Giáo trình công nghệ internet of things

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, phòng ốc và trang thiết bị thông minh Những thiết bị này được trang bị các bộ phận điện tử, phần mềm, cảm biến và cơ cấu chấp hành, cho phép chúng thu thập và truyền tải dữ liệu qua mạng máy tính.

Năm 2013, tổ chức Global Standards Initiative on Internet of Things (IoT-GSI) đã định nghĩa Internet of Things (IoT) là hạ tầng cơ sở toàn cầu phục vụ cho xã hội thông tin, hỗ trợ các dịch vụ điện toán chuyên sâu thông qua các vật thể (cả thực lẫn ảo) được kết nối với nhau nhờ công nghệ thông tin và truyền thông hiện có Định nghĩa này nhấn mạnh rằng "vật" có thể là một thứ trong thế giới thực hoặc thế giới thông tin, có khả năng được nhận diện và tương tác.

Hệ thống IoT cho phép các vật thể được cảm nhận và điều khiển từ xa thông qua mạng lưới hiện có, tạo điều kiện cho sự tích hợp giữa thế giới thực và điện toán Điều này nâng cao hiệu suất, độ tin cậy và lợi ích kinh tế, đồng thời giảm thiểu sự can thiệp của con người Khi IoT được kết hợp với cảm biến và cơ cấu chấp hành, nó trở thành một hệ thống ảo-thực với tính tổng quát cao, 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 thể trong hệ thống điện toán nhúng được nhận dạng riêng biệt và có khả năng phối hợp trong hạ tầng Internet hiện có Các chuyên gia dự đoán rằng Internet Vạn Vật sẽ kết nối khoảng 30 tỷ vật thể trước năm 2020.

Internet Vạn Vật (IoT) cung cấp kết nối sâu rộng cho các thiết bị, hệ thống và dịch vụ, mang lại hiệu quả vượt trội so với truyền tải máy-máy (M2M) Nó hỗ trợ đa dạng giao thức, miền và ứng dụng, kết nối các thiết bị nhúng và vật dụng thông minh, mở ra kỷ nguyên tự động hóa cho nhiều ngành nghề Từ các ứng dụng chuyên sâu như điện lưới thông minh đến các lĩnh vực như thành phố thông minh, IoT đang định hình tương lai công nghệ.

IoT, hay Internet vạn vật, là một hệ sinh thái nơi mọi đồ vật và con người được gán một định danh riêng, cho phép trao đổi thông tin qua một mạng duy nhất mà không cần tương tác trực tiếp Sự phát triển của IoT xuất phát từ sự kết hợp của 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 thế giới bên ngoài để thực hiện các nhiệm vụ cụ thể.

Internet of Things (IoT) bao gồm các thiết bị có khả năng kết nối và truyền dữ liệu qua mạng, từ người có trái tim cấy ghép, động vật trang trại với chip sinh học, đến xe hơi với cảm biến cảnh báo IoT chủ yếu hoạt động qua các liên kết máy-đến-máy (M2M) trong các lĩnh vực như sản xuất, năng lượng và xăng dầu, với các sản phẩm thông minh được tích hợp khả năng tự động hóa Công nghệ hiện đại cho phép các thiết bị này thu thập và truyền tải dữ liệu hữu ích, ví dụ như nhà thông minh với tính năng điều khiển đèn, lò sưởi, hệ thống điều hòa không khí, và các thiết bị gia dụng như máy giặt, máy hút chân không, và tủ lạnh, tất cả đều có thể theo dõi từ xa qua Wi-Fi.

Khi tự động hóa kết nối internet được áp dụng 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, cùng với việc gia tăng nhu cầu đánh chỉ mục, lưu trữ và xử lý dữ liệu hiệu quả Hiện nay, Internet Vạn Vật là một trong những nền tảng quan trọng 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 biết và tồn tại trong một kiến trúc kết nối Thuật ngữ này được giới thiệu lần đầu bởi Kevin Ashton vào năm 1999.

