Nghiên cứu xây dựng mô hình thực hành iot đáp ứng công nghiệp 4 0 áp dụng giàng dạy sinh viên hệ đại học

BỘ CÔNG THƯƠNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI KHOA HỌC KẾT QUẢ THỰC HIỆN ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CẤP TRƯỜNG Tên đề tài: Nghiên cứu xây dựng mô hình thực hành IoT đáp ứng cơng nghiệp 4.0 áp dụng giảng dạy sinh viên hệ Đại học Mã số đề tài: 192.ĐT03 Chủ nhiệm đề tài: Nguyễn Ngọc Sơn Đơn vị thực hiện: Khoa Công nghệ Điện tử Tp Hồ Chí Minh, 2020 LỜI CÁM ƠN Trước tiên, xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến Trường Đại học Cơng nghiệp thành phố Hồ Chí Minh tài trợ kinh phí cho đề tài nghiên cứu, Phịng Quản lý Khoa học Hợp tác quốc tế tận tình hướng dẫn thủ tục suốt trình thực đề tài Chúng tơi xin gửi lời cảm ơn đến thầy cô Hội đồng đánh giá xét duyệt, nghiệm thu đề tài có ý kiến phản biện góp ý thật sâu sắc giúp chúng tơi hồn thiện đề tài tiến độ Cuối cùng, xin gửi lời cảm ơn đến lãnh đạo Khoa Công nghệ Điện tử tạo điều kiện tốt thời gian, phịng nghiên cứu có sách hỗ trợ tốt cho nhóm nghiên cứu thực đề tài MỤC LỤC PHẦN I THÔNG TIN CHUNG PHẦN II BÁO CÁO CHI TIẾT ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC 11 CHƯƠNG TỔNG QUAN 11 1.1 Đặt vấn đề 11 1.2 Mục tiêu 13 1.3 Nội dung phương pháp nghiên cứu 13 CHƯƠNG THIẾT KẾ MƠ HÌNH THÍ NGHIỆM 15 2.1 Cơ sở lý thuyết 15 2.1.1 Internet vạn vật (Internet of Things - IoT) gì? 15 2.1.2 Things IoT 17 2.1.3 Kiến trúc IoT 20 2.2 Thiết kế thi công 22 2.2.1 “IoT networks” 22 2.2.2 “IoT Node” 23 2.2.3 “IoT Gateway” 26 2.2.4 IoT ThingSpeak 28 2.3 Thí nghiệm kiểm chứng 28 2.3.1 Kiểm tra truyền – nhận liệu qua mạng LoRa 28 2.3.2 Kiểm tra chức thu thập liệu điều khiển 30 CHƯƠNG ÁP DỤNG VÀO GIẢNG DẠY .31 3.1 Giới thiệu 31 3.2 Lập trình - 30 tiết 33 3.3 Ứng dụng Smart Home - 30 tiết .35 3.4 Kế hoạch giảng dạy đánh giá 37 3.5 Kết triển khai giảng dạy 38 3.5.1 Thông tin môn học 38 3.5.2 Quá trình giảng dạy 38 3.5.3 Kinh nghiệm đề xuất 39 CHƯƠNG KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 39 4.1 Kết luận 39 4.2 Hướng phát triển 39 TÀI LIỆU THAM KHẢO 40 PHẦN III PHỤ LỤC ĐÍNH KÈM 42 Hợp đồng thực đề tài nghiên cứu khoa học 42 Thuyết minh đề tài phê duyệt .42 Quyết định nghiệm thu .42 Hồ sơ nghiệm thu 42 Sản phẩm nghiên cứu 42  Phụ lục 5.1 Bài báo đăng tạp chí IUH 42  Phụ lục 5.2 Bài báo tham gia hội nghị khoa học trẻ YSC2019 42  Phụ lục 5.3 Bản vẽ bo mạch IoT node IoT Gateway; vẽ mơ hình thí nghiệm .42  Phụ lục 5.4 Minh chứng báo sinh viên 42  Phụ lục 5.5 Tài liệu hướng dẫn thí nghiệm .42 PHẦN I THƠNG TIN CHUNG I Thơng tin tổng quát 1.1 Tên đề tài: Nghiên cứu xây dựng mô hình thực hành IoT đáp ứng cơng nghiệp 4.0 áp dụng giảng dạy sinh viên hệ Đại học 1.2 Mã số: 192.