chương 1. PHÂN TÍCH MÔ HÌNH HỆ THỐNG, LỰA CHỌN LINH KIỆN, THIẾT BỊ. Lựa chọn công nghệ, linh kiện, thiết bị IoT. Cơ sở lựa chọn giao thức.
Vi điều khiển. Cảm biến DHT 11. Cảm biến độ ẩm đất. Đồng hồ thời gian thực.
Màn hình LCD. Kết luận chương 2. THIẾT KẾ HỆ THỐNG TƯỚI CÂY ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ IOT. Xây dựng bài toán cho hệ thống.
Thiết kế mô hình. Nguyên lý hoạt động cơ bản. Thiết kế mạch điều khiển. Khối vi điều khiển.
Khối cảm biến và khối hiển thị. Hoàn thiện thiết kế. Kết luận chương 3. THI CÔNG LẮP ĐẶT HỆ THỐNG TƯỚI CÂY ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ IOT.
Hình ảnh hệ thống lắp đặt thực tế. Thuật toán chương trình điều khiển hệ thống. Kết luận chương 4. 68 xii KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ.
69 TÀI LIỆU THAM KHẢO. TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG IOT TƯỚI CÂY TỰ ĐỘNG ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ IOT Giới thiệu về Internet of Things, hệ thống tự động và ứng dụng của hệ thống tự động trong nông nghiệp. Giới thiệu về Internet of Things. IoT là gì? Khái niệm của Internet of Things – Internet kết nối vạn vật - IoT - Internet of Things (hay Internet kết nối vạn vật) được hiểu đơn giản là một hệ thống mà các thiết bị vật lý được kết nối với nhau bằng Internet, nhằm tương tác và chia sẻ dữ liệu cho nhau.
- "Thing” – sự vật – trong Internet of Things, có thể là một trang trại động vật với bộ tiếp sóng chip sinh học, một chiếc ô tô tích hợp các cảm biến để cảnh báo lái xe khi lốp quá non, hoặc bất kỳ đồ vật nào do tự nhiên sinh ra hoặc do con người sản xuất ra mà có thể được gán với một địa chỉ IP và được cung cấp khả năng truyền tải dữ liệu qua mạng lưới. - IoT phải có 2 thuộc tính: một là đó phải là một ứng dụng Internet. Hai là, nó phải lấy được thông tin của vật chủ. “The Internet of Things (IoT) refers to millions and billions of devices connected to the internet around the world for sharing data” (Internet kết nối vạn vật được hiểu là việc hàng triệu cho tới hàng tỉ các thiết bị được kết nối với Internet trên khắp thế giới nhằm mục đích chia sẻ dữ liệu) - Một số khái niệm khác về IoT: “The Internet of Things as simply an interaction between the physical and digital worlds.
The digital world interacts with the physical world using a plethora of sensors and actuators” – by Vermesan (IoT được hiểu đơn giản là những tương tác giữa nền tảng vật lý và nền tảng số. Nền tảng số tương tác với nền tảng vật lý sử dụng một số lượng rất lớn các cảm biến và bộ truyền động). 2 “Another is the Internet of Things is defined as a paradigm in which computing and networking capabilities are embedded in any kind of conceivable object.”- by Pena Lopez. Internet of Thing 1.
Lịch sử hình thành của IoT. Ý tưởng về một hệ thống mạng lưới các thiết bị kết nối không dây với nhau đã được manh nha xuất hiện vào đầu thế kỷ trước. Năm 1926, Nikola Tesla – nhà sáng chế, nhà khoa học vĩ đại người Mỹ đã từng nói: “When wireless is perfectly applied, the whole Earth will be converted into a huge brain, which in fact it is, all things being particles of a real and rhythmic whole” (Khi mạng không dây được áp dụng một cách hoàn hảo, Trái Đất Hình 1. Nikola Tesla khi ấy sẽ tựa như một bộ não khổng lồ, vạn vật đều là những phần nhỏ của 1 tổng thể nhịp nhàng).
