Đồ án hệ thống giám sát môi trường ứng dụng AWS iot và raspberry pi 3

Đồ án hệ thống giám sát môi trường ứng dụng AWS iot và raspberry pi 3, Đồ án hệ thống giám sát môi trường ứng dụng AWS iot và raspberry pi 3,Đồ án hệ thống giám sát môi trường ứng dụng AWS iot và raspberry pi 3,Đồ án hệ thống giám sát môi trường ứng dụng AWS iot và raspberry pi 3,Đồ án hệ thống giám sát môi trường ứng dụng AWS iot và raspberry pi 3

Hà Nội, 5/2018

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

VIỆN ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG

Đánh giá quyển đồ án tốt nghiệp (Dùng cho giảng viên hướng dẫn)

Giảng viên đánh giá:

Họ và tên Sinh viên: MSSV:………

Tên đồ án:

………

Chọn các mức điểm phù hợp cho sinh viên trình bày theo các tiêu chí dưới đây:

Rất kém (1); Kém (2); Đạt (3); Giỏi (4); Xuất sắc (5)

Có sự kết hợp giữa lý thuyết và thực hành (20)

1

Nêu rõ tính cấp thiết và quan trọng của đề tài, các vấn đề và các giả

thuyết (bao gồm mục đích và tính phù hợp) cũng như phạm vi ứng

2 Cập nhật kết quả nghiên cứu gần đây nhất (trong nước/quốc tế) 1 2 3 4 5

3 Nêu rõ và chi tiết phương pháp nghiên cứu/giải quyết vấn đề 1 2 3 4 5

4 Có kết quả mô phỏng/thưc nghiệm và trình bày rõ ràng kết quả đạtđược 1 2 3 4 5

Có khả năng phân tích và đánh giá kết quả (15)

5 Kế hoạch làm việc rõ ràng bao gồm mục tiêu và phương pháp thựchiện dựa trên kết quả nghiên cứu lý thuyết một cách có hệ thống 1 2 3 4 5

6 Kết quả được trình bày một cách logic và dễ hiểu, tất cả kết quả đềuđược phân tích và đánh giá thỏa đáng. 1 2 3 4 5

7 Trong phần kết luận, tác giả chỉ rõ sự khác biệt (nếu có) giữa kếtquả đạt được và mục tiêu ban đầu đề ra đồng thời cung cấp lập luận

để đề xuất hướng giải quyết có thể thực hiện trong tương lai

1 2 3 4 5

Kỹ năng viết (10)

8

Đồ án trình bày đúng mẫu quy định với cấu trúc các chương logic

và đẹp mắt (bảng biểu, hình ảnh rõ ràng, có tiêu đề, được đánh số

thứ tự và được giải thích hay đề cập đến trong đồ án, có căn lề, dấu

cách sau dấu chấm, dấu phẩy v.v), có mở đầu chương và kết luận

chương, có liệt kê tài liệu tham khảo và có trích dẫn đúng quy định

1 2 3 4 5

9 Kỹ năng viết xuất sắc (cấu trúc câu chuẩn, văn phong khoa học, lậpluận logic và có cơ sở, từ vựng sử dụng phù hợp v.v.) 1 2 3 4 5

Thành tựu nghiên cứu khoa học (5) (chọn 1 trong 3 trường hợp)

10a

Có bài báo khoa học được đăng hoặc chấp nhận đăng/đạt giải

SVNC khoa học giải 3 cấp Viện trở lên/các giải thưởng khoa học

(quốc tế/trong nước) từ giải 3 trở lên/ Có đăng ký bằng phát minh

sáng chế

5

10b

Được báo cáo tại hội đồng cấp Viện trong hội nghị sinh viên

nghiên cứu khoa học nhưng không đạt giải từ giải 3 trở lên/Đạt

giải khuyến khích trong các kỳ thi quốc gia và quốc tế khác về

chuyên ngành như TI contest

2

10c Không có thành tích về nghiên cứu khoa học 0

Điểm tổng quy đổi về thang 10

3 Nhận xét thêm của Thầy/Cô (giảng viên hướng dẫn nhận xét về thái độ và tinh thần làm việc của sinh viên)

Ngày: / /201 Người nhận xét

(Ký và ghi rõ họ tên)

Đánh giá quy n đ án t t nghi p ển đồ án tốt nghiệp ồ án tốt nghiệp ốt nghiệp ệp (Dùng cho cán b ph n bi n) ộ phản biện) ản biện) ệp

Giảng viên đánh giá:

Họ và tên Sinh viên: MSSV:………

Tên đồ án:

………

Chọn các mức điểm phù hợp cho sinh viên trình bày theo các tiêu chí dưới đây:

Rất kém (1); Kém (2); Đạt (3); Giỏi (4); Xuất sắc (5)

Có sự kết hợp giữa lý thuyết và thực hành (20)

1 Nêu rõ tính cấp thiết và quan trọng của đề tài, các vấn đề và các giảthuyết (bao gồm mục đích và tính phù hợp) cũng như phạm vi ứng

dụng của đồ án

1 2 3 4 5

2 Cập nhật kết quả nghiên cứu gần đây nhất (trong nước/quốc tế) 1 2 3 4 5

3 Nêu rõ và chi tiết phương pháp nghiên cứu/giải quyết vấn đề 1 2 3 4 5

4 Có kết quả mô phỏng/thưc nghiệm và trình bày rõ ràng kết quả đạtđược 1 2 3 4 5

Có khả năng phân tích và đánh giá kết quả (15)

5 Kế hoạch làm việc rõ ràng bao gồm mục tiêu và phương pháp thực

hiện dựa trên kết quả nghiên cứu lý thuyết một cách có hệ thống 1 2 3 4 5

6 Kết quả được trình bày một cách logic và dễ hiểu, tất cả kết quả đều

7

Trong phần kết luận, tác giả chỉ rõ sự khác biệt (nếu có) giữa kết

quả đạt được và mục tiêu ban đầu đề ra đồng thời cung cấp lập luận

để đề xuất hướng giải quyết có thể thực hiện trong tương lai

1 2 3 4 5

Kỹ năng viết (10)

8

Đồ án trình bày đúng mẫu quy định với cấu trúc các chương logic

và đẹp mắt (bảng biểu, hình ảnh rõ ràng, có tiêu đề, được đánh số

thứ tự và được giải thích hay đề cập đến trong đồ án, có căn lề, dấu

cách sau dấu chấm, dấu phẩy v.v), có mở đầu chương và kết luận

chương, có liệt kê tài liệu tham khảo và có trích dẫn đúng quy định

1 2 3 4 5

9 Kỹ năng viết xuất sắc (cấu trúc câu chuẩn, văn phong khoa học, lậpluận logic và có cơ sở, từ vựng sử dụng phù hợp v.v.) 1 2 3 4 5

Thành tựu nghiên cứu khoa học (5) (chọn 1 trong 3 trường hợp)

