 Thiết kế chức năng kết nối WiFi cho ESP32 và giao tiếp giữa các ESP32bang giao thức ESP-NOW c¿-cc 5c c2 T212 1212111211211211011 211111111111 1x re 35

3.14 Lưu trữ và truy van dữ liệu trên đatabase 2 2 2s s£s+zxzcszẻ 37

Chương 4 KẾT QUẢ -2-©22 22 E2EE2212E15E1221211211211 2121121111, 38

4.1 Phần cứng -+c£ St SkỀEkSEEEE1E1121121717111111111 11111111 38

AQ Pan MOM nh aàỘỪoOO , 404.3 Thông số đo đạc, đánh gid.o ccececccsscssessesessessseesessessessesssssssssessessessessease 47

AA, Tóm tắt Kết Quả ¿- + 2+ + EEEEESEEEE121121121711111111111 1.1111 11T.cte 52

Chương 5 KÉT LUẬN VÀ HƯỚNG PHAT TRIỂN - 2-2 s2 s+zx=sz 54

lì." na 54

DANH MỤC HÌNH

Hình 2.1 ESP32-LuaNOdÌ€ sgk 4

Hinrh 2.2 ESP32-CAM 0PEEESSh Ả ÔỎ 5

Hình 2.3 Mô dun cảm biến vân tay veecceccessessssssessessessesssessessessessssssecsessusssessecsessssseeseese 6

Hinh 2.4 91.15.080.072 nam 8

Hình 2.5 Cảm biến nhiệt độ độ ẩm AM2320 -cccccccscccverrrrrterrrrrrreerre 9Hình 2.6 Mạch Hiền Thị NEOPixel ccscccccctttttiirirrtiirrriiiririrree 10Hình 2.7 Cảm biến chuyển động PIR veccecceccescescessessssessessessessessesssssessssessessesseesessesseaes 11

Hình 2.8 Động cơ bước SGI wo.cecceeccescceseeeseeseceseeeseesceesecesecececseeeseceseceaeseeneeeseseaeeaees 12

;0.108958.///8.) 8/20nn88h 13 Hình 2.10 Mô hình giao thức SPI cv TH TH ng ket 14

Hình 2.11 Mô hình giao thức A NT sec S5 HH HH HH hưệt 15 Hình 2.12 Mô hình giao thức: HTTP «s93 kh 19

Hình 2.13 Mô hình giao thức WebšSOCK©I c3 VVESSeeEEkeseeetsseeeeeeee 21

Hình 2.14 Mô hình giao thức E.SP-IN(W c- c5 xen 24

Hình 3.1 Mô hình kiến trúc hệ thong . ©-+©2¿+e©++©E£+E++£E+EterEezr+reerxersee 26Hình 3.2 Sơ đô chức năng mở cửa bằng khuôn mặt - -: ¿©-sz©5e+cse+cs+2 27Hình 3.3 Sơ đô chức năng mở cửa bằng thẻ từ RFID - 2 2©se+s++s+ce+z+zszse2 28Hình 3.4 Sơ đô chức năng mở cửa bằng vân tay -. -¿©-s©-s=s+cx+ce+rserxecse+ 29Hình 3.5 Sơ đô chức năng điêu khiển thiết bị bằng WebSite -. - 555-552 29Hình 3.6 Sơ đô điều khiển thiết bị bằng nút nhấn - 2-2 2 2+e+xerterersrssxez 30Hình 3.7 Sơ đô chức năng hẹn giờ cho 0/7282PRERRRRERERERR 30Hình 3.8 Sơ đô chức năng thêm dấu vân tay -¿ c+©ce©5+ecse+cxecseerxesrsez 31Hình 3.9 Sơ đô chức năng thêm dẫu vân tay + ss+c£+c+te+kertertsreerssree 32Hình 3.10 Sơ đô chức năng diéu khiển bằng giọng nói 2+5 ©scs+csscse: 33Hình 3.11 Sơ đô chức năng cảnh báo người ld 2 e5e+ce+esctecterereresreee 34Hình 3.12 Sơ đồ thiết lập kết nối WiFi cho E:ŠP 55-55 ©c++ccccterxccrsreerecree 35Hình 3.13 Sơ đô thiết lập kết noi các board ESP32 bằng giao thức ESP-NOW 36Hình 4.1 Bên ngoài mô hình hệ thong CửA c5 seSk+EE‡E+E+EtEEeEEerkerkerxerkee 38

Hình 4.2 Bên trong mô hình hệ thong CUO cesceccecsessessssssessessssssessecsessesssessessessssssecseeses 38

Hình 4.3 Bên ngoài mô hình phòng KAGCH woe .eecccccccccccceessceeesseeeenneceeeeeesnseeeeesseseneaees 39

Hình 4.4 Bên trong mô hình phòng Khách .- - - «+ s s ke vre 39

Hình 4.5 Giao diện đăng nhẬpD St HH ng HT Hư 40

Hình 4.6 Giao diện đổi mật khẩu -c55cctccEteirttEEtirrtrttiirrrriirirriie 4I

Hirth 4.7 Giao dién AGING Ky 0nnẽẽn.ee 41 Hình 4.8 Gido din XÓA USEP ecccccccccccccsescccssscecesssccsesescceseecessaeecesseeceesseecsssseeeessseeeeaas 42 Hình 4.9 Giao điện cài đặt VẬN tAY SE HH kg kg rệt 42 Hình 4.10 Giao điện trang Chủ Cho đÌHÌH cv svkksseeereeereere 43

