Ngày khoa học công nghệ ngày phát triển, người ngày chế tạo nhiều vật dụng thông minh đại Từ tối ưu hóa nhu cầu người cách dễ dàng Mỗi giai đoạn phát triên lịch sử giới gắn liền với cách mạng khoa học công nghệ kĩ thuật Và ngày nay, cách mạng Internet of Things(IoT) tạo nên thay đổi đáng kể cho sống người tương lai Internet of Things ứng dụng vào nhiều mặt sống Ứng dụng công nghiệp, nông nghiệp, Y tế, giáo dục,… Đặc biệt việc giám sát thay đổi môi trường phần việc thời tiết trái đất biến đổi mà không lường trước Từ việc giám sát nhiệt độ, độ ẩm mơi trường thơng qua internet điều mạng tính ứng dụng cao Nhiệt độ, độ ẩm đại lượng quan tâm nhiều vật lý có vai trị định nhiều tính chất mơt trường vật chất Vì chúng em thực đề tài: “Thiết kế mạch đo nhiệt độ, độ ẩm áp dụng công nghệ IoT với Kit RF thu phát Wifi BLE ESP32 Oled Heltec”
Tổng quan
Tình hình nghiên cứu thuộc lĩnh vực đề tài
Mỗi giai đoạn lịch sử thế giới đều liên quan đến các cuộc cách mạng khoa học và công nghệ Hiện nay, cuộc cách mạng Internet of Things đang mang đến những thay đổi quan trọng cho cuộc sống con người, ảnh hưởng sâu sắc đến hiện tại và tương lai.
Với sự bùng nổ của Internet, smartphone và thiết bị cảm biến, Internet of Things (IoT) đang trở thành xu hướng toàn cầu mới IoT được hiểu là các vật dụng có khả năng kết nối Internet, cho phép tự động hóa trong cuộc sống hàng ngày Chẳng hạn, khi bạn về nhà, cửa tự động mở, đèn sáng nơi bạn đứng, điều hòa điều chỉnh nhiệt độ phù hợp, và âm nhạc tự động phát để chào đón bạn Những trải nghiệm này, từng chỉ có trong phim khoa học viễn tưởng, đang dần trở thành hiện thực nhờ công nghệ IoT.
Việc giám sát nhiệt độ và độ ẩm môi trường đóng vai trò quan trọng trong các ngành công nghiệp và nông nghiệp Với sự phát triển của công nghệ Internet of Things, người dùng có thể dễ dàng theo dõi các thông số này từ bất kỳ đâu và vào bất kỳ thời điểm nào, chỉ cần có kết nối internet.
Nhiệt độ và độ ẩm là hai đại lượng vật lý quan trọng, ảnh hưởng lớn đến tính chất của vật chất và sự sống trên trái đất Chúng có khả năng làm thay đổi các yếu tố như áp suất và thể tích của chất khí Trong bối cảnh công nghiệp phát triển, nhu cầu lưu trữ hàng hóa trong kho ngày càng tăng, do đó việc kiểm soát nhiệt độ và độ ẩm trong bảo quản sản phẩm công – nông nghiệp là rất cần thiết Tương tự, trong các phòng thí nghiệm, nhà kính trồng cây cảnh và khu sản xuất rau sạch, việc duy trì mức nhiệt độ và độ ẩm ổn định là yếu tố quyết định chất lượng sản phẩm.
Thế giới đang trải qua sự chuyển mình mạnh mẽ với xu hướng "Internet of Things" (IoT), dự kiến đến năm 2021 sẽ có khoảng 28 tỷ thiết bị kết nối, trong đó có 15 tỷ thiết bị thuộc IoT.
Theo báo cáo của Ericsson Mobility Report, đến năm 2021, dự kiến sẽ có 28 tỷ thiết bị kết nối, trong đó có 15 tỷ thiết bị IoT, bao gồm các thiết bị M2M như đồng hồ đo thông minh, cảm biến đường phố, và thiết bị điện tử tiêu dùng như TV và thiết bị đeo Số còn lại là 13 tỷ thiết bị di động và máy tính xách tay.
