(NB) Giáo trình Công nghệ internet of things: Phần 1 với các nội dung sau giới thiệu công nghệ internet of things; Cơ bản về hệ thống internet of things. Để nắm chi tiết nội dung mời các bạn cùng tham khảo!
BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG CAO ĐẲNG KỸ THUẬT CAO THẮNG BỘ MÔN ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG LẠI NGUYỄN DUY LƯU VĂN ĐẠI HUỲNH THANH HỊA GIÁO TRÌNH CƠNG NGHỆ INTERNET OF THINGS (GIÁO TRÌNH DÙNG CHO HỆ CAO ĐẲNG NGÀNH CNKT ĐIỆN TỬ, TRUYỀN THƠNG) TP HỒ CHÍ MINH - 2019 MỤC LỤC CHƯƠNG GIỚI THIỆU CÔNG NGHỆ INTERNET OF THINGS 1.1 KHÁI NIỆM VỀ INTERNET OF THINGS 1.2 LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN INTERNET OF THINGS 1.3 ĐẶC ĐIỂM INTERNET OF THINGS 1.4 THÁCH THỨC VÀ TƯƠNG LAI CỦA INTERNET OF THINGS BÀI TẬP CHƯƠNG CHƯƠNG CƠ BẢN VỀ HỆ THỐNG INTERNET OF THINGS 10 2.1 KIẾN TRÚC HỆ THỐNG INTERNET OF THINGS 10 2.2 CÁC MƠ HÌNH KẾT NỐI INTERNET OF THINGS 12 2.3 THIẾT BỊ XÂY DỰNG HỆ THỐNG INTERNET OF THINGS 14 2.4 MỘT SỐ ỨNG DỤNG CỦA INTERNET OF THINGS 23 BÀI TẬP CHƯƠNG 26 CHƯƠNG PHÁT TRIỂN ỨNG DỤNG INTERNET OF THINGS 28 3.1 SỬ DỤNG ARDUINO IDE LẬP TRÌNH ESP8266 NODEMCU 28 3.1.1 Tích hợp thư viện hỗ trợ ESP8266 NodeMCU 28 3.1.2 Lập trình cho ESP8266 NodeMCU 31 3.2.1 Phần cứng 32 3.2.2 Chương trình 33 3.2.3 Kết 34 3.3 WEBSERVER THU THẬP DỮ LIỆU DHT11 VỚI ESP8266 35 3.3.1 Đọc nhiệt độ độ ẩm với DHT11 35 3.3.2 Theo dõi nhiệt độ độ ẩm qua mạng Wifi 38 3.4 ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ TỪ XA 41 3.4.1 Giới thiệu kít 41 3.4.2 Điều khiển điện thoại qua Bluetooth 42 3.4.5 Điều khiển thiết bị qua Internet (Ứng dụng Blynk) 62 i 3.5 GIẢI PHÁP QUẢN LÝ BẾN XE ĐIỆN TỬ 66 3.5.1 Hiện trạng 66 3.5.2 Tổng quan hệ thống 67 3.5.3 Các công nghệ áp dụng 68 3.5.4 Các tính 68 3.5.5 Giải pháp An ninh công cộng - Public Security 69 3.5.6 Giải pháp cảnh báo xe lên xuống hầm xe tòa nhà cao tầng 71 BÀI TẬP CHƯƠNG 72 ĐỀ CƯƠNG ÔN TẬP 73 CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP 75 TÀI LIỆU THAM KHẢO 79 PHỤ LỤC 80 A MƠ HÌNH ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ QUA TIN NHẮN SMS SỬ DỤNG ARDUINO UNO R3 KẾT HỢP SIM 900A EASY 80 B MƠ HÌNH XÂY DỰNG HỆ THỐNG NHÚNG TÍCH HỢP 81 C MƠ HÌNH HỆ THỐNG GIÁM SÁT THÔNG MINH 86 D MƠ HÌNH NGƠI NHÀ THƠNG MINH 87 E HỆ THỐNG NÔNG NGHIỆP THÔNG MINH VỚI ESP8266 88 ii CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CÔNG NGHỆ INTERNET OF THINGS CHƯƠNG GIỚI THIỆU CÔNG NGHỆ INTERNET OF THINGS Chương cung cấp cho sinh viên kiến thức: - Khái niệm kiến thức IoT - Lịch sử phát triển đặc điểm IoT TT Chuẩn đầu chương CĐR HP Nhận biết khái niệm IoT Trình bày lịch sử phát triển IoT Phân tích đặc điểm IoT 1.1 KHÁI NIỆM VỀ INTERNET OF THINGS Internet Vạn Vật, hay cụ thể Mạng lưới vạn vật kết nối Internet Mạng lưới thiết bị kết nối Internet (tiếng Anh: Internet of Things, viết tắt IoT) liên mạng, thiết bị, phương tiện vận tải (được gọi "thiết bị kết nối" "thiết bị thơng minh"), phịng ốc trang thiết bị khác nhúng với phận điện tử, phần mềm, cảm biến, cấu chấp hành với khả kết nối mạng máy tính giúp cho thiết bị thu thập truyền tải liệu Hình 1.1 Mơ tả tương tác mạng lưới thiết bị kết nối Internet Năm 2013, tổ chức Global Standards Initiative on Internet of Things (IoT-GSI) định nghĩa IoT "hạ tầng sở toàn cầu phục vụ cho xã hội thông tin, hỗ trợ dịch vụ (điện