đặt vấn đề, dẫn nhập lý do chọn đề tài, mục tiêu, nội dung nghiên cứu, các giới hạn thông số và bố cục đồ án. Chương 2: Cơ sở lý thuyết Giới thiệu nền tảng IoT, giao thức truyền thông wifi, các chuẩn giao tiếp giữa các khối đầu vào – trung tâm – đầu ra; nguyên lí đo lường năng lượng của cảm biến; nêu khái niệm chung về web host, hệ quản trị cơ sở dữ liệu mà đề tài sử dụng. Chương 3: Tính toán và thiết kế Đặc tả phần cứng các thiết bị ngõ vào, điều khiển, ngõ ra; tính toán và thiết kế các module chức năng, khối nguồn, thiết kế sơ đồ nguyên lý toàn mạch. Chương 4: Thi công hệ thống Thi công mạch phần cứng: layout PCB, hàn và đóng gói tạo mô hình hoàn chỉnh, các bước xây dựng thuật toán và viết chương trình cho hệ thống; trình bày quá trình xây dựng trang web và giới thiệu các phần mềm hỗ trợ.
Chương 5: Kết quả, nhận xét và đánh giá Nêu kết quả đạt được, hình ảnh hoạt động của mạch, đánh giá tính ổn định của hệ thống và các chức năng liên quan. Chương 6: Kết luận và hướng phát triển Nêu kết luận về quá trình thực hiện và thành quả đạt được, các vấn đề còn tồn tại, đề ra hướng phát triển sản phẩm. BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 3 do an ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 1.4 GIỚI HẠN - Hệ thống sử dụng 1 cảm biến đo điện, áp dụng trên một hộ gia đình. - Giới hạn đo trên từng tải riêng lẻ như đèn, quạt… chưa đo thực nghiệm được trên một căn nhà.
Tính chính xác của mạch thi công được kiểm nghiệm bằng đồng hồ VOM. - Xây dựng trang web bằng host và tên miền tự đăng ký, sử dụng ngôn ngữ PHP và cơ sở dữ liệu MySQL để cập nhật và lưu trữ dữ liệu trên host. Giao diện trang web sử dụng chung cho hộ tiêu thụ và phía cơ quan điện lực, chưa có tính năng phần quyền sử dụng, quản trị. - Hệ thống hoạt động trong điều kiện khô ráo, thoáng mát, tránh những nơi có nhiệt độ cao có thể gây sai lệch, chập cháy hệ thống.
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 4 do an ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT Để có thể xây dựng được một hệ thống như yêu cầu đặt ra, chúng ta cần phải tìm hiểu một số khái niệm, cơ sở liên quan đến hệ thống. Các khái niệm về những đại lượng liên quan đến năng lượng, các cách thức để giao tiếp giữa các module với nhau hay những phương thức tạo thành một hệ thống công nghệ IoT đều được trình bày trong chương này. Đồng thời, cũng giải quyết được các thức kết nối, giao tiếp giữa các module với nhau để xây dựng thành một hệ thống hoàn chỉnh và hoạt động tốt. NỀN TẢNG VỀ IOT Trong phần này, chúng tôi đã tham khảo tài liệu và sử dụng ý kiến từ nguồn [1], [2], [3].1 Định nghĩa Internet of Things (IoT) được dịch là Mạng lưới vạn vật kết nối Internet.
Đó là một liên mạng, trong đó các thiết bị, phương tiện 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. Năm 2013, tổ chức Global Standards Initiative on Internet of Things (IoT-GSI) định nghĩa IoT là “hạ tầng cơ sở toàn cầu phục vụ cho xã hội thông thông tin, hỗ trợ các dịch vụ điện toán chuyên sâu thông qua các thiết bị được kết nối với nhau nhờ vào công nghệ thông tin và truyền thông”. Về cơ bản, Internet of Things cung cấp kết nối chuyên sâu cho các thiết bị, hệ thống và dịch vụ, đồng thời hỗ trợ da dạng giao thức, và ứng dụng. Kết nối này mang hiệu quả vượt trội so với kiểu truyền tải máy-máy (M2M), đồng thời hỗ trợ da dạng giao thức, miền (domain), và ứng dụng.
Kết nối các thiết bị nhúng này (luôn cả các vật dụng thông minh được kỳ vọng sẽ mở ra kỷ nguyên tự động hóa trong hầu hết các ngành, mở rộng tới những lĩnh vực khác như thành phố thông minh. Trên cơ sở đó, hệ thống IoT cho phép các thiết bị được cảm nhận hoặc được điều khiển từ xa thông qua hạ tầng mạng hiện hữu, tạo cơ hội cho thế giới thực được tích hợp trực tiếp hơn BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 5 do an ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP vào hệ thống điện toán. Hệ quả mang lại là hiệu năng, độ tin cậy và lợi ích kinh tế được tăng cường bên cạnh việc giảm thiểu sự can dự của con người. Tóm lại, IoT là một kịch bản của thế giới, khi mà mỗi đồ vật, con người được cung cấp một định danh của riêng mình.
Tất cả có khả năng truyền tải, trao đổi thông tin, dữ liệu qua một mạng duy nhất mà không cần đến sự tương tác trực tiếp giữa người với người, hay người với máy tính.2 Tính chất của hệ thống IoT a. Thông minh Sự thông minh và tự động trong điều khiển thực chất không phải là một phần trong ý tưởng về IoT. Các máy móc có thể dễ dàng nhận biết và phản hồi lại môi trường xung quanh, chúng cũng có thể tự điều khiển bản thân mà không cần đến kết nối mạng. Tương lai của IoT có thể là một mạng lưới các thực thể thông minh có khả năng tự tổ chức và hoạt động riêng lẻ tùy theo tình huống, môi trường, đồng thời chúng cũng có thể liên lạc với nhau để trao đổi thông tin, dữ liệu.