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 (giao tiếp không dây bằng sóng radio) và các loại cảm biến khác Công nghệ IoT sau đó trở nên phổ biến trong nhiều ấn phẩm từ các hãng và nhà phân tích.

Khái niệm "Vạn Vật" bao gồm 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 tại vùng nước ven biển, xe hơi tích hợp cảm biến, thiết bị phân tích ADN để quan sát môi trường, thức ăn và mầm bệnh, cùng với 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 củaphần 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 sâu sắc về điều kiện kinh tế, xã hội, văn hóa và kỹ thuật, bắt nguồn từ Anh và lan rộng ra toàn cầu Thời kỳ này chứng kiến sự chuyển mình từ nền kinh tế giản đơn, quy mô nhỏ và 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 đổi mới này đã tạo ra động lực mạnh mẽ cho sự phát triển công nghiệp và thương mại.

Cách mạng công nghiệp là động cơ đốt trong và máy móc sử dụng điện Năm 1914, năm bắt đầuThế chiến thứ nhất, giai đoạn thứ hai này kết thúc

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

Cách mạng Công nghiệp lần thứ tư, bắt đầu từ đầu thế kỷ 21, kế thừa thành tựu của lần thứ ba, dựa trên nền tảng cải tiến của cuộc cách mạng số Cuộc cách mạng này được đặc trưng bởi sự phát triển của các 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, thế giới đang ở giai đoạn đầu của cuộc cách mạng này, đóng vai trò chiến lược cho các nước đang phát triển nhằm theo kịp xu hướng toàn cầu và mở ra bước ngoặt mới cho sự phát triển nhân loại.

Hình 1.4 Số lượng thiết bị sẽ được kết nối

Cách mạng công nghiệp 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 Đến cách mạng công nghiệp lần thứ hai, chủ nghĩa tư bản độc quyền xuất hiện, thay thế chủ nghĩa tư bản tự do cạnh tranh, đồng thời mở đường cho sự hình thành chủ nghĩa xã hội Cách mạng công nghiệp lần thứ ba đã dẫn đến sự ra đời của chủ nghĩa tư bản hiện đại, và cách mạng công nghiệp lần thứ tư hứa hẹn sẽ tiếp tục thay đổi cấu trúc 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 Kevin Ashton giới thiệu vào năm 1999 Ông là nhà khoa học sáng lập Trung tâm Auto-ID tại MIT, nơi thiết lập các tiêu chuẩn toàn cầu cho RFID và các 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 ban đầu xuất hiện trên máy tính cá nhân, sau đó vào năm 2015, nó đã chuyển sang smartphone, tiếp theo là 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 phần cốt lõi của IoT, nhưng gần đây, nghiên cứu đã bắt đầu kết hợp hai khái niệm này Các máy móc có khả năng nhận biết và phản hồi môi trường xung quanh (ambient intelligence) cũng như tự điều khiển mà không cần kết nối mạng (autonomous control) Tương lai của IoT có thể là một mạng lưới các thực thể thông minh, tự tổ chức và hoạt động độc lập theo tình huống và môi trường, đồng thời có khả năng giao tiếp và trao đổi thông tin với nhau.

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

Việc tích hợp trí thông minh vào IoT cho phép các thiết bị và phần mềm thu thập, phân tích dấu vết điện tử của con người trong quá trình tương tác với công nghệ thông minh Điều này giúp phát hiện tri thức mới về cuộc sống, môi trường, các 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 tạpvà mạng lưới khổng lồ

