Chương 1. Lido chon dé an. Mục tiêu của đề taie. Mục tiêu tổng quát.---- ¿5£ +E+Sk+EE+EEEEEEEEEEEEEEEEEEkrrkrrkrrrrei 6 1.
Mục tiêu cụ thÊ. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu của đề tài.---- ¿5c s+cs+cs+cszxezseez 7 Chương 2. Tinh hình nghiên cửu trong NƯỚC. Tình hình nghiên cứu quốc tẾ.
Phân tích các công nghỆ.-- eee ¿+ + E1 3 E1 91 vn ngư 9 Chương 3.--- 2 25£+SE+E£EE£EE£EEEEEEEEEEEEEerkerkerkrrkrree 12 3. Mô tả hệ thong. Xây dựng đặc tả mô hình giao tiếp các thiết bị trong nhà thông minh. Kiến trúc hệ thống.----2- + k+EE+EE+EEEEEEEEErEerkerkrrkrree 13 3.
Nguyên lý hoạt động. Mô hình quản lý thông tin thiết bị.----¿- 2 s+cx+czz+x+zxerxersee 19 kcáuii8‹ 0/00. MÔ HÌNH THUC NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIA. Thực nghiệm mô hình giao tiẾp.- -- 2 2 ++SE£2E£+EE+EE+EEtEEEzEEerxerreres 23 4.
_ Chi tiết các phần cứng sử dụng. Web điều khiển va Server.--¿---:©-+¿©c++cx2zxccxrerkesrxrrrxees 26 AQ. KÉT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN. Tổng quan kết qua khóa luận.
DANH MỤC HÌNH Hình 3.1 Sơ đồ kiến trúc của mô hình giao tiếp được dé xuắt.2 Sơ đồ cài đặt và sử dụng hệ thống .---:--2¿-5¿©2+2x+2cx+zxrrxeeree 14 Hình 3.3 Quy trình thêm thiết bi mới vào hệ thống.4 File mô thả thiết bị được mô phỏng trên hệ thống của nhà sản xuất .5 Thực hiện nhập thông tin của thiết bị trên Web.6 Thiết bị được đăng ký thành công khi khớp với thông tin của nhà sản xuất —.7 Quy trình điều khiển thiết bị.---2- 22 2 S+SE+2E£2EE+EEvEEtrEezreerxerxrex 19 Hình 3.8 Cấu trúc thông tin thiết bị với tệp JSON.9 Cấu trúc lệnh điều khiển .1 Quy trình thử nghiệm của mô hình. --- - + + £s£sv£esessessesses 23 Hình 4.2 Raspberry Pi 4 Model B.-- -- s13 2 931 vn ng ng ng tr 24 Hình 4.- SH TH HH HH HH tư 24 Hình 4.4 Các thiết bị theo thứ tự Led đơn, Led RGB, quạt mini 5V, màn hình OLED.5 Giao diện đăng ký ngôi nhà vào hệ thống quản lý của người dùng.6 Giao diện đăng ký ngôi nhà thành công vào hệ thống quản lý.7 Giao diện đăng ký thiết bị dé kết nối với ngôi nhà.8 Giao diện thiết bị đã đăng ký thành công.-- 2-2 2 5c s+c++zs+zszse2 30 Hình 4.9 Giao diện điều khiển thiết bị.--cc:--ccsccccctrtrrrtrrrrrrirrrrrrrrrrrrrree 32 Hình 4.10 Các nhóm dữ liệu trong hệ thống cơ sở đữ liệu.11 Kịch ban thử nghiệm ngoài hành lang .- eee «5< +s£+s<+sx+se+ses 38 Hình 4.12 Kịch ban thử nghiệm truyền nhận gói tin trong 1 phòng.13 Kịch ban thử nghiệm truyền nhận gói tin trong 2 phòng.14 Kịch ban thử nghiệm truyền nhận gói tin từ tang 1 sang tầng 2. 43 DANH MỤC BANG Bang 3.1 Cấu trúc tập lệnh thiết bị — đèn LED.--- 2-2 2 2+££xezxe£xerzrszse2 22 Bang 3.2 Cấu trúc tập lệnh thiết bị — quạt mini .-- 2-2 + +2sz+z++zx+zxzsz 22 Bảng 4.1 Thời gian thực thi lệnh trong thời gian thực khi sử dung web dé điều khién —.2 Thời gian thực thi lệnh trong thời gian thực khi sử dụng web dé điều khién —.3 Kết quả đo ở vị trí hành lang .-- ¿2+5 ESE+EE+EE£E£+E£E£Eerkerxerxrrerree 39 Bang 4.4 Kết quả thực nghiệm đo được trong phòng điển hình.5 Kết qua thực nghiệm do được trong 2 phòng .6 Kết quả thực nghiệm đo giữa 2 tầng.---2- 2-52 S222EcEEezErrrerxerrerex 43 DANH MỤC TỪ VIET TAT API: Application Programming Interface KNX: KONNEX IoT: Internet of Things IP: Internet Protocol JSON: JavaScript Object Notation TÓM TẮT KHÓA LUẬN Trong những năm gần đây, nhu cầu sử dụng công nghệ thông minh để xây dựng môi trường sống tiện nghỉ, thân thiện và an toàn cho con người ngày càng trở nên phô biến [1] [2]. Một trong những hướng được nghiên cứu và phát triên mạnh mẽ trong những năm gan đây là mô hình nhà thông minh.
