Giao trinh cong nghe iot 01 2019

Internet Vạn Vật, hay cụ thể hơn là Mạng lưới vạn vật kết nối Internet hoặc là Mạng lưới thiết bị kết nối Internet (tiếng Anh: Internet of Things, viết tắt IoT) là một liên mạng, trong đó các thiết bị, phương tiện vận tải (được gọi là thiết bị kết nối và thiết bị thông minh), phòng ốc và các trang thiết bị khác được nhúng với các bộ phận điện tử, phần mềm, cảm biến, cơ cấu chấp hành cùng với khả năng kết nối mạng máy tính giúp cho các thiết bị này có thể thu thập và truyền tải dữ liệu.

GIỚI THIỆU CÔNG NGHỆ INTERNET OF THINGS

KHÁI NIỆM VỀ INTERNET OF THINGS

Internet Vạn Vật (IoT) là một mạng lưới kết nối giữa các thiết bị, phương tiện vận tải và các trang thiết bị khác, được tích hợp với điện tử, phần mềm, cảm biến và cơ cấu chấp hành Nhờ vào khả năng kết nối mạng, các thiết bị này có thể thu thập và truyền tải dữ liệu một cách hiệu quả.

Hình 1.1 Mô tả tương tác của mạng lưới thiết bị kết nối Internet

Vào năm 2013, tổ chức Global Standards Initiative on Internet of Things (IoT-GSI) đã định nghĩa Internet vạn vật (IoT) là một hạ tầng cơ sở toàn cầu phục vụ cho xã hội thông tin IoT hỗ trợ các dịch vụ điện toán chuyên sâu thông qua việc kết nối các vật thể, bao gồm cả vật thực và vật ảo, nhờ vào công nghệ thông tin và truyền thông hiện có Mục đích của IoT là tạo ra sự tương tác giữa các vật thể trong thế giới thực và thế giới thông tin.

Hệ thống IoT tích hợp vào mạng lưới truyền thông cho phép vật thể được cảm nhận và điều khiển từ xa, tạo cơ hội kết nối thế giới thực với hệ thống điện toán, nâng cao hiệu năng, độ tin cậy và lợi ích kinh tế trong khi giảm thiểu sự can thiệp của con người Khi IoT kết hợp với cảm biến và cơ cấu chấp hành, nó trở thành hệ thống ảo-thực đa dạng, bao gồm các công nghệ như điện lưới thông minh, nhà máy điện ảo, nhà thông minh, vận tải thông minh và thành phố thông minh Mỗi vật trong hệ thống điện toán nhúng được nhận dạng riêng biệt và có khả năng phối hợp trong hạ tầng Internet hiện có, với dự báo rằng Internet Vạn Vật sẽ kết nối khoảng 30 tỉ vật vào năm 2020.

Internet Vạn Vật (IoT) cung cấp kết nối mạnh mẽ cho thiết bị, hệ thống và dịch vụ, vượt trội hơn so với truyền tải máy-máy (M2M) Nó hỗ trợ đa dạng giao thức và ứng dụng, từ các thiết bị nhúng đến các vật dụng thông minh Sự kết nối này được kỳ vọng sẽ thúc đẩy kỷ nguyên tự động hóa trong nhiều ngành, từ điện lưới thông minh đến các ứng dụng trong thành phố thông minh.

IoT, hay Internet of Things, là một khái niệm mô tả thế giới nơi mọi vật và con người đều có định danh riêng, cho phép truyền tải và trao đổi thông tin qua một mạng duy nhất mà không cần tương tác trực tiếp Sự phát triển của IoT bắt nguồn từ sự kết hợp giữa công nghệ không dây, vi cơ điện tử và Internet Nói một cách đơn giản, IoT là tập hợp các thiết bị có khả năng kết nối với nhau, với Internet và môi trường xung quanh để thực hiện các nhiệm vụ cụ thể.

Hình 1.2 Mô tả thiết bị kết nối mạng lưới Internet

IoT (Internet of Things) bao gồm các vật thể như người với trái tim cấy ghép, động vật trang trại gắn chip sinh học, và xe cộ với cảm biến cảnh báo tình trạng bánh xe Những thiết bị này có khả năng kết nối mạng, cho phép truyền dữ liệu qua các liên kết máy-đến-máy (M2M) trong các ngành như sản xuất, năng lượng và xăng dầu Sản phẩm được tích hợp M2M thường được coi là thông minh, vì chúng thu thập và tự động truyền dữ liệu hữu ích Ví dụ, nhà thông minh hiện nay có thể điều khiển đèn, lò sưởi, hệ thống thông gió, điều hòa không khí, và các thiết bị gia dụng như máy giặt, máy hút chân không, và tủ lạnh thông qua kết nối Wi-Fi, cho phép theo dõi từ xa.

Khi tự động hóa kết nối internet được triển khai rộng rãi, IoT dự kiến sẽ tạo ra khối lượng dữ liệu lớn từ nhiều nguồn khác nhau, dẫn đến nhu cầu cấp thiết về việc tập hợp dữ liệu nhanh chóng và hiệu quả Sự gia tăng này cũng làm tăng nhu cầu về đánh chỉ mục, lưu trữ và xử lý dữ liệu Hiện nay, Internet Vạn Vật là một trong những nền tảng chính của Thành phố Thông minh và các Hệ thống Quản lý Năng lượng Thông minh.

Khái niệm "the Internet of Things" do Kevin Ashton làm việc tại Procter & Gamble, sau này là MIT's Auto-ID Center, giới thiệu vào năm 1999

Internet Vạn Vật (IoT) là thuật ngữ mô tả các đối tượng có thể nhận diện và tồn tại trong một kiến trúc kết nối Thuật ngữ này được Kevin Ashton giới thiệu vào năm 1999.

Vào năm 1999, một nhà khoa học đã thành lập Trung tâm Auto-ID tại đại học MIT, nơi thiết lập các tiêu chuẩn toàn cầu cho công nghệ RFID, một phương thức giao tiếp không dây sử dụng sóng radio, cùng với một số loại cảm biến khác Công nghệ IoT sau đó đã trở thành chủ đề phổ biến trong các ấn phẩm của nhiều hãng và nhà phân tích.

"Vạn Vật" đề cập đến nhiều thiết bị đa dạng như máy theo dõi nhịp tim, máy phát đáp vi mạch sinh học trên gia súc, loài ctenoides ales sống ở vùng nước ven biển, xe hơi có cảm biến tích hợp, thiết bị phân tích ADN để quan sát môi trường, thức ăn và mầm bệnh, cũng như các thiết bị chuyên dụng hỗ trợ lực lượng cứu hỏa trong hoạt động tìm kiếm cứu nạn.

"Vạn Vật" nên được xem là "một tổng thể không thể tách rời của phần cứng, phần mềm, dữ liệu và dịch vụ mạng".

LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN INTERNET OF THINGS

Cách mạng công nghiệp là một cuộc cách mạng trong sản xuất, đánh dấu sự thay đổi căn bản về các điều kiện kinh tế, xã hội, văn hóa và kỹ thuật Bắt đầu từ nước Anh, cuộc cách mạng này đã lan tỏa ra toàn cầu Thời kỳ này chứng kiến sự chuyển đổi từ nền kinh tế giản đơn, quy mô nhỏ, dựa vào lao động chân tay sang công nghiệp hóa và chế tạo máy móc quy mô lớn Thuật ngữ "Cách mạng công nghiệp" thường được sử dụng để chỉ giai đoạn đầu tiên diễn ra vào cuối thế kỷ 18 và đầu thế kỷ 19.

19 Giai đoạn hai hay còn gọi là Cách mạng công nghiệp lần thứ hai tiếp tục ngay sau đó từ nửa sau thế kỷ 19 đến đầu thế kỷ 20 Ảnh hưởng của nó diễn ra ở Tây Âu và Bắc Mỹ trong suốt thế kỷ 19 và sau đó là toàn thế giới Ý kiến về thời gian diễn ra Cách mạng công nghiệp lần thứ nhất không thống nhất, nhưng nói chung là ở nửa cuối thế kỷ 18 đến nửa đầu thế kỷ 19 Cuộc cách mạng công nghiệp lần thứ nhất bắt đầu với sự phát triển sản xuất hàng hóa của ngành công nghiệp dệt [2] Sau đó, với nhu cầu cung cấp máy móc và năng lượng cho công nghiệp dệt, các kỹ thuật gia công sắt thép được cải thiện và than đá sử dụng với khối lượng lớn Thương mại mở rộng tạo điều kiện cho sự ra đời của kênh đào giao thông và đường sắt Bên cạnh đó, đường giao thông được nâng cấp lớn cho hoạt động giao thương nhộn nhịp Động cơ hơi nước sử dụng nhiên liệu than và máy móc dẫn động bằng cơ khí đã đưa đến gia tăng năng suất lao động đột biến Sự phát triển các máy công cụ trong hai thập kỷ đầu của thế kỷ 19 tạo thuận lợi cho lĩnh vực chế tạo máy, phục vụ những ngành sản xuất khác

Cách mạng công nghiệp lần thứ hai khởi đầu vào khoảng thập kỷ 1850, đánh dấu sự bùng nổ của các tiến bộ kinh tế và kỹ thuật nhờ vào sự phát triển của tàu hơi nước và hệ thống đường sắt Đến cuối thế kỷ 19, những tiến bộ này đã tạo ra động lực mạnh mẽ cho sự phát triển công nghiệp và thay đổi cách thức sản xuất.