Trong một thế giới mở, Internet of Things (IoT) đang trở nên phức tạp với hàng triệu kết nối giữa các thiết bị, máy móc và dịch vụ Dự kiến đến năm 2020, sẽ có khoảng 50 tỷ đồ vật kết nối vào Internet, và con số này có thể tiếp tục gia tăng IoT tạo ra một mạng lưới khổng lồ kết nối tất cả mọi thứ, bao gồm cả con người, với các mối quan hệ giữa người và người, người và thiết bị, cũng như thiết bị và thiết bị Mạng lưới IoT có thể chứa từ 50 đến 100 nghìn tỉ đối tượng được kết nối, cho phép theo dõi sự di chuyển của từng đối tượng Một cá nhân sống trong thành phố có thể bị bao quanh bởi từ 1000 đến 5000 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 củatừng 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 có khả năng thu thập và truyền tải dữ liệu với giá chỉ khoảng 40 USD Các bộ vi điều khiển 32-bit nền tảng ARM hiện có giá rẻ, cho phép thu thập và truyền dữ liệu hiệu quả hơn ARM đã nhận ra rằng việc sử dụng các bộ vi điều khiển 32-bit là giải pháp tối ưu cho những ai muốn tự động hóa quyết định Gary tin rằng khả năng của các bộ vi điều khiển này ngày càng gia tăng, mở ra cơ hội cho người dùng thực hiện những điều 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 IPv6 cung cấp 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 dễ dàng và rõ ràng hơn, mà còn cho phép phục hồi đến từng địa chỉ riêng lẻ, mở ra một phạm vi phát triển vô cùng lớn.

Lan Pearson, nhà tương lai học nổi bật với kinh nghiệm tại các công ty như BT, Canon và Fujitsu, nhận định rằng sự hội tụ và phát triển công nghệ hiện nay chưa từng có tiền lệ, nhanh chóng và khác biệt so với mọi thứ chúng ta đã thấy trước đây Động lực chính cho sự phát triển này đến từ áp lực thúc đẩy 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) sẽ chuyển đổi các tương tác hàng ngày với đồ vật thành dữ liệu quý giá, hỗ trợ 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 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 sử dụng sản phẩm của người tiêu dùng Mục tiêu của họ là giao tiếp trực tiếp với người dùng để định hướng thông điệp quảng cáo hiệu quả hơn Để thực hiện điều này, hai công ty sẽ tiến hành trao đổi dữ liệu người dùng và tương tác sản phẩm thông qua việc tích hợp Giao diện lập trình ứng dụng (API integration) giữa các nền tảng của họ.

Chai Johnnie Walker “thông minh” :

Bằng cách sử dụng nền tảng IoT của Evrythng, Diaego đã cá nhân hóa chai rượu whisky Johnnie Walker thành những món quà độc đáo, cho phép người mua tùy chỉnh video gửi đến người nhận Việc khuyến khích người tiêu dùng chia sẻ thông tin cá nhân đã giúp Diaego thu thập dữ liệu quý giá về người mua và người sử dụng sản phẩm Thông tin này không chỉ bổ sung cho cơ sở dữ liệu CRM mà còn hỗ trợ cải tiến sản phẩm, phát triển chương trình trung thành và thực hiện các chiến dịch marketing hiệu quả hơn, tạo ra những trải nghiệm cá nhân hóa cho khách hàng.

Các sản phẩm kết nối trên nền tảng IoT không chỉ cung cấp thông tin hữu ích cho doanh nghiệp mà còn giúp người dùng nhận diện hàng thật, đặc biệt trong bối cảnh hàng giả ngày càng phổ biến, 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 tiêu thụ không hiệu quả Sự kết nối giữa công nghệ thông tin (IT) và công nghệ vận hành (OT) tạo cơ hội cho người sử dụng năng lượng và chính phủ giảm thiểu việc sử dụng năng lượng không hợp lý.

Từ hộ gia đình đến các tòa nhà và nhà máy, việc quản lý năng lượng được tối ưu hóa để tiết kiệm tài nguyên Nhờ vào hệ thống thông minh, người quản lý có thể theo dõi mức tiêu thụ năng lượng của từng khu vực, ngôi nhà và nguồn năng lượng sử dụng Máy chủ sẽ xác định chính xác các khu vực cần thiết và cung cấp lượng điện năng phù hợp.

THÁCH THỨC VÀ TƯƠNG LAI CỦA INTERNET OF THINGS

An ninh và bảo mật dữ liệu là mối lo ngại hàng đầu trong hệ sinh thái IoT, đóng vai trò quan trọng trong việc bảo vệ thông tin cá nhân và đảm bảo sự tin cậy của các thiết bị kết nối.