ĐT03 1.3 Danh sách chủ trì, thành viên tham gia thực đề tài TT Họ tên (học hàm, học vị) Đơn vị cơng tác Vai trị thực đề tài TS Nguyễn Ngọc Sơn Khoa CN Điện tử Chủ nhiệm ThS Phạm Quang Trí Khoa CN Điện tử Thành viên nghiên cứu ThS Nguyễn Duy Khanh Khoa CN Điện tử Thành viên nghiên cứu ThS Cao Văn Kiên Khoa CN Điện tử Thành viên nghiên cứu Trần Nguyễn Minh Thông Khoa CN Thông tin Sinh viên Lê Đức Huy Khoa CN Điện tử Sinh viên 1.4 Đơn vị chủ trì: 1.5 Thời gian thực hiện: 1.5.1 Theo hợp đồng: từ tháng 01 năm 2019 đến tháng 01 năm 2020 1.5.2 Gia hạn (nếu có): đến tháng… năm… 1.5.3 Thực thực tế: từ tháng 01 năm 2019 đến tháng 01 năm 2020 1.6 Những thay đổi so với thuyết minh ban đầu (nếu có): Khơng 1.7 Tổng kinh phí phê duyệt đề tài: 77.5 triệu đồng II Kết nghiên cứu Đặt vấn đề - Sau bốn thập kỷ kể từ Internet [1] đời, thuật ngữ "Internet" trực tiếp đề cập đến ứng dụng khổng lồ xây dựng mạng máy tính kết nối, phục vụ cho hàng tỷ người dùng toàn giới liên tục 24/7 Chúng ta giai đoạn khởi đầu kỷ nguyên mới, nơi truyền thông kết nối khắp nơi, khơng cịn giấc mơ hay thách thức Giờ đây, trọng tâm công nghệ chuyển sang tích hợp người thiết bị thơng qua môi trường ảo gọi Internet of Things (IoT) IoT dự báo xu hướng công nghệ giới vào năm 2020 Gartner [2] ước tính đến cuối năm 2020, có 25 tỷ vật dụng kết nối Internet Cisco [2] dự kiến tăng gấp đơi, có 50 tỷ mặt hàng kết nối Internet vào cuối năm 2020 Mọi vật dụng có khả trở nên "thơng minh" có kết nối Internet Cũng người, IoT ứng dụng lĩnh vực nhà thông minh [3], [4], giao thông thông minh [5], y tế thông minh [6], nông nghiệp thông minh [7], thành phố thông minh [8], [9] ngành công nghiệp khác IoT thay đổi cách người tương tác với thiết bị, thiết bị với thiết bị từ tạo nhiều hội kinh doanh, hình thức kinh doanh khác cho doanh nghiệp cộng đồng khởi nghiệp - Hiện nay, Trường Đại học tập đoàn lớn giới phát triển phòng LAB chuyên nghiên cứu giảng dạy lĩnh vực IoT Chẳng hạn như, báo [10] giới thiệu tảng mơ hình thí nghiệm mở FIT IoT-LAB FIT IoT-LAB cung cấp tảng thí nghiệm quy mô lớn cho phép nhà nghiên cứu, nhà thiết kế IoT, nhà phát triển kỹ sư IoT thiết kế, đánh giá tối ưu hóa giao thức, ứng dụng dịch vụ họ Trung tâm C-DAC (Centre For Development of Advanced Computing) [11] phát triển IoT-Lab bao gồm Wi-Fi Mote, Ubimote, BLE Mote, UbiSense and WINGZ Bài báo mô tả thông số kỹ thuật, ứng dụng thời gian thực hội nghiên cứu thiết bị phần công cụ IoT Lab Bài báo [12] giới thiệu tảng IoT Lab dùng Arduino/Genuino UNO, ngơn ngữ lập trình Python ThingSpeak IoT - Tại Việt Nam, ứng dụng IoT quan tâm kêu gọi đầu tư lớn từ quyền, quỹ đầu tư mạo hiểm từ tập đoàn lớn giới: Khu Công nghệ cao Tp.HCM: ưu tiên ươm tạo công ty khởi nghiệp mảng IoT thường xuyên tổ chức hội thảo IoT Hiện này, khu công nghệ cao phát động thi với chủ đề “Phát triển đô thị thông minh nâng cao chất lượng sống dựa tảng IoT” vào tháng 09/2019 Đề xuất xây dựng quyền điện tử Bí thư Thành ủy Tp.HCM với đối tác Microsoft vào ngày 31/03/2016 Tỉnh Bình Dương tích cực tìm hiểu để triển khai xây dựng “Thành phố thông minh ứng dụng công nghệ thông tin” Hội thảo UBND tỉnh Bình Dương Tổng Lãnh quán Hà Lan Tp.HCM phối hợp tổ chức vào ngày 28/03/2016, Trung tâm Hội nghị Triển lãm tỉnh Các công ty hàng đầu giới Intel, Cisco, IBM, Google,… lập quỹ đầu tư IoT toàn giới quỹ dành nhiều ưu tiên Việt Nam Hiện nay, IoT trường đại học nước đưa vào chương trình giảng dạy khóa dành cho sinh viên bậc học, LAB nghiên cứu giảng viên Chẳng hạn như: Ngày 7/7/2016 Khu Công nghệ cao Hịa Lạc, Bộ Khoa học Cơng nghệ tổ chức khai trương Phịng thí nghiệm Hịa Lạc IoT Lab (HIL) IoT Lab trưng bày công nghệ IoT Smart Home, Smart City, IoT công nghiệp, giao thông, y tế, giáo dục thơng minh Nhóm nghiên cứu UiTiO Bộ mơn Mạng máy tính, Trường ĐH CNTT – ĐHQG HCM, tập trung nghiên cứu, phát triển xây dựng giải pháp, ứng dụng lĩnh vực: Internet of Things (IoTs) Tháng 03/2019, Vintech khánh thành phòng LAB IoT Hàn Quốc Các tập đồn cơng nghệ lớn Việt Nam có phịng LAB IoT VNPT, FPT, VNG, VIETTEL, VINTECH, INTEL, National Instruments, SIEMENs and so on - Đại học Công nghiệp Tp.HCM định hướng xây dựng chương trình đào tạo đáp ứng u cầu cơng nghiệp 4.0 Trong đó, IoT lĩnh vực then chốt, hạt nhân cách mạng công nghiệp Hiện nay, IoT xây dựng thành môn học giảng dạy cho sinh viên hệ Đại học cho ngành đào tạo Khoa Công nghệ Điện tử, Khoa Công nghệ Điện Khoa Công nghệ Thông tin - Trong đề tài này, chúng tơi thiết kế tảng mơ hình thí nghiệm để giảng dạy học phần IoT trường đại học Ý tưởng thiết kế bao gồm khía cạnh quan trọng xét đến dễ dàng thực hiện, chi phí thấp, có khả mở rộng đa trạm kết nối, thu thập liệu điều khiển thiết bị cơng nghiệp Mơ hình thí nghiệm đề xuất hệ thống IoT hoàn chỉnh gồm thành phần phần cứng, phần mềm truyền thơng, với tính mở Sau đó, thực biên soạn giảng dựa vào mô hình thí nghiệm đề xuất cách tiếp cận học tập dựa dự án PBL [13], [14] (Project Based Learning) Các dự án từ đơn giản đến phức tạp giúp sinh viên có khả năng: hiểu kiến trúc IoTs, xu hướng công nghệ thách thức IoTs, xu hướng thiết kế IoTs cho ứng dụng công nghiệp; nắm bắt tảng phần cứng sử dụng để thiết kế ứng dụng IoTs công nghiệp; hiểu tảng mạng truyền thông có dây khơng dây thường sử dụng cho ứng dụng IoTs; tư phân tích lựa chọn thiết bị phần cứng, truyền thông phần mềm cho ứng dụng IoTs công nghiệp; thiết kế, lập trình chạy thử nghiệm ứng dụng IoTs công nghiệp Mục tiêu a Mục tiêu tổng qt: Xây dựng mơ hình thực hành đáp ứng chuẩn đầu môn học IoT công nghiệp b Mục tiêu cụ thể  Xây dựng mơ hình thiết bị mẫu gồm phần cứng, truyền thông, server lưu trữ giao diện ứng dụng Mobile/web để triển khai học thực hành  Biên soạn tài liệu hướng dẫn thực hành  Tài liệu giấy bám sát đề cương môn học IoT công nghiệp, hướng dẫn chi tiết học cụ thể  Tài liệu video hướng dẫn thực hành cho học cụ thể để sinh viên học nhà qua cơng cụ e-learning Phương pháp nghiên cứu TT Các nội dung, công việc chủ yếu cần thực Phương pháp nghiên cứu Cách tiếp cận Kết cần đạt Nghiên cứu kiến trúc IoT phác thảo ý tưởng mơ hình thực hành IoT Lý thuyết, thực tiễn Khảo sát Lab IoT có ngồi nước Phác thảo vẽ chi tiết mơ hình thí nghiệm Thiết kế ý tưởng thực hành đáp ứng chuẩn đầu học phần Thực nghiệm Khảo sát, tra cứu phòng Lab tương tự Phác thảo thực hành Thiết kế mơ hình thực hành, lựa chọn trang thiết bị, thi công, chế tạo Thực nghiệm Biên soạn thực hành Thực nghiệm Mô hình đạt u cầu tính thẩm mỹ, đủ chức có tính mở Dùng phương pháp Step by step kết hợp dạy theo dự án PBL để biên soạn tài liệu thực hành Bộ tài liệu hướng dẫn thực hành Bài báo khoa học cấp trường Tổng kết kết nghiên cứu 4.1 Mơ hình phần cứng thí nghiệm: thiết kế mơ hình kiến trúc IoT dùng thực hành gồm thành phần IoT node, IoT gateway, IoT networks Web apps Hình Sơ đồ khối