Việc tích hợp trí thông minh vào IoT còn có thể giúp các thiết bị, máy móc, phần mềm thu thập và phân tích các dấu vết điện tử của con người khi chúng ta tương tác với những thứ thông minh. Từ đó phát hiện ra các tri thức mới liên quan tới cuộc sống, môi trường, các mối tương tác xã hội cũng như hành vi con người. Kiến trúc dựa trên sự kiện 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. Một số nhà nghiên cứu từng nói rằng một mạng lưới các sensor chính là một thành phần đơn giản của IoT.
Là một hệ thống phức tạp Trong một thế giới mở, IoT sẽ mang tính chất phức tạp bởi nó bao gồm một lượng lớn các đường liên kết giữa những thiết bị, máy móc, dịch vụ với nhau, ngoài ra còn bởi khả năng thêm vào các nhân tố mới. BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 6 do an ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP d. Vấn đề không gian, thời gian Trong IoT, vị trí địa lý chính xác của một vật nào đó là rất quan trọng. Hiện nay, Internet chủ yếu được sử dụng để quản lý thông tin được xử lý bởi con người.
Do đó những thông tin như địa điểm, thời gian, không gian của đối tượng không mấy quan trọng bởi người xử lý thông tin có thể quyết định các thông tin này có cần thiết hay không, và nếu cần thì họ có thể bổ sung thêm. Trong khi đó, IoT về lý thuyết sẽ thu thập rất nhiều dữ liệu, trong đó có thể có dữ liệu địa điểm, và việc xử lý dữ liệu đó để có thể mang lại những hiệu quả thông minh hơn khi trong những tình huống không cần đến sự can thiệp của con người.3 Các thiết bị IoT giao tiếp với nhau ra sao? Để thu thập dữ liệu, các thiết bị phải kết nối được với nhau. Nếu là sản phẩm của một nhà sản xuất thì không thành vấn đề, nhưng các thiết bị của các nhà sản xuất khác nhau sẽ không “nói chuyện” được với nhau. Nếu một gia đình sử dụng đồng thời giải pháp nhà thông minh và thiết bị tưới cây thông minh, họ sẽ phải sử dụng hai bộ điều khiển và hai ứng dụng di động điều khiển khác nhau.
Điều gì sẽ xảy ra khi gia đình này muốn sử dụng thiết bị của mười nhà sản xuất? Nguyên do là chưa hình thành một chuẩn chung để kết nối tất cả các thiết bị IoT. Nếu bạn muốn tưới cây thông minh kết nối với bộ điều khiển nhà thông minh và ngược lại, ít nhất là nhà sản xuất sẽ phải chỉnh sửa phần mềm trên thiết bị của họ. Nói cách khác là làm cho thiết bị đó có thể “nói nhiều hơn một ngôn ngữ”. Trong quá trình phát triển các ứng dụng IoT (Internet of Things), việc lựa chọn chuẩn giao thức kết nối sao cho hợp lý là một vấn đề khá đau đầu với các kỹ sư điện - điện tử.
Hiện nay có nhiều công nghệ giao tiếp được biết đến như Wifi, Bluetooth, Zigbee và mạng di động 2G/3G/4G. Các giao thức giao tiếp không dây trong thế giới IoT được thiết kế để thỏa mãn các yêu cầu cơ bản: • Tiêu tốn ít năng lượng cho việc thu/phát sóng, • Tiêu tốn ít băng thông (để giảm gánh nặng cho router và hệ thống mạng) • Hoạt động trong mạng mắt lưới BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 7 do an ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 2.2 CÁC CHUẨN GIAO TIẾP 2.1 Chuẩn giao tiếp UART [4][5][6] a. Giới thiệu Hiện nay, chuẩn UART (Universal Asynchronous Receiver – Transmitter) là chuẩn giao tiếp truyền nhận dữ liệu không đồng bộ, được sử dụng rất nhiều trong các board mạch điều khiển để truyền nhận dữ liệu giữa các vi điều khiển với nhau hoặc với các thiết bị với nhau. Hai thiết bị giao tiếp UART với nhau thông qua hai đường dẫn là RX (read), TX (transmit.
Khác với kiểu truyền đồng bộ, cần một đường dữ liệu và một đường xung nhịp báo hiệu sẵn sàng cho quá trình truyền/nhận, truyền thông “không đồng bộ” chỉ cần một đường truyền cho một quá trình. “Khung dữ liệu” đã được chuẩn hóa bởi các thiết bị nên không cần đường xung nhịp báo trước dữ liệu đến, mà các thiết bị phải "thỏa thuận" với nhau một khoảng thời gian nhất định để đọc dữ liệu. Do đó, để đảm bảo quá trình truyền thành công thì việc tuân thủ các tiêu chuẩn truyền là rất quan trọng đảm bảo tính chính xác của dữ liệu trong quá trình truyền.1: Cấu trúc một khung dữ liệu trong chuẩn giao tiếp UART Các khái niệm quan trọng trong truyền nhận UART: Baudrate: Số bit truyền được trong 1s, ở truyền nhận không đồng bộ thì ở các bên truyền và nhận phải thống nhất Baudrate. Các thông số tốc độ Baudrate thường hay sử dụng để giao tiếp 600, 1200, 2400, 4800, 9600, 14400, 19200, 38400, 56000, 57600, 115200.
Frame: Ngoài việc giống nhau của tốc độ baud 2 thiết bị truyền nhận thì khung truyền của bên cũng được cấu hình giống nhau.