ĐẶT VẤN ĐỀ Với sự phát triển của khoa học kỹ thuật, công nghệ thông tin ngày càng diễn ra nhanh chóng, kéo theo xu hướng phát triển mới ở tất cả các quốc gia, trong đó có Việt Nam. Đó là các lĩnh vực ứng dụng công nghệ 4.0 vào trong các lĩnh vực công nghiệp cũng như trong đời sống. Đồng thời, sự phổ biến của Internet và các thiết bị di động thông minh đã tạo nên khái niệm mới là IoT (Internet of Things – Internet vạn vật), do đó vấn đề ứng dụng các thành tựu này vào việc điều khiển các thiết bị điện trở nên tất yếu, giúp các thiết bị trở nên thông minh và tính tự động hóa cao, kèm theo đó việc điều khiển của người dùng trở nên dễ dàng hơn. Xuất phát từ thực tế này, chúng tôi đã nghiên cứu và lựa chọn đề tài: “Thiết kế hệ thống điều khiển và giám sát nồng độ khí ở môi trường thông qua Webserver sử dụng board Arduino và Esp8266” để bước đầu tiếp cận được công nghệ trong thời đại 4.
Hệ thống sử dụng tài nguyên của Arduino và Esp8266 được thiết kế chuyên cho các ứng dụng IoT (Internet of Things) với công suất nhỏ. Với hệ thống này thì việc giám sát thiết bị trở nên rất dễ dàng, khi mà thông số thời gian hoạt động, cũng như 3 trạng thái của thiết bị sẽ được đưa lên website để người dùng có thể tương tác một cách trực quan về hệ thống.TỔNG QUAN VỀ MẠNG INTERNET 2.1 Giới thiệu Internet là một hệ thống thông tin toàn cầu có thể được truy cập công cộng gồm các mạng máy tính được liên kết với nhau. Hệ thống này truyền thông tin theo kiểu nối chuyển gói dữ liệu (packet switching) dựa trên một giao thức liên mạng đã được chuẩn hóa (giao thức IP). Hệ thống này bao gồm hàng ngàn mạng máy tính nhỏ hơn của các doanh nghiệp, của các viện nghiên cứu và các trường đại học, của người dùng cá nhân, và các chính phủ trên toàn cầu.
Chúng cung cấp một khối lượng thông tin và dịch vụ khổng lồ trên internet. Mạng Internet mang lại rất nhiều tiện ích hữu dụng cho người sử dụng, một trong các tiện ích phổ thông của Internet là hệ thống thư điện tử (email), trò chuyện trực tuyến (chat), máy truy tìm dữ liệu (search engine), các dịch vụ thương mãi và chuyển ngân, và các dịch vụ về y tế giáo dục như là chữa bệnh từ xa hoặc tổ chức các lớp học ảo. Nguồn thông tin khổng lồ kèm theo các dịch vụ tương ứng chính là hệ thống các trang Web liên kết với nhau và các tài liệu khác trong www (World Wide Web). Internet là một tập hợp các mạng máy tính kết nối với nhau bằng dây đồng, cáp quang, v.; còn www hay Web là một tập hợp các tài liệu liên kết với nhau bằng các siêu liên kết (hyperlink) và các địa chỉ URL, và nó có thể được truy nhập bằng cách sử dụng Internet.2 Hoạt động của mạng Internet Các Giao Thức (Protocols): là tập các luật mà các máy tính phải tuân theo khi giao tiếp trên Internet.
4 Tranmission Control Protocol (TCP): thiết lập kết nối giữa hai máy tính để truyền tải dữ liệu, chia dữ liệu thành những gói nhỏ và đảm bảo việc truyền nhận dữ liệu. TCP là giao thức hướng kết nối (connection-oriented protocol). User Datagram Protocol (UDP): thiết lập kết nối nhanh nhưng không chắc chắn giữa các máy tính để truyền tải dữ liệu, cung cấp ít dịch vụ đểkhắc phục lỗi. Internet Protocol (IP): điều chỉnh đường đi của những gói dữ liệu đường truyền nhận trên Internet.
TCP là giao thức phi kết nối (connectionless protocol). HTTP: cho phép trao đổi thông tin trên Internet. FTP: cho phép truyền nhận file trên Internet. SMTP: cho phép gửi thư điện tử trên Internet.