Hình 4.11 Giao điện trang Chủ CO HS€F SG ve 43

Hình 4.12 Điều khiển bằng giọng nói sử dụng SirÌ ¿©ce©cccccceersrrrerree 44Hình 4.13 Giao diện ứng dung phím tắt của LOS 22c secescesrsrsscez 44

Hình 4.14 Giao diện tính năng cảnh báo qua g!mAlÏ, -c- c< << £<s++ee+seess 45

Hình 4.15 Mạng WiFi từ ESP32 phát Fd -s- < x3 kESkkksskeksskkssekre 45

Hình 4.16 Giao điện configure E.SP2 cc St TH ng kg vết 46

Hình 4.17 Giao điện các mang WiFi được ESP32 quét thấy ¬ 46Hình 4.18 Mẫu ảnh cho người the nhhất - +25: £+SE+S£+EE+E££E+E££EerEertereerszsez 47Hình 4.19 Mẫu ảnh cho người the liai 2-5 55 SE‡EE‡EE+EE£EE£E£EeEEerEertereerszxee 41

DANH MỤC BANG

Bang 4.1 Các trường hợp cua đữ liệu anh

Bảng 4.2 Thời gian các bước xử lý nhận điện khuôn MEE «-cS<<<<<s 5+

DANH MỤC TỪ VIET TAT

Cụm từ viết tắt Cụm từ được viết tắt

App Ung dung điện thoại di động

Web Website

loT Internet of Things

ESP32 ESP32-LuaNode32

ESP32-CAM ESP32-CAM Bluetooth Camera OV2640

LED Light Emitting Diode

RGB Red — Green — Blue

UART Universal Asynchronous Receiver Transmitter

I2C Inter Integrated Circuit

SPI Serial Peripheral Interface

PWM Pulse Width Modulation

SDA Serial Data

SCL Serial Clock

MOSI Master Output Slave Input

MISO Master Input Slave Output

SCK Serial Clock

ADC Analog to Digital Converter

DAC Digital to Analog Converter

RFID Radio Frequency Identification

GPIO General Purpose Input Output

DPI Dots Per Inch

USB Universal Serial Bus

PIR Passive Infrared

Vv Voltage

TÓM TẮT KHÓA LUẬN

“Hệ thông điêu khiên tự động cho căn hộ chung cư” là đê tài nghiên cứu và

thiệt kê các chức năng điêu khiên từ xa và điêu khiên tự động các thiệt bi trong căn

hộ chung cư Hệ thống sử dụng hai thiết bị chính là ESP32 và ESP32-CAM

Hệ thống được chia thành hai phần lớn là cửa ra vào và phòng khách Ở cửa

ra vào sẽ được đóng mở bởi khuôn mặt, thẻ từ và vân tay Các chức năng này sé g1úp

cho căn hộ được bảo mật và đỡ tốn thời gian cho người dùng Ở phòng khách sẽ cócác thiết bị điều khién tự động hoặc điều khiển từ xa bằng website hoặc giọng nói.Một số thiết bị ở phòng khách có thé hen giờ dé bật tắt Hệ thống còn có thêm chứcnăng cảnh báo người lạ xâm nhập bằng cách bật chuông cảnh báo và chụp ảnh gửiqua gmail Ngoài ra còn cung cấp cho người dùng một website dé có thé thêm xóa

người sử dụng và quản lý điêu khiên căn hộ.

Chương 1 TONG QUAN ĐÈ TÀI

1.1 Tình hình trong và ngoài nước

Trong cách mang 4.0, IoT luôn giữ vai trò quan trọng đó là kết nối các thiết bị

Hỗ trợ chúng trao đôi dữ liệu, xử lý và tao cơ sở ra quyết định, hành vi phù hợp vớitừng nhu cầu riêng biệt Vì thế IoT được coi là công nghệ tiêu biểu của công nghiệp4.0, giữ vai trò quan trọng, làm nền tang phát triển các công nghệ khác [1]

Các công ty công nghệ trong nước cũng đã bắt đầu đầu tư và phát triển các sảnphẩm và giải pháp IoT dé đáp ứng nhu cầu của người dùng Một số công ty tiêu biểunhư BKAV, LUMI, ASIS, THHOME Một số sản pham tiêu biểu cho căn hộ chung

cư được các công ty bán ra thị trường là: chiếu sáng thông minh, điều hòa thông minh,

tivi thông minh, cửa tự động thông minh, rèm cửa tự động, âm thanh đa vùng, hệ

thống giám sát môi trường, đèn LED thông minh 16 triệu màu

Về hệ thống đèn chiếu sáng thông minh của Bkav, hệ thống cho phép người sửdụng bat tắt đèn chiếu sáng thông minh từ xa thông qua smartphone, điều khiển chiếusáng thông minh bằng giọng nói, hẹn giờ chiếu sáng thông minh, hệ thống chiếu sángthông minh tự động [2] Những tiện ích này giúp con người tiết kiệm được rất nhiềuthời gian, công sức Nhưng nhược điểm lớn nhất của hệ thống này là chi phí lắp đặt

rât cao vào sẽ không sử dụng được nêu mât điện hoặc mât mạng.

Do những tiện ích và nhu cầu sử dụng về hệ thống điều khién tự động cho căn

hộ chung cư, từ đó em đã chọn đề tài này để thực hiện và nghiên cứu trong khóa luậntốt nghiệp này

1.2 Tổng quan đề tài

Hệ thống điều khiển tự động cho căn hộ chung cư là hệ thống điều khiển cácthiết bị điện trong căn hộ Hệ thống cho phép người dùng điều khiến các thiết bị tựđộng hoặc từ xa thông qua website Hệ thống còn tích hợp một số công nghệ nhưnhận diện khuôn mặt, quét dau vân tay, thẻ từ dé mở cửa Ngoài ra, hệ thống còn cung

câp cho người dùng một website đê quản lý và điêu khiên.