Cách mạng công nghiệp đánh dấu sự phát triển mạnh mẽ với động cơ đốt trong và máy móc điện, tạo nền tảng cho sự tiến bộ công nghệ Giai đoạn thứ hai của cuộc cách mạng này kết thúc vào năm 1914, trùng với thời điểm bắt đầu Thế chiến thứ nhất.

Hình 1.3 Lịch sử các cuộc các mạng công nghiệp

Cách mạng Công nghiệp lần thứ ba bắt đầu vào khoảng năm 1960, đánh dấu bởi những tiến bộ trong hạ tầng điện tử, máy tính và công nghệ kỹ thuật số, với nền tảng là sự phát triển của chất bán dẫn, siêu máy tính trong thập niên 1960, máy tính cá nhân trong thập niên 1970 và 1980, và Internet trong thập niên 1990 Đến cuối thế kỷ 20, quá trình này đã hoàn thành nhờ các thành tựu khoa học công nghệ cao, với dấu mốc quan trọng là cuộc khủng hoảng tài chính châu Á năm 1997, đánh dấu sự kết thúc của giai đoạn thứ ba.

Cách mạng Công nghiệp lần thứ tư, khởi đầu từ đầu thế kỷ 21, được xây dựng trên nền tảng của cuộc cách mạng số và các thành tựu của lần thứ ba Cuộc cách mạng này mang đến những công nghệ mới như in 3D, robot, trí tuệ nhân tạo, Internet of Things, S.M.A.C, công nghệ nano, sinh học và vật liệu mới Hiện nay, toàn cầu đang trong giai đoạn đầu của cuộc cách mạng này, đóng vai trò chiến lược quan trọng cho các nước đang phát triển nhằm theo kịp xu hướng thế giới và tạo ra bước ngoặt mới cho sự phát triển nhân loại.

Hìn h 1.4 Số lượng thiết bị sẽ được kết nối

Cách mạng công nghiệp đã có tác động sâu rộng đến đời sống con người và hình thái kinh tế – xã hội Sau cách mạng công nghiệp lần thứ nhất, chủ nghĩa tư bản đã thay thế chế độ phong kiến Lần thứ hai, chủ nghĩa tư bản độc quyền xuất hiện, đánh dấu sự chuyển mình từ chủ nghĩa tư bản tự do cạnh tranh và khởi đầu của chủ nghĩa xã hội Cách mạng công nghiệp lần thứ ba đã tạo ra chủ nghĩa tư bản hiện đại, trong khi cách mạng công nghiệp lần thứ tư hứa hẹn sẽ tiếp tục thay đổi diện mạo kinh tế – xã hội của nhân loại.

Internet of Things (IoT) đã xuất hiện từ nhiều thập kỷ trước, nhưng cụm từ này chỉ được giới thiệu vào năm 1999 bởi Kevin Ashton, nhà khoa học sáng lập Trung tâm Auto-ID tại MIT Trung tâm này thiết lập các tiêu chuẩn toàn cầu cho RFID và nhiều loại cảm biến khác Đến năm 2015, IoT mới thực sự thu hút sự chú ý và đầu tư từ các công ty.

Theo thống kê từ BI Intelligence, internet đã phát triển từ máy tính cá nhân sang smartphone vào năm 2015, và sau đó mở rộng ra tablet, smartwatch và tivi Hiện nay, các thiết bị kết nối mạng được gọi chung là thiết bị IoT.

ĐẶC ĐIỂM INTERNET OF THINGS

1.3.1 Một hệ thống thông minh

Sự thông minh và tự động trong điều khiển không phải là một phần của ý tưởng IoT, nhưng các máy móc có khả năng nhận biết và phản hồi môi trường xung quanh mà không cần kết nối mạng Gần đây, nghiên cứu đã bắt đầu kết hợp IoT với khả năng tự điều khiển, mở ra tương lai cho một mạng lưới các thực thể thông minh có khả năng tự tổ chức và hoạt động độc lập theo tình huống và môi trường Đồng thời, chúng cũng có thể giao tiếp và trao đổi thông tin, dữ liệu với nhau.

Hình 1.5 IoT là hệ thống thông minh AI (Artificial Intelligence)

Tích hợp trí thông minh vào IoT cho phép thiết bị và phần mềm thu thập, phân tích dấu vết điện tử của con người khi tương tác với các sản phẩm thông minh Điều này giúp phát hiện tri thức mới về cuộc sống, môi trường, mối tương tác xã hội và hành vi con người.

Mọi thứ đều được kết nối với Internet

- Các máy móc có thể dễ dàng nhận biết và phản hồi lại môi trường xung quanh (ambient intelligence)

- Tương lai các thiết bị cũng có thể liên lạc với nhau để trao đổi thông tin, dữ liệu

1.3.2 Cấu trúc phức tạp và mạng lưới khổng lồ

Trong thế giới mở hiện nay, Internet of Things (IoT) đang trở nên phức tạp với hàng triệu kết nối giữa các thiết bị, máy móc và dịch vụ Dự đoán đến năm 2020, sẽ có khoảng 50 tỷ đồ vật kết nối với Internet, và con số này còn có thể tăng cao hơn IoT sẽ tạo ra một mạng lưới khổng lồ kết nối mọi thứ, bao gồm con người và thiết bị, hình thành các mối quan hệ đa dạng giữa người với người, người với thiết bị, và thiết bị với thiết bị Một mạng lưới IoT có khả năng chứa từ 50 đến 100 nghìn tỷ đối tượng được kết nối, cho phép theo dõi sự di chuyển của từng đối tượng Tại các thành phố lớn, một cá nhân có thể bị bao quanh bởi từ 1.000 đến 5.000 đối tượng có khả năng theo dõi.

- Là một mạng lưới khổng lồ có thể chứa đến 50 đến 100 nghìn tỉ đối tượng được kết nối

- Và mạng lưới này có thể theo dõi sự di chuyển của từng đối tượng bên trong nó

Hiện nay, IoT đang phát triển mạnh mẽ nhờ vào các yếu tố như IPv6, 4G, chi phí và tính sẵn có của công nghệ Gary Atkinson, Giám đốc tiếp thị sản phẩm nhúng của ARM, cho biết nhiều thiết bị đã chứng minh khả năng thu thập và truyền tải dữ liệu trên mạng với giá chỉ khoảng 40 USD/sản phẩm Các bộ vi điều khiển 32-bit nền tảng ARM hiện có giá rẻ, cho phép thu thập và truyền dữ liệu một cách hiệu quả và tiết kiệm.

ARM đã nhanh chóng nhận ra rằng ổ đĩa ngày càng sử dụng các bộ vi điều khiển 32-bit, mang lại giải pháp tự động hóa cho người dùng Gary tin rằng với khả năng ngày càng tăng của các bộ vi điều khiển này, người dùng có thể thực hiện những điều mà trước đây không thể.

Trong 5 năm tiếp theo, bạn sẽ thấy ngày càng có nhiều thiết bị trên thị trường Những thách thức đang diễn ra là quản lý dữ liệu và chuyển sang IPv6 (IPv6 đã sẵn sàng và chạy với địa chỉ đã được cấp phát IPv4 đã cạn kiệt và 2011 chỉ còn lại những địa chỉ cuối cùng)

Axel Pawlik, Giám đốc Quản lý của RIPE NCC, nhấn mạnh tầm quan trọng của IPv6 cho tương lai của IoT Với IPv6, chúng ta sẽ có một lượng địa chỉ phong phú, cho phép gán địa chỉ cho từng thiết bị và chip Điều này không chỉ giúp các giải pháp trở nên đơn giản và rõ ràng hơn, mà còn cho phép phục hồi đến từng địa chỉ cụ thể, mở ra một phạm vi phát triển vô cùng lớn.

Lan Pearson, nhà tương lai học nổi bật từng làm việc tại BT, Canon và Fujitsu, nhấn mạnh rằng sự hội tụ và phát triển công nghệ hiện nay là chưa từng có trong lịch sử Ông cho rằng động lực chính cho xu hướng này là áp lực từ việc phát triển công nghệ mới, nhằm tạo ra những chiếc máy tính nhanh hơn và các ổ đĩa có tốc độ quay nhanh hơn.

Nguồn năng lượng dồi dào cho quảng cáo:

Mạng lưới vạn vật kết nối Internet (IoT) đang mở ra cơ hội để chuyển đổi những tương tác hàng ngày với đồ vật thành dữ liệu quý giá, phục vụ cho các ứng dụng marketing và logistics.

