CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 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, đổng 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 sự kiện. 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. C ác 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 của IOT. Mặc dầu những gì IOT mang đến cho người dùng chúng ta những tiện ích cả trong dân dụng cũng như công nghiệp không có gì phải bàn cãi nhưng việc thiết kế, sản xuất và hoàn thiện một sản phẩm IOT, đặc biệt là những sản phẩm dân dụng đòi hỏi kinh nghiệm và sự chú tâm cao độ đến từng công đoạn, từ tư duy thiết kế, thiết kế, lập trình, thử nghiệm, xây dựng ứng dụng và trải nghiệm. chắc chắn bạn sẽ gặp nhiều khó khăn nào trong việc xây dựng những sản phẩm IOT. Ngay cả khi bạn đã phát triển một sản phẩm hoàn thiện với chi phí, rủi ro thấp và chất lượng cao trong phòng thí nghiệm nhưng khi áp dụng ngoài đời (sản xuất hàng loạt) các bạn sẽ còn gặp không biết bao nhiêu trở ngại cả về kinh tế và kỹ thuật.
C ác bạn cần phải tìm hiểu về IOT nhiều hơn nữa trước khi dấn thân vào lĩnh vực đầy cam go này. Phần trình bày sau là tóm lược những yếu tố cần có cho một hệ thống IOT để bạn đọc có cái nhìn khái quát về nó, ít nhiều giúp bạn đọc thích thú và đẩu tư nhiều hơn nữa cho lĩnh vực mới đầy năng động này. Một hệ thống IOT được tạo nên bởi 3 yếu tố sau: ❖ Cảm biến và cơ cấu tác động (Sensors & actuators). ❖ Sự kết nối (Connectivity).
❖ Con người và quá trình điều khiển (People & Processes). 15 CltftfNG 1: TỂNG QUAN LẬP TRÌNH IOT VỜI AKDUIHO, ESP8ZBB «À XBEE Dưới đây là phần trình bày chi tiết về các yếu tố này. CẢM BIẾN VÀ C ơ CẤU TÁC ĐỘNG Thế giới ngày nay giống như một “hệ thần kinh” kỹ thuật số. Nghĩa là ta sử dụng các cảm biến để đo lường tín hiệu rồi gửi tín hiệu này về hệ thống.
Lấy ví dụ, việc xác định vị trí được thực hiện bằng cảm biến G P S. Việc cảm nhận về hình ảnh/âm thanh được thực hiện bằng các camera và microphones. Hay ta có thể nhận biết'các thông số về nhiệt độ và động ẩm thông qua các loại cảm biến tương ứng. Hình dưới đây là sơ đồ thể hiện các dạng tín hiệu mà ta có thể đo từ cảm biến: Sự K ẾT NỐI Các tín hiệu ngõ vào do cảm biến dưa về sẽ được số hóa và lưu trữ vào các mạng.
CON NGƯỜI VÀ QUÁ TRÌNH ĐIỀU KHIEN Những tín hiệu ngõ vào đưa đến các mạng sau đó sẽ được kết hợp vào trong các hệ thống hai chiều. » LẬP T B ỈH IIO T vửl ABPUIHO, ESP8286 »A X IE E C lB llllt 1: T Ổ K ỊBAH C ác hệ thống này sẽ phối hợp giữa các yếu tố dữ liệu, con người, quá trình điều khiển để tạo ra quyết định điều khiển chính xác (hình trang bên). (1) Hỗ trợ & quan hệ khách hàng. (2) Phân tích & Đám mây/API.
(3) Nâng cấp & cấu hình. (4) Giám sát/Bảo trì từ xa. (5) Điều khiển & Tự động. (6) Quản lý Chuỗi cung.
(7) An ninh/Năng lượng. (8) Thiết bị & ứng dụng di động. (9) Tài chính. (10) Định vị & Theo dõi.