1.3 Mục tiêu

Đề tài “Hệ thống điều khiển tự động cho căn hộ chung cư” sẽ xây dựng với

các chức năng chính như sau:

e Hệ thông cửa ra vào: sử dụng khuôn mặt, vân tay, thẻ từ, website dé điều khiển

e Hệ thống phòng khách: rèm cửa đóng mở tự động khi có mưa, điều khiến các

thiết bị bằng website và nút nhấn (đèn, rèm, máy lạnh ), điều khiến thiết bibăng giọng nói, hẹn giờ bật tắt cho máy lạnh và rèm cửa

e Cảnh báo nguy hiểm: hệ thống sẽ gửi cảnh báo có người lạ ở cố ý mở cửa

thông qua qua gmail.

e Website: thiết kế một website dé người dùng tương tác điều khiển, quản lý

người dùng, thiết lập, cài đặt thiết bị có trong căn hộ

Chuong 2 CƠ SỞ LÝ THUYET

2.1 Tìm hiểu về ESP32-LuaNode32

ESP32-LuaNode32 là vi điều khiển trên một vi mạch giá rẻ, năng lượng thấp

có hỗ trợ WiFi và dual-mode Bluetooth Dòng vi điều khiển nay sử dụng bộ vi xử lý

Tensilica Xtensa LX6 ở cả hai biến thể lõi kép và lõi đơn, và bao gồm các công tắc

anten tích hợp, bộ khuếch đại công suất, bộ khuếch đại thu nhiễu thấp, bộ lọc và

module quản lý năng lượng San phâm được thể hiện như hình 2.1

e Tên Module: ESP32 NodeMCU LuaNode32

e Nguồn sử dung: 5VDC từ céng Micro USB

e Ra chân đầy đủ module ESP32, chuẩn chân cắm 2.54mm

e Tích hợp LED Status, nút BOOT va ENABLE

e Kích thước: 28.33x51.45mm

e Các ngoai vi giao tiép: : 02 bộ DAC, 18 bộ ADC, 02 bộ I2C, 03 bộ UART,

03 bộ SPI (trong đó 01 bộ cho Flash), 16 kênh truyền PWM

e_ Tổng số lượng chân: 38 chân, trong đó có 03 chân GND, 01 chân 3V3, 01

chân Enable, 01 chân NC, 32 chân GPIO và các chức năng khác

e Bộ nhớ: 448 KB cho ROM và 520 KB cho SRAM

2.2 Tìm hiểu về ESP32-CAM

ESP32-CAM là một module phát triển dựa trên vi điều khiển ESP32 củaEspressif Systems và nó kết hợp với một camera độ phân giải cao Module này cungcấp khả năng kết nối mang WiFi và khả năng xử lý hình ảnh, giúp dé dàng xây dựngcác ứng dụng IoT liên quan đến hình ảnh và video ESP32-CAM có thiết kế nhỏ gọn,tiện lợi Các thành phần chính bao gồm module ESP32, camera OV2640, bộ nhớ flash

và các linh kiện điện tử khác Module này được tích hợp sẵn anten WiFi, vi mạch xử

lý công suất thấp và các giao tiếp như UART, SPI, I2C, GPIO, giúp dé dàng kết nốivới các thiết bi và cảm biến khác Sản pham được thé hiện như hình 2.2

ESP32-CAM có thông số kỹ thuật như sau:

e Tên module: ESP32-CAM OV2640

e Nguồn sử dung: 5VDC từ cổng Micro USB

e Kích thước: 27 x 40.5 x 4.5 mm

e Định dạng đầu ra hình ảnh: JPEG

e Các ngoại vi giao tiếp: UART, SPI, I2C, PWM

e Công IO: 9

e Bộ nhớ: Internal 520KB + PSRAM 4M bên ngoài

2.3 Tìm hiểu về cảm biến vân tay AS608

AS608 là một cảm biến vân tay có độ phân giải 500 DPI và sử dụng giao tiếpUART hoặc USB 1.1 dé giao tiếp với vi điều khiển hoặc kết nối trực tiếp với máytính (thông qua USB-UART hoặc giao tiếp USB 1.1) Module này sử dụng nguyêntắc quét và so sánh vân tay dé xác thực Khi người dùng đặt ngón tay lên cảm biến,

nó sẽ quét và thu thập thông tin về các đặc điểm của vân tay, bao gồm các đường vân,điểm chấm và khoảng cách giữa chúng Dữ liệu này sau đó được chuyên đổi thànhmột mã số duy nhất dé thực hiện quá trình so sánh và xác thực vân tay

Module này được tích hợp san bộ vi xử lý và bộ nhớ trong, cho phép lưu trữ

và quản lý nhiều dấu vân tay Ngoài ra, nó cũng hỗ trợ giao tiếp với vi điều khiểnthông qua giao thức UART hoặc SPI, giúp dễ dàng tích hợp vào các dự án và hệ thôngsẵn có Với khả năng nhận dạng chính xác và tốc độ xử lý nhanh, AS608 dem lại mức

độ bảo mật cao và thuận tiện cho việc xác thực dựa trên vân tay Đồng thời, nó cũng

hỗ trợ tính năng chống giả mạo và chống trầy xước, đảm bảo độ tin cậy và tuôi thọcủa cảm biến Sản phâm được thê hiện như hình 2.3