Giải pháp Marketing mới từ IoT:

Evrythng, một công ty hàng đầu trong lĩnh vực nền tảng IoT, đã nhận diện được "nguồn dữ liệu mới" từ các thiết bị như điều hòa nhiệt độ, chai rượu, ví xách tay và máy giặt, tất cả đều được kết nối trong một cơ sở dữ liệu marketing chính chủ.

Evrythng đang hợp tác với Trueffect, một công ty quảng cáo số chuyên về định hướng dựa trên dữ liệu chính chủ, nhằm phát triển giải pháp giúp Marketer khai thác dữ liệu từ việc người dùng sử dụng sản phẩm Mục tiêu của họ là giao tiếp trực tiếp với người dùng để truyền tải thông điệp quảng cáo hiệu quả hơn Để đạt được điều này, hai công ty sẽ tiến hành trao đổi thông tin về tương tác sản phẩm và dữ liệu người dùng thông qua việc tích hợp API giữa các nền tảng của họ.

Chai Johnnie Walker “thông minh”:

Bằng cách tận dụng nền tảng IoT của Evrythng, Diageo đã chuyển đổi chai whisky Johnnie Walker thành những món quà cá nhân hóa, cho phép người mua tùy chỉnh video gửi đến người nhận Việc khuyến khích người mua và người dùng chia sẻ thông tin cá nhân (opt-in) giúp Diageo cung cấp nhiều trải nghiệm cá nhân hóa hơn, đồng thời thu thập thông tin quý giá về người tiêu dùng mà nhiều nhà sản xuất khác gặp khó khăn trong việc đạt được.

Việc nắm rõ thông tin về khách hàng đã mua sản phẩm và cách thức sử dụng hàng hóa giúp công ty cập nhật dữ liệu vào hệ thống CRM, từ đó cải thiện và phát triển sản phẩm mới Điều này cũng hỗ trợ xây dựng chương trình tăng cường lòng trung thành của khách hàng và thực hiện các chiến dịch marketing với thông điệp phù hợp cho từng hoạt động tiêu dùng.

Sản phẩm kết nối trên nền tảng IoT không chỉ cung cấp thông tin hữu ích cho công ty mà còn giúp người tiêu dùng nhận diện hàng thật giữa những sản phẩm dễ bị làm giả, như túi xách và mỹ phẩm cao cấp.

Cuộc cách mạng 4.0, nhờ vào các thiết bị thông minh và trí tuệ nhân tạo, có khả năng tiết kiệm khoảng 30% năng lượng sử dụng không hiệu quả Sự kết nối giữa công nghệ phần mềm (IT) và công nghệ phần cứng (OT) mang đến cơ hội cho người tiêu dùng và chính phủ trong việc giảm thiểu năng lượng tiêu thụ không hợp lý.

THÁCH THỨC VÀ TƯƠNG LAI CỦA INTERNET OF THINGS

An ninh và bảo mật dữ liệu là những mối lo ngại hàng đầu trong hệ sinh thái IoT, đóng vai trò quan trọng trong việc đảm bảo an toàn cho người dùng Việc bảo vệ thông tin cá nhân và dữ liệu nhạy cảm là rất cần thiết để xây dựng niềm tin trong cộng đồng sử dụng công nghệ IoT.

Thiếu tiêu chuẩn chung trong IoT, đặc biệt khi sử dụng nhiều giao thức kết nối, là một rào cản lớn cho sự phát triển của công nghệ này Việc thiết lập một chuẩn chung sẽ thúc đẩy sự phát triển của IoT, mang lại viễn cảnh tích cực khi các nhóm tiêu chuẩn hợp tác, tăng cường khả năng tương thích Điều này phụ thuộc vào sự ảnh hưởng mạnh mẽ của các công ty lớn như Samsung, Intel và Microsoft trong thị trường công nghệ.

Hàng rào subnetwork là một hệ thống mà các thiết bị IoT hiện nay chủ yếu kết nối với một máy chủ trung tâm, được quản lý bởi nhà sản xuất hoặc nhà phát triển.

Để các thiết bị IoT có thể giao tiếp hiệu quả, cần có động lực kinh tế mạnh mẽ thúc đẩy các nhà sản xuất chấp nhận chia sẻ quyền điều khiển và dữ liệu thu thập từ thiết bị của họ.

1.4.2 Nhận định lương lai của IoT

Theo các chuyên gia của BI Intelligence, đến năm 2020, dự kiến sẽ có 34 tỷ thiết bị kết nối internet, trong đó 24 tỷ thiết bị sẽ thuộc dạng IoT, tức là vừa kết nối mạng vừa thông minh và có khả năng hoạt động độc lập Điều này có nghĩa là trung bình mỗi người trên trái đất sẽ sở hữu khoảng 4 thiết bị IoT Sự phát triển này được thúc đẩy bởi các công ty lớn như Facebook và Google, đang đầu tư vào nhiều dự án nhằm mang internet đến các vùng xa xôi thông qua việc sử dụng máy bay không người lái (drone) có kết nối mạng.

Để IoT có thể trở nên phổ biến hơn, giá thành của các linh kiện thiết bị IoT cần phải giảm Theo số liệu từ BI Intelligence, vào năm 2020, giá phần cứng IoT dự kiến sẽ giảm xuống dưới 0.75 USD (khoảng 18.000 đồng), so với mức gần 1.5 USD (hơn 34.000 đồng) vào năm 2004.

Mạng lưới IoT sẽ tiếp tục phát triển và trở nên phổ biến hơn trong tương lai nhờ vào những ưu điểm vượt trội Để đạt được điều này, thiết bị IoT sẽ ngày càng rẻ hơn, hoạt động chủ động và thông minh hơn.

Câu 1: IoT viết tắt cụm từ

Câu 2: Trình bày khái quát về IoT

Câu 3: Cho biết các nền công nghiệp đã và đang xảy ra

Câu 4: Trình bày lịch sử phát triển IoT

Câu 5: Cho biết IoT kết nối với các thiết bị nào

Câu 6: Liệt kê một số đặc điểm của IoT

Câu 7: Tại sao nói IoT là 1 hệ thống thông minh

Câu 8: Cho biết đặc điểm về cấu trức và kích thước của IoT

Câu 9: IoT có đặc điểm tiết kiệm năng lượng như thế nào

Câu 10: Cho biết các cản trở và tương lai phát triển của IoT

Câu 11: Cho biết IoT có liên quan đến các kỹ thuật công nghệ nào, lĩnh vực sản xuất nào

CƠ BẢN VỀ HỆ THỐNG INTERNET OF THINGS

KIẾN TRÚC HỆ THỐNG INTERNET OF THINGS

The architecture of the Internet of Things (IoT) fundamentally consists of four key components: Things, which represent the physical objects; Gateways, which serve as connection points; Network and Cloud infrastructure, facilitating data transmission and storage; and Services-creation and Solutions Layers, responsible for developing and delivering IoT applications and services.

Hình 2.1 Thành phần của hệ thống IoT

Ngày nay, hàng tỷ vật dụng như xe hơi, thiết bị cảm biến, thiết bị đeo và điện thoại di động đang hiện hữu trên thị trường gia dụng và công nghệ Những thiết bị này được kết nối trực tiếp qua mạng không dây và truy cập Internet Giải pháp IoT cho phép các thiết bị thông minh được sàng lọc, kết nối và quản lý dữ liệu một cách cục bộ, trong khi các thiết bị chưa thông minh có thể kết nối thông qua các trạm kết nối.

Trạm kết nối (Gateways) là giải pháp quan trọng để giải quyết rào cản trong việc triển khai IoT, khi mà khoảng 85% thiết bị hiện có không được thiết kế để kết nối Internet và chia sẻ dữ liệu với điện toán đám mây Những trạm này hoạt động như một trung gian, cho phép các thiết bị cũ kết nối an toàn với điện toán đám mây, đồng thời dễ dàng quản lý và bảo mật thông tin.

- Hạ tầng mạng và điện toán đám mây (Network and Cloud):

Cơ sở hạ tầng kết nối của Internet là một hệ thống toàn cầu gồm nhiều mạng IP liên kết với nhau và với các máy tính Hệ thống này bao gồm các thiết bị như định tuyến, trạm kết nối, thiết bị tổng hợp, và thiết bị lặp, giúp kiểm soát lưu lượng dữ liệu Ngoài ra, nó còn kết nối với mạng viễn thông và cáp, được triển khai bởi các nhà cung cấp dịch vụ.

Các trung tâm dữ liệu và hạ tầng điện toán đám mây bao gồm một hệ thống phức tạp với nhiều máy chủ, hệ thống lưu trữ và mạng ảo hóa được kết nối chặt chẽ, tạo ra nền tảng mạnh mẽ cho việc quản lý và xử lý dữ liệu hiệu quả.

Intel has integrated leading API management software, Mashery and Aepona, to accelerate the market introduction of IoT products and solutions This integration maximizes the value derived from analyzing data from existing systems and assets.