3 Xuyên suốt cả thời kỳ Chiến tranh lạnh, các ý tưởng về IoT liên tục được bàn tán, nghiên cứu, song hành với sự phát triển của máy tính. Năm 1966, Karl Steinbuch – nhà khoa học máy tính tiên phong đưa ra dự đoán: “ Chỉ vài thập kỷ nữa, máy tính sẽ len lỏi và có mặt trong hầu khắp các sản phẩm công nghiệp” (nguyên văn: "In a few decades time, computers will be interwoven into almost every industrial product") Cho đến những năm 90 của thế kỷ trước, khi mà các điều kiện về khoa học công nghệ dần đáp ứng các yêu cầu kỹ thuật, cùng với sự phổ biến của máy tính cá nhân, các loại chip, bộ xử lý ngày càng tinh vi, nhỏ gọn và được sản xuất đại trà với giá thành có phần rẻ mạt, IoT dần được thành hình và phát triển. Năm 1990, thiết bị được xem là “first IoT device” – thiết bị IoT đầu tiên được tạo ra bởi John Romkey. Đó là 1 chiếc máy nướng bánh mì có khả năng bật/tắt thông qua Internet, được kết nối tới máy tính thông qua giao thức TCP/IP, với cơ sở thông tin SNMP MIB để bật nguồn.
Đầu thế kỉ XXI, IoT có những bước tiến lớn khi lần lượt được thành lập các đề tài, hội nghị lớn bởi các đơn vị có uy tín như ITU (International Telecomunications Union – Liên minh Viễn thông Quốc tế), EU,… vào các năm từ 2005 – 2008. Cho đến cuối 2008 – 2009, Internet kết nối vạn vật chính thức được ra đời, kèm theo các tiêu chuẩn, thuật toán, công nghệ (LoPWan, IPv6,…) và phát triển không ngừng cho đến tận ngày hôm nay. Kiến trúc IoT. IoT dù đơn giản hay phức tạp, về cơ bản là một hệ thống có tính linh hoạt cao, “thiên biến vạn hóa”.
Sự đa dạng trong việc ứng dụng giải pháp IoT, cũng như sự đa dạng trong các phương thức triển khai, sẽ đi kèm theo nhiều yêu cầu và ràng buộc khác nhau. Việc cố gắng tạo ra một kiến trúc độc nhất, sẽ dẫn đến nhiều vấn đề phát sinh. Do đó, kiến trúc IoT sẽ được xây dựng phụ thuộc vào từng vấn đề, ứng dụng cụ thể với độ chi tiết, phức tạp khác nhau. 4 Năm 2014, Ủy ban kiến trúc IoTWF (Internet of Things World Forum) do các tập đoàn lớn, có uy tín cao và tầm ảnh hưởng sâu rộng chi phối ngành Viễn thông thế giới (Cisco, IBM, Rockwell Automation,…) đã xuất bản mô hình tham chiếu kiến trúc IoT 7 lớp (7-layers).
Đây có thể được coi là kiến trúc có tính tổng quát nhất, đưa ra một góc nhìn đơn giản, tương đối đầy đủ bao gồm các thiết bị thường được sử dụng, các chức năng chính của một hệ thống IoT cần có. Mô hình tham chiếu kiến trúc IoT 7 lớp của IoTWF - Lớp đầu tiên: Lớp Thiết bị vật lý và Bộ điều khiển (Physical Devices and Controllers Layer). Lớp này là nơi chứa “things” trong IoT, bao gồm các thiết bị đầu cuối và cảm biến khác nhau gửi và nhận thông tin. Kích thước của “things” không bị giới hạn, từ những cảm biến cực nhỏ mắt thường không nhìn thấy, cho đến những cỗ máy khổng lồ trong các ngành công nghiệp, nhà máy.
Chức năng chính của chúng là tạo ra dữ liệu từ thông tin thu về của môi trường và có khả năng truy vấn, kiểm soát qua mạng. - Lớp thứ 2: Lớp kết nối (Connectivity Layer). Như tên gọi, trọng tâm của lớp này là khả năng kết nối. Chức năng quan trọng nhất của lớp IoT này là truyền dữ liệu đáng tin cậy và kịp thời.
