TẬP ĐOÀN DỆT MAY VIỆT NAM TRƯỜNG CAO ĐẲNG CÔNG NGHỆ TP. HCM KHOA CƠ ĐIỆN Tài liệu giảng dạy CÔNG NGHỆ IoT TP. HỒ CHÍ MINH, THÁNG 09 NĂM 2021 TẬP ĐOÀN DỆT MAY VIỆT NAM TRƯỜNG CAO ĐẲNG CÔNG NGHỆ TP. HCM KHOA CƠ ĐIỆN Tài liệu giảng dạy CÔNG NGHỆ IoT TP.
HỒ CHÍ MINH, THÁNG 09 NĂM 2021 LƯU HÀNH NỘI BỘ i MỤC LỤC Trang Mục lục i Lời nói đầu v Bài 1. Tìm hiểu về công nghệ IoT I. Khái niệm, chức năng và đặc điểm của IoT 1 1. Đặc điểm 2 II.
Cơ sở hạ tầng hệ thống IoT 3 1. Vạn vật - Things 3 2. Trạm kết nối - Gateway 3 3. Hạ tầng mạng và điện toán đám mây - Network and Cloud 7 4.
Các lớp tạo và cung cấp dịch vụ - Services _ creation and Solutions 9 layers 5. Các mô hình thiết bị IoT kết nối Internet 9 III. Kiến trúc thượng tầng hệ thống IoT 11 IV. Thế giới với xu hướng phát triển IoT 11 1.
Kịch bản phát triển 11 2. Ứng dụng của IoT 12 Bài tập 13 Bài 2. IoT với công nghệ nhà thông minh I. Công nghệ nhà thông minh 14 1.
Tổng quan về công nghệ nhà thông minh 14 2. Cấu trúc, đặc trưng và yêu cầu công nghệ 15 3. Kiến trúc và giao diện điều khiển 16 II. Giám sát và nhận dạng an ninh 17 1.
Tương tác người dùng 17 2. Áp dụng sinh trắc học vào kỹ thuật nhận dạng an ninh 17 3. Mạch điều khiển giám sát và nhận dạng an ninh 17 4. Thiết kế và thi công mạch điều khiển 21 III.
Giám sát và cảnh báo an toàn 25 1. Tương tác người dùng 25 2. Công nghệ báo cháy, báo khói, báo khí gas 26 ii 3. Mạch điều khiển giám sát và cảnh báo an toàn 27 4.
Thiết kế và thi công mạch điều khiển 27 IV. Quản lý và điều khiển thiết bị điện dân dụng 29 1. Trung tâm điều khiển –Gateway 29 2. Giao diện và kỹ thuật tương tác người dùng 30 3.
Kỹ thuật định lượng, ước lượng và cảnh báo theo dòng thời gian 30 4. Chế độ học lệnh remote, ưu tiên và điều tiết 31 5. Mạch quản lý và điều khiển thiết bị điện dân dụng cơ bản 31 6. Thiết kế và thi công mạch điều khiển 32 V.
Giám sát, cảnh báo và quản lý sức khỏe hộ dân 39 1. Kỹ thuật thu thập và nhận dạng thông tin, tương tác người dùng 39 2. Chế độ nhắc việc và chế độ cảnh báo 41 3. An toàn thông tin và liên kết cơ sở y tế 41 4.
Mạch điều khiển giám sát và cảnh báo thông tin sức khỏe cơ bản 41 5. Thiết kế và thi công mạch điều khiển 42 Bài tập 43 Bài 3. IoT với lĩnh vực đô thị thông minh I. Tổng quan về đô thị thông minh 45 1.
Các mô hình đô thị thông minh 45 2. Cấu trúc và đặc tính đô thị thông minh 47 II. Công nghệ quản trị hành chính công 48 1. Số hóa đô thị thông minh 48 2.
Phần mềm số hóa 48 3. Mô phỏng quản trị trên nền Tpizi 51 III. Giám sát và điều tiết giao thông 51 1. Đặc điểm cơ bản giao thông trong đô thị thông minh 51 2.