Hệ thống IoT có tính phức tạp cao do sự kết nối giữa nhiều thiết bị, máy móc và dịch vụ, cùng khả năng tích hợp các yếu tố mới Về lý thuyết, IoT có khả năng thu thập và xử lý lượng lớn dữ liệu nhanh chóng, mang lại hiệu quả tối ưu cho các ứng dụng.

Cấu trúc hệ thống IoT dựa trên sự kiện:

Các thiết bị trong hệ sinh thái IoT phản hồi theo thời gian thực dựa trên các sự kiện diễn ra xung quanh Mỗi thiết bị được trang bị cảm biến để phát hiện các thay đổi về nhiệt độ, ánh sáng, áp lực, âm thanh, chuyển động và vị trí địa lý, hoạt động như những "đôi mắt" và "tai" điện tử cho người sử dụng Các cảm biến này thuộc loại microelectromechanical system (MEMS) và được kết hợp với các mạch tích hợp, cho phép lập trình viên điều chỉnh một số thông số nhất định Thêm vào đó, với một vi xử lý nhỏ và một module giao tiếp không dây, chúng ta có được một cấu phần điều khiển hoàn chỉnh, sẵn sàng kết nối với hệ sinh thái IoT.

Thử điểm qua một ví dụ:

Khi bạn đang tận hưởng kỳ nghỉ dài ở biển Nha Trang, ngôi nhà của bạn có thể gặp rủi ro nếu không được chăm sóc Các cảm biến độ ẩm sẽ phát hiện sự xuất hiện của chất lỏng trên sàn, và dữ liệu này sẽ được phần mềm xử lý, có thể tích hợp trong mạch điều khiển hoặc trên một máy chủ tại nhà Phần mềm sẽ kết hợp thông tin từ cảm biến nhiệt độ để xác định liệu có nước chảy trong ống hay không, vì dòng nước thường làm giảm nhiệt độ trong ống Vấn đề này rất quan trọng, vì nước chảy mạnh có thể là dấu hiệu của ống bị vỡ, trong khi dòng nước vừa có thể do hệ thống đang hoạt động, và dòng nhỏ có thể là do rò rỉ Dù tình huống nào xảy ra, các phân tích sẽ được tự động gửi đến bạn.

Chúng ta có thể tạo ra hai mã khóa cửa sử dụng một lần từ xa: một mã cho bạn bè hoặc người thân để họ kiểm tra, và một mã khác cho thợ sửa đường ống Mỗi khi một trong hai mã này được sử dụng, thông tin và hình ảnh của người vào nhà sẽ được ghi lại và gửi đi.

Các thực thể, máy móc trong IoT sẽ phản hồi dựa theo các sự kiện diễn ra trong lúc chúng hoạt động theo thời gian thực.

CÁC MÔ HÌNH KẾT NỐI INTERNET OF THINGS

Internet of Things (IoT) là mạng lưới các thiết bị được kết nối với internet, mỗi thiết bị đều có một định danh riêng và có khả năng trao đổi dữ liệu tự động mà không cần sự can thiệp của con người Sự phát triển của IoT đang được thúc đẩy bởi sự hội tụ của công nghệ mạng không dây, vi cơ điện tử và internet.

Hình 2.2 Mô tả hệ thống IoT

Hệ thống IoT có nhiều mô hình kết nối các thiết bị thông qua mạng Internet, có 3 mô hình đặc trưng như sau

Trong mô hình này, các thiết bị kết nối trực tiếp với gateway, có nhiệm vụ định tuyến, tiền xử lý và chuyển tiếp dữ liệu giữa thiết bị và máy chủ Gateway thường được kết nối với mạng internet bên ngoài qua dây để đảm bảo đường truyền ổn định nhất.

Cách kết nối này cho phép các thiết bị truyền nhận dữ liệu với server một cách nhanh chóng Tuy nhiên, khoảng cách truyền tải phụ thuộc vào công nghệ tín hiệu mà thiết bị sử dụng Để nâng cao tốc độ truyền dữ liệu và mở rộng phạm vi hoạt động của hệ thống, thường có nhiều gateway được triển khai.

Mô hình này tương tự như mô hình 1, nhưng có điểm khác biệt là một thiết bị đầu cuối có khả năng kết nối và hỗ trợ cho các thiết bị khác.

Trong mô hình này, các thiết bị không chỉ hoạt động như thiết bị đầu cuối mà còn có khả năng định tuyến dữ liệu từ các thiết bị khác đến Gateway chính Gateway sẽ thực hiện việc định tuyến, tiền xử lý dữ liệu và truyền nhận thông tin giữa các bên, đảm bảo kết nối luôn thông suốt.

- Đối với mô hình này thì các thiết bị có thế kết nối với khoảng cách cực xa Khoảng cách xa thì độ trễ truyền nhận lớn

Mô hình này tương tự như mô hình 1, nhưng không cần sử dụng gateway Các thiết bị sẽ kết nối trực tiếp với máy chủ trên Cloud.

Để các thiết bị có thể kết nối và hoạt động hiệu quả, chúng cần sử dụng công nghệ kết nối trực tiếp với internet, bao gồm các mạng như wifi, 2G, 3G, 4G và 5G.

Để cài đặt ban đầu cho các thiết bị kết nối mạng, bạn cần kết nối chúng với một thiết bị thông minh khác, chẳng hạn như điện thoại thông minh Sau đó, hãy cấu hình các cài đặt cần thiết để các thiết bị này có thể tự liên lạc với thế giới bên ngoài đầy thú vị.

THIẾT BỊ XÂY DỰNG HỆ THỐNG INTERNET OF THINGS

Hệ thống IoT hiện đang được áp dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực, cho phép kết nối và điều khiển thông minh các thiết bị từ xa Việc xây dựng hệ thống IoT đơn giản có thể sử dụng các kỹ thuật, thiết bị và linh kiện trong lĩnh vực Điện tử truyền thông, kết hợp với công nghệ thông tin để xử lý dữ liệu và lập trình hiệu quả.

Các thiết bị hỗ trợ xây dựng hệ thống IoT gồm:

- Thiết bị kết nối điều khiển

- Thiết bị kết nối mạng

Các loại cảm biến dùng trong IoT:

Cảm biến nhiệt độ là thiết bị quan trọng trong các môi trường IoT, từ nhà máy đến nông trại Trong sản xuất, chúng liên tục theo dõi nhiệt độ máy móc để duy trì mức an toàn Tại nông trại, cảm biến này giúp giám sát nhiệt độ đất, nước và cây trồng, từ đó tối ưu hóa năng suất sản xuất nông nghiệp.

- Cảm biến chất lượng nước: được sử dụng trong nông nghiệp,để xử lý nước và giám sát chất lượng nước mưa

Cảm biến tiệm cận là thiết bị phát hiện chuyển động, thường được ứng dụng trong môi trường bán lẻ Ngoài ra, chúng còn có khả năng theo dõi sự sẵn có của chỗ đỗ xe tại các địa điểm lớn như sân bay, trung tâm mua sắm và sân vận động.

Cảm biến áp suất đóng vai trò quan trọng trong việc xác định lưu lượng nước qua đường ống, đồng thời cũng được ứng dụng trong xe thông minh và máy bay để đo lực và độ cao.

Cảm biến hóa học, khói và khí đóng vai trò quan trọng trong việc quản lý và kiểm soát chất lượng không khí tại các tòa nhà thông minh và trong các thành phố thông minh Những thiết bị này giúp theo dõi và cải thiện môi trường sống, đảm bảo sức khỏe cho cư dân.

Cảm biến mức là thiết bị chuyên dụng để phát hiện mức độ chất lỏng, bao gồm cả chất dẻo, vật liệu dạng hạt và bột Chúng đóng vai trò quan trọng trong việc quản lý và tái chế chất thải thông minh, giúp tối ưu hóa quy trình và nâng cao hiệu quả sử dụng tài nguyên.

Cảm biến hồng ngoại có nhiều ứng dụng hữu ích, từ việc phát hiện sự rò rỉ nhiệt trong nhà, giám sát lưu lượng máu của bệnh nhân, đến xác định các hóa chất trong môi trường Điều kỳ diệu của cảm biến nằm ở khả năng tích hợp chip cảm biến vào các thiết bị điện tử, cho phép chúng chuyển đổi và phát hiện các hiện tượng tự nhiên Qua đó, dữ liệu thu thập được sẽ được xử lý trong môi trường Internet, giúp thực hiện các điều hướng theo mong muốn của người dùng.

Hệ thống tưới nước cây tự động cần được trang bị bộ cảm biến để theo dõi các yếu tố như nhiệt độ, lượng nước, độ ẩm và thời tiết Dữ liệu thu thập được sẽ được sử dụng để thiết lập các chế độ tưới phù hợp với mục đích sử dụng, từ đó tối ưu hóa quy trình tưới cây.