POP3: cho phép nhận thư điện tử trên Internet. TCP/IP được dùng làm giao thức chuẩn khi giao tiếp trên Internet vì nó độc lập với nền của hệ thống (platform independent) và không có tổ chức nào có quyền sở hữu giao thức này. Địa Chỉ IP (IP Adress). Internet là một mạng kết nối rộng lớn giữa các máy tính.
Để xác định một máy tính trên mạng này, người ta dùng một con số gọi là địa chỉ IP. Địa chỉ IP gồm một tập 4 số nhỏ hơn 255 và được ngăn cách bởi các dấu ‘.1 Hệ Thống Tên Miền (DNS- Domain Name System): mỗi máy tính trên mạng Internet được xác định bằng địa chỉ IP, nhưng con số này rất khó nhớ. Để khắc phục nhược điểm này, người ta dùng hệ thống tên miền để đặt tên cho máy tính. Ví dụ: tên miền www.com ứng với địa chỉ IP 216.3 Giao thức TCP/IP TCP/IP là bộ giao thức cho phép kết nối các hệ thống mạng không đồng nhất với nhau.
TCP/IP là viết tắt của Transmission Control Protocol (Giao thức Điều khiển Truyền thông)/Internet Protocol (Giao thức Internet). Ngày nay TCP/IP được sử dụng rộng rãi trong c ác mạng cục bộ cũng như trên mạng Internet toàn cầu. TCP/IP 5 không chỉ gồm 2 giao thức mà thực tế nó là tập hợp của nhiều giao thức. Chúng ta gọi đó là 1 hệ giao thức hay bộ giao thức (Suite Of Protocols).
TCP/IP được xem là giản lược của mô hình tham chiếu OSI với bốn tầng, trong mô hình này là (theo thứ tự từ trên xuống): + Tầng ứng dụng (Application Layer) + Tầng giao vận (Transport Layer) +Tầng mạng (Internet Layer) + Tầng liên mạng (Network Interface Layer) Hình 1: Mô hình TCP/IP Tần liên mạng (Network Interface Layer): Tầng liên mạng có trách nhiệm đưa dữ liệu tới và nhận dữ liệu từ phương tiện truyền dẫn. Tầng này bao gồm các thiết bị giao tiếp mạng (Card Mạng và Cáp Mạng) và chương trình cung cấp các thông tin cần thiết để có thể hoạt động, truy nhập đường truyền vật lý qua thiết bị giao tiếp mạng đó. Tầng mạng (Internet Layer): nằm trên tầng liên mạng, tầng này có chức năng gán địa chỉ, đóng gói và định tuyến (Route) dữ liệu. Bốn giao thức quan trọng nhất trong tầng này gồm: 6 • IP (Internet Protocol): Có chức năng gán địa chỉ cho dữ liệu trước khi truyền và định tuyến chúng tới đích.
• ICMP (Internet Control Message Protocol): Có chức năng thông báo lỗi trong trường hợp truyền dữ liệu bị hỏng. Tầng giao vận (Transport Layer): Có trách nhiệm thiết lập phiên truyền thông giữa các máy tính và quy định cách truyền dữ liệu 2 giao thức chính trong tầng này gồm có hai giao thức chính: TCP (Transmission Control Protocol) và UDP (User Datagram Protocol). • TCP cung cấp các kênh truyền thông hướng kết nối và đảm bảo truyền dữ liệu một cách tin cậy, nó cung cấp một luồng dữ liệu tin cậy giữa hai trạm, nó sử dụng các cơ chế như chia nhỏ các gói tin của tầng trên thành các gói tin có kích thước thích hợp cho tầng mạng bên dưới, báo nhận gói tin, đặt hạn chế thời gian time-out để đảm bảo bên nhận biết được các gói tin đã gửi đi. TCP thường truyền các gói tin có kích thước lớn và yêu cầu phía nhận xác nhận về các gói tin đã nhận.
Do tầng này đảm bảo tính tin cậy, tầng trên sẽ không cần quan tâm đến nữa. • UDP cung cấp một dịch vụ đơn giản hơn cho tầng ứng dụng. UDP cung cấp kênh truyền thông phi kết nối, nó chỉ gửi các gói dữ liệu từ trạm này tới trạm kia mà không đảm bảo các gói tin đến được tới đích. Các ứng dụng dùng UDP thường chỉ truyền những gói có kích thước nhỏ, độ tin cậy dữ liệu phụ thuộc vào từng ứng dụng.