Theo dự báo của IDC, vào năm 2019, toàn cầu sẽ chi 1.300 tỷ đô la Mỹ cho Internet of Things (IoT) Gartner dự đoán rằng đến năm 2020, giá trị gia tăng từ IoT sẽ đạt 1.900 tỷ đô la Mỹ McKinsey cũng cho biết, đến năm 2025, IoT sẽ đóng góp khoảng 11.000 tỷ đô la vào nền kinh tế toàn cầu.
Đến năm 2021, dự kiến số thuê bao di động toàn cầu sẽ đạt 9,1 tỷ, vượt xa dân số thế giới do mỗi người có thể sở hữu nhiều thiết bị Trong số này, các kết nối IoT bao gồm cả thiết bị có đăng ký SIM/eSIM gắn trong và các thiết bị điện tử tiêu dùng không cần SIM (Non-SIM).
IoT đang phát triển mạnh mẽ, với 50% doanh nghiệp đã triển khai các dự án liên quan Công nghệ này mở ra cơ hội doanh thu cho nhiều ngành, và các giải pháp IoT đang được thương mại hóa nhanh chóng Ngành dịch vụ tiện ích, giao thông, tòa nhà thông minh và bán lẻ là những lĩnh vực tiên phong trong việc ứng dụng IoT.
Tháng 2 vừa qua IBM giới thiệu một công cụ phát triển mã nguồn mở mới được gọi là Quarks Công cụ này được cho là sẽ giúp các nhà sản xuất và nhà lập trình phát triển ứng dụng của mình hiệu quả hơn, dựa trên dữ liệu từ các cảm biến của thiết bị Internet of Things (IoT) Ứng dụng của Quarks: Thực chất, Quarks dựa trên nền tảng các sản phẩm của IBM
Streams là một công cụ doanh nghiệp giúp xử lý lượng lớn dữ liệu trực tiếp, nhưng Quarks nổi bật với thiết kế mã nguồn mở, hỗ trợ các nhà sản xuất và lập trình viên xây dựng ứng dụng cho thiết bị kết nối Quarks cho phép xử lý dữ liệu từ các thiết bị IoT một cách đơn giản và hiệu quả, như theo dõi sức khỏe bệnh nhân tiểu đường qua thiết bị đeo hoặc giám sát an toàn của nhân viên mỏ than thông qua cảm biến trên mũ bảo hiểm Việc giám sát dữ liệu ngay khi cảm biến thu thập là rất quan trọng, ví dụ như khi cảm biến phát tín hiệu cảnh báo tình huống nguy hiểm, thông tin cần được truyền ngay lập tức mà không có độ trễ Ngoài việc cải thiện tốc độ giao tiếp giữa thiết bị và con người, phần mềm còn có khả năng gửi dữ liệu về doanh nghiệp để so sánh với lượng dữ liệu lớn hơn theo thời gian, giúp các nhà nghiên cứu và bác sĩ theo dõi phản ứng của bệnh nhân với phác đồ điều trị và tình trạng sức khỏe.
Các phần mềm hiện nay có khả năng kết nối với nền tảng Watson Health của IBM để đánh giá dữ liệu y tế và cung cấp phản hồi cho bệnh nhân và bác sĩ về phương pháp điều trị Từ năm 2016, Ericsson đã giới thiệu giải pháp Connected Water tại triển lãm CES, nhằm giám sát chất lượng nước thông qua kết nối 4G/LTE và Internet of Things Hợp tác với AT&T, giải pháp này giúp tổ chức bảo vệ sông Chattahoochee ở Atlanta kiểm soát nước và phát hiện ô nhiễm kịp thời, phục vụ hơn 4.000 người dân Các cảm biến đầu tiên được lắp đặt tại Proctor Creek, nơi ảnh hưởng đến hơn 60.000 người sống quanh khu vực Connected Water sử dụng cảm biến giá rẻ để đo lường chất lượng nước, ghi nhận thông số như độ sạch và lượng kim loại nặng, và truyền tải dữ liệu qua đám mây nhờ công nghệ LTE Low Power Wide Area (LSWA) Thiết bị có tuổi thọ pin cao, giúp chính quyền địa phương giám sát và phản ứng nhanh chóng với các vấn đề ô nhiễm.