10a

Có bài báo khoa học được đăng hoặc chấp nhận đăng/đạt giải

SVNC khoa học giải 3 cấp Viện trở lên/các giải thưởng khoa học

(quốc tế/trong nước) từ giải 3 trở lên/ Có đăng ký bằng phát minh

sáng chế

5

10b

Được báo cáo tại hội đồng cấp Viện trong hội nghị sinh viên

nghiên cứu khoa học nhưng không đạt giải từ giải 3 trở lên/Đạt

giải khuyến khích trong các kỳ thi quốc gia và quốc tế khác về

chuyên ngành như TI contest

2

10c Không có thành tích về nghiên cứu khoa học 0

Điểm tổng quy đổi về thang 10

3 Nhận xét thêm của Thầy/Cô

Ngày: / /201 Người nhận xét

(Ký và ghi rõ họ tên)

LỜI NÓI ĐẦU

Với sự phát triển ngày càng nhanh chóng của công nghệ, Internet of Thingstrí tuệ nhân tạo (AI) và Big Data đã đang và sẽ là nòng cốt cho cuộc cách mạngcông nghiệp 4.0 Các nghiên cứu, ứng dụng các công nghệ này vào cuộc sống ngàycàng trở nên đa dạng hơn, mở ra nhiều hướng nghiên cứu chuyên sâu vào từng lĩnhvực ứng dụng đặc thù với những đặc trưng riêng

Đời sống con người phát triển, nhu cầu về việc kết nối tập trung các thiết

bị, cập nhật trạng thái theo thời gian thực ngày càng tăng cao Điều này đã thúc đẩy

sự phát triển của IoT

Trong nội dung môn học Đồ án tốt nghiệp này, em xin chọn tìm hiểu về

“IoT Gateways” Cụ thể, em sẽ tìm hiểu các nội dung tổng quan về IoT và đi sâutìm hiểu hạ tầng điện toán đám mây AWS IoT, phục vụ thiết kế một hệ thống giámsát môi trường với hạ tầng này

Em xin chân thành cảm ơn PGS.TS đã tận tâm hướng dẫn chúng em quatừng tuần, thảo luận về đề tài trong quá trình em tìm hiểu và thực hiện đề tài này.Mặc dù đã được thầy chỉ bảo và bản thân đã cố gắng nhưng chắc chắn không tránhkhỏi những thiếu sót Em rất mong nhận được những ý kiến đóng góp của thầy để

đề tài được hoàn thiện khi em thưc hiện Đồ án tốt nghiệp

Một lần nữa, em xin chân thành cảm ơn thầy

MỤC LỤC

LỜI NÓI ĐẦU 8

MỤC LỤC 9

DANH SÁCH HÌNH VẼ 11

TÓM TẮT ĐỒ ÁN 13

NỘI DUNG 14

Chương 1 Tổng quan 14

1.1 Đặt vấn đề 15

1.2 Mục tiêu đạt được 16

1.3 Kết luận 16

Chương 2 Kiến trúc nền tảng IoT 17

2.1 Các thành phần cấu tạo nên IoT 17

2.1.1 Kết nối và đồng bộ hóa 17

2.1.2 Quản lý thiết bị 17

2.1.3 Cơ sở dữ liệu 18

2.1.4 Quản lý và xử lý hoạt động 18

2.1.5 Phân tích 18

2.1.6 Dữ liệu trực quan 18

2.1.7 Công cụ bổ sung 18

2.1.8 Các giao diện bên ngoài 18

2.2 Các loại nền tảng IoT 19

2.2.1 Connectivity/M2M platforms 19

2.2.2 IaaS backends 19

2.2.3 Hardware-specific software platforms 19

2.2.4 Consumer/Enterprise software extensions 19

2.3 Kết luận 20

Chương 3 Điện toán đám mây AWS IoT 21

3.1 Các thành phần của AWS IoT 21

3.1.1 Device gateway 21

3.1.2 Message broker 21

3.1.3 Rules engine 21

3.1.4 Security and Identity service 21

3.1.5 Registry 21

3.1.5 Group registry 22

3.1.6 Device shadow 22

3.1.7 Device Shadow service 22

3.1.8 Device Provisioning service 22

3.1.9 Custom Authentication service 22

3.1.10 Jobs Service 22

3.2 Hoạt động của AWS IoT 23

3.3 Kết luận 24

Chương 4 Tìm hiểu về các thành phần sử dụng trong hệ thống 25

4.1 Máy tính Raspberry Pi 3 Model B 25

4.1.1 Giới thiệu về máy tính nhúng Raspberry Pi 25

4.1.2 Đặc điểm, tính năng của Raspberry Pi 3 Model B 26

4.1.3 Sơ đồ chân GPIO Raspberry Pi 3 Model B 28

4.2 Module cảm biến nhiệt độ độ ẩm DHT11 29

4.2.1 Đặc điểm, tính năng của Module DHT11 29

4.2.2 Cách thức truyền dữ liệu 29

4.3 Module Camera cho Raspberry Pi V2 30

4.3.1 Đặc điểm, tính năng của Module Camera cho Raspberry Pi V2 30

4.4 Các công cụ phần mềm cần sử dụng 32

4.4.1 PuTTY 32

4.4.2 VNC Viewer 33

4.4.3 Advanced IP Scanner 33

4.5 Kết luận 33

Chương 5 Thực hiện hệ thống 34

5.1 Thiết kế sơ đồ khối hệ thống 34

5.1.1 Sơ đồ khối hệ thống 34

5.1.2 Chi tiết các khối 34

5.2 Cài đặt hệ điều hành và kết nối để điều khiển Raspberry Pi 35

5.2.1 Cài đặt hệ điều hành 35

5.2.2 Kết nối để điều khiển Raspberry Pi từ máy tính Windows 36

5.3 Đọc dữ liệu từ cảm biến DHT11 và gửi lên Cloud 42

5.3.1 Kết nối DHT11 với Raspberry Pi 42

5.3.2 Tạo Cefiticate trên AWS 42

5.3.3 Đọc dữ liệu từ cảm biến và gửi lên cloud 46

5.4 Stremming video từ camera lên Cloud 48

5.4.1 Kết nối Module Camera với Raspberry Pi 48

5.4.2 Tạo luồng Stream trên Kinesis AWS 50

5.4.3 Cài đặt Kinesis video streams SDK và stream video lên Cloud 54

5.5 Hoạt động của hệ thống thực tế 60

5.5.1 Chức năng đo nhiệt độ, độ ẩm và gửi thông số lên cloud 60

5.5.2 Chức năng stream video lên cloud 61

5.6 Kết luận 61

KẾT LUẬN CHUNG 62

TÀI LIỆU THAM KHẢO 63

DANH SÁCH HÌNH VẼ

Hình 1.1 S đ kh i ho t đ ng c a h th ng giám sát môi trơ đồ khối hoạt động của hệ thống giám sát môi trường ồ khối hoạt động của hệ thống giám sát môi trường ối hoạt động của hệ thống giám sát môi trường ạt động của hệ thống giám sát môi trường ộng của hệ thống giám sát môi trường ủa hệ thống giám sát môi trường ệ thống giám sát môi trường ối hoạt động của hệ thống giám sát môi trường ường.ng 16

