Đặt vấn đề về thiết kế phần cứng và phần mềm, sơ đồ nguyên lí, sơ đồ khối, chức năng của từng khối đồng thời nói sơ về quá trình kết nối. Chương 4: Kết quả Mạch thi công hoàn chỉnh (hình ảnh), kết quả đạt được. Chương 5: Kết luận và hướng phát triển Đưa ra kết luận đã làm được những gì (mục tiêu ban đầu). Đồng thời định hướng phát triển đồ án.
4 do an Đồ Án Tốt Nghiệp Nguyễn Văn Danh CHƯƠNG 2 : CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 INTERNET OF THINGS 2.1 Giới thiệu Mạng lưới vạn vật kết nối Internet hoặc là Mạng lưới thiết bị kết nối Internet viết tắt là IoT (tiếng Anh: Internet of Things) là một kịch bản của thế giới, khi mà mỗi đồ vật, con người được cung cấp một định danh của riêng mình, và 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. IoT đã phát triển từ sự hội tụ của công nghệ không dây, công nghệ cơ điện tử và Internet. Nói đơn giản là một tập hợp các thiết bị có khả năng kết nối với nhau, với Internet và với thế giới bên ngoài để thực hiện một công việc nào đó. Tác động của IoT rất đa dạng, trên nhiều lĩnh vực: quản lý hạ tầng, y tế, xây dựng và tự động hóa, giao thông….
Cụ thể trong lĩnh vực y tế, thiết bị IoT có thể được sử dụng để cho phép theo dõi sức khỏe từ xa và hệ thống thông báo khẩn cấp. Các thiết bị theo dõi sức khỏe có thể dao động từ huyết áp và nhịp tim màn với các thiết bị tiên tiến có khả năng giám sát, cấy ghép đặc biệt, chẳng hạn như máy điều hòa nhịp hoặc trợ thính tiên tiến. Cảm biến đặc biệt cũng có thể được trang bị trong không gian sống để theo dõi sức khỏe và thịnh vượng chung là người già, trong khi cũng bảo đảm xử lý thích hợp đang được quản trị và hỗ trợ người dân lấy lại mất tính di động thông qua điều trị là tốt. thiết bị tiêu dùng khác để khuyến khích lối sống lành mạnh, chẳng hạn như quy mô kết nối hoặc máy theo dõi tim.2 Mô hình hệ thống IoTs Bất kỳ một hệ thống IoT nào cũng được xây dựng lên từ sự kết hợp của 4 layer sau: Lớp thiết bị (Device Layer) 5 do an Đồ Án Tốt Nghiệp Nguyễn Văn Danh Lớp mạng (Network Layer) Lớp hỗ trợ dịch vụ và hỗ trợ ứng dụng (Service Support and Application Support Layer) Lớp ứng dụng (Application Layer) Hình 2.1: Mô hình IoTs Device Layer Lớp Device chính là các phần cứng vật lý trong hệ thống IoT.
Device có thể phân thành hai loại như sau: Thiết bị thông thường: Device này sẽ tương tác trực tiếp với network: các thiết bị có khả năng thu thập và tải lên thông tin trực tiếp (nghĩa là không phải sử dụng gateway) và có thể trực tiếp nhận thông tin (ví dụ, lệnh) từ các network. Device này cũng có thể tương tác gián tiếp với network: Các thiết bị có thể thu thập và tải network gián tiếp thông qua khả năng gateway. Ngược lại, các thiết bị có thể gián tiếp nhận thông tin (ví dụ, lệnh) từ network. Trong thực tế, các Thiết bị thông thường bao gồm các cảm biến, các phần cứng điều khiển motor, đèn, … 6 do an Đồ Án Tốt Nghiệp Nguyễn Văn Danh Thiết bị Gateway: Gateway là cổng liên lạc giữa device và network.