tốn) chun sâu thơng qua vật thể (cả thực lẫn ảo) kết nối với nhờ vào công nghệ thông tin truyền thông hữu tích hợp," với mục đích "vật" "một thứ giới thực (vật thực) giới thơng tin (vật ảo), mà vật nhận CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CÔNG NGHỆ INTERNET OF THINGS dạng tích hợp vào mạng lưới truyền thông" Hệ thống IoT cho phép vật cảm nhận điều khiển từ xa thông qua hạ tầng mạng hữu, tạo hội cho giới thực tích hợp trực tiếp vào hệ thống điện toán, hệ hiệu năng, độ tin cậy lợi ích kinh tế tăng cường bên cạnh việc giảm thiểu can dự người Khi IoT gia tố cảm biến cấu chấp hành, công nghệ trở thành dạng thức hệ thống ảo-thực với tính tổng quát cao hơn, bao gồm công nghệ điện lưới thông minh, nhà máy điện ảo, nhà thông minh, vận tải thông minh thành phố thông minh Mỗi vật nhận dạng riêng biệt hệ thống điện toán nhúng có khả phối hợp với hạ tầng Internet hữu Các chuyên gia dự báo Internet Vạn Vật ôm trọn chừng 30 tỉ vật trước năm 2020 Về bản, Internet Vạn Vật cung cấp kết nối chuyên sâu cho thiết bị, hệ thống dịch vụ, kết nối mang hiệu vượt trội so với kiểu truyền tải máy-máy (M2M), đồng thời hỗ trợ da dạng giao thức, miền (domain), ứng dụng Kết nối thiết bị nhúng (luôn vật dụng thông minh), kỳ vọng mở kỷ nguyên tự động hóa hầu hết ngành, từ ứng dụng chuyên sâu điện lưới thông minh, mở rộng tới lĩnh vực khác thành phố thông minh IoT kịch giới, mà đồ vật, người cung cấp định danh riêng mình, tất có khả truyền tải, trao đổi thông tin, liệuqua mạng mà không cần đến tương tác trực tiếp người với người, hay người với máy tính IoT phát triển từ hội tụ công nghệ không dây, cơng nghệ vi điện tử Internet Nói đơn giảnlà tập hợp thiết bị có khả kết nối với nhau, với Internet với giới bên ngồi để thực cơng việc Hình 1.2 Mơ tả thiết bị kết nối mạng lưới Internet Một vật IoT người với trái tim cấy ghép; động vật trang trại với chip sinh học; xe với cảm ứng tích hợp cảnh báo tài xế bánh xe xẹp vật thể tự nhiên hay nhân tạo mà gán địa IP cung cấp khả truyền liệu thông qua mạng lưới Cho đến nay, IoT liên kết máy-đếnmáy (M2M) ngành sản xuất, công nghiệp lượng, kỹ nghệ xăng dầu Khả sản phẩm tích hợp máy-đến-máy thường xem thông minh Với trợ giúp công nghệ hữu, thiết bị thu thập liệu hữu ích sau tự động truyền chúng qua thiết bị khác Các ví dụ thời thị trường bao gồm nhà thông minh trang bị tính kiểm sốt tự động bật tắt đèn, lị sưởi (giống ổn nhiệt thơng minh), hệ thống thơng gió, hệ thống điều hịa khơng khí, thiết bị gia dụng máy giặt/sấy CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CÔNG NGHỆ INTERNET OF THINGS quần áo, máy hút chân khơng, máy lọc khơng khí, lị nướng, tủ lạnh/tủ đơng có sử dụng Wi-Fi để theo dõi từ xa Khi tự động hóa có kết nối internet triển khai đại trà nhiều lãnh vực, IoT dự báo tạo lượng liệu lớn từ đa dạng nguồn, kéo theo cần thiết cho việc kết tập liệu nhanh, gia tăng nhu cầu đánh mục, lưu trữ, xử lý liệu hiệu Internet Vạn Vật tảng Thành phố Thông minh, Hệ thống Quản lý Năng lượng Thông minh Khái niệm "the Internet of Things" Kevin Ashton làm việc Procter & Gamble, sau MIT's Auto-ID Center, giới thiệu vào năm 1999 - Internet Vạn Vật (tiếng Anh, viết tắt: IoT) thuật ngữ dùng để đối tượng nhận biết (identifiable) tồn chúng kiến trúc mang tính kết nối Cụm từ đưa Kevin Ashton vào năm 1999 Ông nhà khoa học sáng lập Trung tâm Auto-ID