Hình 2.1 Các thành ph n c a m t n n t ng IoT.ần của một nền tảng IoT ủa hệ thống giám sát môi trường ộng của hệ thống giám sát môi trường ền tảng IoT ảng IoT .17

Hình 2.2 Minh h a ho t đ ng c a IoT.ọa hoạt động của IoT ạt động của hệ thống giám sát môi trường ộng của hệ thống giám sát môi trường ủa hệ thống giám sát môi trường .19

Hình 3.1 S đ kh i ho t đ ng c a h t ng AWS IoT.ơ đồ khối hoạt động của hệ thống giám sát môi trường ồ khối hoạt động của hệ thống giám sát môi trường ối hoạt động của hệ thống giám sát môi trường ạt động của hệ thống giám sát môi trường ộng của hệ thống giám sát môi trường ủa hệ thống giám sát môi trường ạt động của hệ thống giám sát môi trường ần của một nền tảng IoT .23

Hình 4.1 C u trúc ph n c ng Raspberry Pi 3 Model B.ấu trúc phần cứng Raspberry Pi 3 Model B ần của một nền tảng IoT ứng Raspberry Pi 3 Model B .26

Hình 4.2 S đ chân GPIO Raspberry Pi 3 Model B.ơ đồ khối hoạt động của hệ thống giám sát môi trường ồ khối hoạt động của hệ thống giám sát môi trường .28

Hình 4.3 C m bi n nhi t đ , đ m DHT11.ảng IoT ến nhiệt độ, độ ẩm DHT11 ệ thống giám sát môi trường ộng của hệ thống giám sát môi trường ộng của hệ thống giám sát môi trường ẩm DHT11 .29

Hình 4.4 Module Camera cho Raspberry Pi V2 31

Hình 5.1 S đ kh i h th ng.ơ đồ khối hoạt động của hệ thống giám sát môi trường ồ khối hoạt động của hệ thống giám sát môi trường ối hoạt động của hệ thống giám sát môi trường ệ thống giám sát môi trường ối hoạt động của hệ thống giám sát môi trường .34

Hình 5.2 Format th nh ẻ nhớ ớ .35

Hình 5.3 Ghi file ISO lên th nh ẻ nhớ ớ .36

Hình 5.4 Kích ho t SSH trên Raspberry Pi.ạt động của hệ thống giám sát môi trường .36

Hình 5.5 K t n i m ng cho Raspberry Pi.ến nhiệt độ, độ ẩm DHT11 ối hoạt động của hệ thống giám sát môi trường ạt động của hệ thống giám sát môi trường .37

Hình 5.6 Scan IP 38

Hình 5.7 PuTTY 38

Hình 5.8 Thi t l p c ng đi u khi n.ến nhiệt độ, độ ẩm DHT11 ập cổng điều khiển ổng điều khiển ền tảng IoT ển .39

Hình 5.9 Đăng nh p vào Raspbian.ập cổng điều khiển .39

Hình 5.10 Kích ho t VNC serverạt động của hệ thống giám sát môi trường .40

Hình 5.11 Đăng nh p vào Raspbian trên VNC server.ập cổng điều khiển .41

Hình 5.12 Giao di n đ h a đi u khi n Raspberryy Pi b ng VNC server.ệ thống giám sát môi trường ồ khối hoạt động của hệ thống giám sát môi trường ọa hoạt động của IoT ền tảng IoT ển ằng VNC server .41

Hình 5.13 S đ k t n i Raspberry Pi 3 và DHT11.ơ đồ khối hoạt động của hệ thống giám sát môi trường ồ khối hoạt động của hệ thống giám sát môi trường ến nhiệt độ, độ ẩm DHT11 ối hoạt động của hệ thống giám sát môi trường .42

Hình 5.14 Truy c p AWS IoT Console.ập cổng điều khiển .43

Hình 5.15 Creat a certificate 43

Hình 5.16 Download và l u các file key.ư 43

Hình 5.17 Create a policy 44

Hình 5.18 Thi t l p thông s cho Policy.ến nhiệt độ, độ ẩm DHT11 ập cổng điều khiển ối hoạt động của hệ thống giám sát môi trường .44

Hình 5.19 Attach policy 45

Hình 5.20 Cài đ t AWS IoT Python SDK.ặt AWS IoT Python SDK .46

Hình 5.21 Chươ đồ khối hoạt động của hệ thống giám sát môi trường.ng trình đ c d li u và g i lên Cloud ho t đ ng.ọa hoạt động của IoT ữ liệu và gửi lên Cloud hoạt động ệ thống giám sát môi trường ửi lên Cloud hoạt động ạt động của hệ thống giám sát môi trường ộng của hệ thống giám sát môi trường .47

Hình 5.22 Camera Port trên Raspberry Pi 48

Hình 5.23 Raspberry Pi Configuration 49

Hình 5.24 Enabled Camera trên Raspberry Pi 49

Hình 5.25 Truy c p Kinesis video streams.ập cổng điều khiển .50

Hình 5.26 Creat Kinesis video stream 50

Hình 5.27 Truy c p vào IAM.ập cổng điều khiển .51

Hình 5.28 Add user 51

Hình 5.29 Create Policy 52

Hình 5.30 Policy đã được tạo thành công ạt động của hệ thống giám sát môi trường.c t o thành công 53

Hình 5.31 Attach Policy và User 53

Hình 5.32 User được tạo thành công ạt động của hệ thống giám sát môi trường.c t o thành công 53

Hình 5.33 Thi t l p đ Camera ho t đ ng.ến nhiệt độ, độ ẩm DHT11 ập cổng điều khiển ển ạt động của hệ thống giám sát môi trường ộng của hệ thống giám sát môi trường .54

Hình 5.34 Cài đ t Git.ặt AWS IoT Python SDK .54

Hình 5.35 Cài đ t Java.ặt AWS IoT Python SDK .55

Hình 5.36 Thi t l p môi trến nhiệt độ, độ ẩm DHT11 ập cổng điều khiển ường.ng Java 55

Hình 5.37 Cài đ t Cmake.ặt AWS IoT Python SDK .56

Hình 5.38 Download SDK 57

Hình 5.39 Biên d ch SDK.ịch SDK .57

Hình 5.40 Chươ đồ khối hoạt động của hệ thống giám sát môi trường.ng trình Stream Video t Camera lên Cloud ho t đ ng.ừ Camera lên Cloud hoạt động ạt động của hệ thống giám sát môi trường ộng của hệ thống giám sát môi trường .58

Hình 5.41 Thanh công c đi u khi n lu ng Stream.ụ điều khiển luống Stream ền tảng IoT ển ối hoạt động của hệ thống giám sát môi trường .59