Hình 2.3 Mô dun cảm biến vân tay

Mô đun cảm biến vân tay có thông số kỹ thuật như sau:

e Điện áp làm việc: 3.3VDC

e_ Giao tiếp: UART (TTL)

e_ Giao tiếp USB: 2.0FS

e Kích thước cửa số vân tay: 15 x 17 (mm)

e Thời gian xử lý hình ảnh: <0.4s

e Kích thước mẫu vân tay: 512B

e Dung lượng lưu trữ van tay: 200 (mặc định)

e_ Mức độ bảo mật: 5 có thê điều chỉnh (mặc định 3)

e Môi trường làm việc: -20 °C ~ +50 °C

© Môi trường lưu trữ: -40°C ~ +85°C, Độ am tương đôi: <85% RH (không có

hơi nước)

e Kích thước tổng: 45 x 18 x 19mm

2.4 Tim hiéu vé thé tir RC522

Thẻ từ RC522 là một module đọc thẻ từ sử dụng chip MFRC522 Nó được su

dụng trong các ứng dụng liên quan đến thẻ từ như hệ thống điều khiển truy cập, hệthống giám sát thẻ thông minh, hệ thống quản lý thẻ và nhiều ứng dụng khác Thẻ từ

hoạt động dựa trên nguyên lý RFID (Radio Frequency Identification), nó cho phép

giao tiếp không dây giữa thẻ và module đọc Ngoài ra, nó có khả năng đọc và ghi dữliệu từ các thẻ tiêu chuẩn ISO14443A/MIFARE

Hiện nay, thẻ từ RC522 được sử dụng rộng rãi trong các ứng dụng IoT và các

dự án điện tử tự động Với khả năng đọc và ghi dữ liệu từ thẻ RFID, nó cung cấp mộtphương thức thuận tiện và an toàn để xác thực và quản lý thông tin truy cập Sảnphẩm được thê hiện như hình 2.4

Thẻ từ RC522 có thông số kỹ thuật như sau:

e Giao tiếp: SPI

e Tốc độ truyền data: Max 10mbs

2.5 Tim hiểu về cảm biến nhiệt độ, độ 4m AM2320

AM2320 là cảm biến nhiệt độ độ âm sử dụng công nghệ thu nhận nhiệt độ và

độ âm đặc biệt Sản phẩm có độ tin cậy rất cao và độ ôn định rất tốt Cảm biến baogồm một phần tử độ âm điện dung và một thiết bị đo nhiệt độ có độ chính xác cao

được tích hợp và được két nôi với một bộ vi xử lý hiệu suât cao Cảm biên này được

ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau như: máy hút âm, hàng tiêu dùng, ô tô, tựđộng hóa, thiết bị ghi dữ liệu, trạm xăng, thiết bị gia dụng, kiểm soát độ âm, y tế Sản phẩm được thể hiện như hình 2.5.

Hình 2.5 Cảm biến nhiệt độ độ dm AM2320

Cảm biến nhiệt độ độ âm AM2320 có thông số kỹ thuật như sau:

2.6 Tìm hiểu về mạch hién thị đèn LED NEOPixel WS2812

Mach hiển thị đèn LED NEOPixel WS2812 bao gồm 12 LED RGB 5050 day

đủ mau sắc giao tiếp nối tiếp qua chuẩn giao tiếp 1 wire (chỉ cần 1 cong IO dé điềukhiển nhiều đèn LED) Mạch này rất dé sử dụng với bộ thư viện hỗ trợ đi kèm Mạch

có khả năng hién thị của mỗi LED lên đến 160.000 màu và 256 cấp độ sáng khácnhau, rất phù hợp cho các ứng dụng trang trí, hiển thị: đồng hồ LED, vòng đeo tayLED, Sản phâm được thé hiện như hình 2.6

e Gửi và nhận dit liệu ở tốc độ lên tới 800Kb / giây

e Làm nổi bật LED, độ sáng màu sáng nhất quán

2.7 Tim hiểu về cảm biến chuyển động hồng ngoại SR602

Cảm biến chuyển động hồng ngoại SR602 là mô đun cảm biến hồng ngoại cơthê người bằng nhiệt điện Mô đun này có khoảng cách phát hiện lên đến 5 mét Nó

10

có thé được sử dụng cho đèn cảm biên cơ thê, báo động, an ninh Sản pham được

thé hiện như hình 2.7

Hình 2.7 Cảm biến chuyển động PIRCảm biến chuyền động PIR có thông số kỹ thuật như sau:

e_ Khoảng cách phát hiện: lên tới 5 mét, khuyến nghị 0-3,5M

e Đầu ra: mức cao H = 3,3V, mức thấp Low=0V

e Nguồn điện DC: 3.3V-15V

e Dong không tải: 20uA

2.8 Tìm hiểu về động cơ Servo SG90

Động cơ servo SG90 360 độ là loại động cơ servo phổ biến và được sử dụngnhiều nhất dé làm các mô hình nhỏ hoặc các cơ cầu kéo không cần đến lực nặng, phùhợp với mọi người, đặc biệt là học sinh, sinh viên với nhu cầu nghiên cứu, ứng dụng,học tập Động cơ có các bánh răng được làm bằng nhựa, được tích hợp sẵn Driverđiều khiển động cơ, dé dàng điều khiển góc quay bằng phương pháp điều độ rộngxung PWM Sản phẩm được thể hiện như hình 2.8