Trên thế giới đã và đang nghiên cứu một số hệ thống, thiết bị đo nhiệt độ trong tất cả các lĩnh vực có thể kể đến như :
Atmel, nhà chế tạo chip vi điều khiển hàng đầu thế giới, vừa giới thiệu dòng chip đo nhiệt độ AT30TS750 Chip này sử dụng giao thức truyền thông số và tích hợp bộ nhớ EEPROM, mang lại hiệu suất cao cho các ứng dụng đo lường nhiệt độ.
Alfredo Milani Comparetti đã cho ra đời phần mềm Speedfan theo dõi điện áp, tốc độ quạt và nhiệt độ trong máy tính với màn hình phần cứng chip
Tại Úc các nhà vật lý học thuộc Đại học Adelaide tuyên bố đã chế tạo thành công nhiệt kế chính xác nhất thế giới
Hãng Cypress Micro System đã cho ra đời công nghệ PSOC (Programmable System
On Chip) để có thể phát triển các thiết bị đo nhiệt độ dựa trên công nghệ này
Việt Nam đang nhanh chóng nắm bắt xu hướng phát triển mạnh mẽ của Internet of Things (IoT) trên toàn cầu Tại hội nghị quốc tế diễn ra vào ngày 13/11/2015 tại khu công nghệ cao TP.HCM, các chuyên gia đã thảo luận về ứng dụng của IoT trong việc xây dựng đô thị thông minh và cải thiện chất lượng cuộc sống Hội nghị cũng đề cập đến xu hướng công nghệ, thị trường IoT, và khuyến nghị từ các nhà khoa học về việc phát triển nền tảng IoT cho các startup.
Tại Việt Nam, Internet of Things (IoT) đã được ứng dụng từ lâu trong các lĩnh vực tự động hóa như điều khiển đèn giao thông và hệ thống tưới tiêu tự động Tuy nhiên, khái niệm IoT chỉ thực sự được chú ý từ năm 2015 thông qua các hội thảo và hội nghị về xu hướng công nghệ do các tập đoàn lớn như Cisco, Intel, cùng với các công ty trong nước như MobiFone, DTT, và Sao Bắc Đẩu tổ chức.
Tính cấp thiết của đề tài
Hiện nay, việc ứng dụng công nghệ Internet of Things (IoT) trong đời sống và xã hội trở nên cần thiết, giúp con người điều khiển mọi thứ xung quanh một cách nhanh chóng và hiệu quả hơn Do đó, việc tìm hiểu về IoT là một quyết định đúng đắn.
Trong bối cảnh hiện nay, việc đo và cảnh báo nhiệt độ, độ ẩm trở nên cực kỳ quan trọng trong nhiều lĩnh vực như kinh tế, quốc phòng, công nghiệp và nông nghiệp, vì nó ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng sản phẩm Các hệ thống đo này không chỉ giúp cảnh báo quá nhiệt trong các quy trình như luyện kim hay cán thép, mà còn hỗ trợ quản lý độ ẩm trong nông nghiệp để tối ưu hóa tưới tiêu Sự phát triển nhanh chóng của công nghệ thông tin đã nâng cao độ chính xác của các hệ thống này, giúp hạn chế tối đa các rủi ro do nhiệt độ và độ ẩm gây ra Hệ thống đo và cảnh báo nhiệt độ, độ ẩm không chỉ giúp bảo vệ các dây chuyền sản xuất và kho bảo quản, mà còn đảm bảo an toàn cho con người Do đó, việc ứng dụng công nghệ Internet of Things (IoT) trong việc đo nhiệt độ, độ ẩm và gửi dữ liệu lên web để điều khiển các thiết bị gia đình là rất cần thiết và quan trọng trong sự phát triển của thế giới hiện đại.
Phạm vi nghiên cứu của đề tài
Đề tài xây dựng ứng dụng đo nhiệt độ với khả năng gửi dữ liệu lên server và điều khiển relay IoT sử dụng Kit RF thu phát Wifi BLE ESP32 Oled Heltec có nhiều ứng dụng thực tiễn trong các ngôi nhà thông minh và nông nghiệp, như trong trang trại chăn nuôi gà, trồng nấm, vườn ươm cây và lò ấm trứng Ứng dụng này cũng rất hữu ích trong ngành công nghiệp để đảm bảo độ chính xác trong sản xuất Ngoài ra, sản phẩm còn có thể được sử dụng trong giám sát và quan trắc thời tiết môi trường, giúp dự báo và đưa ra biện pháp phù hợp dựa trên sự thay đổi của nhiệt độ và độ ẩm theo thời gian.