đại học MIT, nơi thiết lập quy chuẩn toàn cầu cho RFID (một phương thức giao tiếp khơng dây dùng sóng radio) số loại cảm biến khác IoT sau dùng nhiều ấn phẩm đến từ hãng nhà phân tích - "Vạn Vật", khái niệm này, hướng đến đa dạng thiết bị máy theo dõi nhịp tim, máy phát đáp vi mạch sinh học gia súc, loài ctenoides ales sinh sống vùng nước ven bờ biển, xe với cảm biến tích hợp, thiết bị phân tích ADN để quan sát môi trường/thức ăn/mầm bệnh, thiết bị chuyên dụng để hỗ trợ lực lượng cứu hỏa hoạt động tìm kiếm cứu nạn Nhiệu luật gia gợi ý "Vạn Vật" nên xem "một tổng thể tách rời phần cứng, phần mềm, liệu dịch vụ mạng" 1.2 LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN INTERNET OF THINGS Cách mạng công nghiệp cách mạng lĩnh vực sản xuất; thay đổi điều kiện kinh tế xã hội, văn hóa kỹ thuật, xuất phát từ nước Anh sau lan tỏa toàn giới Trong thời kỳ này, kinh tế giản đơn, quy mô nhỏ, dựa lao động chân tay thay công nghiệp chế tạo máy móc quy mơ lớn Tên gọi "Cách mạng công nghiệp" thường dùng để giai đoạn thứ diễn cuối kỷ 18 đầu kỷ 19 Giai đoạn hai hay cịn gọi Cách mạng cơng nghiệp lần thứ hai tiếp tục sau từ nửa sau kỷ 19 đến đầu kỷ 20 Ảnh hưởng diễn Tây Âu Bắc Mỹ suốt kỷ 19 sau tồn giới Ý kiến thời gian diễn Cách mạng công nghiệp lần thứ khơng thống nhất, nói chung nửa cuối kỷ 18 đến nửa đầu kỷ 19 Cuộc cách mạng công nghiệp lần thứ bắt đầu với phát triển sản xuất hàng hóa ngành cơng nghiệp dệt.[2] Sau đó, với nhu cầu cung cấp máy móc lượng cho cơng nghiệp dệt, kỹ thuật gia công sắt thép cải thiện than đá sử dụng với khối lượng lớn Thương mại mở rộng tạo điều kiện cho đời kênh đào giao thông đường sắt Bên cạnh đó, đường giao thơng nâng cấp lớn cho hoạt động giao thương nhộn nhịp Động nước sử dụng nhiên liệu than máy móc dẫn động khí đưa đến gia tăng suất lao động đột biến Sự phát triển máy công cụ hai thập kỷ đầu kỷ 19 tạo thuận lợi cho lĩnh vực chế tạo máy, phục vụ ngành sản xuất khác Cách mạng công nghiệp lần thứ hai bắt đầu vào khoảng thập kỷ 1850, tiến kinh tế kỹ thuật có nhờ phát triển tàu nước, đường sắt Đến cuối kỷ 19, động lực CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CÔNG NGHỆ INTERNET OF THINGS Cách mạng cơng nghiệp động đốt máy móc sử dụng điện Năm 1914, năm bắt đầu Thế chiến thứ nhất, giai đoạn thứ hai kết thúc Hình 1.3 Lịch sử mạng công nghiệp Cách mạng Công nghiệp lần thứ ba bắt đầu khoảng 1960, có tiến hạ tầng điện tử, máy tính cơng nghệ kĩ thuật số tảng phát triển chất bán dẫn, siêu máy tính (thập niên 1960), máy tính cá nhân (thập niên 1970 1980) Internet (thập niên 1990) Cho đến cuối kỷ 20, trình hồn thành nhờ thành tựu khoa học cơng nghệ cao Năm 1997, khủng hoảng tài châu Á nổ bước đánh dấu giai đoạn thứ ba kết thúc Cách mạng Công nghiệp lần thứ tư bắt đầu vào đầu kỷ 21, tiếp sau thành tựu lớn từ lần thứ để lại, hình thành tảng cải tiến cách mạng số, với công nghệ in 3D, robot, trí tuệ nhân tạo, Internet of Things, S.M.A.C, cơng nghệ nano, sinh học, vật liệu mới, Hiện giới giai đoạn đầu cách mạng chiến lược lề cho nước phát triển tiến đến để theo kịp với xu hướng giới mở bước ngoặt cho phát triển người Hình 1.4 Số lượng thiết bị kết nối CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CÔNG NGHỆ INTERNET OF THINGS Tác động cách mạng công nghiệp vô sâu rộng Không làm thay đổi đời sống người, cách mạng cơng nghiệp cịn dẫn