CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN Giới thiệu tổng quan về đề tài, mục tiêu đề tài, giới hạn nghiên cứu cũng như các phương pháp nghiên cứu, đối tượng và phạm vi nghiên cứu. Sau đó, bố cục của quyển báo cáo. CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT Chương này trình bày lý thuyết tổng quan về ứng dụng IOT hiện nay, giao tiếp của các thiết bị phần cứng và phần mềm, sử dụng vi xử lý làm bộ điều khiển trung tâm, mô tả các thiết bị có trong hệ thống. CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ HỆ THỐNG Chương này tập trung vào việc xây dựng mô hình hệ thống dựa theo yêu cầu thiết kế, tính toán thông số các linh kiện điện tử được sử dụng, lưu đồ giải thuật và thiết kế về phần mềm và phần cứng.
CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ Chương 4 sẽ trình bày kết quả đã đạt được và mô hình thực tế sau khi thi công. Từ đó, đánh giá kết quả thu được trong toàn bộ quá trình nghiên cứu. CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN Chương này đưa ra những kết luận với các kết quả đạt được. Từ đó, nhóm đưa ra các định hướng có thể phát triển tiếp của đề tài.
3 CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 GIỚI THIỆU VỀ IOT IOTs hay còn gọi Internet vạn vật, khái niệm IOTs bắt đầu vào năm 1999 và được đề xuất bởi nhà công nghệ tiên phong người Anh tên là Kevin ashton [1]. IOTs bao gồm nhiều cảm biến, mạch điện, hệ thống nhúng, truyền thông, giao diện thông minh, truyền dữ liệu, … Với khả năng ấy, con người sẽ kết nối nhiều thiết bị điện tử và có thể dễ dàng, thuận tiện cho việc theo dõi và điều khiển từ xa thông qua mạng lưới máy tính [1]. IOTs được ứng dụng rộng rãi và không có giới hạn cho sự sáng tạo như: nhà thông minh, tòa nhà thông minh, hệ thống tự động, giám sát thông tin… được điều khiển thông qua thiết bị như điện thoại hoặc máy tính [1].1 Ứng dụng của IOT trong cuộc sống hiện nay [1] Trong tương lai, xu hướng phát triển của IOTs sẽ phổ biến đến mọi ngóc ngách trong cuộc sống. Vì thế, con người sẽ và luôn nghiên cứu, ứng dụng IOTs vào nhiều lĩnh vực trong cuộc sống.
4 Nhờ đó, xu hướng phát triển của IOT đã làm cho các chuyên gia, những người trong lĩnh vực khoa học công nghệ tiếp tục nghiên cứu và ứng dụng vào nhiều lĩnh vực trong cuộc sống. Các lĩnh vực đang được phát triển một cách mạnh mẽ như: - Smart Home (Nhà và văn phòng thông minh) [2]: giám sát và điều khiển các thiết bị một cách thông minh như tự động bất tắt đèn, quạt, máy lạnh, rèm cửa tự động hay khóa cửa tự động mà không cần đến điều khiển thủ công. Không những thế các thiết bị có thể được kết nối với nhau thông qua mạng Internet, cho phép người dùng vận hành từ xa thông qua thiết bị hay trợ lý ảo. - Smart wearable [2]: Thiết bị đeo được hỗ trợ IOT là thiết bị thông minh có thể đeo được như các phụ kiện bên ngoài.
Tiêu biểu như đồng hồ thông minh đang được con người sử dụng ngày nay. Đồng hồ thông minh có khả năng nghe gọi, hay đọc tin nhắn như 1 chiếc smart phone thu nhỏ. Ngoài ra, chiếc đồng hồ còn có thể hiển thị thông báo, theo dõi vị trí, theo dõi trạng thái cơ thể người dùng để đưa ra những nhắc nhở cần thiết. Trên thị trường ngày nay, ngoài đồng hồ thông minh thì còn có các thiết bị đeo khác như: kính thực tế ảo, vòng dây thông minh, kể cả tai nghe không dây… - Smart farming (nông trại thông minh) [2]: trước đây, gần như toàn bộ quá trình nông nghiệp phụ thuộc vào sức lao động của con người.