Các cơ chế đảm bảo độ tin cậy cần được thực hiện bởi tầng trên. Tầng ứng dụng (Application Layer): Tầng ứng dụng là tầng trên cùng của mô hình TCP/IP bao gồm các tiến trình và các ứng dụng cung cấp cho người sử dụng để truy cập mạng. Một số giao thức thông dụng trong tầng này là: 7 • DHCP (Dynamic Host Configuration Protocol): Giao thức cấu hình trạm động. • DNS (Domain Name System): Hệ thống tên miền • SNMP (Simpe Network Management Protocol): Giao thức quản lý mạng đơn giản.
• FTP (File Transfer Protocol): Giao thức truyền tập tin • TFTP (Trivial File Transfer Protocol): Giao thức truyền tập tin bình thường. • SMTP (Simple Mail Transfer Protocol): Giao thức truyền thư đơn giản.4 Công nghệ Ethernet Ethernet ra đời mang lại một mạng truyền dữ liệu nối tiếp tốc độ cao, nó đã trở thành một chuẩn được chấp nhận khắp thế giới, và là giao thức thống trị các mạng LAN, hơn 85% kết nối mạng được cài đặt trên thế giới là Ethernet. Tốc độ truyền dữ liệu phổ biến nhất của Ethernet là 10 triệu bit/s (10 Mbps), mặc dù vậy, hầu hết các mạng hiện nay đang được nhanh chóng nâng cấp lên Fast Ethernet với tốc độ 100 Mbps. Ethernet thường gắn với hệ điều khiển công nghiệp qua một điều khiển độc lập kết nối với PC hay mạng bằng cáp Ethernet.
Chuẩn Ethernet 10Mbps đầu tiên được xuất bản năm 1980 bởi sự phối hợp phát triển của 3 hãng: DEC, Intel và Xerox. Chuẩn này có tên DIX Ethernet (lấy tên theo 3 chữ cái đầu của tên các hãng).3 của IEEE đã lấy DIX Ethernet làm nền tảng để phát triển.3 đầu tiên đã ra đời với tên IEEE 802.3 Carrier Sense Multiple Access with Collition Detection (CSMA/CD) Access Method vesus Physical Layer Specification. Mặc dù không sử dụng tên Ethernet nhưng hầu hết mọi người đều hiểu đó là chuẩn của công nghệ Ethernet. Ngày nay chuẩn IEEE 802.3 là chuẩn chính thức của Ethernet.
IEEE đã phát triển chuẩn Ethernet trên nhiều công nghệ truyền dẫn khác nhau vì thế có nhiều loại mạng Ethernet. Các chuẩn Ethernet đều hoạt động ở tầng Data Link trong mô hình 7 lớp OSI vì thế đơn vị dữ liệu mà các trạm trao đổi với nhau là các khung (frame). Cấu trúc khung Ethernet như sau: 8 Hình 2: Cấu trúc khung tin Ethernet Các trường quan trọng trong phần mào đầu sẽ được mô tả dưới đây: • Preamble: trường này đánh dấu sự xuất hiện của khung bit, nó luôn mang giá trị 10101010. Từ nhóm bit này, phía nhận có thể tạo ra xung đồng hồ 10 Mhz.
• SFD (start frame delimiter): trường này mới thực sự xác định sự bắt đầu của một khung. Nó luôn mang giá trị 10101011. • Các trường Destination và Source: mang địa chỉ vật lý của các trạm nhận và gửi khung, xác định khung được gửi từ đâu và sẽ được gửi tới đâu. • LEN: giá trị của trường nói lên độ lớn của phần dữ liệu mà khung mang theo.
• FCS mang CRC (cyclic redundancy checksum): phía gửi sẽ tính toán trường này trước khi truyền khung. Phía nhận tính toán lại CRC này theo cách tương tự. Nếu hai kết quả trùng nhau, khung được xem là nhận đúng, ngược lại khung coi như là lỗi và bị loại bỏ. WEB SERVER VÀ CƠ SỞ DỮ LIỆU 3.