Moi thứ ngày nay đang hướng tới một tương lai của tự động hóa và trí thông minh. Nhà thông minh ra đời cũng nhằm đạt được mục tiêu như vậy. Hệ thống tự động hóa ngôi nhà trong ngôi nhà thông minh, dựa trên điện toán biên và công nghệ IoT, ngày càng được nghiên cứu rộng rãi và sâu rộng [3]. Internet van vật (IoT) đã cách mạng hóa cách chúng ta sông, làm việc và tương tác với thế giới xung quanh.
Khả năng kết nối của mọi thiết bị thông minh và thế giới bên ngoài đã trao quyền cho chủ nhà quản lý nhà của họ từ xa, dẫn đến sự tiện lợi và khả năng kiểm soát tăng lên. Tuy nhiên, khi sự phức tạp của các giải pháp quản lý nhà thông minh dựa trên nền tảng IoT tiếp tục tăng lên, việc tích hợp nhiều thiết bị ToT từ các nhà sản xuất khác nhau vào một hệ thống thống nhất ngày càng trở nên phổ biến. Do sự phức tạp ngày càng tăng của các giải pháp quan lý nhà dựa trên IoT, quá trình tích hợp trở nên khó khăn vì các thiết bị từ các nhà sản xuất khác nhau thường được thiết kế dựa trên các mô hình điều khiển và tương tác khác nhau. Quá trình tích hợp này làm tăng đáng kê số lượng thiết bị va ứng dụng điều khiến, tạo ra sự bắt tiện cho người dùng và đòi hỏi phải liên tục mở rộng hệ thống.
Nhu cầu về một mô hình chung cho các thiết bị loT trong ứng dụng nhà thông minh ngày càng trở nên cấp thiết. Mà nhu cau phát triển một chuẩn giao tiếp chung giữa các thiết bị trong khi vẫn cho phép các nhà sản xuất riêng lẻ phát triển sản phẩm của họ là điều cần thiết. Đây cũng chính là mục tiêu mà nhóm nghiên cứu hướng tới để nghiên cứu và phát triển. Nhằm giải quyết vấn đề trên, nhóm nghiên cứu đề xuất thực hiện đề tài “Nghiên cứu mô hình giao tiếp chung cho thiết bị loT trong ứng dụng nhà thông minh”.
Trong đê tài này, nhóm nghiên cứu đê xuât một mô hình chung cho các thiệt bị IoT trong các ứng dụng nhà thông minh. Mô hình được dé xuất nhằm giải quyết những vân đê sau : e Khả năng kết nối: Mô hình giao tiếp chung của nhóm sẽ tập trung vào việc cải thiện khả năng kết nối giữa các thiết bị trong mang nhà thông minh. Thông qua mô hình đề xuất, các thiết bi từ các nhà sản xuất khác nhau có thé tương tác và truyền thông với nhau một cách dễ dàng, tránh tình trạng hỗn loạn và không tương thích giữa các thiết bị. e Khả năng sử dụng một ứng dụng: Đề thúc đây tích hợp và quản lý các thiết bị, giải pháp của nhóm nghiên cứu tập trung vào việc phát triển một ứng dụng đơn giản và tiện ích.
