Nghiên cứu phương pháp giao tiếp giữa các cảm biến và ứng dụng IoT trong giám sát thiết bị điện

• Tác giả: Nguyễn Chí Thanh
• Người hướng dẫn: TS. Nguyễn Thành Đạt
• Trường học: Đại học Quy Nhơn
• Chuyên ngành: Khoa học máy tính
• Đề tài: Nghiên Cứu Phương Pháp Giao Tiếp Giữa Các Cảm Biến Và Ứng Dụng IoT Trong Giám Sát Thiết Bị Điện
• Loại tài liệu: luận văn
• Năm xuất bản: 2021
• Địa điểm: Quy Nhơn

• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CẢM ƠN
• MỤC LỤC
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ INTERNET OF THINGS (IoT)
• 1.1. Giới thiệu về Internet of Things (IoT)
• 1.2. Góc nhìn kỹ thuật về IoT
• 1.3. Công nghệ trong IoT
• 1.4. Đặc điểm của một hệ thống IoT
• 1.5. Mô hình của một hệ thống IoT
• 1.6. Ứng dụng của IoT
• 2. CHƯƠNG 2: MÔ HÌNH CẢM BIẾN ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ ĐIỆN PHÒNG HỌC
• 2.1. MẠNG CẢM BIẾN KHÔNG DÂY WSNS (WIRELESS SENSOR NETWORKS)
• 2.1.1. Giới thiệu tổng quan về mạng cảm biến không dây
• 2.1.2. Kỹ thuật xây dựng mạng cảm biến
• 2.1.3. Phân loại mạng cảm biến
• 2.1.4. Các tham số đánh giá hiệu năng của mạng cảm biến không dây
• 2.1.5. Ứng dụng của mạng cảm biến không dây
• 2.2. MỘT SỐ GIAO THỨC TRUYỀN DỮ LIỆU TRONG IoT
• 2.2.1. Giao thức MQTT
• 2.2.1.1. Thành phần của MQTT
• 2.2.1.2. MQTT Broker trong IoT
• 2.2.1.3. Cách thức hoạt động của giao thức MQTT
• 2.2.1.4. Ưu điểm của giao thức MQTT
• 2.2.1.5. Bảo mật của giao thức MQTT
• 2.2.2. Giao thức COAP
• 2.2.2.1. Một số đặc điểm và tính năng của giao thức COAP
• 2.2.3. Giao thức AMQP
• 2.2.3.1. Một số đặc điểm và tính năng của giao thức AMQP
• 2.2.4. Giao thức DSS
• 2.2.4.1. Một số đặc điểm và tính năng của giao thức DSS
• 2.2.5. Giao thức XMPP
• 2.2.5.1. Một số đặc điểm và tính năng của giao thức XMPP
• 2.3. CÔNG NGHỆ WIFI
• 2.3.1. Công nghệ truyền nhận dữ liệu
• 2.3.2. Thành phần của mạng Wifi
• 2.3.3. Cấu trúc liên kết
• 2.3.4. Cách thức hoạt động
• 2.3.5. Giao tiếp trong Wifi
• 2.3.6. Ưu nhược điểm
• 2.3.7. So sánh WiFi với một số công nghệ không dây khác
• 2.3.8. Một số đặc điểm của Home Assistant
• 2.3.9. Tính năng của Home Assistant
• 2.4. CẢM BIẾN KHÔNG DÂY
• 2.4.1. Giới thiệu chip Wifi ESP32
• 2.4.2. Tổng quan ESP32
• 2.4.3. Đặc điểm ESP32
• 2.4.4. Sơ đồ chân của module ESP32-WOOM-32
• 2.4.5. Chức năng tích hợp trong ESP32
• 2.4.6. Thiết bị ngoại vi và cảm biến của ESP32
• 2.4.7. Đặc tính về điện
• 2.4.8. Sơ đồ nguyên lý module ESP32-WOOM-32
• 2.4.9. Cảm biến DTH11
• 2.4.9.1. Giới thiệu cảm biến DTH11
• 2.4.9.2. Nguyên lý hoạt động
• 3. CHƯƠNG 3: THỰC NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ
• 3.1. MÔ TẢ THỰC NGHIỆM
• 3.1.1. Mô tả yêu cầu hệ thống
• 3.1.2. Lưu đồ giải thuật mạch điều khiển
• 3.1.3. Lưu đồ giải thuật Web Server
• 3.1.4. Phần mềm lập trình (Visual Studio Code)
• 3.2. TIẾN HÀNH THỰC NGHIỆM
• 3.2.1. Thực hiện kiểm tra trao đổi dữ liệu giữa publish và subscribe
• 3.2.2. Thực hiện đo nhiệt độ, độ ẩm gửi lên MQTT Broker
• 3.2.3. Đánh giá kết quả mô phỏng
• 3.3. KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM
• 3.3.1. Điều khiển và giám sát thiết bị cảm biến qua Web Server
• 3.4. NHẬN XÉT VÀ ĐÁNH GIÁ
• 4. KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN
• 4.1. Hướng phát triển
• DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO

I. Tổng quan về giao tiếp cảm biến và ứng dụng IoT

Nghiên cứu về giao tiếp cảm biến và ứng dụng IoT trong giám sát thiết bị điện đang trở thành một xu hướng quan trọng trong thời đại công nghệ 4.0. IoT cho phép các thiết bị kết nối và giao tiếp với nhau, tạo ra một hệ thống thông minh giúp quản lý và giám sát hiệu quả hơn. Việc áp dụng công nghệ này không chỉ giúp tiết kiệm thời gian mà còn nâng cao hiệu suất làm việc trong nhiều lĩnh vực, đặc biệt là trong giáo dục và quản lý cơ sở vật chất.