Mục tiêu của đề tài
Đề tài xây dựng ứng dụng đo nhiệt độ với khả năng gửi dữ liệu lên server và điều khiển relay IoT ngược lại sử dụng Kit RF thu phát Wifi BLE ESP32 Oled Heltec nhằm đạt được hiệu quả trong việc giám sát và điều khiển từ xa.
- Nghiên cứu và tìm hiểu lý thuyết chung về công nghệ Internet of Things
- Ứng dụng công nghệ IoT vào việc thiết kế thi công sản phẩm đo nhiệt độ độ ẩm gửi dữ liệu lên server
Giới thiệu về công nghệ Internet of Things
Tổng quan về Internet of Things
2.1.1 Giới thiệu về mô hình Internet of Things (IoT)
IoT (Internet of Things) là một mạng lưới gồm các đối tượng có khả năng kết nối Internet và tác động qua lại giữa các dịch vụ web
IoT không chỉ đơn thuần là sự "giao tiếp" giữa các thiết bị mà còn mang đến khả năng cách mạng hóa thế giới, ảnh hưởng đến cuộc sống và cách chúng ta trải nghiệm thực tế.
IoT, hay Internet of Things, là thuật ngữ chỉ các đối tượng có thể nhận biết và tồn tại trong một kiến trúc kết nối, được giới thiệu bởi Kevin Ashton vào năm 1999 Ông là nhà khoa học sáng lập Trung tâm Auto-ID tại MIT, nơi thiết lập các quy chuẩn toàn cầu cho RFID và nhiều loại cảm biến khác Thuật ngữ IoT đã nhanh chóng trở nên phổ biến trong các ấn phẩm của các hãng và nhà phân tích.
Vào tháng 6 năm 2009, Ashton đã nhấn mạnh rằng máy tính và Internet hiện nay phụ thuộc chủ yếu vào con người để truyền tải dữ liệu Gần như tất cả thông tin đều cần sự can thiệp của con người để được chuyển giao hiệu quả.
Trên Internet hiện nay, có khoảng 50 Petabyte dữ liệu được tạo ra bởi con người thông qua các hoạt động như gõ chữ, nhấn nút, chụp ảnh và quét mã vạch Con người đóng vai trò quan trọng trong việc hình thành nội dung trực tuyến, nhưng chúng ta cũng gặp nhiều hạn chế như thời gian có hạn, khả năng tập trung thấp và độ chính xác không cao so với máy móc Điều này dẫn đến việc chúng ta không hiệu quả trong việc thu thập thông tin về thế giới xung quanh, tạo ra một thách thức lớn trong việc quản lý và khai thác dữ liệu.
IoT được định nghĩa là một hệ thống các đối tượng thông minh có khả năng tự điều khiển và tương tác với các thiết bị khác từ xa Những đối tượng này có thể hoạt động độc lập, cung cấp dịch vụ và giải pháp mà không cần sự can thiệp của con người.
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 Trong những năm tới, số lượng thiết bị trên thị trường sẽ gia tăng đáng kể Tuy nhiên, các thách thức như quản lý dữ liệu và chuyển đổi sang IPv6 vẫn đang diễn ra, khi mà IPv4 đã cạn kiệt và chỉ còn lại một số địa chỉ cuối cùng từ năm 2011.
2.1.1.2 Xu hướng và tính chất của IoT
Sự thông minh và tự động trong điều khiển không phải là yếu tố chính trong ý tưởng về IoT Các máy móc có khả năng nhận biết và phản hồi với môi trường xung quanh (ambient intelligence) cũng như tự điều khiển mà không cần kết nối mạng (autonomous control).