Thiếu các tiêu chuẩn chung trong kết nối IoT đang cản trở sự phát triển của công nghệ này Việc thiết lập một chuẩn chung sẽ thúc đẩy sự phát triển của IoT, tạo ra viễn cảnh tốt hơn khi các nhóm tiêu chuẩn hợp tác, từ đó nâng cao khả năng tương thích Sự tham gia và ảnh hưởng của các công ty lớn như Samsung, Intel và Microsoft là rất quan trọng trong việc hình thành các tiêu chuẩn này.

Hàng rào subnetwork là một hệ thống trong đó các thiết bị IoT 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 một động lực kinh tế mạnh mẽ, thúc đẩy các nhà sản xuất chia sẻ quyền điều khiển và dữ liệu mà thiết bị thu thập.

1.4.2 Nhận định lương lai của IoT

Theo các chuyên gia của BI Intelligence, dự báo đến năm 2020 sẽ có 34 tỷ thiết bị kết nối internet, trong đó khoảng 24 tỷ thiết bị thuộc dạng IoT, có khả năng hoạt động độc lập và thông minh Trung bình, mỗi người trên thế giới sẽ sở hữu khoảng 4 thiết bị IoT Sự tăng trưởng này được thúc đẩy bởi sự đầu tư của các tập đoàn lớn như Facebook và Google, đang triển khai nhiều dự án đưa internet đến những khu vực xa xôi bằng máy bay không người lái.

Để IoT trở nên phổ biến và tiếp cận nhiều người hơn, giá thành của linh kiện tạo nên 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 phổ biến trong tương lai nhờ vào những ưu điểm vượt trội Để gia tăng sự phổ biến, thiết bị IoT sẽ ngày càng trở nên giá rẻ, 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

Chương này cung cấp cho sinh viên kiến thức:

- Kiến trúc, các mô hình, các thành phần của hệ thống IoT cơ bản

- Các ứng dụng của IoT trong cuộc sống

TT Chuẩn đầu ra của chương CĐR HP

1 Trình bày được các kiến trúc hệ thống IoT 2

2 Giải thích được các mô hình kết nối và thiết bị của hệ thống IoT 4

3 Trình bày được các ứng dụng IoT trong cuộc sống 8

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 devices; Gateways, serving as connection points; Network and Cloud infrastructure; and the Services-creation and Solutions Layers that facilitate the development and delivery of 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 qua băng tầng mạng không dây và truy cập Internet Giải pháp IoT giúp sàng lọc, kết nối và quản lý dữ liệu của các thiết bị thông minh 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 vấn đề kết nối trong IoT, khi mà khoảng 85% các thiết bị chưa 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, giúp các thiết bị hiện có kết nối an toàn và dễ dàng với điện toán đám mây.

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

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

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.

Intel has integrated leading API management software, Mashery and Aepona, into its Services-Creation and Solutions Layers to accelerate the market launch of IoT products and solutions, maximizing the value derived from analyzing data from existing systems and assets.

Hệ thống IoT rất phức tạp do có nhiều liên kết giữa các thiết bị, máy móc và dịch vụ, đồng thời cho phép thêm các yếu tố mới Về lý thuyết, IoT có khả năng thu thập và xử lý một lượng lớn dữ liệu trong thời gian ngắn.

