MỞ ĐẦU Những dự án phát triển Internet of Things đang nổi lên ở rất nhiều công ty công nghệ trên toàn thế giới. Hiện tại chỉ có khoảng 300 nghìn lập trình viên tham gia IoT nhưng đến 2020, thế giới sẽ cần tới 4.5 triệu lập trình viên. Một sản phẩm của Internet of Things đang phổ biến hiện nay đó là Raspberry Pi 2. Một thiết bị phần cứng có chức năng tương tự như một chiếc máy tính thu nhỏ, phục vụ cho nhiều nhu cầu khác nhau như: học tập, giải trí, điều khiển các thiết bị phần cứng khác,… Song song với đó là sự ra đời của hệ điều hành Microsoft Windows 10.
Với mục đích phát triển hệ điều hành Windows 10 trở thành hệ điều hành đa thiết bị, Microsoft đã đưa ra nhiều phiên bản khác nhau dùng để chạy trên các thiết bị từ desktop cho đến smartphone và cả các thiết bị điện tử trong gia đình. Và phiên bản mới nhất chính là là Windows 10 IoT Core, dùng để chạy trên các thiết bị như Raspberrry Pi 2 và Minnowboard Max. Việc Microsoft phát triển hệ điều hành Windows 10 IoT Core cho Raspberry Khóa luận quản trị nhân lực Pi 2 đã đem lại sự thu hút lớn và giúp Raspberry Pi 2 cũng như các dự án Internet of Things trở nên gần gũi hơn với người dùng. Do đó, việc phát triển các ứng dụng đáp ứng nhu cầu hằng ngày của con người dựa trên dự án Internet Of Things trở thành một vấn đề thực tế và cần thiết.
Xuất phát từ thực tế đó, nhóm chúng em đã chọn đề tài “Tìm hiểu về Windows 10 IoT Core trên Raspberry Pi 2” làm đề tài cho khóa luận của mình. Và để hiện thực những kiến thức đã tìm hiểu được về Windows 10 IoT Core cũng như Raspberry Pi 2, nhóm chúng em sẽ thực hiện ứng dụng để demo cho một vài chức năng cơ bản của các dự án nhà thông minh hiện tại đang có mặt trên thị trường, đây cũng là ứng dụng cần thiết, là đề đề tài đang được quan tâm và đầu tư trong thời kì phát triển của nền khoa học công nghệ ở thời điểm hiện tại cũng như trong tương lai. Nội dung của khóa luận được chia là 6 chương: - Chương 1: Giới thiệu đề tài - Chương 2: Tổng quan về Raspberry Pi 1 - Chương 3: Windows 10 IoT Core trên Raspberry Pi 2 - Chương 4: Điện toán đám mây trên Microsoft Azure - Chương 5: Mô hình nhà thông minh - Chương 6: Kết quả và hướng phát triển Chi tiết nội dung cho từng chương sẽ được cụ thể hóa ở bên dưới. Khóa luận quản trị nhân lực 2 GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI Chính thức ra đời từ tháng 4/2012 nhưng theo thống kê của tổ chức Raspberry Pi thì tính đến đầu năm 2015, họ đã bán được hơn 5 triệu sản phẩm (The Verge).
Mục đích ban đầu của Raspberry Pi là hướng tới việc giáo dục cho trẻ em về phát triển phần mềm, tạo sự thích thú về công nghệ máy tính, cũng như có thể sử dụng Raspberry Pi thay cho một máy vi tính thông thường. Tuy nhiên, với kích thước nhỏ gọn, giá thành rẻ và một cấu hình ổn định, Raspberry Pi đã thu hút sự chú ý của các lập trình viên. Từ đó ngoài những mục đích ban đầu như giải trí, học tập như một chiếc máy vi tính, giờ đây Raspberry Pi còn có thể dùng để điều khiển các thiết bị phần cứng. Điển hình như sản phẩm Beatbox của Scott Garner, New York.