Tích hợp trí thông minh vào IoT cho phép các thiết bị và phần mềm thu thập, phân tích dấu vết điện tử từ tương tác của con người Điều này giúp phát hiện tri thức mới về cuộc sống, môi trường, các mối tương tác xã hội và hành vi con người.
2.1.1.2.2 Kiến trúc dựa trên sự kiện
Trong Internet of Things (IoT), các thiết bị và máy móc sẽ phản hồi theo các sự kiện xảy ra trong thời gian thực Nhiều nhà nghiên cứu đã chỉ ra rằng mạng lưới cảm biến là một thành phần cơ bản và thiết yếu của IoT.
2.1.1.2.3 Là một hệ thống phức tạp
Trong một thế giới mở, Internet of Things (IoT) sẽ trở nên phức tạp do sự kết nối đa dạng giữa các thiết bị, máy móc và dịch vụ Hơn nữa, khả năng tích hợp các yếu tố mới vào hệ thống càng làm tăng tính phức tạp của IoT.
Mạng lưới IoT có thể kết nối từ 50 đến 100 nghìn tỉ đối tượng, cho phép theo dõi sự di chuyển của từng đối tượng Trong môi trường đô thị, một người có thể bị bao quanh bởi từ 1000 đến 5000 đối tượng có khả năng theo dõi.
2.1.1.2.5 Vấn đề không gian, thời gian
Trong IoT, vị trí địa lý chính xác của các đối tượng đóng vai trò quan trọng Hiện tại, Internet chủ yếu phục vụ cho việc quản lý thông tin do con người xử lý, dẫn đến việc dữ liệu như địa điểm, thời gian thường không được coi trọng Tuy nhiên, IoT có khả năng thu thập lượng lớn dữ liệu, bao gồm cả dữ liệu địa điểm, và việc xử lý hiệu quả những thông tin này trở thành một thách thức lớn Hơn nữa, việc xử lý khối lượng lớn dữ liệu trong thời gian ngắn để đáp ứng nhu cầu hoạt động của các đối tượng cũng đang là một vấn đề cần giải quyết.
Hiện nay, Internet of Things (IoT) đang phát triển mạnh mẽ nhờ vào nhiều yếu tố như sự phổ biến của IPv6, mạng 4G, giảm chi phí và tính sẵn có của công nghệ.
ARM đã nhanh chóng nhận ra rằng, việc sử dụng các bộ vi điều khiển 32-bit trong ổ đĩa là giải pháp lý tưởng cho những ai muốn tự động hóa các quyết định của mình Gary tin rằng, với khả năng ngày càng tăng của các bộ vi điều khiển này, người dùng sẽ có thể thực hiện những điều mà trước đây từng bị coi là bất khả thi.
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 làm cho các giải pháp trở nên đơn giản và dễ dàng hơn, mà còn giúp xác định rõ ràng từng địa chỉ riêng lẻ, mở ra khả năng phục hồi và phát triển mạnh mẽ cho hệ sinh thái IoT.
2.1.1.3 Những thách thức ảnh hưởng đến sự phát triển của mô hình IoT
2.1.1.3.1 Chưa có sự chuẩn hóa
Kiến trúc tham chiếu của IoT
The architecture of the Internet of Things (IoT) fundamentally consists of four key components: Things, which represent the physical objects; Gateways, serving as connection points; Network and Cloud infrastructure; and the Services-creation and Solutions Layers that facilitate service delivery and development.
Hình 12:Cấu phần của IoT
Ngày nay, thị trường gia dụng và công nghệ có hàng tỷ vật dụng như xe hơi, thiết bị cảm biến, thiết bị đeo và điện thoại di động Những thiết bị này được kết nối 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 cục bộ, trong khi các thiết bị chưa thông minh có thể kết nối thông qua các trạm kết nối.
Trạm kết nối (Gateways) đóng vai trò quan trọng trong việc triển khai IoT, khi mà khoảng 85% các thiết bị hiện có chưa được thiết kế để kết nối với Internet và chia sẻ dữ liệu với điện toán đám mây Để giải quyết vấn đề này, các trạm kết nối hoạt động như một trung gian, cho phép các thiết bị này kết nối an toàn và dễ dàng quản lý với điện toán đám mây.