Cấu trúc hệ thống I oT dựa trên sự kiện :

Các thiết bị trong IoT hoạt động dựa trên phản hồi từ các sự kiện diễn ra theo thời gian thực Mỗi thiết bị đều được trang bị cảm biến để phát hiện các thay đổi môi trường như nhiệt độ, ánh sáng, áp lực, âm thanh, chuyển động và vị trí địa lý Những cảm biến này, thường được gọi là hệ vi điện cơ (MEMS), hoạt động như "mắt" và "tai" điện tử của người dùng, ghi lại mọi biến đổi xung quanh Chúng được kết hợp với các mạch tích hợp, cho phép lập trình viên điều chỉnh một số thông số cụ thể Thêm vào đó, vi xử lý nhỏ và module giao tiếp không dây tạo thành 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 tại biển Nha Trang, ngôi nhà của bạn có thể gặp rủi ro do không được chăm sóc Các cảm biến độ ẩm sẽ phát hiện sự hiện diện của chất lỏng trên sàn nhà và gửi dữ liệu đến phần mềm xử lý, có thể tích hợp trong mạch điều khiển hoặc trên máy chủ tại nhà Phần mềm này kết hợp thông tin từ cảm biến nhiệt độ để xác định tình trạng nước chảy trong ống, với việc nhiệt độ giảm có thể chỉ ra sự cố Nước chảy mạnh có thể báo hiệu vỡ ống, trong khi dòng chảy vừa phải có thể do sử dụng nước, và dòng chảy nhỏ có thể là dấu hiệu rò rỉ Dù là tình huống nào, kết quả phân tích sẽ được gửi tự động đến bạn, giúp bạn kịp thời xử lý vấn đề.

Chúng ta có thể tạo ra hai mã khóa cửa sử dụng một lần từ xa; một mã gửi cho bạn bè hoặc người thân để nhờ kiểm tra, và mã còn lại dành cho thợ sửa đường ống Mỗi khi một trong hai mã được sử dụng, thông tin và hình ảnh của người ra 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 internet, mỗi thiết bị 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 nhờ vào 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, nơi thực hiện nhiệm vụ định tuyến, tiền xử lý và chuyển tiếp dữ liệu giữa thiết bị và server Gateway thường được kết nối với mạng internet bên ngoài qua dây để đảm bảo đường truyền ổn định nhất.

Cách kết nối này giúp các thiết bị truyền nhận dữ liệu với server nhanh chóng Tuy nhiên, khoảng cách truyền tải phụ thuộc vào công nghệ tín hiệu mà thiết bị sử dụng Thực tế có nhiều gateway được sử dụng để tăng tốc độ truyền dữ liệu và mở rộng phạm vi hoạt động của hệ thống.

Mô hình này tương tự như mô hình 1, nhưng điểm khác biệt là có một thiết bị đầu cuối có khả năng kết nối 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 về Gateway gốc 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 được 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 gateway Các thiết bị sẽ kết nối trực tiếp với server trên Cloud.

Để các thiết bị có thể kết nối và thực hiện các chức năng trực tuyến, yêu cầu thiết yếu là chúng phải sử dụng công nghệ kết nối trực tiếp vào mạng Internet, bao gồm các loại kết nối 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 xây dựng các hệ thống kết nối và điều khiển thông minh từ xa Việc triển khai này có thể tận dụng các kỹ thuật, thiết bị và linh kiện trong lĩnh vực Điện tử truyền thông, đồng thời áp dụng các công nghệ của 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 môi trường IoT, từ nhà máy đến nông trại Trong sản xuất, chúng liên tục đo nhiệt độ máy móc để duy trì mức an toàn Tại nông trại, cảm biến này giúp theo dõi nhiệt độ đất, nước và cây trồng, từ đó tối ưu hóa năng suất.

- 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 Chúng cũng có khả năng theo dõi tình trạng chỗ đỗ xe tại các địa điểm lớn như sân bay, trung tâm mua sắm và sân vận động.

Cảm biến áp suất là thiết bị quan trọng giúp xác định lưu lượng nước trong đường ống, đồng thời được ứng dụng rộng rãi trong xe thông minh và máy bay để đo lường lực và độ cao.

Cảm biến hóa học, khói và khí là thiết bị quan trọng trong việc quản lý và kiểm soát chất lượng không khí, không chỉ trong các tòa nhà thông minh mà còn trên toàn bộ các thành phố thông minh.