Sản phẩm này cho phép người dùng có thể chơi trống bằng cách chạm vào củ cải đường. Beatbox được trang bị một Raspberry Pi và một bộ cảm biến diện dung và bộ khuếch đại âm thanh. Khóa luận quản trị nhân lực Hình 1 - Sản phẩm Beatbox của Scott Garner, New York 3 Sau khi phiên bản Raspberry Pi 2 được đưa ra thị trường, Microsoft đã bày tỏ sự ủng hộ của mình bằng cách cung cấp một phiên bản Windows 10 hoàn toàn miễn phí cho các lập trình viên mua thiết bị này. Microsoft từng cam kết sẽ ủng hộ cộng đồng Internet Of Things và Raspberry Pi chính là một trong số những sản phẩm như thế.
Việc đưa Windows 10 vào Raspberry Pi của Microsoft khiến cho các lập trình viên thích thú và nhiều ý tưởng về việc phát triển các sản phẩm phục vụ cho nhu cầu trong cuộc sống qua việc kết hợp giữa Raspberry Pi 2 và Windows 10 IoT Core đã xuất hiện. Cũng qua việc tìm kiếm một sản phẩm đáp ứng nhu cầu của người dùng trong thời đại công nghệ tiên tiến như hiện nay, nhóm nhận thấy sự phát triển và nhu cầu của các thiết bị thông minh trong đời sống con người ngày một tăng. Điển hình tại Việt Nam có SmartHome Bkav, đây là công ty đầu tiên và duy nhất đã và đang triển khai mô hình nhà thông minh cho đến thời điểm này, với đội ngũ kĩ sư có trình độ cao, Bkav trực tiếp sản xuất các thiết bị linh kiện thông minh riêng cho mình, đồng Khóa luận quản trị nhân lực thời xây dựng ứng dụng 3D riêng cho từng nhà, đảm bảo thao tác trực quan, dễ sử dụng với đầy đủ chức năng rất hiện đại và thiết thực, sử dụng công nghệ cực kì tiên tiến. Mặc dù gọi là smarthome giá rẻ nhưng so với mặt bằng chung tại Việt Nam thì nó vẫn còn khá là đắc.
Vì vậy nhóm chúng em đã chọn đề tài “Smarthome” làm đề tài để phát triển minh họa cho sự hoạt động của Windows 10 IoT Core trên thiết bị Raspberry Pi 2. Vừa để tiếp cận xu hướng, công nghệ mới, vừa với hy vọng từ những công nghệ mới này, ta có thể xây dựng được một smarthome giá rẻ hơn nữa góp phần làm thay đổi cuộc sống con người hiện đại. Với mục đích trên nhóm đã tìm hiểu và xây dựng một ứng dụng đơn giản giúp quản lý và điều khiển các thiết bị điện trong gia đình bằng smartphone dựa trên các công nghệ, thiết bị hiện đại và phổ biến như Raspberry Pi 2, Windows 10 IoT Core, Microsoft Azure, Zigbee. Cho phép người dùng thay đổi trạng thái của các thiết bị điện như bóng đèn, máy lạnh, quạt máy, … bằng smartphone từ xa mà không cần phải thao tác trực tiếp lên công tắc như hiện nay.
Với sự giới hạn về kiến thức, kĩ năng chuyên môn liên quan đến kĩ thuật phần cứng, điều kiện lúc báo cáo cũng như 4 điều kiện kinh tế hạn hẹp hiện tại của nhóm, nên mặc dù có nghiên cứu thêm các chức năng khác như hệ thống bảo mật, báo cháy, phát hiện người,… nhưng hiện tại, ứng dụng của nhóm chỉ dừng lại ở một số chức năng chính như: - Điều khiển một thiết bị tại một phòng nào đó trong ngôi nhà - Điều khiển một cụm các thiết bị (do người dùng tự tạo, tương tự như mở một playlist bài hát) - Hẹn giờ điều khiển một cụm các thiết bị - Điều khiển một thiết bị, một cụm thiết bị bằng giọng nói - Điều khiển thiết bị bằng cảm biến ánh sáng, cảm biến nhiệt - Điều khiển các thiết bị trong gia đình dựa vào mô hình mạng Zigbee sử dụng Xbee (công nghệ điều khiển không dây) Smarthome được chưa làm 2 phần. Một ứng dụng chạy trên điện thoại android, đóng vai trò như một chiếc remote dùng để người dùng thao tác với các thiết bị trong nhà mình. Và một ứng dụng chạy trên Raspberry Pi 2, hệ điều hành Windows 10 IoT Khóa luận quản trị nhân lực Core, là một ứng dụng Universal, làm nhiệm vụ nhận thông tin từ ứng dụng trên android và xử lý, sau đó trực tiếp điều khiển các thiết bị điện trong nhà theo yêu cầu từ người dùng gửi đến. Việc liên kết giữa ứng dụng android và ứng dụng trên Windows 10 IoT Core sẽ được thực hiện nhờ trung gian Microsoft Azure.