Giờ đây, mọi thứ đã dễ dàng hơn khi có sự xuất hiện của máy móc và công nghệ. Việc ứng dụng IOTs vào nông nghiệp giúp người nông dân có thể thuận tiện kiểm soát và theo dõi những thông tin cần thiết như nhiệt độ, độ ẩm, điều khiển trang thiết bị một cách dễ dàng, từ đó tiết kiệm sức lao động và nâng cao năng suất lao động. - Autonomous Vehicles (xe tự hành) [2]: xe tự hành là một trong những công nghệ tiên tiến trong những dòng xe thông minh hiện nay. Với việc ứng dụng trí tuệ nhân tạo (AI) và công nghệ cảm biến thông minh trong IOTs, đã và đang phát triển 1 cách nhanh chóng.
Cảm biến thông minh trên xe tự hành là 1 phần quan trọng khi liên tục thu nhận các thông tin bên ngoài như nguy hiểm, tình trạng giao thông. Hệ thống bao gồm các đơn vị camera, cảm biến khoảng cách, RADAR, mảng ang-ten RF, thông tin được thu thập và xử lí, để đưa ra các quyết 5 định dựa trên việc thay đổi đột ngột xung quanh phạm vi xe tự hành. AI sẽ dự đoán các tình huống có thể xảy ra, đưa ra cảnh báo, hay hỗ trợ người lái an toàn, tránh va chạm. - Smart Factory (nhà máy thông minh) [3]: công nghiệp sản xuất là một trong những ngành ứng dụng IOTs sớm nhất, việc này giúp các nhà máy tối ưu hóa các công đoạn sản xuất như: giám sát chuỗi cung ứng, quản lý hàng hóa, tự động trong quy trình sản xuất hàng loạt, kiểm tra chất lượng và cải tiến sản phẩm, hỗ trợ việc đóng gói, quản lý… Việc ứng dụng IOTs trong các nhà máy là giải pháp tốt nhất, mang lại hiệu quả cao về cả chi phí và quản lí tổng thể nhà máy.2 GIỚI THIỆU CÔNG NGHỆ WIFI 2.1 Giới thiệu chung Wifi là viết tắt của Wireless Fidelity là hệ thống truy cập internet không dây.
Loại sóng vô tuyến này tương tự như sóng điện thoại, truyền hình và radio. Wifi là công cụ kết nối không thể thiếu trên điện thoại, laptop, máy tính bảng và một số thiết bị thông minh khác như smartwatch. Nguyên tắc hoạt động của Wifi: Để tạo được kết nối Wifi nhất thiết phải có Router (bộ thu phát), Router này lấy thông tin từ mạng Internet qua kết nối hữu tuyến rồi chuyển nó sang tín hiệu vô tuyến và gửi đi, bộ chuyển tín hiệu không dây (adapter) trên các thiết bị di động thu nhận tín hiệu này rồi giải mã nó sang những dữ liệu cần thiết. Quá trình này có thể thực hiện ngược lại, Router nhận tín hiệu vô tuyến từ Adapter và giải mã chúng rồi gởi qua Internet.2 Một số chuẩn kết nối Wifi hiện nay Chuẩn 802.11: Năm 1997, IEEE giới thiệu chuẩn mạng không dây đầu tiên và đặt tên nó là 802.
Khi đó, tốc độ hỗ trợ tối đa của mạng này chỉ là 2 Mbps với băng tầng 2.11b: Vào tháng 7/1999, chuẩn 802.11b ra đời và hỗ trợ tốc độ lên đến 11Mbps. Chuẩn này cũng hoạt động tại băng tần 2.4GHz nên cũng rất dễ bị nhiễu từ các thiết bị điện tử khác.11a: Song song với quá trình hình thành chuẩn b, chuẩn 802.11a phát ở tần số cao hơn là 5GHz nhằm tránh bị nhiễu từ các thiết bị khác. Tốc độ xử lý của chuẩn đạt 54 Mbps tuy nhiên chuẩn này khó xuyên qua các vách tường và giá cả của nó hơi cao.11g có phần hơn so với chuẩn b, tuy nhiên nó cũng hoạt động ở tần số 2.4GHz nên vẫn dễ nhiễu. Chuẩn này có thể xử lý tốc độ lên tới 54 Mbps.11n: Ra mắt năm 2009 và là chuẩn phổ biến nhất hiện nay nhờ sự vượt trội hơn so với chuẩn b và g.