Cảm biến mức là thiết bị dùng để phát hiện mức chất lỏng cũng như các chất khác như chất dẻo, vật liệu dạng hạt và bột Chúng có ứng dụng quan trọng trong việc quản lý và tái chế chất thải thông minh, giúp tối ưu hóa quy trình xử lý và giảm thiểu lãng phí.

Cảm biến hồng ngoại có nhiều ứng dụng quan trọng, từ việc phát hiện rò rỉ nhiệt trong nhà đến giám sát lưu lượng máu của bệnh nhân và xác định các hóa chất trong môi trường Điều đặc biệt là các cảm biến này cần được tích hợp với chip cảm biến để chuyển đổi và phát hiện các hiện tượng tự nhiên, từ đó biến chúng thành dữ liệu số Những dữ liệu này có thể được xử lý và thực hiện các điều hướng trong môi trường Internet theo nhu cầu 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 xử lý và thiết lập các chế độ tưới phù hợp với mục đích sử dụng, đảm bảo hiệu quả trong việc chăm sóc cây trồng.

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 IDE

Để lập trình mạch ESP8266 NodeMCU bằng Arduino IDE, bạn cần tích hợp thư viện hỗ trợ Các bước thực hiện sẽ được hướng dẫn cụ thể để giúp bạn dễ dàng lập trình thiết bị 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 URL 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, type "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 sẽ bao gồm hai phần chính 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 ESP, chúng ta sẽ viết một chương trình đơn giản cho ESP8266 NodeMCU nhằm 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 5mm.

Lập trình: Đoạn code sau minh họa việc điều khiểnđèn 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 lưu ý chọn phiên bản phù hợp với board đang sử dụng qua menu Tools → Board Với mạch ESP8266 NodeMCU (module ESP-12), bạn 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, khi các thiết bị trong nhà được tích hợp công nghệ như cảm biến nhiệt, cảm biến tiệm cận, cảm biến khí và cảm biến hồng ngoại, tạo thành một mạng lưới kết nối Người dùng có thể điều khiển mọi thứ thông qua smartphone hoặc để chúng tự động thực hiện các tác vụ đã được lập trình, giúp tiết kiệm thời gian đáng kể Hơn nữa, các thiết bị IoT trong gia đình còn hỗ trợ 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, mang lại không khí trong lành với điều kiện tối ưu cho sức khỏe Ngoài ra, các thiết bị này tự động tắt khi không có người trong nhà, giúp tiết kiệm điện năng và giảm chi phí sinh hoạt Đèn thông minh cũng hoạt động theo cách tương tự, góp phần làm cho nhà thông minh ngày càng trở nên phổ biến và trở thành xu hướng hiện nay.

Trong bối cảnh thế giới đang tiến vào kỷ nguyên IoT, 24 công nghệ thiết yếu đã trở thành tiêu chuẩn cho nhà ở hiện đại, kết nối mọi vật qua Internet.

Giá cả của các thiết bị Smart Home thường cao hơn so với thiết bị thông thường, nhưng chúng đang trở nên phổ biến hơn khi công nghệ được sản xuất nhiều Tại Việt Nam, Bkav SmartHome đã được triển khai tại hàng chục ngàn căn hộ trong và ngoài nước, 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 kiểm soát các thiết bị gia đình thông qua một giao diện trực quan trên smartphone hoặc tablet, với các hệ thống điều khiển ánh sáng, rèm, an ninh, và giải trí được phối hợp hoạt động thông minh, 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 ước tính 30% ô tô gặp khó khăn trong việc này vào giờ cao điểm Với ứng dụng trên smartphone kết nối với bãi đậu xe, người dùng nhận thông báo về chỗ đậu xe có sẵn và hướng dẫn đến vị trí đó Để hoạt động hiệu quả, hệ thống cần nhiều cảm biến chính xác, tuy nhiên, việc sử dụng nhiều cảm biến sẽ tiêu tốn năng lượng, do đó cần có thuật toán tối ưu hóa năng lượng Bên cạnh đó, tuổi thọ của cảm biến cũng cần được đảm bảo thông qua tính toán và các biện pháp che chắn hiệu quả.