Hình 5.42 H th ng th c t ệ thống giám sát môi trường ối hoạt động của hệ thống giám sát môi trường ực tế ến nhiệt độ, độ ẩm DHT11 .60

Hình 5.43 C a s Terminal đ c d li u c m bi n và g i lên Cloud.ửi lên Cloud hoạt động ổng điều khiển ọa hoạt động của IoT ữ liệu và gửi lên Cloud hoạt động ệ thống giám sát môi trường ảng IoT ến nhiệt độ, độ ẩm DHT11 ửi lên Cloud hoạt động .60

Hình 5.44 D li u g i lên đữ liệu và gửi lên Cloud hoạt động ệ thống giám sát môi trường ửi lên Cloud hoạt động ược tạo thành công.c truy c p trên Cloud.ập cổng điều khiển .61

Hình 5.45 Xem Stream trên Web 61

TÓM TẮT ĐỒ ÁN

Thiết kế hệ thống giám sát môi trường ứng dụng AWS IoT và Raspberry Pivới các chức năng:

 Đo đạc và gửi các thông số môi trường (nhiệt độ, độ ẩm) lên Cloud

 Stream video lên Cloud

Tóm tắt nội dung các chương:

 Chương 1: Tổng quan

Nội dung chương này trình bày về vấn đề được đặt ra, mục tiêu mongmuốn đạt được của đồ án

 Chương 2: Kiến trúc nền tảng IoT

Nội dung chương này trình bày lý thuyết về nền tảng IoT gồm có: cácthành phần cấu tạo nên IoT và các loại nền tảng IoT

 Chương 3 Điện toán đám mây AWS IoT

Nội dung chương này giới thiệu về nền tảng điện toán đám mây AWSIoT: các thành phần của AWS IoT, hoạt động của AWS IoT

 Chương 4 Tìm hiểu về các thành phần sử dụng trong hệ thống

Nội dung chương này trình bày về thiết bị phần cứng và các công cụphần mềm sử dụng để thực hiện hệ thống

 Chương 5 Thực hiện hệ thống

Nội dung chương này trình bày quá trình xây dựng và kiểm thử chứcnăng của hệ thống

NỘI DUNG

Chương 1 Tổng quan

Trong suốt quá trình lịch sử phát triển của xã hội loài người, những cuộccách mạng công nghiệp có vai trò vô cùng quan trọng, chúng là những bước ngoặtlàm thay đổi hoàn toàn phương thức sản xuất, thay đổi cuộc sống của con người

theo hướng hiện đại hơn.Những ngày gần đây, khái niệm “Cách mạng công nghiệp

4.0” liên tục xuất hiện trên các phương tiện truyền thông, từ các báo đài cho đến các

mạng xã hội

Tại sao lại gọi là “Cách mạng công nghiệp 4.0”?

Năm 1784,James Watt đã cải tiến thành công động cơ hơi nước và đó là nềntảng cho cuộc cách mạng công nghiệp đầu tiên trên thế giới khi con người dần thaythế các biện pháp sản xuất thủ công sang sử dụng máy móc Điều này đã mang đếnnăng suất lao động mà xã hội loài người chưa bao giờ được chứng kiến Năm 1870,động cơ điện được phát minh với hiệu suất cao hơn rất nhiều so với động cơ hơinước, điều này đã dẫn tới cuộc cách mạng công nghiệp lần thứ hai khi mà điện năngđược đưa vào sử dụng rộng rãi trong sinh hoạt và sản xuất, mang lại cho con ngườirất nhiều tiện nghi, xã hội loài người từ đây có những bước tiến vượt bậc Gần 100năm sau đó, cuộc cách mạng công nghiệp lần thứ 3 đã xảy ra khi con người phátminh ra bóng bán dẫn thay thế cho đèn điện tử Phát minh ra bóng bán dẫn là tiền đề

để con người liên tục cải tiến các thiết bị điện tử Máy tính cá nhân, mạng Internet,Smartphone lần lượt ra đời làm cuộc sống của con người thay đổi với tốc độ chóngmặt Tự động hóa, công nghệ thông tin được áp dụng vào sản xuất mang đến hiệuquả lao động rất cao Cuộc cách mạng công nghiệp 4.0 thực chất là sự kế thừanhững công nghệ con người đã có được từ cuộc cách mạng công nghiệp lần thứ 3nhưng nó sẽ đẩy mạnh sự giao tiếp giữa các thiết bị hơn nữa, kết hợp các công nghệlại với nhau IoT cùng với trí tuệ nhân tạo (AI) và Big Data sẽ là ba mũi nhọn củacuộc cách mạng 4.0 này

IoT là gì?

“Internet of Things (IoT) là một kịch bản của thế giới, khi mà mỗi đồ vật, 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 tiếp giữa người với người, hay người với máy tính IoT

đã phát triển từ sự hội tụ của công nghệ không dây, công nghệ vi cơ điện tử và Internet.”

Thực chất khái niệm IoT đã có từ lâu tuy nhiên thời gian gần đây với sựbùng nổ của mạng Internet, các công nghệ kết nối không dây thì IoT mới phát triển

và thực sự len lỏi vào mọi khía cạnh của đời sống con người, hứa hẹn cho một thếgiới mà mọi vật đều được kết nối với nhau, mang lại năng suất lao động cao cũngnhư cải thiện cuộc sống của con người

1.1 Đặt vấn đề

Giám sát môi trường là các hoạt động thu thập các số liệu về môi trường nhưnhiệt độ, độ ẩm, nồng độ các chất… để từ đó có thể đưa ra những đánh giá về tácđộng của môi trường đối với con người cũng như của con người đối với môi trường,đưa ra những dự báo để con người đối phó với những thay đổi của môi trường.Việc thu thập các số liệu này phải thực hiện bằng các phép đo lường Tuy nhiên, cácphép đo lường đơn (đo lường một lần) hoặc việc đo lường cách quãng được thựchiện trực tiếp bởi con người không thể mang lại số mẫu đủ lớn để thực hiện nhữngcông tác đánh giá, dự đoán Điều này dẫn đến yêu cầu về một thiết bị điện tử chophép thực hiện các phép đo một cách tự động, liên tục, thay thế con người thu thậpcác số liệu này Với xu hướng Internet of Thing như hiện nay thì các thiết bị nàykhông chỉ làm công việc đo lường thu thập các số liệu mà còn phải kết nối vớimạng Internet, truyền các số liệu này lên đám mây (Cloud) để người sử dụng có thểtruy cập vào và làm việc các dữ liệu này từ những địa điểm khác, cách xa khu vựcđược đo đạc

Các mạch điện tử kết nối với cách mạng thực hiện việc đo đạc và truyềnnhận số liệu không phải là khái niệm mới Các hệ thống M2M (Machine toMachine) cổ điển đã thực hiện điều này trong suốt những thập kỷ vừa qua Tuynhiên, theo thời hạn các hệ thống này đã bộc lộ những điểm yếu của mình, khôngđáp ứng được sự phát triển của công nghệ như:

 Phải tạo ra các hạ tầng mạng chuyên dụng cho mỗi loại thiết bị dẫnđến sự hạn chế trong việc trao đổi thông tin giữa các thiết bị khácnhau, không tận dụng được tối đa lợi ích của hạ tầng mạng

 Mỗi thiết bị chỉ thực hiện được việc đo đạc các số liệu nhất định, dẫnđến khi có yêu cầu cần đo đạc thêm các thông số khác thì rất khó đểtích hợp thêm vào hệ thống những chức năng mới

 Không tận dụng được hết các dữ liệu do các thiết bị tạo ra

IoT khắc phục tất cả những điểm yếu này của các hệ thống M2M kiểu cổđiển với việc tìm kiếm, kết nối những thứ mà chúng ta tương tác vào Internet, thậmchí cả những thứ mà chúng thường không được kết nối vào mạng (network) IoT tậndụng các IP đã tồn tại trên mạng thay vì tạo ra các hạ tầng mạng chuyên dụng nhưcách làm thế hệ hiện tại của M2M, vì vậy chúng tạo ra một mạng lưới toàn cầu củacác thiết bị (Things) Và một Cloud được tạo ra sẽ là nơi lưu trữ một lượng lớnthông tin, xử lý trích xuất cho con người những dữ liệu có giá trị nhất Tuy nhiên,IoT cũng đặt ra một thử thách đó là kết nối các thiết bị vào mạng khi mà có quánhiều IoT node có giới hạn về bộ nhớ, khả năng lưu trữ và tính toán và không thểkết nối đến IP network một cách trực tiếp

Tạo ra IoT Gateways với khả năng làm cầu nối cho các thiết bị và mạng IPđang chính là vấn đề cần giải quyết để có thể tiến tới Internet of Things

1.2 Mục tiêu đạt được

Thiết kế một IoT Gateway phục vụ hệ thống giám sát môi trường với cácchức năng:

 Kết nối với IoT Cloud

 Kết nối với các thiết bị như cảm biến nhiệt độ, độ ẩm, camera

 Thực hiện việc giao tiếp, truyền dữ liệu từ cảm biến lên Cloud Cụ thể

ở đây là gửi các thông số như nhiệt độ, độ ẩm lên Cloud, streamminghình ảnh từ camera lên web

 Cho phép người sử dụng có thể truy cập và sử dụng các dữ liệu này

 Theo dõi tình hình thời tiết (nhiệt độ, độ ẩm)

 Ứng dụng làm hệ thống cảnh báo cháy VD: khi nhiệt độ cao và độ

ẩm thấp, thiết bị có thể phát cảnh báo cháy bằng tín hiệu hoặc gửi lênweb cảnh báo Kèm theo đó là hình ảnh cụ thể được streamming, giúpđánh giá chính xác tình hình Có thể sử dụng trong các cửa hàng, cáckhu vực dễ xảy ra cháy nổ, các khu vực rừng vào mùa khô,…

 Có thể ứng dụng trong nông nghiệp, theo dõi điều khiển các thiết bị

để duy trì điều kiện nhiệt độ độ ẩm đảm bảo cho cây trồng, vật nuôiluôn có điều kiện phát triển tốt nhất, tăng năng suất cho việc sản xuất

 Kết hợp hệ thống với một UAV, ta sẽ có một flycam với chức nănggiám sát môi trường Khi đó hệ thống không chỉ hoạt động tại một địađiểm cố định mà có thể thay đổi tùy theo ý muốn của người sử dụng

Chương 2 Kiến trúc nền tảng IoT

Trong chương này ta xem xét các lý thuyết cơ bản về IoT, các thành phầncấu tạo nên IoT, vai trò của chúng trong IoT và các loại nền tảng IoT

2.1 Các thành phần cấu tạo nên IoT

Quản lý thiết bị Kết nối vào đồng bộ hóa

Hình 2.2 Các thành ph n c a m t n n t ng IoT ần của một nền tảng IoT ủa hệ thống giám sát môi trường ộng của hệ thống giám sát môi trường ền tảng IoT ảng IoT.

Một nền tảng IoT đơn giản có thể chỉ cho phép kết nối giữa “sự vật” hoặc thiết bị Kiến trúc cũng có thể bao gồm một nền tảng phần mềm, một nền tảng phát triển ứng dụng hoặc một nền tảng phân tích Tuy nhiên xét trên tổng thể thì một hệ thống IoT hiện đại bao gồm 8 thành phần quan trọng:

2.1.1 Kết nối và đồng bộ hóa

Thành phần này là tác nhân và thư viện để đảm bảo sự kết nối cho các thiết

bị và cơ sở dữ liệu, có chức năng tích hợp đồng bộ các giao thức khác nhau và cácđịnh dạng dữ liệu khác nhau vào một giao diện “phần mềm” đảm bảo việc truyền dữliệu chính xác và tương tác với tất cả các thiết bị

2.1.3 Cơ sở dữ liệu

Đây là thành phần được coi quan trọng nhất của một nền tảng IoT, là nơi lưutrữ tất cả dữ liệu cho hệ thống Ngoài lưu trữ dữ liệu quan trọng của thiết bị, nó phải

có khả năng mở rộng đáp ứng các yêu cầu cho các cơ sở dữ liệu dựa trên đám mây

Cơ sở dữ liệu cần đáp ứng được yêu cầu mở rộng không gian lưu trữ, sự đa dạng,vận tốc và độ tin cậy của dữ liệu

2.1.4 Quản lý và xử lý hoạt động

Thành phần này quy định các hành động của hệ thống dựa vào dữ liệu từcảm biến và dữ liệu thiết bị (theo thời gian thực) dựa trên nguyên tắc Event-Action-Triggers

2.1.5 Phân tích

Đây chính là những thuật toán cho việc tính toán nâng cao và tự học của hệthống, có thể coi là bộ não của nền tảng IoT Thành phần này có chức năng thựchiện hàng loạt các phân tích phức tạp từ việc phân cụm dữ liệu cơ bản và khả năng

tự học để tự phân tích, dự đoán, trích xuất những dữ liệu giá trị nhất trong luồng dữliệu IoT

2.1.6 Dữ liệu trực quan

Đây là công cụ cho phép con người xem xét các mẫu và quan sát các xuhướng từ bảng điều khiển trực quan, nơi dữ liệu được miêu tả sinh động qua biểu đồđường thẳng, hình họa mô phỏng

2.1.7 Công cụ bổ sung

Thành phần này cho phép các nhà phát triển IoT thử nghiệm và trước khi đưasản phẩm ra thị trường với các trường hợp sử dụng được biểu diễn trên hệ sinh thái

mô phỏng dùng để hiển thị, quản lý và kiểm soát thiết bị kết nối

2.1.8 Các giao diện bên ngoài

Đây là nơi cho phép tích hợp với các hệ thống của bên thứ ba và phần còn lạicủa hệ thống CNTT thông qua các giao diện lập trình ứng dụng (API), các bộ pháttriển phần mềm (SDK) và các Gateways

Hình 2.3 Minh h a ho t đ ng c a IoT ọa hoạt động của IoT ạt động của hệ thống giám sát môi trường ộng của hệ thống giám sát môi trường ủa hệ thống giám sát môi trường.