11

2.9 Chuẩn giao tiếp I2C

I2C (Inter-Integrated Circuit) là một loại bus nối tiếp hai chiều với hai dây tínhiệu được phát triển bởi hãng sản xuất linh kiện điện tử Philips (nay là hãng NXPSemiconductors) cho quá trình giao tiếp giữa các IC Truyền thông với bus I2C làquá trình truyền thông đồng bộ nối tiếp, hỗ trợ nhiều master và slave trên đườngtruyền I2C phù hợp với các ngoại vi mà sự ưu tiên về kết nối đơn giản và chi phí sảnxuất thấp quan trọng hơn là yêu cầu về tốc độ truyền [3]

I2C cho phép các thiết bị giao tiếp với nhau thông qua hai dây truyền thôngchính: dây dữ liệu (SDA - Serial Data) và dây đồng hồ (SCL - Serial Clock) DâySDA được sử dụng dé truyền dữ liệu giữa các thiết bị, day SCL được sử dụng dé đồng

bộ hóa việc truyền dữ liệu Mô hình giao thức I2C được thể hiện như hình 2.9

12

L@ SDA (Data)

+ SCL (Clock)

@— GND

Slave (N)

2.10 Chuẩn giao tiếp SPI

SPI (Serial Peripheral Interface) là một đặc diém ky thuat giao dién truyén

thông nối tiếp đồng bộ được sử dung cho truyền thông khoảng cách ngắn, chủ yếutrong các hệ thống nhúng [4] SPI cho phép truyền dữ liệu giữa một thiết bị master

và nhiều thiết bị slave qua các đường truyền đồng thời (full-duplex) và đồng bộ

(synchronous).

SPI là giao diện đồng bộ Do đó, trong bat cứ quá trình truyền nao cũng đượcđồng bộ hóa với tín hiệu xung clock, tín hiệu này sinh ra bởi thiết bị master (thiết bịchủ động) Thiết bị ngoại vi phía nhận slave (bi động) làm đồng bộ quá trình nhậnchuỗi bit với tín hiệu xung clock Thiết bi master chọn thiết bị động dé truyền dữ liệubang cach kích hoạt tín hiệu chọn chip (chip select) Thiết bị ngoại vi nếu không đượcchọn thì sẽ không tham gia vào quá trình truyền nhận Mô hình giao thức SPI được

thể hiện như hình 2.10.

Giao tiếp SPI sử dụng bốn dây chính:

e MOSI (Master Out Slave In): được dùng dé truyền dữ liệu từ master tới slave

e MISO (Master In Slave Out): được dùng dé truyén di liệu từ slave tới master

e SCLK (Serial Clock): đồng hồ được sử dụng dé đồng bộ hóa việc truyền dữ

liệu giữa master va slave

e SS (Slave Select): tín hiệu được sử dung dé chon slave nao sé thuc hién truyén

hoặc nhận dit liệu Mỗi slave có một tín hiệu SS riêng

13

2.11 Chuẩn giao tiếp UART

UART (Universal Asynchronous Receiver-Transmitter) bộ truyén nhận dữliệu nối tiếp bất đồng bộ, đây là một trong những giao thức truyền thông giữa thiết bịvới thiết bị được sử dụng nhiều nhất Giao tiếp UART được sử dụng nhiều trong cácứng dụng dé giao tiép với các module như: Wifi, Bluetooth, Xbee, module đầu đọcthé RFID với Raspberry Pi, Arduino hoặc vi điều khién khác Đây cũng là chuẩn giaotiếp thông dụng và phô biến trong công nghiệp [5]

UART sử dụng cơ chế truyền không đồng bộ trong việc truyền dữ liệu Điềunày có nghĩa là không cần một tín hiệu đồng hồ chung đề đồng bộ hoá dữ liệu truyền.Thay vào đó, nó sẽ sử dụng bit Start (bắt đầu) và bit Stop (kết thúc) đề phân biệt cácbyte dữ liệu trong quá trình truyền Mô hình giao thức UART được thể hiện như hình

2.11.

Giao tiếp UART sử dụng hai dây chính:

e TX (Transmit): dùng dé truyén dữ liệu từ thiết bị sốc (transmitter) tới thiết bị

dich (receiver)

e RX (Receive): dùng dé nhận dữ liệu từ thiết bị đích

14

2.12 Tìm hiểu về PHP

PHP (Hypertext Preprocessor) là một ngôn ngữ kịch bản có mục đích

chung hướng tới phát triển web [6] Nó là ngôn ngữ phát triển web phổ biến nhất vàđược sử dụng rộng rãi trên Internet hiện nay Khi một trình duyệt yêu cầu một trangweb được viết bang PHP, máy chủ sẽ thực thi mã PHP va sau đó tạo ra trang webtương ứng dựa trên mã đó trước khi gửi nó về cho trình duyệt hién thi

PHP là một trong những ngôn ngữ lập trình phô biến nhất hiện nay vì những

lợi ích mà nó dem lại Vê cơ bản, có 4 ưu điêm chính:

e_ Tính đơn giản và linh động: PHP sử dụng mã nguồn mở nên việc sử dụng và

cài đặt rất đễ đàng

e Cộng đồng hỗ trợ lớn: PHP là một ngôn ngữ phô biến nên sẽ có các diễn dan,

đội nhóm chuyên sâu của PHP thuộc hàng ngũ đầu của ngành

© Cơ sở dữ liệu đa dạng: PHP cho phép kết nối với các loại cơ sở dữ liệu như

SQLite, PostgreSQL, MySQL, mSQL, MS-SQL

e Thư viện phong phú: có nhiều sách hướng dẫn và các tài liệu tham khảo, cung

câp các kiên thức hữu ích cho các lập trình viên mới làm quen dân.