16 kết nối và hoạt động trong môi trường Internet để thông báo và tạo giao diện đến người dùng

Các loại thiết bị kết nối dùng trong IoT:

- Có thể xử dụng các vi điều khiển hỗ trợ kết nối Internet, Wifi, GSM, như Board Arduino, Modul Sim, Kít Raspberry,

- Arduino UNO R3 với vi xử lý trung tâm là Atmega328 có 14 chân I/O tín hiệu số, trong đó

Bộ điều chế độ rộng xung PWM sử dụng 6 chân, đi kèm với 6 ngõ vào tín hiệu tương tự Thiết bị hoạt động với thạch anh dao động 16MHz, hỗ trợ kết nối USB và có ICSP Header.

Hình 2.7 Board Arduino (Thiết bị kết nối điều khiển)

- Hướng dẫn cài đặt Arduino:

Bước 1: Truy cập địa chỉ http://arduino.cc/en/Main/Software/ Đây là nơi lưu trữ cũng như cập nhật các bản IDE của Arduino

Bạn sẽ được chuyển đến một trang mời quyền góp tiền để phát triển phần mềm cho Arduino, tiếp tục bấm JUST DOWNLOAD để bắt đầu tải

Bước 2: Sau khi download xong, các bạn bấm chuột phải vào file vừa download arduino-1.6.4-windows.zip và chọn “Extract here” để giải nén

Bước 3: Copy thư mục arduino-1.6.4 vừa giải nén đến nơi lưu trữ

Bước 4: Chạy file trong thư mục arduino-1.6.4\ để khởi động Arduino

Để lập trình mạch ESP8266 NodeMCU bằng Arduino IDE, trước tiên cần tích hợp thư viện hỗ trợ Bạn hãy thực hiện theo các bước hướng dẫn cụ thể để hoàn tất quá trình này.

Bước 1: Thêm đường dẫn để tải các package cho NodeMCU vào Arduino IDE

To start the Arduino IDE, navigate to the main screen and select File → Preferences Then, add the following link to the Additional Boards Manager URLs section: http://arduino.esp8266.com/versions/2.3.0/package_esp8266com_index.json.

Chọn OK để xác nhận việc thêm vào

Bước 2: Tải thư viện hỗ trợ

From the main interface of the Arduino IDE, navigate to Tools → Board → Board Manager In the search bar of the Board Manager dialog, enter "esp8266" and select Install to download and install the library.

20 Cài đặt thành công, giao diện của Board Managers sẽ trở nên như hình bên Đến đây ta đã hoàn tất việc cài đặt thư viện

Lập trình cho ESP8266 NodeMCU:

Board này tương thích với Arduino, vì vậy cấu trúc chương trình cho mạch này sẽ giống như chương trình viết cho Arduino, bao gồm hai phần chính Phần đầu tiên là hàm setup(), được gọi một lần duy nhất khi mạch khởi động.

Hàm loop(): được gọi lặp lại trong suốt quá trình hoạt động của mạch

Để bắt đầu làm quen với ESP8266 NodeMCU, chúng ta sẽ viết một chương trình điều khiển một đèn LED 5mm nhấp nháy theo chu kỳ 1 giây Linh kiện cần chuẩn bị bao gồm mạch ESP8266 NodeMCU và một đèn LED.

Lập trình: Đoạn code sau minh họa việc điều khiển đèn LED chớp theo chu kì 1 giây

#define DELAY_TIME 500 void setup()

22 delay(DELAY_TIME); digitalWrite(LED_PIN, HIGH); delay(DELAY_TIME);

Để nạp code cho mạch ESP8266 NodeMCU, quy trình tương tự như nạp cho mạch Arduino Tuy nhiên, cần chú ý chọn phiên bản board phù hợp bằng cách vào menu Tools → Board Trong trường hợp của tôi, với mạch ESP8266 NodeMCU (module ESP-12), tôi cần chọn NodeMCU 0.9.

Sau khi nạp code thành công, ta sẽ thấy đèn LED nhấp nháy theo chu kì định sẵn

- Arduino UNO Easy Shield là một board mở rộng cho Arduino UNO thực hiện các ứng dụng: GSM, GPS, Wifi, Bluetooth,…

- Sim900A được sử dụng cho các ứng dụng liên quan đến GSM/GPRS như : điều khiển, giám sát, thu thập dữ liệu từ xa qua GSM/GPRS, SMS,…

Các loại thiết bị kết nối mạng:

- Có thể xử dụng các thiết bị hỗ trợ kết nối mạng như: gateway, router,

- Có thể xử dụng các thiết bị hỗ trợ lưu trữ và xử lý dữ liệu như server, cloud,…

MỘT SỐ ỨNG DỤNG CỦA INTERNET OF THINGS

- Smart Home: Kết nối và điều khiển thông minh các thiết bị trong ngôi nhà

Lợi ích nổi bật nhất của Smart Home là sự tiện lợi, nhờ vào việc tích hợp công nghệ như cảm biến nhiệt, cảm biến tiệm cận, cảm biến khí và cảm biến hồng ngoại Các thiết bị này được kết nối thành một mạng lưới, cho phép người dùng điều khiển bằng smartphone hoặc tự động thực hiện các tác vụ đã được lập trình, từ đó tiết kiệm thời gian đáng kể Hơn nữa, các thiết bị IoT trong gia đình còn giúp giảm chi phí và tiết kiệm năng lượng hiệu quả.

Hệ thống điều hòa không khí tích hợp IoT với cảm biến thông minh cung cấp dữ liệu chi tiết về không khí, bao gồm nhiệt độ, độ ẩm và chất kích ứng da Dữ liệu này được truyền về máy chủ xử lý, từ đó điều chỉnh hoạt động của các thiết bị như máy điều hòa, máy lọc không khí và máy tạo độ ẩm, giúp tạo ra không khí trong lành với điều kiện tối ưu cho sức khỏe Các thiết bị này cũng tự động tắt khi không có người ở nhà, góp phần tiết kiệm điện năng và giảm chi phí sinh hoạt Đèn thông minh hoạt động tương tự, mang lại nhiều lợi ích cho người sử dụng Chính vì những tiện ích này, nhà thông minh ngày càng trở nên phổ biến và trở thành xu hướng hiện nay.

Trong bối cảnh thế giới đang chuyển mình vào kỷ nguyên IoT, 24 công nghệ thiết yếu đã trở thành tiêu chuẩn cho các ngôi nhà hiện đại, kết nối mọi vật qua Internet Những công nghệ này không chỉ nâng cao tiện nghi mà còn tối ưu hóa hiệu suất sử dụng năng lượng và an ninh cho không gian sống.

Mặc dù giá cả của các thiết bị Smart Home thường cao hơn so với thiết bị thông thường, nhưng chúng đang ngày càng trở nên phổ biến nhờ vào sự gia tăng sản xuất công nghệ Tại Việt Nam, Bkav SmartHome đã được triển khai tại hàng chục ngàn căn hộ, bao gồm các dự án nổi bật như Gamuda City, Ecolife Capitol và Hanoi Landmark 51 Hệ thống Bkav SmartHome cho phép người dùng điều khiển và quản lý các thiết bị gia đình thông qua một giao diện thân thiện trên smartphone hoặc tablet, với các chức năng như điều khiển ánh sáng, rèm mành, an ninh, và giải trí, mang lại sự tiện nghi tối ưu cho người sử dụng.

- Smart City: dữ liệu hóa và quản lý các lĩnh vực từ hành chánh, giao thông, xây dựng, môi trường, hành vi công dân, giáo dục, y tế, …

Bãi đậu xe thông minh giúp giảm thời gian tìm kiếm chỗ đậu xe tại các trung tâm thành phố, nơi mà khoảng 30% ô tô gặp khó khăn trong việc tìm chỗ đậu trong giờ cao điểm Với ứng dụng trên smartphone kết nối với bãi đậu xe thông minh, người dùng có thể nhận thông báo về chỗ đậu có sẵn và hướng dẫn di chuyển đến đó Để hoạt động hiệu quả, hệ thống cần nhiều cảm biến hoạt động chính xác, tuy nhiên việc sử dụng nhiều cảm biến cũng tiêu tốn năng lượng, do đó cần có thuật toán tối ưu hóa năng lượng Ngoài ra, tuổi thọ của cảm biến cần được đảm bảo thông qua các biện pháp tính toán và che chắn hiệu quả.

Smart Retail đang cách mạng hóa trải nghiệm mua sắm với các giải pháp tự động hóa trong việc bổ sung sản phẩm Ứng dụng mua sắm thông minh giúp người tiêu dùng dễ dàng tìm kiếm và lựa chọn sản phẩm, trong khi việc cải thiện bố trí cửa hàng thông qua sắp xếp kệ, nhãn mác, độ sáng và nhiệt độ tạo ra môi trường mua sắm thoải mái và hấp dẫn hơn.