Nhóm hy vọng trong thời gian tới sẽ có nhiều điều kiện để nghiên cứu thêm nhiều chức năng cũng như triển khai thử nghiệm được các chức năng đã và đang nghiên cứu nhưng vì lí do nào đó mà chưa có thể thử nghiệm. 5 TỔNG QUAN VỀ RASPBERRY PI 2 Raspberry Pi Foundation là một tổ chức giáo dục phi lợi nhuận (số đăng kí 1129409) cơ sở tại Anh. Mục tiêu của tổ chức là tạo ra các sản phẩm dùng trong giáo dục áp dụng cho người lớn cũng như trẻ em. Các sản phẩm của Raspberry Pi Foundation thường hướng đến các sản phẩm vi tính và Raspberry Pi là một trong các sản phẩm đó.
Raspberry Pi và ứng dụng của Raspberry Raspberry Pi sản xuất bởi 3 OEM: Sony, Qsida, Egoman. Và được phân phối chính bởi Element14, RS Components và Egoman. Glyn Moody đã miêu tả về dự án Raspberry Pi tháng 5 năm 2011 như là một “potential BBC Micro 2.0”, nghĩa là nó không thay thế máy tính nhưng sẽ bổ sung cho nó. Raspberry Pi như là một máy tính có kích thước nhỏ (chỉ bằng một chiếc thẻ credit-card), có giá thành thấp.
Raspberry Pi có thể kết nối với màn hình máy tính, Khóa luận quản trị nhân lực hoặc tivi, có thể kết nối với các thiết bị đầu vào như camera, bàn phím, chuột như một chiếc máy vi tính thông thường. Raspberry Pi thích hợp cho mọi người ở mọi lứa tuổi để khám phá, tìm hiểu hoạt động của một máy tính và để học làm thế nào tạo nên một chương trình bằng các ngôn ngữ như Python, Scratch. Với Raspberry Pi, chúng ta có thể làm được mọi việc mà chúng ta mong muốn ở một chiếc máy tính để bàn thực hiện, từ lướt web, nghe nhạc, xem phim với chất lượng cao, tạo bảng tính, làm file word cũng như chơi game. Ngoài ra, Raspberry còn có khả năng tương tác với các thiết bị ngoại vi khác và đã được sử dụng trong các dự án phần cứng như máy nghe nhạc, thiết bị dự báo thời tiết, thiết bị dò tìm cha mẹ, các dự án smarthouse với cảm biến hồng ngoại.
Hiện tại, Raspberry Pi đang được sử dụng khá phổ biến trên thế giới, với đối tượng chủ yếu là các học sinh để tìm hiểu về lập trình cũng như cách thức làm việc của máy tính. Sau đây là một vài ứng dụng của Raspberry trong cuộc sống: 6 - Raspberry được dùng để chế tạo thiết bị hỗ trợ chụp time-lapse RasPiLapse. Đây là một bộ thiết bị do Rick Adam chế tạo dựa trên nền tảng thiết bị của Raspberry Pi. Một thiết bị hỗ trợ chụp ảnh time-lapse chuyên nghiệp có thể lấy đi của bạn đến 650 USD (khoảng 13,6 triệu đồng) , thế nhưng, với sản phẩm được điều khiển bởi Pi của nhà phát triển Rick Adam, cái giá này giảm xuống chỉ còn vài chục USD: Khóa luận quản trị nhân lực Hình 2.