Một Gateway hỗ trợ 2 chức năng sau: Có nhiều chuẩn giao tiếp: Vì các Things khác nhau có kiểu kết nối khác nhau, nên Gateway phải hỗ trợ đa dạng từ có dây đến không dây, chẳng hạn CAN bus, ZigBee, Bluetooth hoặc Wi-Fi. Tại Network layer, gateway có thể giao tiếp thông qua các công nghệ khác nhau như PSTN, mạng 2G và 3G, LTE, Ethernet hay DSL. Chức năng chuyển đổi giao thức: Chức năng này cần thiết trong hai tình huống là: (1) khi truyền thông ở lớp Device, nhiều device khác nhau sử dụng giao thức khác nhau, ví dụ, ZigBee với Bluetooth, và (2) là khi truyền thông giữa các Device và Network, device dùng giao thức khác, network dùng giao thức khác, ví dụ: device dùng ZigBee còn tầng network thì lại dùng công nghệ 3G. Trong thực tế, Gateway có thể được build từ các board như Raspberry Pi hay Arduino, hoặc Gateway được sản xuất công nghiệp bởi các tập đoàn lớn như Intel hay Texas Instrument.
Network Layer Lớp Network có 2 chức năng: Chức năng Networking: cung cấp chức năng điều khiển các kết nối kết nối mạng, chẳng hạn như tiếp cận được nguồn tài nguyên thông tin và chuyển tài nguyên đó đến nơi cần thiết, hay chứng thực, uỷ quyền… Chức năng Transporting: tập trung vào việc cung cấp kết nối cho việc truyền thông tin của dịch vụ/ ứng dụng IoT. Service Support and Application Support Layer Nhóm dịch vụ chung: Các dịch vụ hỗ trợ chung, phổ biến mà hầu hết các ứng dụng IoT đều cần, ví dụ như xử lý dữ liệu hoặc lưu trữ dữ liệu. Nhóm dịch vụ cụ thể, riêng biệt: Những ứng dụng IoT khác nhau sẽ có nhóm dịch phụ hỗ trợ khác nhau và đặc thù. Trong thực tế, nhóm dịch vụ cụ thể riêng biệt là tính toán độ tăng trưởng của cây mà đưa ra quyết định tưới nước hoặc bón phân.
Application Layer 7 do an Đồ Án Tốt Nghiệp Nguyễn Văn Danh Lớp ứng dụng cũng tương tự như trong mô hình OSI 7 lớp, lớp này tương tác trực tiếp với người dùng để cung cấp một chức năng hay một dịch vụ cụ thể của một hệ thống IoT.2: Hệ thống IoTs 2.3 Ứng dụng IoTs vào cuộc sống Từ năm 1982, Internet of Things - IoT (Internet vạn vật) đã được ứng dụng vào chiếc máy bán hàng tự động Coca-Cola và đến nay đã phủ sóng mạnh mẽ nhiều thiết bị khác như máy rửa bát, xe hơi, robot, đèn giao thông. Các chuyên gia cho rằng vào năm 2020 sẽ có 50 thiết bị sử dụng nền tảng chia sẻ dữ liệu IoT để hoạt động, trong đó nổi bật là các thiết bị điện tử đeo tay và nhà thông minh. Chính phủ Anh dự đoán đến năm 2019 sẽ có 69% nhà ở tại đây được trang bị các thiết bị kết nối và đã đầu tư hơn 40 triệu bảng cho nghiên cứu ứng dụng Internet of Things. Giải pháp không có gì là quá cao siêu, tập trung đưa ra những ứng dụng hữu ích trong cuộc sống thường nhật như dùng điện thoại di động để điều khiển hệ thống chiếu sáng trong nhà, bật máy pha cà phê, lò vi sóng.
8 do an Đồ Án Tốt Nghiệp Nguyễn Văn Danh Hình 2.3: Ứng dụng IoTs vào cuộc sống hiện đại Đơn cử như với một ấm đun nước bình thường, chỉ cần tích hợp bộ mạch rẻ tiền, bộ cảm biến cùng ứng dụng cho điện thoại, các nhà sản xuất sẽ cung cấp một bình đun nước thông minh. Nhờ đó người dùng không chỉ nấu nước sôi ngay cả khi ra khỏi nhà mà còn kiểm tra được liệu còn bao nhiêu nước trong bình, nhiệt độ nước hiện tại. Hệ thống thiết bị IoT còn hữu ích cho việc kiểm soát hệ thống máy lạnh, máy sưởi, quạt lúc gia chủ vắng nhà. Trong trường hợp xảy ra hỏa hoạn, các cảm biến sẽ thu thập dữ liệu về gia tăng nhiệt độ, khói, tiến hành gửi tin nhắn cảnh báo đến điện thoại chủ nhà và tự động tắt gas cùng các thiết bị có khả năng gây nhiệt.2 GIỚI THIỆU VỀ BỘ XỬ LÝ INTEL QUART SOC X1000 VÀ BOARD INTEL GALILEO 2 2.1 Giới thiệu Board Intel Galileo Gen 2 được bán trên thị trường từ ngày 10/7/2014 bởi Intel Corporation (Tập đoàn Intel) với giá bán 79.