tới thay đổi tồn diện hình thái kinh tế – xã hội Sau cách mạng công nghiệp lần thứ nhất, chủ nghĩa tư thắng chế độ phong kiến Sau cách mạng công nghiệp lần thứ hai, chủ nghĩa tư độc quyền thay chủ nghĩa tư tự cạnh tranh, đồng thời chủ nghĩa xã hội manh nha hình thành Cách mạng Cơng nghiệp lần thứ badẫn tới đời chủ nghĩa tư đại Cách mạng Công nghiệp lần thứ tư hứa hẹn làm thay đổi hình thái kinh tế - xã hội nhân loại thêm lần Thật ra, Internet of Things manh nha từ nhiều thập kỷ trước Tuy nhiên đến năm 1999 cụm từ IoT đưa Kevin Ashton , ông nhà khoa học sáng lập Trung tâm Auto-ID đại học MIT Đây nơi thiết lập quy chuẩn toàn cầu cho RFID (một phương thức giao tiếp khơng dây dùng sóng radio) số loại cảm biến khác Và đến năm 2015 IoT thật ý nhận đầu tư từ hãng Theo thống kê từ BI Intelligence, mạng internet đến PC (máy tính cá nhân), sau vào giai đoạn 2015 chuyển giao sang smartphone (điện thoại thông minh), tiếp tục mở rộng sang tablet (máy tính bảng), smartwatch (đồng hồ thơng minh) tivi Hiện tại, thiết bị có kết nối mạng tồn gọi với tên chung thiết bị IoT 1.3 ĐẶC ĐIỂM INTERNET OF THINGS 1.3.1 Một hệ thống thông minh Sự thông minh tự động điều khiển thực chất phần ý tưởng IoT Các máy móc dễ dàng nhận biết phản hồi lại môi trường xung quanh (ambient intelligence), chúng tự điều khiển thân (autonomous control) mà không cần đến kết nối mạng Tuy nhiên, thời gian gần người ta bắt đầu nghiên cứu kết hợp hai khái niệm IoT autonomous control lại với Tương lai IoT mạng lưới thực thể thơng minh có khả tự tổ chức hoạt động riêng lẻ tùy theo tình huống, mơi trường, đồng thời chúng liên lạc với để trao đổi thơng tin, liệu Hình 1.5 IoT hệ thống thông minh AI (Artificial Intelligence) CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CƠNG NGHỆ INTERNET OF THINGS Việc tích hợp trí thơng minh vào IoT cịn giúp thiết bị, máy móc, phần mềm thu thập phân tích dấu vết điện tử người tương tác với thứ thông minh, từ phát tri thức liên quan tới sống, môi trường, mối tương tác xã hội hành vi người Mọi thứ kết nối với Internet - Các máy móc dễ dàng nhận biết phản hồi lại môi trường xung quanh (ambient intelligence) - Tương lai thiết bị liên lạc với để trao đổi thông tin, liệu 1.3.2 Cấu trúc phức tạp mạng lưới khổng lồ Trong giới mở, IoT mang tính chất phức tạp bao gồm lượng lớn đường liên kết thiết bị, máy móc, dịch vụ với nhau, ngồi khả thêm vào nhân tố Đến năm 2020, có khoảng 50 tỷ đồ vật kết nối vào Internet, chí số cịn gia tăng nhiều IoT mạng khổng lồ kết nối tất thứ, bao gồm người tồn mối quan hệ người người, người thiết bị, thiết bị thiết bị Một mạng lưới IoT chứa đến 50 đến 100 nghìn tỉ đối tượng kết nối mạng lưới theo dõi di chuyển đối tượng Một người sống thành thị bị bao bọc xung quanh 1000 đến 5000 đối tượng có khả theo dõi - Là mạng lưới khổng lồ chứa đến 50 đến 100 nghìn tỉ đối tượng kết nối - Và mạng lưới theo dõi di chuyển đối tượng bên 1.3.3 Luồng lượng Hiện nay, IoT trải qua giai đoạn phát triển "bộc phát" điều xảy nhờ vào số nhân tố, gồm IPv6, 4G, chi phí, tính sẵn có công nghệ Gary Atkinson, Giám đốc tiếp thị sản phẩm nhúng ARM cho rằng, có nhiều thiết bị chứng tỏ thu thập liệu truyền tải liệu mạng có giá khoảng 40USD/sản phẩm Hiện nay, nhìn thấy vi điều khiển 32-bit tảng ARM có giá rẻ Với vi điều khiển này, bạn làm nhiều điều thu thập truyền liệu rẻ nhiều ARM "nhanh chân" việc nhận rằng, ổ đĩa có xu hướng sử dụng vi điều khiển 32-bit giải pháp cho người có ý định thực số định riêng họ theo cách tự động Gary tin rằng, khả vi điều khiển ngày tăng, điều có nghĩa người dùng làm điều mà trước bất khả Trong năm tiếp theo, bạn thấy ngày có nhiều thiết bị thị trường Những thách thức diễn quản lý liệu chuyển sang IPv6 (IPv6 sẵn sàng chạy với địa cấp phát IPv4 cạn kiệt 2011 lại địa cuối cùng) Axel Pawlik, Giám đốc Quản lý RIPE NCC lý giải IPv6 cần thiết cho tương lai IoT, với IPv6 có lượng địa phong phú điều mở khả gán địa cho thiết bị (gadget) chip Các giải pháp dễ dàng đơn giản hơn, rõ ràng hơn, phục hồi đến mục địa riêng, phạm vi phát triển vô to lớn Lan Pearson, nhà tương lai học với thành tích ấn tượng hãng BT, Canon Fujitsu cho rằng, mà thấy chưa có tiền lệ hội tụ phát triển nhanh CHƯƠNG 2: CƠ BẢN VỀ HỆ THỐNG INTERNET OF THINGS Hình 2.3 Mơ hình Mơ hình 2: - Mơ hình gần giống với mơ hình Điểm khác thiết bị đầu cuối đóng vai trị kết nối cho thiết bị khác - Ở mơ hình này, thiết bị vừa làm chức thiết bị đầu cuối vừa định tuyến cho liệu gửi từ thiết bị khác Gateway gốc Gateway định tuyến, tiền xử lý liệu truyền nhận liệu bên để giữ cho kết nối thông suốt - Đối với mơ hình thiết bị kết nối với khoảng cách cực xa Khoảng cách xa độ trễ truyền nhận lớn Hình 2.4 Mơ hình 13 CHƯƠNG 2: CƠ BẢN VỀ HỆ THỐNG INTERNET OF THINGS Mơ hình 3: Hình 2.5 Mơ hình - Mơ hình gần giống với mơ hình Điểm khác không cần gateway Các thiết bị trực tiếp kết nối lên server Cloud - Yêu cầu để thiết bị làm điều thiết bị phải sử dụng công nghệ kết nối trực tiếp vào mạng internet sử dụng kết nối wifi, 2G, 3G, 4G, 5G, - Và nói để cài đặt ban đầu cho thiết bị kết nối mạng ta phải kết nối chúng với thiết bị thông minh khác điện thoại thơng minh chẳng hạn Sau cấu hình cài đặt cần thiết để chúng tự liên lạc với giới đầy điều thú vị bên 2.3 THIẾT BỊ XÂY DỰNG HỆ THỐNG INTERNET OF THINGS Hệ thống IoT ứng dụng nhiều lĩnh vực Hiện nay, xây dựng hệ thống IoT đơn giản để kết nối điều khiển thông minh từ xa thiết bị ứng dụng kỹ thuật, thiết bị, linh kiện lĩnh vực Điện tử truyền thơng có hỗ trợ cơng nghệ lĩnh vực Công nghệ thông tin xử lý liệu lập trình Các thiết bị hỗ trợ xây dựng hệ thống IoT gồm: - Cảm biến - Thiết bị kết nối điều khiển - Thiết bị kết nối mạng - Xử lý liệu 14 CHƯƠNG 2: CƠ BẢN VỀ HỆ THỐNG INTERNET OF THINGS … Các loại cảm biến dùng IoT: - Cảm biến nhiệt độ: cảm biến sử dụng hầu hết môi trường IoT, từ tầng nhà máy tới cánh đồng nông nghiệp Trong sản xuất, cảm biến liên tục đo nhiệt độ máy để đảm bảo ngưỡng an tồn Ở nơng trại, chúng sử dụng để theo dõi nhiệt độ đất, nước trồng để tối đa hóa sản lượng Hình 2.6 Cảm biến DTH11 - Cảm biến chất lượng nước: sử dụng nông nghiệp,để xử lý nước giám sát chất lượng nước mưa - Cảm biến tiệm cận: cảm biến phát chuyển động thường sử dụng môi trường bán lẻ.Cảm biến tiệm cận sử dụng để theo dõi sẵn có chỗ đỗ xe địa điểm lớn sân bay, trung tâm mua sắm sân vận động - Cảm biến áp suất: sử dụng để xác định lưu lượng nước thông qua đường ống Chúng sử dụng xe thông minh máy bay để xác định lực độ cao tương ứng - Cảm biến hóa học / khói khí: thiết bị sử dụng để quản lý kiểm sốt chất lượng khơng khí tịa nhà thông minh khắp thành phố thông minh - Cảm biến mức: cảm biến mức phát mức chất lỏng chất lỏng khác bao gồm chất dẻo, vật