Hạ tầng mạng và điện toán đám mây (Network and Cloud):
Internet là một hệ thống toàn cầu bao gồm nhiều mạng IP liên kết với nhau và với các máy tính Cơ sở hạ tầng mạng này được xây dựng từ các thiết bị kết nối, tạo ra một mạng lưới thông tin rộng lớn.
Các thiết bị như định tuyến, trạm kết nối, thiết bị tổng hợp và thiết bị lặp có khả năng kiểm soát lưu lượng dữ liệu và kết nối với mạng lưới 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 tích hợp lớn, bao gồm máy chủ, hệ thống lưu trữ và mạng ảo hóa được kết nối chặt chẽ.
Intel has integrated top 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.
2.2.2 Phân loại thiết bị IoT và phương thức kết nối Internet
Các thiết bị IoT nhỏ nhất thường sử dụng bộ điều khiển 8 bit nhúng và hệ thống trên chip (SoC), thường không đi kèm với hệ điều hành Một ví dụ điển hình cho loại thiết bị này là nền tảng phần cứng nguồn mở Arduino 8 bit.
Hệ thống cao hơn sử dụng chip ARM và Arthero với kiến trúc 32 bit rút gọn, thường được áp dụng cho các bộ router nhỏ dành cho gia đình và các biến thể khác Những thiết bị này thường chạy trên nền tảng nhúng Linux rút gọn hoặc hệ điều hành nhúng riêng biệt Một số trường hợp, như Arduino Zero hoặc Arduino Yun, không sử dụng hệ điều hành.
Hệ thống IoT lớn nhất thường sử dụng nền tảng 32 hoặc 64 bit, với các thiết bị như Raspberry Pi và BeagleBone có khả năng chạy hệ điều hành Linux hoặc Android Nhiều thiết bị IoT hiện nay là điện thoại di động hoặc dựa trên công nghệ di động, và chúng có thể hoạt động như gateway hoặc cầu nối cho các thiết bị nhỏ hơn.
Có một số giải pháp kết nối giữa thiết bị với Internet hoặc gateway:
- Kết nối Ethernet hoặc Wi-Fi trực tiếp qua giao thức TCP hoặc UDP
- Kết nối trường gần (NFC)
- Zigbee hoặc các mạng vô tuyến khác
- SRF và kết nối vô tuyến điểm-điểm
- UART hoặc kênh nối tiếp (serial lines)
- SPI hoặc kênh I2C (wired buses)
Figure 13: Hai mô hình kết nối của thiết bị IoT
2.2.3 Các yêu cầu của kiến trúc tham chiếu cho IoT
Kiến trúc tham chiếu cho IoT cần đảm bảo tính trung lập với nhà sản xuất và không phụ thuộc vào công nghệ cụ thể Các yêu cầu cho thiết bị IoT và môi trường hỗ trợ có sự đặc thù, nhưng cũng bao gồm những yêu cầu từ quá trình sản xuất và sử dụng Tóm lại, các yêu cầu của kiến trúc tham chiếu cho IoT có thể được phân loại thành 5 nhóm chính.
- Kết nối và giao tiếp
- Thu thập, phân tích và khởi động dữ liệu
2.2.4 Mô hình tham chiếu của IoT
Mô hình tham chiếu IoT được cấu thành từ 5 lớp xếp chồng, mỗi lớp đảm nhận một chức năng riêng biệt và có thể được minh họa bằng các công nghệ cụ thể Trong đó, có 2 lớp hoạt động theo chiều dọc, bao gồm quản lý thiết bị và quản lý định danh & truy cập.
Hình 14: Mô hình tham chiếu của IoT 2.2.4.1 Lớp thiết bị (Devices)
Các thiết bị IoT cần sử dụng giao thức truyền thông trực tiếp như Arduino, Raspberry Pi, hoặc Intel Galileo thông qua Ethernet hoặc Wi-Fi, hoặc kết nối gián tiếp với Internet qua các công nghệ như ZigBee, Bluetooth, hoặc Bluetooth công suất thấp thông qua điện thoại di động.