2.2.2 IaaS backends

Nền tảng dịch vụ cơ sở hạ tầng cung cấp không gian lưu trữ và khả năng xử

lý cho các ứng dụng và dịch vụ Những backends được sử dụng để tối ưu hóa chocác ứng dụng dành cho máy tính để bàn và di động, tuy nhiên hiện tại nó vẫn đượccoi là một nền tảng IoT tập trung

2.2.3 Hardware-specific software platforms

Một số công ty sản xuất các thiết bị phục vụ kết nối đã thiết kế các phầnmềm độc quyền đầu cuối của riêng họ Các sản phẩm này có phải IoT hay khôngvẫn đang gây tranh cãi bởi vì chúng là các nền tảng đóng

2.2.4 Consumer/Enterprise software extensions

Các gói phần mềm doanh nghiệp hiện tại và các hệ điều hành như MicrosoftWindows ngày càng cho phép mở rộng, tích hợp các thiết bị IoT Tuy chưa đủ đểcoi chúng là một nền tảng IoT đầy đủ - nhưng trong tương lai không xa đây hoàntoàn có thể phát triển thành các nền tảng IoT phục vụ cho con người

 Các giao diện bên ngoài.

Hiện nay, các nền tảng IoT có thể chia vào 4 loại như sau:

 Connectivity/M2M platforms

 IaaS backends

 Hardware-specific software platforms

 Consumer/Enterprise software extensions

Chương 3 Điện toán đám mây AWS IoT

AWS IoT là gì?

AWS IoT là hạ tầng điện toán đám mây cung cấp giao tiếp an toàn, hai chiềugiữa các thiết bị kết nối Internet như cảm biến, thiết bị truyền động, bộ điều khiển vi

mô nhúng hoặc các thiết bị thông minh và AWS Cloud Điều này cho phép thu thập

dữ liệu từ xa từ nhiều thiết bị, và lưu trữ và phân tích dữ liệu hoặc cũng có thể tạocác ứng dụng cho phép người dùng kiểm soát những thiết bị này từ điện thoại hoặcmáy tính bảng của họ

Nội dung chương này trình bày về các thành phần của AWS IoT và cơ chếhoạt động của chúng

3.1 Các thành phần của AWS IoT

AWS IoT bao gồm các thành phần sau:

3.1.1 Device gateway

Thành phần này giúp các thiết bị giao tiếp an toàn và hiệu quả với AWS IoT

3.1.2 Message broker

Cung cấp một cơ chế an toàn cho các thiết bị và ứng dụng AWS IoT để gửi

và nhận tin nhắn Sử dụng trực tiếp giao thức MQTT hoặc MQTT qua WebSocket

để gửi và đăng ký, cũng có thể sử dụng giao diện HTTP REST để gửi

3.1.3 Rules engine

Cung cấp xử lý tin nhắn và tích hợp với các dịch vụ AWS khác Sử dụngngôn ngữ dựa trên SQL để chọn dữ liệu từ luồng dữ liệu, sau đó xử lý và gửi dữ liệuđến các dịch vụ khác, chẳng hạn như Amazon S3, Amazon DynamoDB và AWSLambda hoặc chuyển tiếp dữ liệu đến những người đăng ký khác

3.1.4 Security and Identity service

Chịu trách nhiệm về bảo mật trong AWS Cloud Thiết bị cần có các chứngchỉ an toàn để có thể gửi dữ liệu Công cụ thông báo sử dụng các tính năng bảo mậtAWS để gửi dữ liệu an toàn đến các thiết bị hoặc các dịch vụ AWS khác

3.1.5 Registry

Tổ chức các tài nguyên liên quan đến từng thiết bị trong AWS Cloud Cácthiết bị được đăng ký và liên kết tối đa ba thuộc tính tuỳ chỉnh với mỗi thuộc tính.Cũng có thể liên kết chứng chỉ và ID khách hàng MQTT với mỗi thiết bị để nângcao khả năng quản lý và khắc phục sự cố của chúng

3.1.6 Device shadow

Tài liệu JSON được sử dụng để lưu trữ và truy xuất thông tin trạng thái hiệntại cho thiết bị

3.1.7 Device Shadow service

Cung cấp các cập nhật liên tục của các thiết bị trong AWS Cloud, có thể gửithông tin trạng thái cập nhật lên cloud và thiết bị có thể đồng bộ hóa trạng thái của

nó khi nó được kết nối Thiết bị cũng có thể gửi trạng thái hiện tại của chúng vàocloud để các ứng dụng hoặc các thiết bị khác sử dụng

3.1.8 Device Provisioning service

Cho phép tạo thiết bị bằng cách sử dụng mẫu mô tả các tài nguyên cần thiếtcho thiết bị của ta: một mục nhập trong registry chứa các thuộc tính mô tả một thiết

bị, một chứng chỉ và một hoặc nhiều quy tắc Thiết bị sử dụng các chứng chỉ đểthẩm định với AWS IoT Các quy tắc xác định các hoạt động mà một thiết bị có thểthực hiện trong AWS IoT

Các mẫu chứa các biến được thay thế bởi các giá trị trong một từ điển (bảnđồ) Có thể sử dụng cùng một mẫu để tạo nhiều thiết bị chỉ bằng cách truyền các giátrị khác nhau cho các biến mẫu trong từ điển

3.1.9 Custom Authentication service

Cung cấp khả năng xác thực và ủy quyền Người ủy quyền tuỳ chỉnh chophép AWS IoT xác thực các thiết bị và ủy quyền cho các hoạt động sử dụng cáchành động ủy quyền và xác thực

Người ủy quyền tùy chỉnh có thể thực hiện các hoạt động xác thực khác nhau(ví dụ: xác minh JWT, nhà cung cấp OAuth gọi )

3.1.10 Jobs Service

Cho phép xác định một tập hợp các hoạt động từ xa được gửi đến và thựchiện trên một hoặc nhiều thiết bị kết nối với AWS IoT Ví dụ, có thể hướng dẫn mộtloạt các thiết bị tải về và cài đặt cập nhật phần mềm hoặc ứng dụng, khởi động lạihoặc thực hiện các thao tác khắc phục sự cố từ xa, ta chỉ cần mô tả về các hoạt động

và một danh sách các thiết bị cần thực hiện chúng có thể là các thiết bị cá nhân,nhóm hoặc cả hai

3.2 Hoạt động của AWS IoT

AWS IoT cho phép các thiết bị kết nối Internet kết nối với đám mây AWS vàcho phép ứng dụng trong đám mây tương tác với các thiết bị kết nối Internet Cácứng dụng IoT thông thường thu thập và xử lý từ xa từ thiết bị hoặc cho phép ngườidùng kiểm soát thiết bị từ xa

Hình 3.4 S đ kh i ho t đ ng c a h t ng AWS IoT ơ đồ khối hoạt động của hệ thống giám sát môi trường ồ án tốt nghiệp ốt nghiệp ạt động của hệ thống giám sát môi trường ộng của hệ thống giám sát môi trường ủa hệ thống giám sát môi trường ạt động của hệ thống giám sát môi trường ần của một nền tảng IoT.