Smart Retail là khái niệm về mua sắm thông minh, bao gồm tự động hoá trong quá trình bổ sung sản phẩm, ứng dụng mua sắm thông minh, và cải thiện bố trí cửa hàng Việc sắp xếp kệ, nhãn mác, độ sáng và nhiệt độ trong cửa hàng đều được tối ưu hóa để nâng cao trải nghiệm khách hàng và tăng cường hiệu quả bán hàng.

- 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, kiểm soát việc sử dụng nước để tối ưu hóa sự phát triển của cây trồng, cùng với việc xác định phân bón tùy chỉnh là những ứng dụng đơn giản nhưng hiệu quả của IoT trong 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 cáccảm 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 mọingười 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.

CHƯƠNG 3 PHÁT TRIỂN ỨNG DỤNG INTERNET OF THINGS

Chương này cung cấp cho sinh viên kiến thức:

- Các phát triển ứng dụng IoT vào thực tế, xây dựng giải pháp ứng dụng

- Cách điều khiển thiết bị từ xa qua Bluetooth, Wifi, Internet, GSM,…

TT Chuẩn đầu ra của chương CĐR HP

1 Phân tích hệ thống IoT thực tế 5

2 Ứng dụng điều khiển thiết bị từ xa qua Bluetooth, GSM 6

3 Ứng dụng điều khiển thiết bị từ xa qua Internet, Wifi 8

SỬ DỤNG ARDUINO IDE LẬP TRÌNH ESP8266 NODEMCU

ESP8266 NodeMCU là một trong những mạch tích hợp phổ biến trong 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, mang lại sự linh hoạt cho người dùng Một trong những ưu điểm nổi bật của ESP8266 NodeMCU là module wifi tích hợp sẵn, giúp giảm thiểu sự phức tạp trong lắp đặt và vận hành, đồng thời giảm hao phí do các hệ thống có dây gây ra Bài viết này sẽ hướng dẫn cách sử dụng Arduino IDE để tích hợp thư viện hỗ trợ lập trình cho ESP8266 NodeMCU, cũng như quy trình 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, type "esp8266" and click 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 điều khiển 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, bạn thực hiện tương tự như nạp cho mạch Arduino thông thường Tuy nhiên, cần lưu ý chọn phiên bản phù hợp với board đang sử dụng qua menu Tools → Board Trong trường hợp của tôi, vì mạch là 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

3.2 BẬT TẮT ĐÈN QUA WEB VỚI ESP8266

Hướng dẫn điều khiển đèn học qua website bằng ESP8266 giúp bạn tạo một web server nhỏ trên chip Thay vì sử dụng phương pháp truyền thống để điều khiển từ xa, bạn sẽ thiết lập giao diện web cho phép 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 giữ nguyên như các bài trước, tuy nhiên, có sự khác biệt nhỏ là chân điều khiển relay được kết nối với GPIO5, đồng thời relay cũng được kết nối với đèn học.

Chúng ta sẽ bắt đầu chương trình lập trình điều khiển đèn bằng ESP8266, thiết bị này sẽ nhận lệnh từ một website Giao diện web sẽ bao gồm hai nút nhấn (ON/OFF) để tắt và mở đèn Đầu tiên, cần cấu hình chính xác tên và mật khẩu wifi, sau đó tiến hành tạo 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 tắt (on/off) nào không Nếu có, hãy thực hiện thay đổi trạng thái của output bằng lệnh tương ứng.

// 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, và từ đó, bạn có thể mở rộng khả năng điều khiển nhiều thiết bị khác trong ngôi nhà của mình.