Mỗi thiết bị IoT cần có một định danh duy nhất (UUID) được ghi sẵn trong phần cứng, thường là một phần của SoC hoặc chip thứ cấp, cùng với một token OAuth2 Refresh/Bearer lưu trữ trong EEPROM Các chuyên gia khuyến nghị rằng UUID nên được lưu cố định trong phần cứng, trong khi token OAuth2 được sử dụng để tạo ra một định danh tách biệt Bearer token được sử dụng để gửi đến các server hay dịch vụ cần xác thực, nhưng có thời gian sống ngắn hơn so với Refresh token Khi Bearer token hết hạn, Refresh token sẽ được gửi đến lớp định danh để cập nhật Bearer token mới.
Lớp truyền thông đóng vai trò quan trọng trong việc kết nối các thiết bị, sử dụng nhiều giao thức khác nhau như HTTP/HTTPS, MQTT 3.1/3.1.1, và CoAP Trong số này, HTTP là giao thức lâu đời và phổ biến nhất, được hỗ trợ bởi nhiều thư viện, nhờ vào cấu trúc ký tự đơn giản, cho phép ngay cả những thiết bị nhỏ như bộ điều khiển 8 bit cũng có thể sử dụng.
P a g e | 34 thể hỗ trợ HTTP Các thiết bị 32 bit lớn hơn có thể sử dụng các thư viện HTTP client đầy đủ
Các công nghệ truyền thông trong IoT
Công nghệ Nhận dạng Tần số Radio (RFID) sử dụng sóng vô tuyến để xác định đối tượng, bao gồm hai thiết bị thu phát sóng điện từ cùng tần số Các tần số phổ biến trong hệ thống RFID là 125Khz và 900Mhz Hệ thống RFID bao gồm hai thành phần chính: thiết bị đọc (reader) và thiết bị phát mã RFID (tag) có gắn chip Thiết bị đọc được trang bị anten để thực hiện chức năng thu-phát tín hiệu.
Thiết bị phát mã RFID tag sử dụng sóng điện từ để gắn với vật cần nhận dạng, mỗi tag RFID chứa một mã số duy nhất và không trùng lặp.
Hình 15: Cơ chế hoạt động của thẻ RFID
Thiết bị RFID reader hoạt động bằng cách phát ra sóng điện từ ở tần số xác định Khi RFID tag nằm trong vùng hoạt động, nó sẽ cảm nhận sóng điện từ và thu nhận năng lượng để gửi lại mã số cho thiết bị RFID reader Nhờ đó, thiết bị RFID reader có khả năng nhận diện tag nào đang ở trong vùng hoạt động.
Thẻ chip RFID có khả năng chứa nhiều mã nhận dạng khác nhau, thường là 32bit, tương đương với hơn 4 tỷ mã số Mỗi thẻ chip RFID khi xuất xưởng đều được gán một mã số riêng biệt, do đó xác suất nhận dạng nhầm giữa các thẻ chip RFID là rất thấp, chỉ 1 phần 4 tỷ Với những ưu điểm công nghệ này, độ bảo mật và an toàn của các thiết bị ứng dụng công nghệ RFID rất cao.
Bluetooth là một tiêu chuẩn công nghiệp cho truyền thông không dây tầm gần giữa các thiết bị điện tử Công nghệ này cho phép truyền dữ liệu qua khoảng cách ngắn, kết nối các thiết bị di động và cố định, từ đó tạo ra mạng cá nhân không dây (Wireless Personal Area Network - PANs).
Bluetooth có khả năng truyền dữ liệu với tốc độ tối đa 1Mb/s và hỗ trợ tốc độ 720 Kbps trong khoảng cách từ 10 m đến 100 m Khác với kết nối hồng ngoại (IrDA), Bluetooth hoạt động vô hướng và sử dụng tần số 2,4 GHz.
Thuật ngữ "Bluetooth" được đặt theo tên vua Harald Bluetooth, một vị vua Đan Mạch nổi tiếng với khả năng kết nối và giao tiếp giữa mọi người Vào thế kỷ thứ 10, ông đã đóng góp quan trọng trong việc đưa đạo Tin Lành vào Đan Mạch.