Mặc dù ngôn ngữ lập trình PHP rất hữu ích cho việc phát triển web, nhưng nócũng có một số nhược điểm Trong đó, hạn chế lớn nhất là lỗi bảo mật đến từ hai

nguyên do chính:

15

e Bản chất mã nguồn: do ngôn ngữ PHP có mã nguồn mở Điều này có nghĩa là

các lỗ hồng của mã nguồn sẽ bị công khai ngay sau khi chúng được phát hiệne_ Một số ứng dụng bằng ngôn ngữ PHP được thiết kế bởi những người thiếu

kinh nghiệm: do PHP phù hợp với những lập trình viên mới vào nghề nên một

số trang web và ứng dụng được phát triển bởi những lập trình viên này cũng

sẽ đem đên hiệu suât và bảo mật kém hơn

CSS (Cascading Style Sheets) là ngôn ngữ biéu định kiểu được sử dụng dé mô

tả cách trình bày tài liệu được viết bằng ngôn ngữ đánh dâu như HTML hoặc XML.CSS là công nghệ nền tang của World Wide Web , bên cạnh HTML và JavaScript

[8].

Sự kết hợp giữa HTML và CSS làm cho việc phát triển trang web trở nên linhhoạt và mạnh mẽ hơn rất nhiều HTML định nghĩa cấu trúc và nội dung của trang,CSS điều chỉnh kiêu dáng và giao diện của trang đó Bằng cách kết hợp HTML vàCSS, bạn có thé tạo ra trang web da dạng về nội dung và tùy chỉnh giao diện theo ý

muôn.

HTML là một công cụ hữu ích giúp người dùng thiết kế và tạo nội dung nhanhchóng cho trang web Nguyên nhân là do HTML sở hữu nhiều ưu điểm nổi bật như

sau:

e Kho tài nguyên không lô với một cộng đông người dùng rộng lớn

e Sử dụng mã nguồn mở nên người dùng có thé sử dụng hoàn toàn miễn phi

e Hoạt động mượt ma trên hầu hết các trình duyệt hiện nay

16

Wide Web Consortium (W3C)

Bên cạnh những uu điêm ở trên, HTML vân con tôn tại một sô nhược điêm

Chỉ áp dụng được cho web tĩnh và không có sự tương tác với người dùng Nếumuốn trang bị cho web các tính năng tự động thì cần phải sử dụng dịch vụ của

CSS có những ưu điểm sau:

Tach biệt nội dung và kiểu đáng: CSS cho phép tách riêng phần kiêu dang vànội dung của trang web Điều này giúp lập trình viên tái sử dụng mã CSS vàthay đổi giao diện của trang web một cách dễ dàng và hiệu qua

Kiểm soát giao diện linh hoạt: CSS cung cấp rất nhiều thuộc tính và lựa chọnkiểu đáng để tùy chỉnh giao diện của trang web Lập trình viên có thể điềuchỉnh màu sắc, kích thước, căn chỉnh, đường viền, hiệu ứng dé tạo ra giaodién web dep mắt và linh hoạt

17

e Tiết kiệm thời gian và tăng hiệu suất: có thé áp dụng kiểu đáng cho nhiều phan

tử cùng một lúc bằng cách sử dụng lớp (class) và bộ chon (selector), giúp tiếtkiệm thời gian viết mã và tăng hiệu suất phát triển

e Tương thích đa trình duyệt: CSS được hỗ trợ rộng rãi trên các trình duyệt web

hiện nay, đảm bảo tính tương thích và hién thị nhất quán trên nhiều nền tang

và trình duyệt khác nhau

e Dễ dàng bảo trì và chỉnh sửa: việc thay đôi kiểu dáng và giao diện của trang

web trở nên dé dàng và linh hoạt Ta có thé tách riêng phần kiểu dáng và chỉnh

sửa nhanh chóng mà không ảnh hưởng đên nội dung và câu trúc của trang web

CSS có các nhược điêm như sau:

e Khả năng hỗ trợ trình duyệt cũ: một số thuộc tính của CSS mới không được

hỗ trợ đầy đủ trên các phiên bản trình duyệt web cũ Nó thể tạo ra sự khôngtương thích và khó khăn trong việc hiên thị đồng nhất trên các trình duyệt khác

nhau

© Có thê gặp rủi ro cho định dạng Web: CSS là một trong những hệ thong dua

trên văn bản mở, vì thé việc truy cập CSS khá dé dàng Điều này sẽ khiến địnhdạng toàn bộ của trang web gặp lỗi, chịu gián đoạn khi xuất hiện những hànhđộng hoặc tai nạn xảy ra với tệp Lúc này, nó sẽ yêu cầu truy cập đọc hoặc cóthé là ghi vào trang web dự định Từ đó dé có thé ghi đè lên được các thay đổi

khác nhau

2.14 Tìm hiểu về giao thức HTTP

Giao thức truyền tải siêu văn bản(HTTP) là một giao thức lớp ứngdụng trong mô hình bộ giao thức Internet dành cho các hệ thống thông tin siêuphương tiện, cộng tác, phân tán HTTP là nền tảng giao tiếp dữ liệu cho World WideWeb, nơi các tài liệu siêu văn bản bao gồm các siêu liên kết đến các tài nguyên khác

mà người dùng có thể dễ dàng truy cập, chắng hạn như bằng cách nhấp chuột hoặc

chạm vào màn hình trong trình duyệt web [9].

