Chương 1: Tổng quan: Trong chương này, nhóm thực hiện đề tài trình bày tổng quan về tình hình nghiên cứu về lĩnh vực IoT sử dụng trong kiểm soát nhiệt độ hiện nay, mục tiêu, đối tượng và phạm vi nghiên cứu của đề tài. Chương 2: Cơ sở lý thuyết: Trong chương này, nhóm thực hiện đề tài sẽ giới thiệu về sơ lược về các module sử dụng trong IoT, Module NodeMCU, các loại cảm biến nhiệt độ, hiển thị nội dung lên LCD, relay trạng thái rắn, giao tiếp với Web server, ứng dụng trên Android. Chương 3: Thiết kế và thi công: Trong chương này, nhóm thực hiện đề tài sẽ đưa ra các yêu cầu khi thiết kế, các thiết kế về phần cứng và phần mềm. 2 Luan van Chương 4: Kết quả thi công: Trong chương này, nhóm thực hiện đề tài sẽ đưa ra kết quả mà nhóm đạt được, số liệu, hình ảnh hệ thống sau khi thi công.
Chương 5: Kết luận và hướng phát triển: Trong chương này, nhóm sẽ đưa ra kết luận, những hạn chế và hướng phát triển của đề tài. 3 Luan van CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT LIÊN QUAN 2. IoT (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 vào công nghệ thông tin và truyền thông hiện hữu được tích hợp và với mục đích ấy một "vật" là "một thứ trong thế giới thực (vật thực) hoặc thế giới thông tin (vật ảo), mà vật đó có thể được nhận dạng và được tích hợp vào một mạng lưới truyền thông. Hệ thống IoT cho phép vật 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 vào hệ thống điện toán, hệ quả 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.
1: Sự tương tác của các thành phần trong IoT IoT được ứng dụng trong hầu hết các lĩnh vực. Hệ thống như vậy có thể có nhiệm vụ thu thập thông tin trong các thiết lập khác nhau, từ các hệ sinh thái tự nhiên cho các tòa nhà và các nhà máy, do đó việc tìm kiếm các ứng dụng trong lĩnh vực cảm biến môi trường và quy hoạch đô thị. Mặt khác, hệ thống IoT cũng có thể thực hiện các hành động, không chỉ cảm nhận mọi thứ xung quanh. Hệ thống mua sắm thông minh, ví dụ, có thể theo dõi thói quen mua người dùng cần ở một cửa hàng bằng cách theo dõi điện thoại di động của họ.
4 Luan van Người dùng sau đó có thể được cung cấp các cập nhật trên sản phẩm yêu thích của họ, hoặc thậm chí là vị trí của các mục mà họ cần, hay tủ lạnh của họ cần. Tất cả đã tự động chuyển vào điện thoại. Ví dụ bổ sung các cảm biến trong các ứng dụng phản ứng lại với nhiệt độ môi trường, điện và quản lý năng lượng, cũng như hỗ trợ hành trình của các hệ thống giao thông vận tải. Tuy nhiên, các ứng dụng của IoT không chỉ giới hạn trong các lĩnh vực này.
Trường hợp sử dụng chuyên ngành khác của IoT cũng có thể tồn tại. Một cái nhìn tổng quan về một số lĩnh vực ứng dụng nổi bật nhất được cung cấp ở đây. Dựa trên các miền ứng dụng, sản phẩm IoT có thể chia thành năm loại khác nhau: thiết bị đeo thông minh, nhà thông minh, thành phố thông minh, môi trường thông minh, và doanh nghiệp thông minh. Các sản phẩm và giải pháp IoT trong mỗi thị trường có đặc điểm khác nhau.