- Smart Grid: Lưới điện thông minh

+ Truyền tải điện hiệu quả hơn

+ Phục hồi nhanh hơn sau sự cố

+ Giảm chi phí hoạt động và quản lý từ đó giảm chi phí năng lượng cho người tiêu dùng

+ Tích hợp các hệ thống tái tạo năng lượng quy mô lớn

+ Kết hợp các hệ thống phát điện cho khách hàng, bao gồm cả hệ thống tái tạo năng lượng

- Smart Agriculture: Nông nghiệp thông minh

+ Nông nghiệp thông minh là một trong những lĩnh vực phát triển nhanh nhất của IoT

Kiểm tra độ ẩm và chất dinh dưỡng của đất, cùng với việc kiểm soát sử dụng nước, là những ứng dụng đơn giản của IoT giúp tối ưu hóa sự phát triển của cây trồng Ngoài ra, việc xác định phân bón tùy chỉnh cũng là một cách hiệu quả để nâng cao năng suất nông nghiệp.

- Connected Car: Xe hơi kết nối

+ Tối ưu hóa hoạt động, đảm bảo sự thoải mái của hành khách bằng cách sử dụng các cảm biến và kết nối internet

+ Các thương hiệu đi đầu: Tesla, BMW, Apple, Google,…

- Wearable: Thiết bị đeo thông minh

+ Trang bị cảm biến và phần mềm, thu thập dữ liệu thông tin về người dùng + Các tiện ích về thể dục, sức khỏe và giải trí

+ Sử dụng năng lượng cực hiệu quả, kích thước nhỏ gọn

- IIoT (Industry Internet of Things):

+ Công nghiệp Internet còn được gọi là Industry Internet of Things (IIoT) + Nâng cao kỹ thuật trong công nghiệp nhờ các cỗ máy thông minh

+ Theo GE, IIoT sẽ tạo ra 10 nghìn tỷ đến 15 nghìn tỷ USD trong suốt 15 năm tới

- Healthcare: Chăm sóc sức khỏe

+ Hỗ trợ người già và người tàn tật sống độc lập

+ Kiểm soát các điều kiện bên trong tủ đông chứa vắc-xin, thuốc và các chất hữu cơ

+ Theo dõi tình trạng của bệnh nhân

+ Cảnh báo mọi người về tia cực tím

Câu 1: Hệ thống IoT có bao nhiêu phần chính

Câu 2: Trình bày 4 phần chính của hệ thống IoT

Câu 3: Cho biết cấu trúc IoT dựa trên cơ sở gì

Câu 4: Cho biết các ứng dụng của IoT

Câu 5: Ứng dụng Smart Home hiện được triển khai các tính năng gì

Câu 6: Trình bày ứng dụng IoT trong xây dựng Smart City

Câu 7: Ở VN ứng dụng IoT trong nông nghiệp có vai trò như thế nào

Câu 8: Vẽ sơ đồ mô hình 1 kết nối IoT

Câu 11: So sánh các sơ đồ mô hình kết nối IoT

Câu 12: Cho biết cảm biến thông minh đóng vai trò như thế nào trong hệ thống IoT Hãy liệt kê 1 số cảm biến được sử dụng

Câu 13: Ứng dụng IoT trong công nghiệp như thế nào Tại sao nói công nghệ IoT là công nghệ cốt lõi của nền công nghiệp 4.0

Câu 14: Cho biết các thiết bị nào hỗ trợ xây dựng hệ thống IoT Xây dựng một hệ thống IoT cần thực hiện như thế nào

PHÁT TRIỂN ỨNG DỤNG INTERNET OF THINGS

SỬ DỤNG ARDUINO IDE LẬP TRÌNH ESP8266 NODEMCU

ESP8266 NodeMCU là một trong những mạch tích hợp phổ biến cho phát triển dự án IoT, bên cạnh các phiên bản Arduino khác như UNO R3 và Tiny Mạch này cho phép lập trình bằng ngôn ngữ Lua hoặc C/C++ thông qua Arduino IDE Một trong những ưu điểm nổi bật của ESP8266 NodeMCU là module wifi tích hợp sẵn, cùng với vi điều khiển mạnh mẽ hơn so với Arduino nguyên thủy Việc điều khiển không dây giúp đơn giản hóa lắp đặt và sử dụng trong các xưởng sản xuất, đồng thời giảm thiểu hao phí trong vận hành do những vấn đề mà hệ thống có dây gây ra.

Bài viết này hướng dẫn cách lập trình ESP8266 NodeMCU bằng ngôn ngữ C/C++ thông qua Arduino IDE, bao gồm việc tích hợp thư viện hỗ trợ, biên dịch, nạp code và kiểm tra.

3.1.1 Tích hợp thư viện hỗ trợ ESP8266 NodeMCU Để tích hợp thư viện hỗ trợ cho việc lập trình mạch ESP8266 NodeMCU Ta lần lượt thực hiện các bước sau:

Bước 1: Thêm đường dẫn để tải các package cho NodeMCU vào Arduino IDE

Khởi động Arduino IDE, từ màn hình chính chọn File → Preferences Ta thêm đường dẫn bên dưới vào mục Addition Boards Manager URLs

1 http://arduino.esp8266.com/versions/2.3.0/package_esp8266com_index.json

Chọn OK để xác nhận việc thêm vào

Bước 2: Tải thư viện hỗ trợ

From the main interface of the Arduino IDE, navigate to Tools → Board → Board Manager In the search bar of the Board Manager dialog, enter "esp8266" and select Install to download and install the library.

30 Cài đặt thành công, giao diện của Board Managers sẽ trở nên như hình bên Đến đây ta đã hoàn tất việc cài đặt thư viện

3.1.2 Lập trình cho ESP8266 NodeMCU

Board này tương thích với Arduino, vì vậy cấu trúc chương trình cho mạch này sẽ tuân theo cấu trúc của một chương trình viết cho Arduino, bao gồm hai phần chính.

- Hàm setup(): được gọi một lần duy nhất khi mạch được khởi động

- Hàm loop(): được gọi lặp lại trong suốt quá trình hoạt động của mạch

Để bắt đầu làm quen với ESP8266, chúng ta sẽ viết một chương trình đơn giản để điều khiển một đèn LED 5mm nhấp nháy theo chu kỳ 1 giây Linh kiện cần chuẩn bị bao gồm một mạch ESP8266 NodeMCU và một đèn LED.

Lập trình: Đoạn code sau minh họa việc điều khiển đèn LED chớp theo chu kì 1 giây

Để nạp code cho mạch ESP8266 NodeMCU, quy trình tương tự như nạp cho mạch Arduino thông thường Tuy nhiên, cần lưu ý chọn phiên bản phù hợp với board đang sử dụng thông qua menu Tools → Board Vì mạch của tôi là ESP8266 NodeMCU (ESP-12 module), nên tôi cần chọn NodeMCU 0.9.

Sau khi nạp code thành công, ta sẽ thấy đèn LED nhấp nháy theo chu kì định sẵn

3.2 BẬT TẮT ĐÈN QUA WEB VỚI ESP8266

Hướng dẫn điều khiển đèn học qua website sử dụng ESP8266 Thay vì tạo một server truyền thống để điều khiển từ xa, chúng ta sẽ sử dụng ESP8266 để thiết lập một web server nhỏ trên chip Sau đó, chúng ta sẽ tạo giao diện web nhằm điều khiển đèn một cách dễ dàng và hiệu quả.

Cần chuẩn bị phần cứng như:

- Bộ chuyển đổi USB2UART

- Board test và dây cắm

- Modul Relay 5V-220 hoặc modul tương tự

Kết nối nguồn và chân nạp chương trình cho ESP vẫn giống như các bài trước, tuy nhiên có sự khác biệt nhỏ ở chỗ chân điều khiển relay được kết nối với chân GPIO5, đồng thời cũng cần kết nối relay với đèn học.

Chương trình lập trình điều khiển đèn sử dụng ESP8266 sẽ nhận yêu cầu từ website, nơi có hai nút nhấn (ON/OFF) để điều khiển việc tắt mở đèn Đầu tiên, cần cấu hình đúng tên và mật khẩu wifi, sau đó thiết lập server.

// Thong so WiFi nha ban const char* ssid = "mang_wifi"; const char* password = "pass_wifi";

Khai báo GPIO5 điều khiển relay là Output

// Khai bao GPIO5 pinMode(output_pin, OUTPUT); digitalWrite(output_pin, 0);

Sau khi kết nối và khởi tạo server trong vòng lặp loop(), sẽ được dùng để lắng nghe các kết nối và yêu cầu ở port 80

Khi nhận dữ liệu, cần kiểm tra xem có yêu cầu bật hoặc tắt (on/off) nào không Nếu có, hãy thay đổi trạng thái của output bằng cách sử dụng lệnh thích hợp.