liệu dạng hạt bột Bộ cảm biến mức sử dụng cho mục đích quản lý tái chế chất thải thông minh - Cảm biến hồng ngoại: có nhiều ứng dụng, phát rò rỉ nhiệt nhà, giúp bác sĩ giám sát lưu lượng máu, xác định hóa chất mơi trường mơi trường tích hợp với thiết bị điện tử Điều kì diệu cảm biến Các thiết bị cần kết nối phải tích hợp chip cảm biến để chuyển đổi, phát hiện tượng mơi trường tự nhiên biến thành liệu môi trường Internet để xử lý liệu tiến hành thực thi điều hướng mạng Internet theo cách mà người dùng mong muốn Ví dụ hệ thống tưới nước tự động hệ thống sinh thái phải gắn cảm biến dùng để nhận biết yếu tố như: nhiệt độ, lượng nước, độ ẩm, thời tiết,… Sau chuyển thành liệu liệu sử dụng thiết lập thiết lập chế độ theo mục đích sử dụng Và qui trình 15 CHƯƠNG 2: CƠ BẢN VỀ HỆ THỐNG INTERNET OF THINGS kết nối hoạt động môi trường Internet để thông báo tạo giao diện đến người dùng Các loại thiết bị kết nối dùng IoT: - Có thể xử dụng vi điều khiển hỗ trợ kết nối Internet, Wifi, GSM, Board Arduino, Modul Sim, Kít Raspberry, - Arduino UNO R3 với vi xử lý trung tâm Atmega328 có 14 chân I/O tín hiệu số, chân sử dụng làm điều chế độ rộng xung PWM, ngõ vào tín hiệu tương tự, sử dụng thạch anh dao động 16MHz, kết nối USB, có ICSP Header… Hình 2.7 Board Arduino (Thiết bị kết nối điều khiển) - Hướng dẫn cài đặt Arduino: Bước 1: Truy cập địa http://arduino.cc/en/Main/Software/ Đây nơi lưu trữ cập nhật IDE Arduino Bạn chuyển đến trang mời quyền góp tiền để phát triển phần mềm cho Arduino, tiếp tục bấm JUST DOWNLOAD để bắt đầu tải 16 CHƯƠNG 2: CƠ BẢN VỀ HỆ THỐNG INTERNET OF THINGS Bước 2: Sau download xong, bạn bấm chuột phải vào file vừa download arduino-1.6.4-windows.zip chọn “Extract here” để giải nén Bước 3: Copy thư mục arduino-1.6.4 vừa giải nén đến nơi lưu trữ 17 CHƯƠNG 2: CƠ BẢN VỀ HỆ THỐNG INTERNET OF THINGS Bước 4: Chạy file IDE thư mục arduino-1.6.4\ để khởi động Arduino - Sử Dụng Arduino IDE Lập Trình ESP8266 NodeMCU: Để tích hợp thư viện hỗ trợ cho việc lập trình mạch ESP8266 NodeMCU Ta thực bước sau: Bước 1: Thêm đường dẫn để tải package cho NodeMCU vào Arduino IDE Khởi động Arduino IDE, từ hình chọn File → Preferences Ta thêm đường dẫn bên vào mục Addition Boards Manager URLs http://arduino.esp8266.com/versions/2.3.0/package_esp8266com_index.json 18 CHƯƠNG 2: CƠ BẢN VỀ HỆ THỐNG INTERNET OF THINGS Chọn OK để xác nhận việc thêm vào Bước 2: Tải thư viện hỗ trợ Từ giao diện Arduino IDE, chọn Tools → Board → Board Managers Tại tìm kiếm hộp thoại Board Managers ta nhập vào esp8266, chọn Install để tiến hành tải, cài đặt thư viện 19 CHƯƠNG 2: CƠ BẢN VỀ HỆ THỐNG INTERNET OF THINGS Cài đặt thành công, giao diện Board Managers trở nên hình bên Đến ta hồn tất việc cài đặt thư viện 20 CHƯƠNG 2: CƠ BẢN VỀ HỆ THỐNG INTERNET OF THINGS Lập trình cho ESP8266 NodeMCU: Do board Arduino-compatable, cấu trúc chương trình dành cho mạch tuân theo cấu trúc chương trình viết cho mạch Arduino bao gồm có phần chính: Hàm setup(): gọi lần mạch khởi động Hàm loop(): gọi lặp lại suốt trình hoạt động mạch Bước đầu làm quen, ta viết chương trình cho ESP điều khiển đèn LED nhấp nháy theo chu kì giây Linh kiện cần chuẩn bị bao gồm mạch ESP8266 NodeMCU đèn LED 5mm Sơ đồ mạch: Lập trình: Đoạn code sau minh họa việc điều khiển đèn LED chớp theo chu kì giây #define LED_PIN 12 #define DELAY_TIME 500 