Thiết bị báo cáo trạng thái của chúng bằng cách gửi các tin nhắn, ở định dạngJSON, về các MQTT Mỗi MQTT có một tên phân cấp xác định thiết bị có trạngthái đang được cập nhật Khi một thông báo được gửi trên một MQTT, thông điệp

sẽ được gửi tới AWS IoT MQTT, chịu trách nhiệm gửi tất cả các tin nhắn được gửitrên một MQTT cho tất cả các khách hàng đã đăng ký chủ đề đó

Giao tiếp giữa thiết bị và AWS IoT được bảo vệ thông qua việc sử dụngchứng chỉ X.509 AWS IoT có thể tạo ra một chứng chỉ cho người dùng hoặc ngườidùng có thể sử dụng riêng của mình Trong cả hai trường hợp, chứng chỉ phải đượcđăng ký và kích hoạt với AWS IoT, và sau đó sao chép vào thiết bị của người dùng.Khi thiết bị của người dùng giao tiếp với AWS IoT, nó hiển thị chứng chỉ cho AWSIoT làm chứng chỉ

Tất cả thiết bị kết nối với AWS IoT đều có một mục trong dữ liệu đăng ký

Dữ liệu đăng ký chứa thông tin về một thiết bị và các chứng chỉ được sử dụng bởithiết bị để bảo đảm truyền thông với AWS IoT

Người dùng có thể tạo các quy tắc xác định một hoặc nhiều hành động đểthực hiện dựa trên dữ liệu trong một tin nhắn Ví dụ, người dùng có thể chèn, cậpnhật, hoặc truy vấn một bảng DynamoDB hoặc gọi một hàm Lambda Rule sử dụng

để lọc tin nhắn Khi một rule phù hợp với một thông báo, hàng động sẽ được thựchiện bằng cách sử dụng các thuộc tính đã chọn Rule cũng chứa vai trò cấp phépAWS IoT cho các tài nguyên AWS được sử dụng để thực hiện hành động

Mỗi thiết bị đều có một vùng nhớ để lưu trữ và truy xuất thông tin trạng thái.Thông tin trạng thái có hai mục: trạng thái cuối cùng được báo cáo bởi thiết bị vàtrạng thái mong muốn được yêu cầu bởi một ứng dụng Một ứng dụng có thể yêucầu thông tin trạng thái hiện tại cho một thiết bị AWS IoT đáp ứng yêu cầu bằngcách cung cấp tài liệu JSON với thông tin trạng thái (cả báo cáo và mong muốn),siêu dữ liệu và số phiên bản Ứng dụng có thể kiểm soát thiết bị bằng cách yêu cầuthay đổi trạng thái của thiết bị AWS IoT chấp nhận yêu cầu thay đổi trạng thái, cậpnhật thông tin trạng thái, và gửi một tin nhắn cho biết thông tin trạng thái đã đượccập nhật Thiết bị nhận tin nhắn, thay đổi trạng thái, và sau đó báo cáo trạng tháimới của nó.

 Device Shadow service

 Device Provisioning service

 Custom Authentication service

Chương 4 Tìm hiểu về các thành phần sử dụng trong hệ thống

Trong chương này ta xem xét các thiết bị phần cứng sử dụng cho hệ thống(về đặc điểm, tính năng, thông số kỹ thuật, cách thức giao tiếp với thiết bị khác),các công cụ phần mềm hỗ trợ để thực hiện hệ thống

4.1 Máy tính Raspberry Pi 3 Model B

4.1.1 Giới thiệu về máy tính nhúng Raspberry Pi

Raspberry Pi là từ để chỉ các máy tính chỉ có một board mạch (hay còn gọi làmáy tính nhúng) kích thước chỉ bẳng một thẻ tín dụng, được phát triển tại Anh bởiRaspberry Pi Foundation với mục đích ban đầu là thúc đẩy việc giảng dạy về khoahọc máy tính cơ bản trong các trường học và các nước đang phát triển

Raspberry Pi và Raspberry Pi 2 được sản xuất theo nhiều cấu hình khácnhau thông qua các thỏa thuận cấp phép sản xuất với Newark element14 (PremierFarnell), RS Components và Egoman Các công ty này bán Raspberry Pi trực tuyến.Egoman sản xuất một phiên bản phân phối duy nhất tại Đài Loan, có thể được phânbiệt với Pi khác bởi màu đỏ của chúng và thiếu dấu FCC/CE Phần cứng là nhưnhau đối với tất cả các nhà sản xuất

Raspberry Pi ban đầu được dựa trên hệ thống trên một vi mạch (SoC)BCM2835 của Broadcom, bao gồm một vi xử lý ARM1176JZF-S 700 MHz,VideoCore IV GPU, và ban đầu được xuất xưởng với 256 MB RAM, sau đó đượcnâng cấp (model B và B +) lên đến 512 MB Board này cũng có socket SecureDigital (SD) (model A và B) hoặc MicroSD (model A + và B +) dùng làm thiết bịkhởi động và bộ lưu trữ liên tục

Trong năm 2014, Raspberry Pi Foundation đã phát hành Compute Module,đóng gói một BCM2835 với 512 MB RAM và một flash chip eMMC vào mộtmodule để sử dụng như một phần của hệ thống nhúng

Foundation này cung cấp Debian và Arch Linux ARM để người dùngdownload về Các công cụ có sẵn cho Python như là ngôn ngữ lập trình chính, hỗtrợ cho BBC BASIC (thông qua RISC OS image hoặc Brandy Basic clone choLinux), C, C++, Java, Perl và Ruby

Tính đến ngày 08/06/2015, khoảng 5-6.000.000 board Raspberry Pi đã đượcbán Vào đầu tháng 2 năm 2015, thế hệ tiếp theo của Raspberry Pi, Raspberry Pi 2,

đã được phát hành Board máy tính mới này đầu tiên chỉ có một cấu hình (model B)

và trang bị SoC Broadcom BCM2836, với một nhân ARM Cortex-A7 CPU 4 lõi vàmột VideoCore IV dual-core GPU; 1 GB bộ nhớ RAM với thông số kỹ thuật còn lạitương tự như của các thế hệ model B+ trước đó Raspberry Pi 2 vẫn giữ nguyên giá

$35 so với model B, với model A+ giá $20 vẫn còn được bán

4.1.2 Đặc điểm, tính năng của Raspberry Pi 3 Model B

Raspberry Pi 3 Model B là thế hệ thứ 3 và mới nhất tính đến thời điểm hiệntại của gia đình Raspberry Pi, ra đời vào tháng 2 năm 2016 Đặc biệt, phiên bản nàykhông chỉ hỗ trợ đầy đủ các tính năng tương tự các thế hệ trước mà còn có thêm kếtnối Wifi, Bluetooth

Hình 4.5 C u trúc ph n c ng Raspberry Pi 3 Model B ấu trúc phần cứng Raspberry Pi 3 Model B ần của một nền tảng IoT ứng Raspberry Pi 3 Model B.