Chuẩn kết nối 802.11n hỗ trợ tốc độ tối đa lên đến 300Mbps, có thể hoạt động trên cả băng tần 2,4 GHz và 5 GHz. Chuẩn kết nối này đã và đang dần thay thế chuẩn 802.11g với, phạm vi phát sóng lớn hơn, tốc độ cao hơn và giá hợp lý.11ac: Là chuẩn được IEEE giới thiệu vào đầu năm 2013, hoạt động ở băng tầng 5 GHz. Chuẩn ac có thể mang đến cho người dùng trải nghiệm tốc độ cao nhất lên đến 1730 Mpbs. Do vấn đề giá thành cao nên các thiết bị phát tín hiệu cho chuẩn này chưa phổ biến dẫn đến các thiết bị này sẽ bị hạn chế sự tối ưu do thiết bị phát.11ad: Được giới thiệu năm 2014, chuẩn wifi 802.11ad được hỗ trợ băng thông lên đến 70 Gbps và hoạt động ở dải tần 60GHz.
Nhược điểm của chuẩn này là sóng tín hiệu khó có thể xuyên qua các bức tường, đồng nghĩa với việc chỉ cần Router khuất khỏi tầm mắt, thiết bị sẽ không còn kết nối tới Wifi được nữa.11ax: Wi-Fi 6 là bản cập nhật mới nhất cho chuẩn mạng không dây. Wi-Fi 6 dựa trên tiêu chuẩn IEEE 802.11ax, với tốc độ nhanh hơn, dung lượng lớn hơn và hiệu suất năng lượng được cải thiện tốt hơn so với các kết nối không dây trước đây. Tên gọi mới Wifi 6 này sẽ chính thức được áp dụng từ năm 2019. Wifi Hotspot: ngoài những chuẩn kết nối kể trên, mỗi thiết bị di động có thể tự phát ra sóng Wifi cho những thiết bị khác.
Nói cách khác, thiết bị di động có thể được xem như là một Router.1 Giới thiệu Google Firebase là tập hợp nhiều dịch vụ điện toán đám mây phụ trợ do chính Google cung cấp. Google Firebase là nơi lưu trữ dữ liệu và có thể đồng bộ dữ liệu trên tất cả các máy khách trong thời gian thực và vẫn có sẵn mặc dù ứng dụng đang ngoại tuyến [3].2 Logo của Google Firebase [3] Firebase của Google có thể hoạt động trên nhiều hệ điều hành, từ Apple, Android và JavaScript SDK, người sử dụng phát triển ứng dụng trên nhiều nền tảng mà không cần phải lo lắng về việc có thích hợp hay không. Những dữ liệu được lưu trữ trong hệ thống cơ sở dữ liệu hỗ trợ NoSQL, vì thế dữ liệu được ghi và đọc cực kì nhanh [3].2 Chức năng chính Các khả năng chính của google firebase bao gồm [4]: Thời gian thực: mỗi khi dữ liệu được thay đổi cơ sở dữ liệu thời gian thực trên firebase gần như được đồng bộ hóa ngay lập tức. Mọi thiết bị khác nhau được kết nối với nhau sẽ được sự cập nhật ngay tức khắc, thời gian chỉ trong vòng vài mili giây.
Ngoại tuyến: Các ứng dụng Firebase sẽ vẫn phản hồi ngay cả khi ngoại tiếng vì cơ sở dữ liệu thời gian thực được lưu trữ vào đĩa nhớ. Khi thiết bị được kết nối mạng trở lại, dữ liệu sẽ ngay tức khắc được đồng bộ với máy chủ, mà không bỏ lỡ bất kì thay đổi nào trên máy chủ. 8 Có thể truy cập từ thiết bị khách: cơ sở dữ liệu không chỉ có thể truy cập bằng máy chủ ứng dụng mà còn có thể truy cập trực tiếp bởi các thiết bị di động hoặc ngay trên chính trình duyệt web.