thành phần mơ hình thí nghiệm IoT Hình Cấu trúc phần cứng mơ-đun “IoT Node” Hình Hình ảnh thực nghiệm “IoT Gateway” 4.2 Áp dụng giảng dạy: Việc thiết kế LAB để giảng dạy thí nghiệm IoT cho sinh viên Đại học tiếp cận theo mức độ phức tạp từ dễ đến khó tiếp cận học tập dựa dự án PBL (Project based learning) Các dự án hiệu vấn đề thu hút quan tâm sinh viên thúc đẩy họ khám phá để hiểu sâu yêu cầu cho Các dự án tốt yêu cầu học sinh hình thành ý tưởng phán đốn dựa kiện kiến thức trước, thông tin đưa kịch logic Học tập dựa dự án thường bao gồm số bước hình Hình Lưu đồ thực học qua dự án PBL Hình Các khối kiến thức đề xuất giảng Mơn học chương trình đào tạo mơn học TC thực hành (60 tiết), sau học mơn học này, người học có khả năng: tư phân tích lựa chọn thiết bị phần cứng, truyền thông phần mềm cho ứng dụng IoTs cơng nghiệp; Thiết kế, lập trình chạy thử nghiệm ứng dụng IoTs Do đó, nội dung thiết kế hình Đến tại, chúng tơi triễn khai giảng dạy thử nghiệm thành công 02 lớp Đại học năm ngành Điện tử - máy tính Trong học kỳ tiếp theo, tiếp tục triễn khai sinh viên Đại học ngành Điện tử - viễn thông thực khảo sát từ sinh viên, phân tích kết học tập chi tiết để thấy rõ tác động mơ hình thí nghiệm IoT giảng dạy sinh viên 4.3 Bài báo khoa học: Kết nghiên cứu đề tài viết thành 01 báo tham gia hội nghị khoa học trẻ YSC2019 Đại học Công nghiệp TP.HCM tổ chức viết 01 báo đăng tạp chí Khoa học Cơng nghệ trường Đại học Công nghiệp TP.HCM Đánh giá kết đạt kết luận Với kết đạt mặt khoa học thực tiễn, tác giả tin đề tài nghiên cứu đáp ứng tất yêu cầu đặt ban đầu đề tài, đáp ứng đầy đủ tất nội dung theo hợp đồng ký kết đề tài Tóm tắt kết (tiếng Việt tiếng Anh) Đề tài thiết kế tảng mơ hình thí nghiệm để giảng dạy học phần IoT (Internet of Things) trường đại học Ý tưởng thiết kế bao gồm khía cạnh quan trọng xét đến dễ dàng thực hiện, chi phí thấp, có khả mở rộng đa trạm kết nối, thu thập liệu điều khiển thiết bị cơng nghiệp Nền tảng mơ hình thí nghiệm bao gồm thành phần thiết bị “IoT Gateway” sử dụng máy tính nhúng Raspberry Pi B+; “IoT Node” sử dụng vi điều khiển TMS320; “IoT Networks” sử dụng mạng LoRaWAN, Modbus RTU Internet để trao đổi liệu “IoT Node” “IoT Node” ” “IoT Gateway”; Server lưu trữ liệu điện toán đám mây sử dụng “ThingSpeak IoT” Kết kiểm chứng cho thấy, mơ hình thí nghiệm đề xuất chạy ổn định, thu thập liệu điều khiển thiết bị cơng nghiệp xác, dễ dàng triển khai thí nghiệm theo tiếp cận học qua dự án PBL (Project Based Learning) từ đơn giản đến nâng cao cho người học In this paper, the IoT platform is designed to teach the IoT course in our university The designed ideas have covered some important aspects of a building platform including easy to implement, low-cost, ability to data acquisition and control, easy to expand multi-node connection The IoT platform includes components such as “IoT gateway” based Raspberry Pi B+, “IoT Node” based TMS320 chip, “IoT networks” supported LoRaWAN, Modbus RTU, Internet, and “Server” based ThingSpeak platform The results show that the IoT platform runs stability and can meet the requirements of data acquisition, control, transmission in a wide area Moreover, it is easy to