Thông số kĩ thuật:

 Bộ xử lý: Broadcom BCM2387 chipset với 4 nhân ARM Cortex-A531.2GHz, hỗ trợ 802.11 b/g/n Wireless LAN and Bluetooth 4.1(Bluetooth Classic and LE)

 GPU: ES 2.0, độ phân giải cao 1080p, 30fps, H.264

 Bộ nhớ RAM: 1GB LPDDR2

 Hệ điều hành: Khởi động từ thẻ Micro SD, chạy phiên bản hệ điềuhành Linux hoặc Windows 10 IoT

 Kích thước: 85 x 56 x 17mm

 Nguồn: 5V-2,5A sử dụng chân Micro USB

Kết nối:

 Ethernet:cổng Ethernet 10/100Mbps

 Wifi: 802.11 b/g/n Wireless LAN

 Video output: HDMI (rev 1.3 & 1.4)

 Audio Output: HDMI hoặc 3.5 mm

 USB: 4 x USB 2.0

 GPIO: 40pin

 Camera: 15-pin MIPI Camera Serial Interface (CSI-2)

 Khe cắm thẻ nhớ: Micro SDIO

Ứng dụng:

 Thay thế PC/tablet/laptop với chi phí thấp

 Ứng dụng IoT

 Điểm truy cập không dây

 Quan trắc / giám sát môi trường (ví dụ: trạm thời tiết)

 Web Camera

Lợi ích khi sử dụng Raspberry Pi 3 so với các thế hệ trước:

 Chi phí thấp

 Tốc độ xử lý cao, gấp 10 lần so với thế hệ đầu tiên

 Định dạng bảng mạch hoàn toàn tương tự các thế hệ trước, dễ dàngnâng cấp phần cứng khi cần thiết

 Có thêm nhiều kết nối (đặc biệt là Wifi, Bluetooth) hỗ trợ tốt hơn chocác ứng dụng IoT

4.1.3 Sơ đồ chân GPIO Raspberry Pi 3 Model B

Raspberry Pi 3 Model B là thế hệ thứ 3 và mới nhất tính đến thời điểm hiệntại của gia đình Raspberry Pi, ra đời vào tháng 2 năm 2016 Đặc biệt, phiên bản nàykhông chỉ hỗ trợ

Hình 4.6 S đ chân GPIO Raspberry Pi 3 Model B ơ đồ khối hoạt động của hệ thống giám sát môi trường ồ án tốt nghiệp

GPIO của Raspberry Pi 3 bao gồm:

 2 chân nguồn 5V DC

 2 chân nguồn 3.3V DC

 8 chân GND

 2 chân ID_SD hỗ trợ kết nối I2C với EEPROM

 26 chân GPIO, hỗ trợ các loại kết nối khác nhau như UART, SPI, I2C

4.2 Module cảm biến nhiệt độ độ ẩm DHT11

4.2.1 Đặc điểm, tính năng của Module DHT11

DHT11 là cảm biến nhiệt độ, độ ẩm rất thông dụng hiện nay vì chi phí rẻ vàrất dễ lấy dữ liệu thông qua giao tiếp 1-wire (giao tiếp digital 1-wire truyền dữ liệuduy nhất) Cảm biến được tích hợp bộ tiền xử lý tín hiệu giúp dữ liệu nhận về đượcchính xác mà không cần phải qua bất kỳ tính toán nào

Hình 4.7 C m bi n nhi t đ , đ m DHT11 ảng IoT ến nhiệt độ, độ ẩm DHT11 ệp ộng của hệ thống giám sát môi trường ộng của hệ thống giám sát môi trường ẩm DHT11.

Thông số kĩ thuật:

 Điện áp hoạt động: 3V - 5V (DC)

 Dải độ ẩm hoạt động: 20% - 90% RH, sai số ±5%RH

 Dải nhiệt độ hoạt động: 0°C ~ 50°C, sai số ±2°C

 Tần số lấy mẫu tối đa: 1 Hz

 Khoảng cách truyển tối đa: 20m

Dữ liệu truyền về của DHT11 gồm 40bit dữ liệu theo thứ tự sau:

 8 bit biểu thị phần nguyên của độ ẩm.

 8 bit biểu thị phần thập phân của độ ẩm

 8 bit biểu thị phần nguyên của nhiệt độ

 8 bit biểu thị phần thập phân của nhiệt độ

 8 bit check sum

Ví dụ: ta nhận được 40 bit dữ liệu như sau:

00110101 00000000 00011000 00000000 01001101

Tính toán:

 00110101 biểu thị phần nguyên của độ ẩm

 00000000 biểu thị phần thập phân của độ ẩm

 00011000 biểu thị phần nguyên của nhiệt độ

 00000000 biểu thị phần thập phân của nhiệt độ

 01001101 check sum

Check sum: 00110101 + 00000000 + 00011000 + 00000000 = 01001101

Độ ẩm: 00110101 = 35H = 53% (phần thập phân có giá trị 00000000, nên ta

bỏ qua không tính phần thập phân)

Nhiệt độ: 0001 1000 = 18H = 24°C (phần thập phân có giá trị 00000000, nên

ta bỏ qua không tính phần thập phân)

4.3 Module Camera cho Raspberry Pi V2

4.3.1 Đặc điểm, tính năng của Module Camera cho Raspberry Pi V2

Tháng 4/2016, Raspberry Pi Foundation ra mắt thế hệ thứ 2 của sản phẩmModule Camera với nâng cấp đáng kể nhất là sử dụng sensor Sony IMX219 8Megapixel (so với cảm biến 5-megapixel OmniVision OV5647 trên ModuleCamera phiên bản cũ)

Module Camera có thể được sử dụng để quay video độ nét cao, cũng nhưchụp hình ảnh tĩnh Nó khá dễ dàng để sử dụng cho người mới bắt đầu, nhưng cũng

có rất nhiều giải pháp mở rộng để cung cấp cho người dùng yêu cầu cao hỗ trợnhiều tính năng đặc biệt như: chụp Time-Lapse, Slow-Motion và rất nhiều ứng dụngkhác Module Camera V2 là một bước nhảy vọt về chất lượng hình ảnh, màu sắctrung thực và hiệu suất ánh sáng thấp Đặc biệt version này hỗ trợ quay video HD1080p 30fps, HD 720p 60fps và video mode VGA90, cũng như chế độ chụp hình.Module kết nối qua cổng CSI trên Raspberry Pi và tương thích với tất cả các phiênbản của Raspberry Pi 1, 2 và 3

Hình 4.8 Module Camera cho Raspberry Pi V2.