Sự tương tác giữa các yếu tố này (cảm biến + kết nối + con người + quá trình điều khiển) sẽ tạo ra các hình thức mới của các ứng dụng và dịch vụ thông minh TRƯỜNG ĐẠI HỌC QUY NHOi T H Ư V IỆ N VVD. 17 C iấư n g 1: TỠHB QUAN LẠP TBIHHIOT VOI AgBUINO, ESP826B BA Ị (8)Q Trên thị trường hiện nay đã xuất hiện một vài hình thức ti biểu của các ứng dụng/dịch vụ thông minh như: THIẾT BỊ HÌNH ẢNH GIẢI THÍCH MÁY ĐIỀU NHIỆT nest Giúp người sử dụng 1 kiệm chi phí trên hóa d thanh toán bằng cách ! nhận biểu đồ sử dụ THÔNG MINH 'Vi - thiết bị và bật nhiệt xuống thấp khi người dụng ra ngoài. Người sử dụng dù smartphone để theo X E HƠI hoặc đặt thuê ĐƯỢC Car2Go cũng có thể tt K Ế T NỐI hiện chức năng the toán, đậu xe, chi phí t hiểm một cách tự động LẬ P TBÌHM IDT llứl AROUHIO, ESP8ZBB VÀ XBEE CHIT0NG1: TỔN6 QUAN ^ BASIS Thiết bị đẽo trên cổ tay, T H IẾ T BỊ có tính năng theo dõi liên T H E O Dốl tục nhịp tim, các mức độ HOẠT hoạt động, mức tiêu thụ ĐỘNG calo và thân nhiệt của người sử dụng 24/7. Có thể điều khiển bật/tắt •»; belkỉn các thiết bị điện gia dụng Ổ CẮM từ xa.
Ngoài ra còn có ĐIỆN tính năng theo dõi mức THONG tiêu thụ năng lượng và MINH nhận các tín hiệu điều V • khiển từ smartphone. Người sử dụng có thể xác định chỗ đậu xe hiện STREETLINE C O N N E C T I N G THE REAL WORLD đang trống (theo thời gian thực) thông qua điện CẢM BIẾN thoại. Nhà cung cấp ĐẬU X E dịch vụ đậu xe có thể quản lý và định ra mức % phí tùy thuộc vào nhu cầu thực tế. L------------ — -------------------------- Các hệ thống IOT đang ngày càng thâm nhập vào nhiều lĩnh vực khác nhau trong đời sống kinh tê' - xã hội cũng như trong công nghiệp Bảng trang bên cho thấy một số lĩnh vực và các ứng dụng của hệ thống IOT đã và đang triển khai tại nhiều quốc gia: CrtđM t 1: T ẩ m IỊBAH_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ LẬP THÍM IOT W0l AIŨUIHO, E8P828B VÀ KBEE HÌNH ẢNH LĨNH V ự c CÁC ỨNG DỤNG MINH HỌA - Điều khiển đèn chiếu sáng.
- Camera an ninh. ■ Q B Q Q I - Thiết bị cho vật nuôi ăn. - Bộ điều khiển ống nước. CĂN HỘ/ - Thiết bị báo khói.
GIA ĐÌNH - Tủ lạnh. - Thiết bị giải trí. 1 ỀSJSỀ - Máy giặưmáý sấy. - Theo dõi năng lượng.
- Định vị tuyến đường. - Đậu xe thông minh. DI - Bảo hiểm phương tiện. CHUYỂN/ - Chuỗi cung.
VẬN TẢI - Gửi hàng hóa. - Giao thông công cộng. - Chầm sóc bệnh nhân. 0 - Theo dõi sức khỏe người già Y TẾ/ - Chẩn đoán từ xa.
CHĂM - Theo dõi thiết bị y tế. SÓC SỨC - Vệ sinh bệnh viện. KHỎE - Các thiết bị điện tử mang được trên người. _ - Cảm biến thực phẩm.
LẬP THÍM IGT vứl ABOUINO, ESP828B «A XBEE CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN Hệ thống HVAC. BUILDINGS INFRASTRUCTURE Hệ thống an ninh. Hệ thống chiếu*sáng. Hệ thống điện công trình.
Hệ thống chuyển tải. Báo động khẩn cấp. Hệ thống kết cấu công trình. Hệ thống chung cư._________ Phân phối điện năng.