Người dùng sẽ có thé điều khiển và giám sát toàn bộ các thiết bị từ một giao diện duy nhất, tối ưu hóa trải nghiệm người dùng và giảm thiểu sự phức tạp trong việc sử dụng các ứng dụng riêng biệt cho từng thiết bị. e Khả năng mở rộng thiết bị: Với mô hình giao tiếp chung, nhóm nghiên cứu tạo điều kiện thuận lợi cho việc mở rộng hệ thong nha thông minh. Người dùng có thé dé dàng thêm vào các thiết bi mới từ các nhà sản xuất khác nhau mà không phải lo lắng về sự không tương thích hay phải sử dụng nhiều ứng dụng quản lý khác nhau. Bài viết phác thảo các yêu cầu chính cho mô hình và cách tiếp cận được thực hiện dé phát triển nó.
Mô hình được đề xuất sẽ được đánh giá bằng cách sử dụng các kịch bản nhà thông minh trong thế giới thực đề chứng minh tính hiệu quả của nó trong việc giải quyết những thách thức mà các thiết bị nhà thông minh hiện tại phải đối mặt. Kết quả đánh giá mô hình này sẽ cung cấp những hiểu biết có giá trị cho việc phát triển các mô hình trong tương lai cho các thiết bị IoT trong các ứng dụng nhà thông minh. Đề tài này hướng đến việc xây dựng mô hình chuẩn cho giao tiếp và trao đổi dữ liệu giữa các thiết bị giao tiếp trong nhà thông minh. Mô hình đề xuất các kết quả cụ thê sau: e M6 tả phương thức cho phép nhận biết các thiết bị khác nhau và thực hiện kết nối một cách tự động.
e Mô tả phương thức tô chức dữ liệu và quản lý thiết bị một cách đồng bộ. e Mô tả phương thức cho phép mở rộng hệ thống một cách hiệu quả. Đến thời điểm hiện tại, nhóm đã nghiên cứu và hoan thành được các mục tiêu đã được đặt ra với một mô hình giao tiếp chung giữa nhóm thiết bị có tính năng đơn giản sử dung kỹ thuật giao tiếp là WiFi và Bluetooth. Thông tin của thiết bị được lữu trữ dưới dạng file JSON.
Việc sử dụng JSON trong quản lý thông tin giúp cho việc quan lý, truy vấn và xử lý thông tin trở nên thuận lợi hơn, đặc biệt là phục vụ phát triển các giái pháp ứng dụng trên nền tang web hay trên thiết bị di động. Mô hình thử nghiệm với các thiết bị cơ bản như đèn Led, quạt mini, thiết bị mô phỏng TV,. Một ứng dụng trên nền tảng web cũng được thiết kế dé minh họa quá trình tương tác, điều khiển cho người dùng. Lí do chọn đề tài Bước vào cuộc Cách mạng công nghiệp 4.0, trong xu thế phát triển của công nghệ thông tin và đặc biệt là của Internet of Things (IoT), việc ứng dung các công nghệ thông minh để xây dựng môi trường sống thoải mái, thân thiện và an toàn cho con người ngày càng trở nên phổ biến như hỗ trợ chăm sóc sức khỏe [1], giám sát môi trường [2], quan lý nhà thông minh [3], quản lý giao thông[4], nông nghiệp chính xác [5].
Trong đó quản lý nhà thông minh là một trong những hướng nghiên cứ đã và đang được quan tâm phát triển. Hệ thống tự động hóa trong nhà thông minh hầu hết được phát triển dựa trên các nền tảng điện toán đám mây, điện toán biên, công nghệ IoT và trí tuệ nhân tạo [3]. Các giải pháp quản ly nhà thông minh luôn hướng đến mục tiêu tao sự tiện nghi, tiết kiệm và an toàn cho người dùng[6] [7]. Trong xu thé phát triển đó, các giải pháp quản lý nhà bằng công nghệ IoT ngày càng trở nên phức tạp với số lượng thiết bị ngày càng tăng, tính năng ngày càng đa dạng và nhu cầu mở rộng hệ thống liên tục.
Việc chuyên hóa mô hình thiết kế và giao tiếp giữa các thiết bị trong hệ thống, do đó, cũng dần trở thành một chủ đề thu hút nhiều sự quan tâm của các nhà nghiên cứu, kỹ sư và các công ty công nghệ trong lĩnh vực IơT. Đặc biệt trong bối cảnh số lượng các nhà sản xuất thiết bị phục vụ cho nhà thông minh ngày càng nhiều với những chọn lựa về giao tiếp và giải pháp tương tác người dùng khác nhau. Cụ thể, việc mở rộng thiết bị từ nhiều hãng đem lại một loạt thách thức đáng kê trong quá trình tích hợp va quản lý các thiết bị IoT trong ứng dụng nhà thông minh.