deploy experiments according to learning approach through Project-Based Learning (PBL) method from simple to advanced for students III Sản phẩm đề tài, công bố kết đào tạo 3.1 Kết nghiên cứu ( sản phẩm dạng 1,2,3) TT Yêu cầu khoa học hoặc/và tiêu kinh tế - kỹ thuật Tên sản phẩm Đăng ký Đạt Đạt u cầu Đạt u cầu Mơ hình thiết bị phần cứng IoT Thiết bị chạy ổn định đáp ứng giảng dạy mơn học thực hành IoT; Có tính mới; Linh hoạt, có tính mở dễ sử dụng Bản vẽ mơ hình thực hành Dễ thi cơng, thẩm mỹ Dễ sử dụng, linh hoạt; Cài đặt mobile máy tính Tài liệu phục vụ giảng Tài liệu hướng dẫn chi dạy tiết, khoa học Ít 01 sinh viên hoàn Kết đào tạo đại học thành khóa luận Video giảng phục vụ Mỗi thực hành giảng dạy E-Learning video hướng dẫn Chương trình máy tính Bài báo khoa học 01 báo IUH Đạt yêu cầu Đạt yêu cầu Đạt yêu cầu Đạt yêu cầu Nguyen Ngoc Son, Cao Van Kien, Pham Quang Tri, “Design IoT Platform For Laboratory”, YSC2019, ĐHCN TPHCM Phạm Quang Trí, Cao Văn Kiên, Nguyễn Ngọc Sơn, “Thiết kế “mơ hình thí nghiệm IoT” ứng dụng giảng dạy bậc đại học”, Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Trường Đại học Công nghiệp TP.HCM, 2020 3.2 Kết đào tạo TT Họ tên Thời gian thực đề tài Sinh viên Đại học Thái Vi Hùng 1/2019 đến 6/2019 Tên đề tài Tên chuyên đề NCS Tên luận văn Cao học Ứng dụng hệ thống nhúng mơ hình trồng rau thủy canh Đã bảo vệ Đạt Khoa Công nghệ Điện tử Bộ môn Điện tử Tự động TÀI LIỆU HƯỚNG DẪN THỰC HÀNH Sơ đồ kết nối: Thực kết nối theo sơ đồ sau: 24V GND NO1 COM1 DI1 24V GND ON/OFF 1 AC 220V Hình 6.11 Sơ đồ chi tiết kết nối phần cứng thí nghiệm Mã nguồn: Dựa vào lưu đồ giải thuật để viết chương trình điều khiển ngôn ngữ Python sau: from gpiozero import DigitalOutputDevice, DigitalInputDevice relay1_IoTGateway = DigitalOutputDevice(17, active_high=True, initial_value=False) digIn1_IoTGateway = DigitalInputDevice(23, pull_up=None, active_state=True, bounce_time=1) while True: if(digIn1_IoTGateway.value == 1): print("Switch is ON") relay1_IoTGateway.on() else: print("Switch is OFF") relay1_IoTGateway.off() 6.4.1.3 Truyền thơng qua giao tiếp RS485 u cầu thí nghiệm: Điều khiển động DC quay dừng thông qua giao thức RS485 mô-đun IoT Gateway tương ứng với thao tác nhấn nút SPEED nối với ngõ vào DI1 mô-đun IoT Gateway nhấn nút STOP nối với ngõ vào DI2 mô-đun IoT Gateway Sơ đồ kết nối: Thực kết nối theo sơ đồ sau: Biên soạn: Insys Team IoT - Internet of Things 73 Khoa Công nghệ Điện tử Bộ môn Điện tử Tự động GND 24V TÀI LIỆU HƯỚNG DẪN THỰC HÀNH DC Servo Motor M+ M– GND 3V3 EN-A EN-B M+ M– GND 3V3 EN-A EN-B GND 485-A 485-B 24V 485-A 485-B 24V GND DI1 DI2 24V GND SPEED STOP Hình 6.12 Sơ đồ chi tiết kết nối phần cứng thí nghiệm Mã nguồn: Dựa vào lưu đồ giải thuật để viết chương trình điều khiển ngôn ngữ Python sau: from gpiozero import DigitalOutputDevice, DigitalInputDevice import serial digIn1_IoTGateway = DigitalInputDevice(23, pull_up=None, active_state=True, bounce_time=1) digIn2_IoTGateway = DigitalInputDevice(22, pull_up=None, active_state=True, bounce_time=1) EN_Motor_IoTGateway = DigitalOutputDevice(18, active_high=True, initial_value=False) ser = serial.Serial( # Khai bao UART port = '/dev/ttyS0', baudrate = 115200, parity = serial.PARITY_NONE, stopbits = serial.STOPBITS_ONE, bytesize = serial.EIGHTBITS, timeout = 1) node_add = # Ma cua Node dong co send_ok = # Bien xac nhan gui du lieu while True: if(digIn1_IoTGateway.value == 1): # Kiem tra nut duoc nhan motor_speed = 100 # Toc dong co (0 - 100) send_ok = if(digIn2_IoTGateway.value == 1): motor_speed = # Toc dong co (0 - 100) send_ok = if(send_ok == 1): EN_Motor_IoTGateway.on() # Transmit Data: IoT Gateway -> Motor data_send = ['k',node_add,0,motor_speed] ser.write(data_send) send_ok = Biên soạn: Insys Team IoT - Internet of Things 74 TÀI LIỆU HƯỚNG DẪN THỰC HÀNH Khoa Công nghệ Điện tử Bộ môn Điện tử Tự động 6.4.2 Cấu hình, lập trình cho IoT Node 6.4.2.1 Điều khiển ngõ Relay Yêu cầu thí nghiệm: Điều khiển sáng tắt bóng đèn nối với Relay mơ-đun IoT Node bóng đèn nối với Relay mô-đun IoT Node Các bóng đèn đổi trạng thái sáng/tắt độc lập nhau, tương ứng tùy thuộc vào trạng thái bật/tắt công tắc công tắc nối với ngõ vào DI1 DI2 mô-đun IoT Gateway Sơ đồ kết nối: Thực kết nối theo sơ đồ sau: NO2 COM2 GND 24V NO1 COM1 2 GND 24V GND 24V GND 24V AC 220V AC 220V 24V GND DI1 DI2 24V GND ON/OFF ON/OFF Hình 6.13 Sơ đồ chi tiết kết nối phần cứng thí nghiệm Biên soạn: Insys Team IoT - Internet of Things 75 TÀI LIỆU HƯỚNG DẪN THỰC HÀNH Khoa Công nghệ Điện tử Bộ môn Điện tử Tự động Mã nguồn: Dựa vào lưu đồ giải thuật để viết chương trình điều khiển ngôn ngữ Python sau: #!/usr/bin/env python3 from Lora_Driver.IoT_Driver import mylora from gpiozero import DigitalOutputDevice, DigitalInputDevice digIn1_IoTGateway = DigitalInputDevice(23, pull_up=None, active_state=True, bounce_time=1) digIn2_IoTGateway = DigitalInputDevice(22, pull_up=None, active_state=True, bounce_time=1) lora = mylora(verbose=False) lora.debug_on = # Bat/tat tinh nang Debug (Act = 1) IoTNode1_ID = # So ID cua Node IoTNode2_ID = relay1_IoTNode = # Ten ghi dieu khien Relay relay2_IoTNode = relay1_IoTNode_status = # Gia tri dieu khien trang thai Relay (On = 1, Off = 0) relay2_IoTNode_status = send_ok = # Bien xac nhan gui du lieu print("Starting ") # lora.write_data(node,reg,value) lora.write_data(IoTNode1_ID,relay1_IoTNode,relay1_IoTNode_status) lora.write_data(IoTNode2_ID,relay2_IoTNode,relay2_IoTNode_status) print("Complete.") while True: if(digIn1_IoTGateway.value == 1): relay1_IoTNode_status = ~relay1_IoTNode_status+2 send_ok = if(digIn2_IoTGateway.value == 1): relay2_IoTNode_status = ~relay2_IoTNode_status+2 send_ok = if(send_ok == 1): print("Data Sending ") lora.write_data(IoTNode1_ID,relay1_IoTNode,relay1_IoTNode_status) lora.write_data(IoTNode2_ID,relay2_IoTNode,relay2_IoTNode_status) send_ok = print("Sent Data Completed") 6.4.2.2 Thu thập liệu từ ngõ vào số Yêu cầu thí nghiệm: Điều khiển sáng tắt bóng đèn nối với Relay Relay mơ-đun IoT Gateway, bóng đèn nối với Relay môđun IoT Node 1, bóng đèn nối với Relay mơ-đun IoT Node Các bóng đèn đổi trạng thái sáng tắt độc lập nhau, tương ứng tùy thuộc vào trạng thái bật/tắt Biên soạn: Insys Team IoT - Internet of Things 76 TÀI LIỆU HƯỚNG DẪN THỰC HÀNH Khoa Công nghệ Điện tử Bộ môn Điện tử Tự động cơng tắc Bóng đèn điều khiển bật/tắt công