IoT có ứng dụng rộng vô cùng, có thể kể ra một số thứ như sau: Quản lý chất thải Quản lý và lập kế hoạch quản lý đô thị Quản lý môi trường Phản hồi trong các tinh huống khẩn cấp Mua sắm thông minh Quản lý các thiết bị cá nhân Đồng hồ đo thông minh Tự động hóa ngôi nhà 2. Kit chuyên dùng cho nghiên cứu IoT Trên thị trường hiện nay có nhiều lựa chọn các thiết bị kết nối IoT phục vụ việc nghiên cứu, phát triển. Các nhà phát triển có thể lựa chọn các bo mạch điều khiển, bo mạch hệ thống (SOC), bo mạch đơn (SCB) và bo mạch chủ có hỗ trợ Smart Bluetooth, WiFi, Zigbee và Lora. Đối với người mới bắt đầu nghiên cứu, việc chọn thiết bị luôn là một vấn đề khó.
Dưới đây giới thiệu 5 bộ Kit được phát triển chuyên dùng cho những nghiên cứu ban đầu về IoT trên thế giới. Arduino Arduino là một bo mạch vi xử lý, nhằm xây dựng các ứng dụng tương tác với nhau hoặc với môi trường được thuận lợi hơn. Phần cứng bao gồm một bo mạch nguồn mở được thiết kế trên nền tảng vi xử lý AVR Atmel 8 bit, hoặc ARM Atmel 32-bit. Những model hiện tại được trang bị gồm 1 cổng giao tiếp USB, 6 chân đầu vào analog, 14 chân I/O kỹ thuật số tương thích với nhiều bo mạch mở rộng khác nhau.
5 Luan van Hình 2. 2: Các loại Module Arduino Arduino được đông đảo cộng đồng tham gia và hỗ trợ. Trình biên dịch Arduino IDE mở, có thể phát triển cũng là một lý do khiến bộ kít này được ưa dùng. Với các câu lệnh đơn giản dựa trên ngôn ngữ lập trình C quen thuộc, Arduino Uno được cả người mới bắt đầu và các chuyên gia yêu thích.
Raspberry Pi Raspberry Pi là nền tảng phổ biến nhất được sử dụng bởi các nhà phát triển. Phiên bản Raspberry Pi 3 gần đây đã được tích hợp WiFi và Bluetooth và trở thành một chiếc máy tính gọn nhẹ và độc lập. Dựa trên một Bo mạch BCM2837 SoC với bộ vi xử lý 64-bit ARM Cortex-A53 1,2 GHz và RAM 1GB, Raspberry Pi 3 là một nền tảng mạnh mẽ. Raspberry Pi 3 được trang bị 2.1, ngoài ra còn có cổng Ethernet 10/100 và cổng HDMI giúp dễ dàng kết nối các nguồn A/V.
6 Luan van Hình 2. 3: Kit Raspberry Pi 3. Raspberry Pi chạy trên hệ điều hành Debian Linux được gọi là Raspbian, mang lại trải nghiệm người dùng tuyệt vời. Đối với các nhà phát triển, nó cung cấp một môi trường mạnh mẽ để cài đặt nhiều gói bao gồm Node.js, LAMP stack, Java, Python và nhiều hơn nữa.
Với 4 cổng USB và 40 chân GPIO, nhiều thiết bị ngoại vi và phụ kiện với Pi có thể được kết nối. Có những sản phẩm của bên thứ ba giúp kết nối các Arduino khác với Pi. Với giá khoảng 35 USD, Raspberry Pi 3 chắc chắn là nền tảng điện toán giá cả phải chăng và mạnh nhất. Intel Edison và Intel Galileo Intel được tin tưởng để cung cấp các máy tính đơn lẻ mạnh mẽ nhất cho các dự án IoT.
Intel Edison là một CPU lõi kép hiệu năng cao với một bộ vi điều khiển đơn lõi có thể hỗ trợ thu thập dữ liệu phức tạp. Nó có tích hợp Wi-Fi, hỗ trợ Bluetooth® 4.0, bộ nhớ 1GB DDR và 4GB, đã được chứng nhận tại 68 quốc gia. Edison có hai đặc tính đặc biệt - một là tương thích với Arduino và hai là có kích thước nhỏ hơn để dễ dàng tích hợp vào sản phẩm. Intel Edison có 2 chân đầu vào/ra tín hiệu Digital, bao gồm 4 chân như đầu ra PWM.