18

Mô hình giao thức HTTP được thê hiện như hình 2.12.

dé truy xuất tài nguyên hoặc thực hiện các hành động Chu kỳ gồm một số bước sau:

e_ Bước 1: máy khách bat đầu một yêu cầu tới máy chủ bằng cách gửi một thông

báo yêu cầu HTTP, thông báo này sẽ chứa các thông tin như tài nguyên được

yêu câu và bât kỳ tham sô bô sung nào

e Bước 2: máy chủ nhận được thông báo yêu cầu từ máy khách và xử lý nó, sử

dụng tài nguyên của nó dé tạo thông báo phản hồi

e Bước 3: máy chủ gửi thông báo phản hồi lại về cho máy khách, thông báo này

sẽ chứa tài nguyên được yêu cầu (chang hạn như trang web) và bat kỳ thôngtin hoặc siêu dữ liệu bổ sung nào

e_ Bước 4: máy khách nhận được thông báo phản hồi và xử lý nó, thường là hiển

thị nội dung trong trình duyệt web hoặc hiển thị nội dung đó trong ứng dụng

e Bước 5: máy khách có thé bắt đầu các yêu cầu bổ sung khác tới máy chủ, lặp

lại chu trình khi cần

Giao thức HTTP có các ưu điểm sau:

19

Khả năng tương thích: HTTP được hỗ trợ rộng rãi trên hầu hết các nền tảng và

trình duyệt khác nhau, đảm bảo tính tương thích và khả năng truy cập trên

nhiều thiết bị và môi trường khác nhau

Cơ chế caching: HTTP hỗ trợ cơ chế caching, nó cho phép lưu trữ các tàinguyên trên máy khách, giảm thời gian tải trang và tăng hiệu suất truy cập

Hỗ trợ mã hóa: HTTP hé trợ các giao thức bảo mật như HTTPS, cho phép mã

hóa dữ liệu truyén tải và bảo mật thông tin của người sử dụng

Kha nang mở rộng: HTTP có khả năng mở rộng linh hoạt, nó cho phép thêm

các tiện ích và chức năng mới thông qua việc sử dụng tiêu chuẩn và tiện ích

mở rộng

Giao thức HTTP có các nhược điêm sau:

Thiếu bảo mật: phiên bản HTTP ban đầu (HTTP/1.0) không cung cấp tínhnăng bao mật mạnh mẽ, nó dé bị tan công giữa đường truyền và lộ thông tin

cá nhân

Hiệu suất hạn chế: HTTP không tối ưu cho việc truyền tải đữ liệu lớn hoặc cácứng dụng đòi hỏi tốc độ cao Phiên bản HTTP/1.1 cũng bị hạn chế về hiệu suấtkhi sử dụng nhiều kết nói tuần tự

Cham trong việc thiết lập kết nỗi: mỗi khi yêu cầu HTTP đều đòi hỏi thiết lậpkết nỗi mới, điều này có thé gây ra độ trễ trong việc tải trang và truyền tải dữ

liệu

Không hỗ trợ truyền tải dữ liệu realtime: HTTP không được thiết kế dé hỗ trợtruyền tai dữ liệu realtime như video streaming hoặc một số trò chơi trực tuyến

có yêu cầu thời gian thực

Không xử lý lỗi kết nối: HTTP không có khả năng tự động xử lý lỗi kết nốihoặc phục hồi kết nối nếu có lỗi xảy ra Do đó yêu cầu ứng dụng phải xử lý vàquản lý lỗi kết nối một cách riêng biệt

20

e Không hỗ trợ truyền tải đa phương tiện: HTTP không có hỗ trợ truyền tải đa

phương tiện như âm thanh và hình ảnh động một cách hiệu quả, dẫn đến sự

giới han trong việc hiển thị nội dung đa phương tiện trên web

e Quản lý phiên không hiệu quả: HTTP không cung cấp cơ chế quản lý phiên tự

động Do đó phải sử dụng các giải pháp bổ sung như cookie dé duy trì thông

tin phiên làm việc của người sử dụng

e Không hỗ trợ giao tiếp hai chiều: HTTP chỉ cho phép giao tiếp hai chiều giữa

client và server thông qua yêu cầu và phản hồi, nó không hỗ trợ việc truyền tải

dữ liệu đồng thời từ cả hai phía

2.15 Tìm hiểu về giao thức WebSocket

WebSocket là một giao thức truyền thông máy tính, cung cấp các kênh truyềnthông song công hoàn toàn qua một kết nối TCP [10] WebSocket tao ra kết nối liêntục giữa máy chủ và máy khách, không như giao thức HTTP truyền thống, nơi màmỗi yêu cau thì yêu cầu một kết nối mới Với WebSocket, sau khi đã thiết lập kết nốiban đầu, các thông điệp có thể được gửi và nhận theo thời gian thực qua kết nối duy

trì Mô hình giao thức WebSocket được mô tả như hình 2.13.

Hình 2.13 Mô hình giao thức WebSocket

Ở hình 2.13 là một mô hình WebSocket Tại bất cứ thời điểm nào thì phíaClient hay phía Server đều có thé truyền dit liệu cho nhau

21

WebSocket có các ưu diém sau:

Giao tiếp hai chiều: WebSocket cho phép gửi và nhận dữ liệu từ cả phía máychủ và phía máy khách, tạo ra giao tiếp hai chiều Nó cho phép các ứng dụngthực hiện các tác vụ như cập nhật dữ liệu song song, đồng bộ hóa trạng thái và

tương tác thời gian thực

Thời gian thực: WebSocket cho phép truyền tai dữ liệu trong thời gian thực

giữa máy chủ và máy khách Việc này rất hữu ích cho các ứng dụng cần đồng

bộ dữ liệu nhanh và liên tục như trò chơi trực tuyến, ứng dụng chat, cập nhật

dữ liệu trực tiếp hay thông báo tức thì

Tiết kiệm băng thông: WebSocket sử dụng một kết nối duy nhất dé truyền tải

dữ liệu, nó loại bỏ các tiêu đề không cần thiết và giúp giảm thiểu việc thiết lập

và đóng kết nói liên tục Điều này giúp tiết kiệm băng thông mạng và cải thiện

hiệu suất mạng

Tương thích và mở rộng: WebSocket hỗ trợ rộng rãi trên các trình duyệt và

các nền tảng khác nhau, cho phép việc phát triển ứng dụng đa nền tảng mộtcách dé dang Nó cũng hỗ trợ mở rộng và tùy chỉnh dé đáp ứng các yêu cầu cụthé của từng ứng dụng

Hiệu suất cao: vì WebSocket duy trì kết nối liên tục, không cần thiết lập lạikết nối mỗi lần gửi yêu cầu, nên sẽ có hiệu suất cao hơn so với giao thức HTTPtruyền thống

Tiết kiệm tài nguyên: do WebSocket sử dụng kết nối duy nhất và giảm thiểuviệc thiết lập và đóng kết nối, nó tiết kiệm tài nguyên máy chủ và mạng so vớicác phương thức truyền tải dữ liệu khác

WebSocket có các nhược điêm sau:

Hạn chế hỗ trợ trình duyệt cũ: một số trình duyệt cũ không còn hỗ trợ đầy đủgiao thức WebSocket, đòi hỏi phải sử dụng các biện pháp thay thế để hỗ trợ

WebSocket trên các trình duyệt này

22

e Tải nặng ban đầu: quá trình thiết lập kết nối WebSocket ban dau sẽ tốn nhiều

thời gian và tài nguyên, đặc biệt khi kết nối qua các tường lửa hoặc proxy.Việc này có thể làm giảm hiệu suất ban đầu của ứng dụng

© Quản lý kết nối: với các ứng dụng sử dụng nhiều kết nối WebSocket, việc quản

lý và giám sát các kết nối đó có thê trở nên phức tạp Do đó nó đòi hỏi quản lýtài nguyên và xử lý lỗi một cách cần thận dé đảm bảo 6n định của ứng dụng

e Rủi ro bảo mật: việc mở cửa số kết nối liên tục giữa máy chủ và máy khách có

thé tao ra một số rủi ro bảo mật Cần đảm bảo rằng các biện pháp bảo mật nhưxác thực, mã hóa và kiểm tra đữ liệu được triển khai một cách đúng dan déngăn chặn các cuộc tan công và xâm nhập không mong muốn

e Vấn đề tương thích ngược: một số cấu trúc mạng và công chuyền tiếp có thé

sẽ không tương thích hoặc không hỗ trợ giao thức WebSocket Điều này sẽlàm giảm tính khả dụng của ứng dụng trong môi trường mạng cụ thể

2.16 Tìm hiểu về giao thức ESP-NOW

ESP-NOW là một giao thức truyền thông không dây được xác định bởi

Espressif, cho phép điều khiến trực tiếp, nhanh chóng và tiêu tốn ít năng lượng của

các thiết bị thông minh mà không cần bộ định tuyến ESP-NOW có thể hoạt động với

WiFi và Bluetooth LE, đồng thời hỗ trợ các dòng SoC ESP8266, ESP32, ESP32-S vàESP32-C Nó được sử dụng rộng rãi trong các thiết bị gia dụng thông minh, điềukhiến từ xa, cảm biến [11]

ESP-NOW hoạt động trên cùng tần số WiFi nhưng nó không cần kết nối vớimột điểm truy cập trung gian Thay vào đó, nó thiết lập một liên kết trực tiếp giữa haihoặc nhiều thiết bị, giúp giảm thiểu độ trễ và tăng tính ôn định

Ở hình 2.14, chúng ta thấy các board ESP32 có thế kết nói hai chiều với tất cả

các board ESP32 khác mà không cần kết nối WiFi Một board ESP32 có thé truyềnnhận đữ liệu cho tất cả các board ESP32 khác và ngược lại

23

Hình 2.14 Mô hình giao thức ESP-NOW

2.17 Tìm hiểu về thư viện nhận dạng khuôn mặt Face-api.js

Thư viện Face-api.js là một thư viện JavaScript mã nguồn mở mạnh mẽ và dễ

sử dụng dé nhận dạng khuôn mặt và phân tích các thuộc tính khuôn mặt có trong ảnh

và video Nó được phát triển bởi Vincent Mihler và được xây dựng trên

TensorFlow.js, một thư viện học máy dựa trên web.

Thư viện Face-api.js có một số thông số và tinh năng quan trọng khác như sau:

e_ Các tính năng nhận dạng khuôn mặt: Face-api.js cung cấp các tính năng

như nhận dạng khuôn mặt, phân tích các điểm đặt trên khuôn mặt, nhậndạng và so sánh khuôn mặt, đánh dấu và theo dõi khuôn mặt trong video

e Hỗ trợ đa nên tảng: Face-api.js được xây dựng trên TensorFlow.js, nó cho

phép nó hoạt động trên nhiều nền tảng web, bao gồm cả trình duyệt và môi

trường Node.js

e Hiệu suất cao: thư viện Face-api.js được tối ưu dé chạy hiệu quả và nhanh

chóng trên trình duyệt và môi trường Node.js Các thuật toán nhận dạng

khuôn mặt đã được tối ưu hóa để cung cấp hiệu suất cao, đồng thời vẫnđảm bảo chất lượng và độ chính xác

24