tắc nối với ngõ vào DI1 mô-đun IoT Node Bóng đèn điều khiển bật/tắt công tắc nối với ngõ vào DI2 mô-đun IoT Node2 Sơ đồ kết nối: Thực kết nối theo sơ đồ sau: ON/OFF NO4 COM4 DI2 NO3 COM3 GND 24V GND 24V GND 24V GND 24V DI1 ON/OFF AC 220V NO2 COM2 24V GND NO1 COM1 24V GND AC 220V AC 220V Hình 6.14 Sơ đồ chi tiết kết nối phần cứng thí nghiệm Biên soạn: Insys Team IoT - Internet of Things 77 TÀI LIỆU HƯỚNG DẪN THỰC HÀNH Khoa Công nghệ Điện tử Bộ môn Điện tử Tự động Mã nguồn: Dựa vào lưu đồ giải thuật để viết chương trình điều khiển ngơn ngữ Python sau: #!/usr/bin/env python3 from Lora_Driver.IoT_Driver import mylora from gpiozero import DigitalOutputDevice # Khai bao su dung ham thu vien relay1_IoTGateway = DigitalOutputDevice(17, active_high=True, initial_value=False) relay2_IoTGateway = DigitalOutputDevice(27, active_high=True, initial_value=False) lora = mylora(verbose=False) lora.debug_on = # Bat/tat tinh nang Debug (Act = 1) IoTNode1_ID = # So ID cua Node IoTNode2_ID = digIn1_IoTNode = # Ten ghi dieu khien ngo vao so digIn2_IoTNode = relay3_IoTNode = 10 # Ten ghi dieu khien Relay relay4_IoTNode = 11 relay1_IoTGateway.off() relay2_IoTGateway.off() lora.write_data(IoTNode1_ID,relay3_IoTNode,0) lora.write_data(node,reg,value) lora.write_data(IoTNode2_ID,relay4_IoTNode,0) lora.write_data(node,reg,value) # # while True: sw1_IoTNode1_value = lora.read_data(IoTNode1_ID,digIn1_IoTNode) sw2_IoTNode2_value = lora.read_data(IoTNode2_ID,digIn2_IoTNode) if(sw1_IoTNode1_value == 1): # Kiem tra nut duoc nhan relay1_IoTGateway.on() lora.write_data(IoTNode1_ID,relay3_IoTNode,1) # lora.write_data(node,reg,value) else: relay1_IoTGateway.off() lora.write_data(IoTNode1_ID,relay3_IoTNode,0) # lora.write_data(node,reg,value) if(sw2_IoTNode2_value == 1): # Kiem tra nut duoc nhan relay2_IoTGateway.on() lora.write_data(IoTNode2_ID,relay4_IoTNode,1) # lora.write_data(node,reg,value) else: relay2_IoTGateway.off() lora.write_data(IoTNode2_ID,relay4_IoTNode,0) # lora.write_data(node,reg,value) Biên soạn: Insys Team IoT - Internet of Things 78 Khoa Công nghệ Điện tử Bộ môn Điện tử Tự động TÀI LIỆU HƯỚNG DẪN THỰC HÀNH 6.4.2.3 Điều khiển ngõ OC u cầu thí nghiệm: Điều khiển hai bóng đèn AC 220V nối với ngõ OC1 mô-đun IoT Node ngõ OC2 mô-đun IoT Node bật/tắt độc lập bật/tắt công tắc tương ứng nối với ngõ vào DI1, DI2 mô-đun IoT Gateway Sơ đồ kết nối: Thực kết nối theo sơ đồ sau: AC 220V AC 220V RELAY 24VDC C1 RELAY 24VDC NO C1 COM COM C2 NC OC2 24V NC OC1 24V C2 NO GND 24V GND 24V GND 24V GND 24V 24V GND DI1 DI2 24V GND ON/OFF ON/OFF Hình 6.15 Sơ đồ chi tiết kết nối phần cứng thí nghiệm Mã nguồn: Dựa vào lưu đồ giải thuật để viết chương trình điều khiển ngôn ngữ Python sau: from Lora_Driver.IoT_Driver import mylora Biên soạn: Insys Team # Khai bao su dung ham thu vien IoT - Internet of Things 79 Khoa Công nghệ Điện tử Bộ môn Điện tử Tự động TÀI LIỆU HƯỚNG DẪN THỰC HÀNH 6.4.2.4 Thu thập liệu từ ngõ vào tương tự Yêu cầu thí nghiệm: Thu thập giá trị nhiệt độ cảm biến nhiệt độ kết nối với mô-đun IoT Node thông qua ngõ vào AI1 mô-đun IoT Node thông qua ngõ vào AI2 Căn vào giá trị nhiệt độ để điều khiển bật/tắt tương ứng bóng đèn AC 220V