void setup() { pinMode(LED_PIN, OUTPUT); } void loop() { digitalWrite(LED_PIN, LOW); 21 CHƯƠNG 2: CƠ BẢN VỀ HỆ THỐNG INTERNET OF THINGS delay(DELAY_TIME); digitalWrite(LED_PIN, HIGH); delay(DELAY_TIME); } Nạp code: Thao tác nạp code cho mạch ESP8266 NodeMCU tương tự nạp cho mạch Arduino thông thường Tuy nhiên, cần lưu ý phải chọn phiên phù hợp với board sử dụng menu Tools → Board Do mạch tơi ESP8266 NodeMCU (ESP-12 module) tơi cần chọn NodeMCU 0.9 Sau nạp code thành công, ta thấy đèn LED nhấp nháy theo chu kì định sẵn 22 CHƯƠNG 2: CƠ BẢN VỀ HỆ THỐNG INTERNET OF THINGS - Arduino UNO Easy Shield board mở rộng cho Arduino UNO thực ứng dụng: GSM, GPS, Wifi, Bluetooth,… - Sim900A sử dụng cho ứng dụng liên quan đến GSM/GPRS : điều khiển, giám sát, thu thập liệu từ xa qua GSM/GPRS, SMS,… Các loại thiết bị kết nối mạng: - Có thể xử dụng thiết bị hỗ trợ kết nối mạng như: gateway, router, Xử lý liệu: - Có thể xử dụng thiết bị hỗ trợ lưu trữ xử lý liệu server, cloud,… 2.4 MỘT SỐ ỨNG DỤNG CỦA INTERNET OF THINGS - Smart Home: Kết nối điều khiển thông minh thiết bị ngơi nhà Lợi ích dễ thấy Smart Home tiện lợi vật dụng nhà tích hợp cơng nghệ (cảm biến nhiệt, cảm biến tiệm cận, cảm biến khí, cảm biến hồng ngoại),được kết nối với thành mạng lưới, điều khiển smart phone tự động làm cơng việc lập trình tiết kiệm nhiều thời gian cho người sử dụng Ngồi ra, thiết bị IoT gia đình giúp giảm chi phí tiết kiệm lượng Ví dụ: hệ thống điều hịa khơng khí ta có tích hợp IoT với cảm biến thong minh cho ta đầy đủ liệu khơng khí: nhiệt độ, độ ẩm, chất kích ứng da liệu truyền máy chủ sử lý sau cho kết điều chỉnh tới thiết bị như: máy điều hòa, máy lọc khơng khí, máy tạo độ ẩm máy móc tự động hoạt động cho khơng khí lành với nhiệt độ thích hợp, độ ẩm phù hợp với sức khỏe lọc bỏ tác nhân gây hại Mặt khác máy móc tự tắt khơng có nhà, làm giảm hóa đơn điện tiết kiệm chi phí sinh hoạt Đèn thông minh hoạt động theo cách tương tự.Cũng lợi ích nhà thơng minh ngày trở nên phổ biến Ngày nay, nhà thông minh xu hướng 23 CHƯƠNG 2: CƠ BẢN VỀ HỆ THỐNG INTERNET OF THINGS công nghệ tất yếu giới, trở thành tiêu chuẩn nhà đại giới dần tiến vào kỷ nguyên IoT, kết nối vật qua Internet Do thiết bị gia đình thơng minh thường đắt thiết bị thông thường nên giá Smart Home không rẻ Tuy nhiên, Smart Home trở nên phổ biến tương lai thiết bị, công nghệ sản xuất nhiều Ở Việt Nam, tính đến thời điểm tại, Bkav SmarHome triển khai hàng chục ngàn hộ nước Gần nhất, dự án Gamuda City, Ecolife Capitol, Hanoi Landmark 51, Condotel Royal Park Bắc Ninh có diện Smart Home Bkav SmartHome hệ thống Nhà thơng minh hồn chỉnh, điều khiển kiểm sốt thơng qua giao diện trực quan smartphone hay tablet, thiết bị gia đình mơ giống thực tế Các hệ thống điều khiển ánh sáng, rèm mành, kiểm soát mơi trường, an ninh, giải trí bình nóng lạnh… phối hợp hoạt động cách thông minh, nhằm mang đến tiện nghi cao cho người sử dụng - Smart City: liệu hóa quản lý lĩnh vực từ hành chánh, giao thông, xây dựng, môi trường, hành vi công dân, giáo dục, y tế, … Ví dụ Bãi đậu xe thơng minh: Các bãi đỗ xe thông minh giúp giảm thời gian việc tìm kiếm chỗ đậu xe trung tâm thành phố, nơi mà ước tính đến 30% số xe tơ khó khăn việc tìm kiếm chỗ đậu xe thời gian đông đúc.Với smart phone có cài đặt ứng dụng kết nối với bãi đậu xe thơng minh, bạn nhận thơng báo chỗ đậu xe có sẵn hướng dẫn đến nơi đậu xe.