Hiện tại Intel Galileo có 2 thế hệ là Intel Galileo Gen 1 và Intel Galileo Gen 2. 9 do an Đồ Án Tốt Nghiệp Nguyễn Văn Danh Galileo là sản phẩm đầu tiên sử dụng chip Intel Quark X1000 - SoC đầu tiên thuộc dòng "Santa Clara" được sản xuất dựa trên dây chuyền công nghệ 14nm với mức độ tiêu thụ điện rất thấp. Phần lõi của của X1000 là vi xử lí 400MHz dựa trên nền tảng Intel Pentium. Trong chương này sẽ tìm hiểu về cấu trúc cũng như những đặc điểm được tích hợp từ chip Intel Quark SoC X1000, sự hoạt động và cách thức làm việc của bo mạch Intel Galileo 2.
Intel Galileo 2 có kích thước 150mmX110mmX70mm với các cổng USB Client, USB Host, cổng Ethernet và jack nguồn mở rộng ra ngoài kích thước bo mạch.4: Bo mạch Intel Galileo Gen 2 2.2 Giới thiệu về bộ xử lý Intel Quark SoC x1000 Công nghệ Intel® Quark được thiết kế cho những ứng dụng đặt tiêu chi tiết kiệm điện năng và yếu tố kích thước lên trên hiệu năng. Các sản phẩm xuất thân từ dòng bộ xử lý Intel Quark sẽ phát triển những giải pháp cách tân cho thị trường điện toán rộng khắp và khái niệm "Internet of Things", từ ô tô đến ngành công nghiệp đến những thiết bị điện tử. 10 do an Đồ Án Tốt Nghiệp Nguyễn Văn Danh Sản phẩm đầu tiên trong dòng mới này là Intel Quark SoC X1000. Các sản phẩm như Intel Quark SoC X1000 sẽ mang lại sự linh hoạt cho cấp độ tích hợp cao hơn, điện năng thấp hơn và tiết kiệm chi phí cho làn sóng mới của những thiết bị kết nối thông minh trong khi vẫn duy trì khả năng tương thích với bộ chỉ dẫn kiến trúc Intel®.3 Các đặc điểm kỹ thuật của bộ xử lý Intel Quark SoC x1000 Các tín hiệu từ bộ vi xử lý 32-bit ngoại đi vào các đơn vị bên trong qua các bus.
Ở bên trong thì các bus và các đơn vị bộ nhớ cache liên kết với nhau qua lại qua 1 bus 32-bit. Dữ liệu được truyền từ bộ nhớ cache tới các đơn vị bus trên 1 bus dữ liệu 32- bit. Ngoài ra bộ nhớ cache sử dụng để nhận các toán hạng và các kiểu dữ liệu khác. Các câu lệnh trên bộ nhớ cache có thể truy nhập tới các đơn vị nạp trước câu lệnh, bao gồm một hàng đợi các câu lệnh 32-bit chờ để thực thi.
Các bộ nhớ cache chia sẻ hai bus dữ liệu 32-bit với các đơn vị segment, số nguyên, và dấu chấm động. Hai bus này có thể được sử dụng cùng nhau như một bus 64-bit. Khi một segment 64-bit được chuyển từ bộ nhớ cache tới các đơn vị segment, 32-bit được truyền trực tiếp qua một bus dữ liệu và 32-bit khác được chuyển qua các đơn. Các Intel®Quark Core có bốn chế độ hoạt động: Mode địa chỉ thực, mode bảo vệ, mode ảo và mode quản lý hệ thống (SMM).
Mode địa chỉ thực được yêu cầu chủ yếu để thiết lập Intel® Quark Core cho bảo vệ chế độ hoạt động.