1.1. Ứng dụng của IoT trong giám sát thiết bị điện

Ứng dụng IoT trong giám sát thiết bị điện giúp theo dõi tình trạng hoạt động của các thiết bị như đèn, quạt, và máy chiếu. Hệ thống này cho phép người dùng kiểm soát từ xa, tiết kiệm năng lượng và nâng cao hiệu quả sử dụng.

1.2. Lợi ích của giao tiếp cảm biến thông minh

Giao tiếp giữa các cảm biến thông minh giúp thu thập dữ liệu chính xác và nhanh chóng. Điều này không chỉ cải thiện khả năng giám sát mà còn hỗ trợ trong việc ra quyết định kịp thời, từ đó nâng cao hiệu quả quản lý.

II. Vấn đề và thách thức trong giám sát thiết bị điện

Mặc dù IoT mang lại nhiều lợi ích, nhưng vẫn tồn tại một số thách thức trong việc triển khai và sử dụng. Các vấn đề như độ tin cậy của kết nối, bảo mật dữ liệu và khả năng tương thích giữa các thiết bị cần được giải quyết để đảm bảo hiệu quả của hệ thống.

2.1. Độ tin cậy của kết nối trong IoT

Độ tin cậy của kết nối là yếu tố quan trọng trong việc đảm bảo hoạt động liên tục của hệ thống IoT. Các thiết bị cần có khả năng duy trì kết nối ổn định để truyền tải dữ liệu một cách hiệu quả.

2.2. Bảo mật dữ liệu trong hệ thống IoT

Bảo mật dữ liệu là một thách thức lớn trong giao tiếp cảm biến. Việc bảo vệ thông tin nhạy cảm khỏi các cuộc tấn công mạng là cần thiết để đảm bảo an toàn cho người dùng và thiết bị.

III. Phương pháp giao tiếp giữa các cảm biến trong IoT

Có nhiều phương pháp giao tiếp giữa các cảm biến trong hệ thống IoT. Các giao thức như MQTT, CoAP và HTTP được sử dụng phổ biến để truyền tải dữ liệu giữa các thiết bị. Mỗi phương pháp có những ưu điểm và nhược điểm riêng, phù hợp với từng ứng dụng cụ thể.

3.1. Giao thức MQTT trong IoT

Giao thức MQTT là một trong những giao thức nhẹ nhất, phù hợp cho các ứng dụng IoT. Nó cho phép truyền tải dữ liệu nhanh chóng và hiệu quả, đặc biệt trong môi trường có băng thông hạn chế.

3.2. Giao thức CoAP và ứng dụng của nó

CoAP là giao thức được thiết kế cho các thiết bị nhúng, cho phép giao tiếp hiệu quả trong các mạng cảm biến. Nó hỗ trợ các tính năng như multicast và giảm thiểu độ trễ trong việc truyền tải dữ liệu.

IV. Ứng dụng thực tiễn của IoT trong giám sát thiết bị điện

Việc ứng dụng IoT trong giám sát thiết bị điện đã được triển khai thành công trong nhiều lĩnh vực. Các mô hình giám sát thông minh giúp cải thiện hiệu quả quản lý và tiết kiệm chi phí vận hành. Các trường học, văn phòng và nhà máy đều có thể hưởng lợi từ công nghệ này.

4.1. Mô hình giám sát thiết bị điện trong trường học

Mô hình giám sát thiết bị điện trong trường học cho phép quản lý hiệu quả các thiết bị như đèn và quạt. Hệ thống này giúp tiết kiệm năng lượng và nâng cao trải nghiệm học tập cho học sinh.

4.2. Kết quả nghiên cứu về hiệu quả của IoT

Nghiên cứu cho thấy việc áp dụng IoT trong giám sát thiết bị điện đã giúp giảm thiểu chi phí vận hành và nâng cao hiệu suất làm việc. Các trường hợp thực tế cho thấy sự cải thiện rõ rệt trong quản lý thiết bị.

V. Kết luận và tương lai của giao tiếp cảm biến trong IoT

Giao tiếp cảm biến và ứng dụng IoT trong giám sát thiết bị điện đang mở ra nhiều cơ hội mới. Tương lai của công nghệ này hứa hẹn sẽ mang lại nhiều cải tiến trong quản lý và điều khiển thiết bị, giúp nâng cao chất lượng cuộc sống.

5.1. Xu hướng phát triển của IoT trong tương lai

Xu hướng phát triển của IoT trong tương lai sẽ tập trung vào việc cải thiện khả năng kết nối và bảo mật. Các công nghệ mới sẽ được phát triển để đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của người dùng.

5.2. Tác động của IoT đến cuộc sống hàng ngày

Sự phát triển của IoT sẽ có tác động lớn đến cuộc sống hàng ngày, từ việc quản lý thiết bị điện đến việc cải thiện trải nghiệm người dùng. Công nghệ này sẽ tiếp tục thay đổi cách thức con người tương tác với thế giới xung quanh.