nối với Relay mô-đun IoT Node Relay mô-đun IoT Node Nếu giá trị nhiệt độ thu thập nằm mức 40℃ điều khiển bật đèn giá trị nhiệt độ thu thập nằm mức 50℃ điều khiển tắt đèn 4-20mA R B B B B SENSOR + – 4-20mA R R B B B B + – AI1 R AI2 SENSOR 24V 24V Sơ đồ kết nối: Thực kết nối theo sơ đồ sau: AC 220V NO2 COM2 GND 24V NO1 COM1 2 GND 24V GND 24V GND 24V AC 220V Hình 6.16 Sơ đồ chi tiết kết nối phần cứng thí nghiệm Mã nguồn: Dựa vào lưu đồ giải thuật để viết chương trình điều khiển ngơn ngữ Python sau: from Lora_Driver.IoT_Driver import mylora Biên soạn: Insys Team # Khai bao su dung ham thu vien IoT - Internet of Things 80 TÀI LIỆU HƯỚNG DẪN THỰC HÀNH Khoa Công nghệ Điện tử Bộ môn Điện tử Tự động 6.4.3 Truyền thông qua giao tiếp RS485 Yêu cầu thí nghiệm: Điều khiển động DC quay dừng thông qua giao thức RS485 mô-đun IoT Node tương ứng với thao tác nhấn nút SPEED nút STOP Hai nút nối với ngõ vào DI1 DI2 mô-đun IoT Gateway Sơ đồ kết nối: Thực kết nối theo sơ đồ sau: DC Servo Motor 24V 485-B 485-A GND EN-B EN-A 3V3 GND M– M+ 485-B 485-A GND 24V EN-B EN-A 3V3 GND M– M+ 24V GND GND 24V DI1 DI2 24V GND SPEED STOP GND 24V Hình 6.17 Sơ đồ chi tiết kết nối phần cứng thí nghiệm Mã nguồn: Dựa vào lưu đồ giải thuật để viết chương trình điều khiển ngơn ngữ Python sau: from Lora_Driver.IoT_Driver import mylora vien # Khai bao su dung ham thu 6.5 Báo cáo kết dự án Dựa vào bước để thực dự án PBL Hình 6.1, yêu cầu dự án Hình 6.2 hướng dẫn cấu hình/lập trình, nhóm tiến hành thực dự án Nhà thông minh báo cáo kết dự án đến giảng viên hướng dẫn trình bày trước lớp kết dự án mà nhóm thực Biên soạn: Insys Team IoT - Internet of Things 81 BO C6NG THUONG TRTIOf{G DAr rrQc coNG NGmFP rnArupn6 sa:]$[ nO cri nrnur /eD-DHCN v/v thirnh lip HQi ddng CQNG HOA XA rr0r Crru NGHI{ VET NAM DQc lip - Tg - H4nh phric Thdnh phii Hi uu'oQ$*loffiu Chi Minh, ngalSlhdng€ndm 2020 dA tii NcrG cAp rrulng @urRrtor{c rRr/dNGDArHec cONGNGrUp rp Hd crriMrNn Cdn Theo di ngh! cia Trudng phdng Qudn Ij, Khoa hoc Quyiit dinh sti 214/2004/QD-TTG 24 thdng I2 ndm 2004 cia Thi nr6ng Chinh phrt V/v Thanh l6p Truong Dqi hec C6ng nghiQp Thanh phii H6 Chi Minh; Cin Quy6t dinh sii 0L/2005/QD-BCN ngdy I0 thdng 0t ndn 2005 ctha BQ Truhng BQ C6ng Nghidp (noy ld BQ C6ng Throng) quy dlnh chttc ndng, nhiQm ry, quyin hqn vd td chtc bQ mdry Trudng Dqi hpc C6ng nghi€p Thdnh phii Hi Chi Minh; Cdn ct Quyh dinh sd 2460/QD-DHCN 06 thdng l I ndm 20 j8 cila HiAu mt6ng Trudng Dqi hqc C6ng nghiQp Thdnh ph6 nA Cnt Minh quy dlnh vi viQc qudn l! vd thttc hiQn di tdi nghiAn cria Htoa hqc ciip Truong; Cdn ct Quyilt dinh s6 24/QD-DHCN thdng 0I ndm 2019 vi viQc phA duyQt cdc ili tdi nghiAn c ru khoa hgc ciip trudng ndm 2019 dqt I; Cdn at Ho.p ding miin khai di tdi nghiAn ctiu khoa hpc ctip tnrong sij temODHCN hi 18 tluing 0I ndm 2019 giiia HiQu trudng Tntdng Dqi h7c C6ng nghiQp Thanh phii HO Chi Minh voi 6ng Nguydn Ngpc Son - chi nhiQm di tdi 'Nght\n cttu xay A{ng m6 hinh thttc hanh IoT - ddp ilng c6ng nghiAp 4.0 dp dqng gidng dqy sinh viAn h€ Dqi hoc"; vd Hgp tdc euiic ti! qurfropra: Di6u L Thanh lflp HQi ddng d6nh gi6 nghiQm thu dd tei NCKH c6p Trudng cr?u xAy dpg m6 hinh thlrc hanh IoT -