6 đầu vào Analog, một UART (Rx / Tx), và một pin I2C. Edison chạy trên một hệ điều hành nhúng Linux có tên là Yocto. Đây là một trong số ít hệ điều hành được Microsoft, AWS và IBM cho phép kết nối đám mây. 7 Luan van Hình 2.
4: Kit Intel Edison. Intel Galileo là board mạch vi điều khiển đầu tiên mang kiến trúc của Intel, được thiết kế để phần cứng và phần mềm có thể tương thích với các Arduino shields được thiết kế cho Arduino UNO R3. Intel Galileo có thể được lập trình bằng Arduino IDE. Intel Galileo được xây dựng với nhân là vi điều khiển Intel® Quark SoC X1000, hoạt động ở tốc độ lên đến 400 MHz.
Galileo được thiết kế để hỗ trợ cho các shields hoạt động ở cả 2 mức điện áp 3.3V và 5V, mức điện áp này có thể điều chỉnh bằng cách dịch chuyển các jumper của bộ chuyển đổi điện áp đã được tích hợp sẵn trên bo. Ngoài các tương thích về mặt phần mềm lẫn phần cứng và phần mềm với nền tảng Arduino, Galileo cũng hỗ trợ các chuẩn giao tiếp trên máy tính cá nhân. Vì vậy, Galileo có thể giao tiếp với nhiều thiết bị khác ngoài các shield trong hệ sinh thái Arduino. Mặc định trên bo mạch Galileo hỗ trợ: Cổng full sized mini-PCI Express.
Cổng Ethernet 100Mb. Khe cắm thẻ nhớ Micro-SD. Cổng Serial RS-232. Cổng USB Host và USB Client.
8MB bộ nhớ NOR Flash mặc định trên mạch. 8 Luan van Hình 2. 5: Kit Intel Galilieo Bảng 2.1 dưới đây tổng hợp những tính năng trên hai loại Kit của hãng Intel và giúp tìm ra sự lựa chọn tối ưu cho nhu cầu: Kit Intel Edison là sự lựa chọn tốt nếu cần sử dụng WiFi và Bluetooth, và có tốc độ xử lý nhanh hơn vì có bộ vi xử lý 32bit chạy ở 100MHz. Kit Intel Galileo là sự lựa chọn tốt nếu cần sử dụng cổng Ethernet và nhiều chân tương tự.
Bên cạnh đó, mức logic của các chân ở Kit Galileo cao hơn và thông dụng hơn so với Kit Edison. 1: Bảng so sánh thông số của hai lại Kit Intel Edison Intel Galileo Loại Máy tính bảng nhỏ Máy tính bảng đơn CPU Intel Atom 2-Core Intel Quark X1000 Tốc độ 500 MHz 400 MHz Hệ điều hành Yocto Linux 1.4 8 MB Flash, 512 KB SRAM, DRAM Bộ nhớ trong LPDDR3 1 GB 256 MB Bộ nhớ ngoài 4GB EMMC, SD MicroSD (32GB), USB 9 Luan van WiFi 802.11 a / b / g / n Khe cắm mPCIe Bluetooth 4.0 Không áp dụng Ethernet Không áp dụng 10/100 MB Chân analog 6 12 Mức logic 1. ESP8266 ESP8266 là một WiFi SOC (System on a Chip - Hệ thống mạch tích hợp) được phát triển bởi Espressif Systems. ESP8266 được tích hợp với đầy đủ các tính năng về Internet với kích thước rất nhỏ gọn với mức giá rất rẻ (chỉ 2 USD).
Đây là sự lựa chọn tuyệt vời cho những ai triển khai dự án IoT, thiết bị cầm tay, mobile… Hình 2. 6: Các loại Module ESP8266 ESP8266 là dòng chip công suất thấp và là một wifi SoC nên cần rất ít linh kiện ngoài. Cấu tạo bởi CPU Tensilica Xtensa LX106, gồm 64 KiB instruction RAM, 96 KiB data RAM. Bộ nhớ QSPI flash ngoài - 512 KiB - 4 MiB* (có thể lên tới 16 MiB).
Ngoài ra, bộ kít này còn được tích hợp WiFi IEEE 802.