Bảo trì hệ thống. XUẤT Bảng chỉ dẫn. CÔNG Lưới điện dân dụng/thông NGHIỆP minh. Dịch vụ khẩn cấp.
Quản lý chất thải Khi “vạn vật” được kết nối với nhau, chúng tạo thành các ứng dụng hỗn hợp theo phân ngành dọc và phân ngành ngang. Các ứng dụng này sẽ mang lại nhiều tiện ích cho người sử dụng. ứng dụng IOT trong lĩnh vực kết hợp giữa di chuyển và thành phố thông minh (1) Một người mẹ lái xe đưa con nhỏ đến trung tâm thành phố. (2) Các cảm biến không dây nhúng trong hệ thống đậu xe sẽ giúp xe biết dược vị trí nào còn trống để dậu, cũng như tự động thanh toán phí đậu xe.
CHƯONG1: TỔNG QUAN LẶP TBÌHHIOT VƠI ABBUIHO, ESP82BB VÀ XBEE (3) Bằng thông tin về vị trí đậu xe trong bãi được hệ thống liên lạc trong xe cung cấp, nhân viên sửa xe lưu động có thể đến để thay dầu cho xe khi đến lịch bảo trì.“Tại trung tâm thành phố San Francisco, có 20-30% nguyên nhân kẹt xe là do lái xe phải chạy xe lòng vòng để tìm chỗ đậu xe.” Nguồn: San Francisco Municipal Transportation Agency (SFMTA) ứng dụng IOT trong lĩnh vực kết hợp giữa chăm sóc sức khỏe và căn nhà thông minh (1) Một người lớn tuổi phải sống một mình ở một căn hộ riêng, điều này làm con/cháu lo lắng về tình hình sức khòe/sự an toàn. (2) Các cảm biến không dây được đặt trong căn nhà này sẽ đo các thông số về sức khỏe của người này như: Các hoạt động thể chất hằng ngày, thời gian ngủ cũng như giúp xác định thời gian biểu chăm sóc sức khỏe. (3) Khi có hiện tượng bất thường về sức khỏe, tín hiệu báo động sẽ được tự động gửi vể trung tâm y tế và người thân, đồng thời nhân viên y tế sẽ có mặt để hỗ trợ kịp thời, “ô Mỹ, Canada và châu Âu, có tổng cộng khoảng 40 triệu người trên 65 tuổi vẫn sống một mình”. Department of Health and Human Services: Administration for Community Living (ACL) ứng dụng IOT trong lĩnh vực kết hợp giữa tòa nhà thông minh và di chuyển 22 LẬP THÍM IOT vửl ABDUINỮ, ESP826B VÀ XBEE CRỮ0NS1: TỔNG QUAN (1) Một nhân viên trẻ đang gặp áp lực vì được giao nhiệm vụ cắt giảm chi phí sử dụng (diện, nước, chiếu sáng,.) ở tòa nhà văn phòng mới của công ty (2) Sau khi trao đổi với chuyên gia, nhân viên này đã lắp thêm các cảm biến cho tòa nhà, nhằm tự động điều chỉnh mức tiêu thụ năng lượng tùy thuộc vào lưu lượng người, nhiệt độ và các điều kiện môi trường xung quanh.
Nhờ đó đã cải thiện được hiệu quả sử dụng của văn phòng. “Tại Mỹ, năng lượng sử dụng trong các toà nhà văn phòng và các nhà máy công nghiệp tạo ra gần 50% lượng khí thải gây hiệu ứng nhà kính”. Nguồn: United States Environmental Protection Agency. MỨC ĐỘ RỘNG LỚN CỦA THỊ TRƯỜNG IOT Trong năm 2014 có gẩn 2 tỷ thiết b| kết nối với loT sẽ dược chuyển giao.
Đến nãm 2020, con số này sẽ tăng lên đến gần 8 tỷ thiết b| (không tính các dòng điện thoại di dộng).745,71 triệu thiết bị. • Transport (Vận tải): 392,72 triệu thiết bị. • Body (Heath) Chăm sóc sức khỏe: 360,03 triệu thiết bị. • Building Xây dựng, hạ tầng: 1.726,59 triệu thiết bị.