Thực hành quản lý bằng công nghệ GPS 52 3. Thực hành quản lý bằng công nghệ RFID 54 4. Xây dựng giao diện giám sát trên hệ điều hành Android 58 IV. Giám sát, quản lý và cảnh báo an ninh, an toàn 58 1.
Công nghệ nhân trắc học, đặc điểm an ninh đô thị 58 2. Thực hành mô phỏng nhận dạng khuôn mặt qua camera số 59 3. Quản lý cư dân đô thị qua công nghệ Meshlium Scanner 59 V. Giám sát, quản lý và cảnh báo chất lượng không khí 63 iii 1.
Tài nguyên không khí trong đô thị thông minh 63 2. Giám sát môi trường khí thải bằng công nghệ 3D – Flycam 63 3. Xây dựng giao diện giám sát trên hệ điều hành Android 64 Bài tập 65 Bài 4. IoT với công nghệ giám sát môi trường và cảnh báo sớm 68 I.
Số hóa tài nguyên môi trường 68 1. Mục đích và yêu cầu 69 3. Công nghệ quản lý, kiểm soát 69 II. Thời tiết và các điều kiện môi trường tự nhiên 70 1.
Nhu cầu dự báo 70 3. Công nghệ GNSS 70 III. Thực hành cảnh báo qua hệ điều hành Android 71 1. Phân tích, thiết kế giao diện 71 2.
Thi công trạm điều khiển thu thập dữ liệu 79 3. Thi công trạm dự báo và cảnh báo từ xa 88 Bài tập 92 Bài 5. IoT với lĩnh vực thương mại và dịch vụ 94 I. Tổng quan về IoT trong thương mại và dịch vụ 94 1.
Đặc điểm và nhu cầu ứng dụng 95 II. Công nghệ quản lý và điều hành 97 1. Khái niệm về chuỗi liên kết 97 2. Khái niệm về chuỗi giá trị 98 3.
Các công nghệ quản lý và điều hành 98 III. Thực hành lớp ứng dụng người dùng 101 1. Thiết kế và thi công mạch mã hóa, giải mã QRCode 101 2. Thiết kế và thi công mô hình kho lưu trữ trực tuyến 107 IV.
Thực hành quản lý khách bộ hành bằng công nghệ Smartphone Detection 108 1. Khái niệm về công nghệ Smartphone Detection 108 2. Phân tích yêu cầu và đặc tính của ứng dụng 109 3. Lập trình giao diện, điều khiển kiểm soát lưu lượng khách bộ hành 110 Bài tập 117 iv Phụ lục 119 Tài liệu tham khảo 122 v LỜI NÓI ĐẦU Tài liệu giảng dạy Công nghệ IoT được biên soạn cho sinh viên cao đẳng ngành Công nghệ Kỹ thuật Điện – Điện tử và ngành Công nghệ Kỹ thuật Cơ điện tử.
Tài liệu trang bị các kiến thức lý thuyết, thực hành cơ bản để sinh viên nghiên cứu thiết kế, thi công một số mô hình ứng dụng công nghệ IoT trong các lĩnh vực nhà thông minh, đô thị thông minh, giám sát môi trường và cảnh báo sớm, thương mại và dịch vụ. Tài liệu gồm 5 bài: Bài 1. Tìm hiểu về công nghệ IoT Bài 2. IoT với công nghệ nhà thông minh Bài 3.
IoT với lĩnh vực đô thị thông minh Bài 4. IoT với công nghệ giám sát môi trường và cảnh báo sớm Bài 5. IoT với lĩnh vực thương mại và dịch vụ Rất mong được sự phản hồi quý báu từ bạn đọc để tài liệu ngày càng được hoàn thiện hơn. Tìm hiểu về công nghệ IoT 1 Bài 1 TÌM HIỂU VỀ CÔNG NGHỆ IoT Bài 1 giới thiệu tổng quan về IoT, trình bày các kiến thức cơ bản về công nghệ IoT hiện hữu cũng như kịch bản phát triển IoT.