Cụ thể hơn, chức năng này bao gồm truyền giữa các thiết bị ở Lớp 1 và mạng cũng như giữa mạng và quá trình xử lý thông tin tại 5 Lớp 3 (lớp điện toán biên). Lớp Kết nối bao gồm tất cả các thành phần mạng, không phân biệt các mạng với nhau (mạng chặng cuối, mạng cổng,…). Ngoài ra, lớp này còn có chức năng chuyển đổi giữa các thuật toán, hay bảo mật mạng. Chức năng của Lớp Kết nối - Lớp thứ 3: Lớp điện toán biên (Edge Computing Layer.
Tại lớp này, trọng tâm là giảm thiểu dữ liệu và chuyển đổi các luồng dữ liệu mạng thành thông tin sẵn sàng để lưu trữ và xử lý bởi các lớp cao hơn. Một trong những nguyên tắc cơ bản là quá trình xử lý thông tin cần được xử lý nhanh nhất và ở khoảng cách gần nhất có thể. Điện toán biên được sử dụng trong một cấu trúc IoT nhằm làm giảm lược quãng đường truyền thông tin tới các máy chủ, hay hiểu một cách khác là đưa máy chủ về gần hơn với các thiết bị đầu cuối. Điều này làm giảm đáng kể chi phí, tài nguyên mạng, tối ưu băng thông, giảm nhiễu cũng như tăng tốc độ và chất lượng truyền tin.
Chức năng của Lớp điện toán biên - Lớp thứ 4: Lớp tích lũy dữ liệu (Data accumulation layer): Chức năng của lớp nay bao gồm thu thập và lưu trữ dữ liệu để các ứng dụng có thể sử dụng được khi cần thiết. Chuyển đổi dữ liệu hướng “sự kiện” (event-based) sang xử lý truy vấn (query-based). - Lớp thứ 5: Lớp trừu tượng hóa dữ liệu (Data abstraction layer): Điều chỉnh nhiều định dạng dữ liệu và đảm bảo ngữ nghĩa nhất quán từ nhiều nguồn khác nhau. Xác nhận rằng tập dữ liệu đã hoàn chỉnh và hợp nhất dữ liệu vào một nơi hoặc nhiều kho dữ liệu bằng cách sử dụng ảo hóa.
- Lớp thứ 6: Lớp ứng dụng (Applications layer): Giải thích dữ liệu bằng cách sử dụng các ứng dụng phần mềm. Các ứng dụng có thể giám sát, kiểm soát và cung cấp báo cáo dựa trên việc phân tích dữ liệu - Lớp thứ 7: Lớp cộng tác và xử lý (Collaboration and processes layer): Tiêu thụ và chia sẻ thông tin ứng dụng. Việc cộng tác và truyền đạt thông tin IoT thường đòi hỏi nhiều bước và chính điều đó làm cho IoT trở nên hữu ích. Lớp này có thể thay đổi quy trình kinh doanh và mang lại lợi ích của IoT.
Cảm biến và bộ truyền động (Sensors & actuators). Cảm biến và bộ truyền động (bộ điều khiển) được sử dụng trong lớp vật lý của hệ thống kiến trúc IoT được giới thiệu ở phần trên. Có thể nói rằng, nhắc đến một hệ thống IoT là nhắc đến hai thiết bị này. Cảm biến và bộ truyền động là thành phần không thể thiếu trong bất cứ một hệ thống hay giải pháp IoT nào từ đơn giản nhất đến phức tạp nhất.
Cảm biến thu thập thông tin từ môi trường, chuyển thành dữ liệu cần được xử lý và chuyển lên các lớp cao hơn, còn bộ truyền động kiểm soát hoạt động của các “things” trong hệ thống dựa trên dữ liệu. Trong một hệ thống IoT có rất nhiều loại cảm biến khác nhau, được sử dụng với những công dụng khác nhau, đa dạng trên nhiều lĩnh vực, mẫu mã chủng loại.