P a g e | 37 trong khi Ericsson là công ty đầu tiên phát triển đặc tả cho công nghệ hiện đang ngày càng thông dụng trong cuộc sống hiện đại
Bluetooth được phát triển bởi Ericsson và chuẩn hóa bởi Bluetooth Special Interest Group (SIG) vào ngày 20 tháng 5 năm 1999 Hiện nay, công nghệ này được công nhận bởi hơn 1800 công ty toàn cầu, với sự tham gia ban đầu của Sony Ericsson, IBM, Intel, Toshiba và Nokia Bluetooth tuân thủ chuẩn IEEE 802.15.1.
Lịch sử phát triển của Bluetooth:
Bluetooth 1.0: Là phiên bản đầu tiên của chuẩn kết nối Bluetooth được đưa vào sử dụng với tốc độ truyền tải dữ liệu là 1Mbs, tuy nhiên thực tế tốc độ của phiên bản này chỉ đạt được mức 720kbs
Bluetooth 2.0 + ERD: Phiên bản nâng cấp sau Bluetooth 1.0 được nâng cấp tốc độ truyền tải lên 2.1 Mbs cùng với chế độ truyền tải mới ERD (enhanced data rate) Phiên bản 2.1 được nâng cấp về tốc độ truyền tải nhưng lại hạn chế trên thiết bị sử dụng do ERD chỉ là chế độ tùy chọn, một số nhà sản xuất đã không đưa chế độ này vào sản phẩm của mình để giảm chi phí sản xuất
Bluetooth 2.1+ ERD: Được nâng cấp từ Bluetooth 2.0 vào năm 2007 với thay đổi quan trọng như hiệu năng cao hơn, giảm điện năng tiêu thụ Phiên bản này được sử dụng trên các thiết bị như điện thoại di động, laptop, tai nghe … Tuy nhiên, Bluetooth 2.1 vẫn chưa cho người dùng truyền tải các tập tin có dung lượng lớn
Bluetooth 3.0 + HS: Năm 2009 buetooth 3.0 ra đời với thay đổi lớn về tốc độ truyền tải, đạt 24Mbps ở phiên bản này các thiết bị có thể tương tác dễ dàng với nhau hơn, có thể tự dò tìm các thiết bị ở gần
Bluetooth 4.0: Là sự kết hợp của các đời Bluetooth trước đó với nhau Bluetooth 4.0 đạt tốc độ truyền tải lên đến 25Mbps, dễ dàng ghép đôi các thiết bị, hiệu năng tiêu thụ thấp Đây là chuẩn Bluetooth được sử dụng trên hầu hết các thiết bị hiện nay
Bluetooth 4.1: Là phiên bản mới nhất ra đời đầu năm 2014 với nhiều cải tiến vượt bậc so với Bluetooth 4.0 như: Khả năng sống chung: Bluetooth 4.1 cải thiện tình trạng chồng chéo tín hiệu của Bluetooth 4.0 và mạng 4G Bluetooth 4.1 sẽ tự động nhận diện và điều chỉnh băng tần để thực hiện tối đa sức mạnh của mình Khả năng kết nối thật sự thông minh (Bluetooth 4.1 cho phép các nhà sản xuất có thể xác định khoảng thời gian kết nối trở lại sau thời gian chờ trên các thiết bị của họ giúp quản lý năng lượng của nó được tốt hơn, và các thiết bị kết hợp sẽ điều chỉnh năng lượng phù hợp) Khả năng truyền dữ liệu (Các thiết bị Bluetooth 4.1 có thể giao tiếp một cách độc lập mà không cần phải phụ thuộc vào trung tâm điều khiển)
ZigBee là giao thức mạng không dây kết nối các thiết bị dựa trên tiêu chuẩn 802.15.4 của IEEE, sử dụng tín hiệu radio tần sóng ngắn với cấu trúc gồm hai tầng: tầng vật lý và tầng MAC Công nghệ ZigBee cho phép các thiết bị từ các nhà sản xuất khác nhau kết nối và hoạt động trong một hệ thống bảo mật nhờ vào khả năng thiết lập các tầng khác Với tính năng điều khiển từ xa không dây, truyền dữ liệu ổn định và tiêu thụ năng lượng thấp, ZigBee ngày càng trở nên phổ biến trong các ứng dụng, đặc biệt là trong lĩnh vực nhà thông minh.