// Kiem tra yeu cau la gi if (req.indexOf("/on") != -1){ digitalWrite(output_pin, 1);

} else if (req.indexOf("/off") != -1) { digitalWrite(output_pin, 0);

Tạo giao diện để có thể truy cập vào board thông qua trình duyệt dùng HTML

// Chuan bi thong tin phan hoi

String s = "HTTP/1.1 200 OK\r\nContent-Type: text/html\r\n\r\n"; s += ""; s += "";

34 s += ""; s += ""; s += "";

Tạo 2 nút nhấn trên giao diện và một số lệnh JavaScript để kiểm tra khi nào 2 nút được ấn s += ""; s += "Dieu khien den"; s += ""; s += ""; s += ""; s += ""; s += "function on() {$.get(\"/on\");}"; s += "function off() {$.get(\"/off\");}";

Cuối cùng là biên dịch và nạp chương trình xuống ESP8266

Giao diện quản lý và điều khiển khi quan sát trên máy tính và điện thoại

Giờ đây, bạn có thể dễ dàng điều khiển thiết bị qua web, mở ra cơ hội phát triển hệ thống điều khiển cho nhiều thiết bị khác trong ngôi nhà của mình.

WEBSERVER THU THẬP DỮ LIỆU DHT11 VỚI ESP8266

Trong bài viết này, chúng ta sẽ sử dụng ESP8266 để đọc dữ liệu nhiệt độ và độ ẩm từ cảm biến DHT11 Bằng cách lập trình, chúng ta sẽ có khả năng quan sát thông tin về nhiệt độ và độ ẩm qua kết nối wifi.

3.3.1 Đọc nhiệt độ độ ẩm với DHT11 Đầu tiên để có thể giao tiếp được với DHT11 thì cần tải thư viện bằng cách chọn Sketch > Include Library > Manage Libraries hoặc bạn có thể tải và cài thủ công thư viện tại đây

Tiếp theo là kết nối theo sơ đồ tương tự như hình với ESP8266 v1 (dùng GPIO2) và ESP8266 v7/v12 (dùng GPIO5)

Lưu ý: Nguồn cấp cho DHT11 có thể dùng 3.3 – 5V

Chương trình kiểm tra nhiệt độ và độ ẩm

// Chương trình đọc nhiệt độ, độ ẩm từ cảm biến DHT

// Written by ladyada, public domain

// Chỉnh sửa cho ESP8266 bởi hocARM.org

#define DHTPIN D1 // Chân DATA nối với chân D1

// Uncomment loại cảm biến bạn sử dụng, nếu DHT11 thì uncomment DHT11 và comment DHT22

//#define DHTTYPE DHT22 // DHT 22 (AM2302), AM2321

//#define DHTTYPE DHT21 // DHT 21 (AM2301)

// Kết nối chân 1 của DHT với 3.3V

// Nối trở 10k giữa chân 1 và chân 2

DHT dht(DHTPIN, DHTTYPE); void setup() {

// Khởi tạo cổng serial baud 115200

// Bắt đầu đọc dữ liệu dht.begin();

// Đợi chuyển đổi dữ liệu khoảng 2s delay(2000); float h = dht.readHumidity();

// Đọc giá trị nhiệt độ C (mặc định) float t = dht.readTemperature();

// Đọc giá trị nhiệt độ F(isFahrenheit = true) float f = dht.readTemperature(true);

// Kiểm tra quá trình đọc thành công hay không if (isnan(h) || isnan(t) || isnan(f)) {

Serial.println("Failed to read from DHT sensor!"); return;

// IN thông tin ra màn hình

Sau khi nạp xuống ta quan sát qua terminal sẽ thấy được thông tin như sau:

3.3.2 Theo dõi nhiệt độ độ ẩm qua mạng Wifi

Sau khi đã đọc được nhiệt độ và độ ẩm, bạn có thể gửi dữ liệu lên mạng Wi-Fi trong nhà mà không cần tạo website riêng ESP8266 cho phép tạo một server và web tại địa chỉ IP của nó (ví dụ: 192.168.1.xx), nơi bạn chỉ cần đăng nhập để xem thông tin về nhiệt độ và độ ẩm.

Giải thích một số ý chính trong code:

// Thong so WiFi nha ban const char* ssid = "mang_wifi"; const char* password = "pass_wifi";

Để bắt đầu, bạn cần thay đổi tên và mật khẩu Wi-Fi thành thông tin của mạng nhà bạn Tiếp theo, hãy tạo một máy chủ web với cổng 80 bằng lệnh tương ứng.

Tạo xong rồi ta thực hiện kết nối ESP8266 vào mạng:

// Ket noi toi mang WiFi

Serial.print("Ket noi toi mang ");

WiFi.begin(ssid, password); while (WiFi.status() != WL_CONNECTED) { delay(500);

Serial.println("Da ket noi WiFi");

Sau đó là khởi động server và in địa chỉ IP ra

// Khoi dong server server.begin();

Serial.println("Khoi dong Server");

// In ra dia chi IP

Trong vòng lặp vô tận, chúng ta sẽ kiểm tra xem có client nào kết nối đến server bằng lệnh `WiFiClient client = server.available();` và đồng thời thực hiện việc đọc nhiệt độ và độ ẩm.

// Doc do am float h = dht.readHumidity();

// Doc nhiet do o do C float t = dht.readTemperature();

Tiếp tục chờ yêu cầu (request) từ client (máy tính hoặc điện thoại khác cùng mạng wifi) // Doc dong dau tien cua yeu cau gui len

Serial.println(req); client.flush();

Chúng ta đã hoàn thành bước nhận yêu cầu từ khách hàng, giờ là lúc chuẩn bị câu trả lời cho yêu cầu đó Trong phần này, chúng ta sẽ tạo một trang web HTML sử dụng Bootstrap CSS, với tính năng tự động tải lại trang sau mỗi phút.

// Chuan bi tao web de phan hoi

String s = "HTTP/1.1 200 OK\r\nContent-Type: text/html\r\n\r\n"; s += "";

The HTML code includes a viewport meta tag to ensure proper scaling on mobile devices, a refresh meta tag that reloads the page every 60 seconds, and a jQuery script for enhanced functionality Additionally, it links to Bootstrap for responsive design and applies custom styles to set the body font size to 24px and add a margin to elements with the class "voffset".

Cuối cùng, chúng ta sẽ hiển thị nhiệt độ và độ ẩm được đo từ cảm biến DHT11 lên giao diện, chờ đợi cho đến khi client ngắt kết nối với ESP8266 Nội dung hiển thị bao gồm tiêu đề "Theo dõi nhiệt độ và độ ẩm", cùng với các thông tin cụ thể về nhiệt độ và độ ẩm.

// Gui phan hoi toi client (o day la giao dien web) client.print(s); delay(1);

Serial.println("Client da thoat");

Kết quả hoạt động tốt khi theo dõi qua laptop và điện thoại:

Chúng ta đã thành công trong việc giao tiếp với cảm biến DHT11 để đọc nhiệt độ và độ ẩm, sau đó thiết lập một webserver để gửi dữ liệu khi có yêu cầu từ laptop hoặc điện thoại Đây là phương pháp đơn giản nhất để giám sát thông tin như độ ẩm và nhiệt độ của đất cây trồng Tuy nhiên, phương pháp này vẫn bị giới hạn ở những client chỉ trong cùng một mạng wifi mới có thể truy cập thông tin.

ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ TỪ XA

- Kit gồm hầu hết các phương pháp điều khiển từ xa hiện nay đó là điều khiển qua tin nhắn điện thoại, bluetooth, wifi, internet

- Kit gồm các khối đã được cấp nguồn sẵn

Bộ kit được trang bị phần cứng cơ bản bao gồm nút nhấn, cảm biến nhiệt độ và độ ẩm, cùng với màn hình LCD hiển thị, giúp sinh viên thực hành các bài học cơ bản một cách trực quan và hiệu quả.

- Sinh viên tìm hiểu lý thuyết về từng phương pháp điều khiển từ xa sau đó có thực nghiệm trên kit

3.4.2 Điều khiển bằng điện thoại qua Bluetooth

 Kít thực hành điều khiển thiết bị:

 Dây cắm và bóng đèn

Chúng ta sẽ sử dụng các thiết bị được hỗ trợ sẵn trên Kit mô hình để thực hiện bài thực hành như: Ổ cắm, các board arduino, dây cắm,…

 Các thành phần sử dụng trên kit:

 Nối dây: Nối dây giữa module HC 06 với Arduino

Chú ý: Có thể thay đổi 2 chân tín hiệu RX,TX cắm vào Board arduino nhưng phải thay đổi trong phần lập trình

- Nối các dây tín hiệu của module relay và các chân 8, 9, 10, 11 của vi điều khiển Arduino

- Các mạch trên kit đã được cấp nguồn sẳn nên không cần phải cắm dây nguồn

Chương trình: char state; void setup() { pinMode(8, OUTPUT); pinMode(9, OUTPUT); pinMode(10, OUTPUT); pinMode(11, OUTPUT); digitalWrite(8, HIGH); digitalWrite(9, HIGH); digitalWrite(10, HIGH); digitalWrite(11, HIGH);

Serial2.begin(9600); // Kết nối bluetooth module ở tốc độ 9600

} void loop() { if(Serial2.available() > 0){

// Đọc giá trị nhận được từ bluetooth state = Serial2.read();

In this code snippet, the state variable determines the output of specific digital pins on a microcontroller When the state is 'A', pin 8 is set to LOW, while 'B' sets it to HIGH Similarly, states 'C' and 'D' control pin 9, 'E' and 'F' control pin 10, and 'G' and 'H' control pin 11, toggling between LOW and HIGH Additionally, state 'P' turns off all pins (LOW), whereas state 'Q' turns them all on (HIGH) The default case does not perform any action.