Các nội dung chính được giới thiệu đến bạn đọc: + Khái niệm, chức năng và đặc điểm của IoT. + Cơ sở hạ tầng hệ thống IoT. + Kiến trúc thượng tầng hệ thống IoT. + Thế giới với xu hướng phát triển IoT.
Khái niệm, chức năng và đặc điểm của IoT 1. Lịch sử của thuật ngữ IoT Thuật ngữ “Internet of Things” đã được đưa ra vào năm 1999 bởi nhà khoa học Kevin Ashton. Ông là người sáng lập trung tâm Auto-ID ở đại học MIT, nơi thiết lập các quy chuẩn toàn cầu cho RFID (phương thức giao tiếp không dây dùng sóng Radio - Radio Frequency Identification) cũng như một số loại cảm biến khác. IoT được phát triển từ sự hội tụ của công nghệ không dây, công nghệ vi cơ điện tử và Internet.
Đây là một tập hợp các thiết bị có khả năng kết nối với nhau, Internet (thế giới ảo) với thế giới bên ngoài (thế giới thực) để thực hiện một công việc nào đó. Công nghệ không dây trong mạng lưới IoT 1. Khái niệm IoT - IoT: Internet of Things - Năm 2013, tổ chức Global Standards Initiative on Internet of Things (IoT- GSI) định nghĩa IoT như sau “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 và 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 Bài 1. Tìm hiểu về công nghệ IoT 2 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”.
Như vậy, có thể hiểu đơn giản IoT là tất cả các thiết bị có thể kết nối với nhau. Mỗi đồ vật, con người được cung cấp một danh định (ID - Identification) riêng biệt, tất cả có khả năng truyền tải, trao đổi thông tin, dữ liệu qua một mạng duy nhất. - Kiến trúc IoT được cấu thành từ 4 bộ phận chính: vạn vật (Things), trạm kết nối (Gateways), hạ tầng mạng và điện toán đám mây (Network and Cloud), các lớp tạo và cung cấp dịch vụ (Services - creation and Solutions layers). Mục II sẽ trình bày chi tiết về kiến trúc IoT.
Chức năng Nhu cầu phát triển nhân loại theo hướng bền vững dẫn đến thế giới phải tiết kiệm năng lượng, điều khiển thông minh với tốc độ nhanh nhất, thông tin chính xác, giám sát toàn cầu và đa kênh/đa chiều, hợp tác đa phương, bùng nổ thông tin,… Tất cả những điều này cần thiết phải có một cơ sở hạ tầng kỹ thuật thông minh, kết nối sâu rộng và tương tác cao. Do đó, IoT với công năng là hạ tầng kỹ thuật dành cho ứng dụng kết nối đã được lựa chọn và trở thành xu hướng tất yếu của thời đại. Việc kết nối có thể thực hiện qua mạng Ethernet (mạng toàn cầu), Wifi, mạng viễn thông băng rộng (3G, 4G, 5G), Bluetooth, Zigbee, hồng ngoại, RF,… Các thiết bị kết nối có thể là điện thoại thông minh, máy tính bảng, máy tính để bàn, máy tính xách tay, tivi, tủ lạnh, máy giặt, tai nghe, bóng đèn, và rất nhiều thiết bị khác. IoT sẽ là mạng khổng lồ kết nối mọi thứ kể cả con người, tồn tại các mối quan hệ giữa người với người, người với thiết bị, thiết bị với thiết bị trên không gian mạng.
Một mạng lưới IoT có thể chứa đến 100 nghìn tỷ đối tượng được kết nối và mạng lưới có thể theo dõi sự di chuyển của từng đối tượng. Một con người sống trong một thành phố có thể bị theo dõi bởi từ 1000 đến 5000 đối tượng bao bọc xung quanh. Như thế, thế giới trong tương lai là thế giới của nghìn tỷ cảm biến kết nối. Đặc điểm Những đặc điểm cơ bản của hệ thống IoT: - Tính kết nối liên thông (interconnectivity): với IoT, bất cứ điều gì cũng có thể kết nối với nhau thông qua mạng lưới thông tin và cơ sở hạ tầng liên lạc tổng thể.