42
Hình 2.13: Mô hình hệ thống nhà thông minh
Mô hình hệ thống nhà thông minh được xây dựng bao gồm các phần sau:
Cảm biến: nơi thu thập dữ liệu của môi trường và phản hồi về bộ xử lý, đây cũng là nơi để trung chuyển dữ liệu lên tầng cao hơn đồng thời xử lý dữ liệu thô từ cảm biến thành các dữ liệu mà người dùng có thể quan sát được.
Thiết bị: dạng đầu cuối của hệ thống, nơi tiếp nhận sự điều khiển và thực thi các tác vụ của người dùng, thiết bị ở đây có thể là các thiết bị cơ bản như bóng đèn, quạt… cũng có thể là thiết bị thông minh.
Wifi ESP8266: thiết bị có nhiệm vụ truy nhập vào hệ thống wifi của căn nhà thông minh, đây cũng là một thiết bị nhúng lập trình bằng ngôn ngữ C, thiết bị có thể cấu hình được mật khẩu và tài khoản đăng nhập wifi, cho phép xử lý dữ liệu từ cảm biến, đưa ra các lệnh điều khiển đến thiết bị đầu cuối, đồng độ bản tin lên MQTT broker.
Node RED: cho phép xây dựng giao diện tương tác người dùng dashboard và nhúng giao thức MQTT để vận chuyển và trao đổi dữ liệu trên nền tảng web. MQTT server sẽ tạo ra các node mạng với điểm trung chuyển phần cứng là các điểm chứa ESP8266. Đồng thời MQTT server cũng được cung cấp cơ chế bảo mật với username và password. Trường username là một chuỗi có định dạng UTF-8 và trường password là dữ liệu nhị phân với kích thước tối đa là 65535 bytes. Sự bất cập trong phiên bản MQTT v3.1 là sử dụng mật khẩu với 12 ký tự đã được bãi bỏ ở phiên bản MQTT v3.1.1. Ngoài ra phiên bản này cũng định nghĩa rằng: một client có thể có username mà không cần password nhưng không thể tồn tại trạng thái ngược lại. Khi sử dụng xác thực bằng tên người dùng và mật khẩu, MQTT broker sẽ đánh giá thông tin client dựa trên cơ chế xác thực đã được triễn khai và gửi trả về gói tin phản hồi gọi là CONNACK, trong đó bao gồm một mã trạng thái gọi là return code.
43
Giao diện Dashboard: thông qua Node RED giao diện người dùng được thiết kế trực quan và đơn giản, giao diện tương tác trực tiếp trên web browser không phụ thuộc vào thiết bị đó là máy tính nào hay điện thoại nào. Giao diện trên Node RED cũng có thiết kế hết sức linh hoạt với các nút bấm, thanh trượt, đồ thị thời gian thực…
2.4 Kết luận
Chương này đã trình bày được nền tảng Node RED và hướng dẫn cơ bản để có thể cài đặt, sử dụng nền tảng. Đồng thời chương cũng giới thiệu sơ lược được thiết bị cho phép kết nối wifi và giao thức vận chuyển dữ liệu MQTT. Thông qua nền tảng Node RED làm chủ đạo xây dựng được mô hình điều khiển cơ bản của hệ thống nhà thông minh.
44
CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ CHẾ TẠO THỬ NGHIỆM
Chương 3 gồm các phần như sau: phần đầu trình bày cách thức chế tạo thiết bị phần cứng có khả năng hỗ trợ giao tiếp wifi, phần tiếp theo trình bày cách thức xây dựng ứng dụng điều khiển trong nhà thông minh dựa trên nền tảng Node RED, phần cuối là tích hợp thiết bị và chạy thử nghiệm.