} Ứng dụng điều khiển trên điện thoại Android: Ở đây nhóm dùng app inventor để viết app điều khiển, xem: http://ai2.appinventor.mit.edu

Các khối lệnh cơ bản:

Nút nhấn: Khối lệnh của 1 nút các nút còn lại tương tự như vậy

Khi tạo xong các khối lệnh chúng ta tiến hành Build bằng cách click vào build trên mit app:

Khi bạn chưa chắc chắn có thể build bằng cách chọn quét mã QR:

Dùng phần mềm quét mã QR trên điện thoại để cài đặt app và tiến hành điều khiển thử

Sau khi tải và cài đặt ứng dụng, bạn cần kết nối Bluetooth với module HC06 Khi kết nối thành công, hãy nhấn các nút trên ứng dụng để điều khiển thiết bị cắm vào ổ cắm 220V, ví dụ như bóng đèn.

3.4.3 Điều khiển bằng điện thoại qua tin nhắn SMS với module SIM800A

Chúng ta sẽ sử dụng các thiết bị được hỗ trợ sẵn trên Kit mô hình để thực hiện bài thực hành như: Ổ cắm, các board arduino, dây cắm,….

 Nối dây: Nối dây giữa module sim và vi điều khiển Arduino

Chú ý: Có thể thay đổi 2 chân tín hiệu RX,TX cắm vào Board arduino nhưng phải thay đổi trong phần lập trình

 Nối các dây tín hiệu của module relay và các chân 8, 9, 10, 11 của vi điều khiển Arduino

 Các mạch trên kit đã được cấp nguồn sẳn nên không cần phải cắm dây nguồn

Chương trình: const String myphone="01279593643";

The code initializes a string variable named `datasim` as an empty string and sets multiple integer variables for toggling states, including `TB_1_ON`, `TB_1_OFF`, `TB_2_ON`, `TB_2_OFF`, `TB_3_ON`, `TB_3_OFF`, `TB_4_ON`, `TB_4_OFF`, `TATCA_ON`, and `TATCA_OFF`, all initialized to -1 The `setup()` function is defined but not elaborated upon in this snippet.

Serial1.begin(9600); pinMode(8,OUTPUT); digitalWrite(8,HIGH); pinMode(9,OUTPUT); digitalWrite(9,HIGH); pinMode(10,OUTPUT); digitalWrite(10,HIGH); pinMode(11,OUTPUT); digitalWrite(11,HIGH); delay(200);

{ //TB1 - if((TB_1_ON= datasim.indexOf("BAT1")>=0))

TB_1_ON = -1; datasim=""; digitalWrite(8,LOW);

SIM_SMS(myphone,"DA BAT THIET BI 1");

} else if ((TB_1_OFF = datasim.indexOf("TAT1")>=0)) {

TB_1_OFF = -1; datasim=""; digitalWrite(8,HIGH);

SIM_SMS(myphone,"DA TAT THIET BI 1"); }

//TB2 - else if ((TB_2_ON = datasim.indexOf("BAT2")>=0)) {

SIM_SMS(myphone,"DA TAT THIET BI 2"); }

//TB3 - else if ((TB_3_ON = datasim.indexOf("BAT3")>=0))

SIM_SMS(myphone,"DA TAT THIET BI 3");

//TB4 - else if ((TB_4_ON = datasim.indexOf("BAT4")>=0)) {

SIM_SMS(myphone,"DA TAT THIET BI 4");

//TATCA - else if ((TATCA_ON = datasim.indexOf("BATHET")>=0)) {

TATCA_ON = -1; datasim=""; digitalWrite(8,LOW); digitalWrite(9,LOW); digitalWrite(10,LOW); digitalWrite(11,LOW);

SIM_SMS(myphone,"DA BAT TAT CA THIET BI"); } else if ((TATCA_OFF = datasim.indexOf("TATHET")>=0)) {

TATCA_OFF = -1; datasim=""; digitalWrite(8,HIGH); digitalWrite(9,HIGH); digitalWrite(10,HIGH); digitalWrite(11,HIGH);

SIM_SMS(myphone,"DA TAT TAT CA THIET BI"); }

{ while(Serial1.available()) //vong lap nhan du lieu tu sim

Dữ liệu được đọc từ Serial1 và gán vào biến `datasim` từng ký tự một Nếu độ dài của `datasim` đạt 128 ký tự, dữ liệu sẽ được xóa để tránh tràn bộ nhớ.

Serial1.println("ATE0"); // Tat che do phan hoi (Echo mode) delay(1000);

Serial1.println("AT+IPR00");// Dat toc do truyen nhan du lieu 9600 bps delay(1000);

Serial1.println("AT+CLIP=1");// Hien thi thong tin nguoi goi den delay(1000);

Serial1.println("AT+CMGF=1");// Chon che do TEXT Mode delay(1000);

Serial1.println("AT+CNMI=2,2");// Hien thi truc tiep noi dung tin nhan delay(1000);

Serial1.println("AT&W");//Luu cấu hinh delay(1000);

Serial1.println("AT+CMGD"); // Xoa tin nhan delay(1000);

} void SIM_GOI(String sdt)

Serial1.println("ATD" + sdt + ";"); //lenh goi delay(15000);

Serial1.println("ATH"); // lenh ket thuc cuoc goi delay(1000);

} void SIM_SMS(String phone,String text)

Serial1.println("AT+CMGS=\"" + phone + "\""); delay(1000);

Khi bấm đúng cú pháp tin nhắn thì đèn gắn trên kít sẽ bật/tắt theo yêu cầu

CÚ PHÁP TRẠNG THÁI MÔ HÌNH

BAT1 Thiết bị một hoạt động

TAT1 Thiết bị một dừng hoạt động

BAT2 Thiết bị hai hoạt động

TAT2 Thiết bị hai dừng hoạt động

BAT3 Thiết bị ba hoạt động

TAT3 Thiết bị ba dừng hoạt động

BAT4 Thiết bị bốn hoạt động

TAT4 Thiết bị bốn dừng hoạt động

BAT5 Tất cả thiết bị cùng hoạt động

TAT5 Tắt cả thiết bị dừng hoạt động

3.4.4 Điều khiển thiết bị qua Wifi

Chúng ta sẽ sử dụng các thiết bị được hỗ trợ sẵn trên Kit mô hình để thực hiện bài thực hành như: Ổ cắm, các board arduino, dây cắm,…

Nối dây: Nối dây giữa module sim và vi điều khiển Arduino

Chú ý: có thể thay đổi 2 chân tín hiệu RX,TX cắm vào Board arduino nhưng phải thay đổi trong phần lập trình

Nối các dây tín hiệu của module relay và các chân 8, 9, 10, 11 của vi điều khiển Arduino

#include int tb1 = false; int tb2 = false; int tb3 = false; int tb4 = false; const char* ssid = "Phong305";// tên wifi cần kết nối const char* password = "23333666668888888";//pass wifi

IPAddress staticIP(192,168,1,160);// cài ip tĩnh cho esp

WiFiServer server(80);// Port 80 void setup()

WiFi.config(staticIP, gateway, subnet,dns1); while (WiFi.status() != WL_CONNECTED) { delay(500);

// Bắt đầu sever server.begin();

Serial.print("Use this URL to connect: ");

//Kiem tra web server da san sang bool led_status;

WiFiClient client = server.available(); if (!client) { return;

//Doi user thao tac tren trang web while (!client.available()) { delay(1);

//Doc thong tin tu web client

String req = client.readStringUntil('\r'); client.flush();

String data[100] = req; for (int i = 5;i < data[1].length(); i++) { if(i==6) break;

In this article, we explore the setup of a basic HTTP web server that responds to client requests with a 200 OK status The server specifies the content type as HTML and includes a simple webpage with a powder blue background Additionally, it incorporates a meta refresh tag that redirects users to a specified URL after five seconds This example demonstrates fundamental web server functionality and basic HTML structure.

//client.println("div {-webkit-column-count: 2; -moz-column-count: 2; column- count: 2;height: 3000px;}"); client.println("h2 {background-color: #4CAF50;font-size: 30px;}");

The article discusses a CSS styling code that sets the background color of headings to a vibrant green, centers the text, and increases the font size to 30px Additionally, it describes the styling for buttons, which includes padding of 40px, a font size of 40px, a fixed width of 40px, centered text alignment, no text decoration, and margin spacing of 5px.

The code snippet defines styles for two buttons used in a web interface, with button images sourced from a specified URL The buttons are designed to be transparent, with no borders, and feature a height of 30 pixels The HTML structure includes a centered body with an image and a heading titled "Controlling Devices via the Internet." Additionally, there is a condition that checks for specific requests, allowing for interaction based on user input.