Để làm điều địi hỏi phải có kết hợp nhiều cảm biến cảm biến phải hoạt động cách xác Việc sử dụng nhiều cảm biến địi hỏi phải tiêu tốn nhiều lượng cần phải có thuật tốn tối ưu hóa việc sử dụng lượng Ngoài tuổi tho cảm biến cần đảm bảo thơng qua việc tính tốn biện pháp che chắn hiệu - Smart Retail: Mua sắm thơng minh Tự động hố q trình bổ sung sản phẩm, Ứng dụng mua sắm thông minh, Cải thiện bố trí cửa hàng: Sắp xếp kệ, nhãn mác, độ sáng, nhiệt độ,… 24 CHƯƠNG 2: CƠ BẢN VỀ HỆ THỐNG INTERNET OF THINGS - Smart Grid: Lưới điện thông minh + Truyền tải điện hiệu + Phục hồi nhanh sau cố + Giảm chi phí hoạt động quản lý từ giảm chi phí lượng cho người tiêu dùng + Tích hợp hệ thống tái tạo lượng quy mô lớn + Kết hợp hệ thống phát điện cho khách hàng, bao gồm hệ thống tái tạo lượng + Cải thiện an ninh - Smart Agriculture: Nông nghiệp thông minh + Nông nghiệp thông minh lĩnh vực phát triển nhanh IoT + Kiểm tra độ ẩm chất dinh dưỡng đất, kiểm soát việc sử dụng nước để tăng trưởng trồng xác định phân bón tùy chỉnh số cách sử dụng đơn giản IoT - Connected Car: Xe kết nối + Tối ưu hóa hoạt động, đảm bảo thoải mái hành khách cách sử dụng cảm biến kết nối internet + Các thương hiệu đầu: Tesla, BMW, Apple, Google,… - Wearable: Thiết bị đeo thông minh + Trang bị cảm biến phần mềm, thu thập liệu thông tin người dùng + Các tiện ích thể dục, sức khỏe giải trí + Sử dụng lượng cực hiệu quả, kích thước nhỏ gọn 25 CHƯƠNG 2: CƠ BẢN VỀ HỆ THỐNG INTERNET OF THINGS - IIoT (Industry Internet of Things): + Cơng nghiệp Internet cịn gọi Industry Internet of Things (IIoT) + Nâng cao kỹ thuật công nghiệp nhờ cỗ máy thông minh + Theo GE, IIoT tạo 10 nghìn tỷ đến 15 nghìn tỷ USD suốt 15 năm tới - Healthcare: Chăm sóc sức khỏe + Hỗ trợ người già người tàn tật sống độc lập + Kiểm sốt điều kiện bên tủ đơng chứa vắc-xin, thuốc chất hữu + Theo dõi tình trạng bệnh nhân + Cảnh báo người tia cực tím BÀI TẬP CHƯƠNG Câu 1: Hệ thống IoT có phần Câu 2: Trình bày phần hệ thống IoT Câu 3: Cho biết cấu trúc IoT dựa sở Câu 4: Cho biết ứng dụng IoT Câu 5: Ứng dụng Smart Home triển khai tính Câu 6: Trình bày ứng dụng IoT xây dựng Smart City Câu 7: Ở VN ứng dụng IoT nơng nghiệp có vai trị 26 CHƯƠNG 2: CƠ BẢN VỀ HỆ THỐNG INTERNET OF THINGS Câu 8: Vẽ sơ đồ mô hình kết nối IoT Câu 9: Vẽ sơ đồ mơ hình kết nối IoT Câu 10: Vẽ sơ đồ mơ hình kết nối IoT Câu 11: So sánh sơ đồ mơ hình kết nối IoT Câu 12: Cho biết cảm biến thơng minh đóng vai trị hệ thống IoT Hãy liệt kê số cảm biến sử dụng Câu 13: Ứng dụng IoT công nghiệp Tại nói cơng nghệ IoT cơng nghệ cốt lõi công nghiệp 4.0 Câu 14: Cho biết thiết bị hỗ trợ xây dựng hệ thống IoT Xây dựng hệ thống IoT cần thực 27 ... CHƯƠNG GIỚI THIỆU CÔNG NGHỆ INTERNET OF THINGS 1. 1 KHÁI NIỆM VỀ INTERNET OF THINGS 1. 2 LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN INTERNET OF THINGS 1. 3 ĐẶC ĐIỂM INTERNET OF THINGS 1. 4 THÁCH THỨC... (Industry Internet of Things): + Công nghiệp Internet gọi Industry Internet of Things (IIoT) + Nâng cao kỹ thuật công nghiệp nhờ cỗ máy thông minh + Theo GE, IIoT tạo 10 nghìn tỷ đến 15 nghìn... chỗ cần cung cấp xác lượng điện CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CÔNG NGHỆ INTERNET OF THINGS 1. 4 THÁCH THỨC VÀ TƯƠNG LAI CỦA INTERNET OF THINGS 1. 4 .1 Thách thức IoT - An ninh bảo mật liệu mối lo ngại lớn