WEBSERVER THU THẬP DỮ LIỆU DHT11 VỚI ESP8266

Trong bài viết này, chúng ta sẽ tiếp tục khám phá cách sử dụng ESP8266 để đọc dữ liệu nhiệt độ và độ ẩm từ cảm biến DHT11 Sau đó, chúng ta sẽ lập trình để theo dõi 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();

// Đợichuyểnđổidữliệukhoảng 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

Để gửi dữ liệu nhiệt độ và độ ẩm lên mạng Wi-Fi trong nhà, bạn không cần phải tạo một trang web riêng ESP8266 có khả năng tạo ra một server và web tại địa chỉ IP của nó, chỉ cần đăng nhập vào địa chỉ (ví dụ 192.168.1.xx) là bạn có thể xem thông tin về nhiệt độ và độ ẩm một cách dễ dàng.

Giải thích một số ý chính trong code:

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

Đầu tiên, bạn cần thay đổi tên và mật khẩu Wi-Fi thành thông tin của mạng nhà bạn Sau đó, hãy tạo một máy chủ web với cổng 80 bằng lệnh phù hợp.

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 tới server hay không 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();

Sau khi hoàn thành bước nhận yêu cầu từ khách hàng, chúng ta sẽ chuẩn bị câu trả lời bằng cách tạo một trang web HTML sử dụng Bootstrap CSS Trang web này sẽ được thiết lập để tự động tải lại 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 article discusses essential HTML elements for web development, including a viewport meta tag to ensure responsive design, a refresh tag for automatic page updates every 60 seconds, and the inclusion of jQuery and Bootstrap for enhanced functionality and styling Additionally, it specifies custom CSS for body font size and margin adjustments, contributing to a user-friendly interface.

Cuối cùng, chúng ta hiển thị nhiệt độ và độ ẩm từ cảm biến DHT11 lên giao diện Khi client kết nối với ESP8266, hệ thống sẽ tạo một container với tiêu đề "Theo dõi nhiệt độ và độ ẩm" Trong đó, nhiệt độ và độ ẩm sẽ được trình bày rõ ràng với các giá trị tương ứng.

// 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, cách này vẫn bị giới hạn chỉ cho những thiết bị kết nối 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 các phần cứng thiết yếu như 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();

The code snippet manages the state of digital pins based on specific cases When the state is 'A', pin 8 is set to LOW, while state 'B' sets it to HIGH Similarly, states 'C' and 'D' control pin 9, and states 'E' and 'F' manage pin 10 State 'G' and 'H' correspond to pin 11, with LOW and HIGH settings, respectively Additionally, state 'P' turns all specified pins LOW, whereas state 'Q' sets them all HIGH The default case does not alter any pin states.

} 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, bạn có thể sử dụng các nút trên ứng dụng để điều khiển thiết bị cắm vào ổ cắm 220V, chẳng hạn như bóng đèn.

3.4.3 Điều khiển bằng điện thoại qua tin nhắn SMSvới 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` to store data from a SIM card It also defines several integer variables, each set to -1, representing the ON and OFF states for four toggle buttons (TB_1, TB_2, TB_3, TB_4) and two additional states (TATCA_ON and TATCA_OFF) The setup function is included to prepare the program for execution.

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

Đoạn mã dưới đây đọc giá trị từ Serial1 và gán từng ký tự vào biến datasim Nếu độ dài của datasim đạt 128 ký tự, dữ liệu sẽ được xóa để tránh quá tải.

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;

The HTTP web server responds with a status code of 200 OK and specifies the content type as text/html It generates an HTML document with a powder blue background and includes a meta tag that refreshes the page every 5 seconds, redirecting to the URL 2.168.1.160 The document begins with a DOCTYPE declaration and is structured with appropriate HTML tags.

//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 provided code snippet defines a CSS style for an HTML header and a button The header has a green background, centered text, and a font size of 30px The button features padding of 40px, a font size of 40px, centered text alignment, no text decoration, and a margin of 5px.

The article discusses the implementation of buttons for controlling devices via the internet, utilizing HTML and CSS for styling It defines two button classes, `.button1` and `.button2`, which use background images for "Turn On" and "Turn Off" actions, respectively The buttons are designed to be visually appealing with a transparent background and specific dimensions, ensuring they are user-friendly with a cursor pointer effect Additionally, the document includes a centered image and a header that emphasizes the theme of internet-based device control.