I. Giới thiệu về Thiết kế hệ thống nhà xưởng thông minh tại HCMUTE
Đồ án tốt nghiệp "Thiết kế hệ thống nhà xưởng thông minh" được thực hiện tại Bộ môn Điện Tử Công Nghiệp, Khoa Điện - Điện Tử, Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh (HCMUTE). Đề tài tập trung vào việc ứng dụng công nghệ IoT trong quản lý nhà xưởng, cụ thể là xây dựng một hệ thống giám sát và điều khiển từ xa thông qua cảm biến nhà xưởng, phần mềm quản lý nhà xưởng, và một web server. Mục tiêu chính là nâng cao hiệu quả nhà xưởng bằng cách tự động hóa quá trình giám sát và điều khiển, đồng thời tiết kiệm năng lượng nhà xưởng. Giải pháp nhà xưởng thông minh này được triển khai dựa trên nền tảng Raspberry Pi, kết hợp với các ngôn ngữ lập trình như Python, PHP, HTML, CSS, JavaScript và cơ sở dữ liệu MySQL. Ứng dụng công nghệ thông tin trong nhà xưởng là xu hướng tất yếu, mang lại nhiều lợi ích kinh tế và xã hội.
1.1. Mục tiêu và phạm vi nghiên cứu
Mục tiêu chính của đồ án là thiết kế và xây dựng một hệ thống nhà xưởng thông minh sử dụng Raspberry Pi làm trung tâm điều khiển. Hệ thống sẽ thu thập dữ liệu từ các cảm biến nhà xưởng như cảm biến nhiệt độ, độ ẩm, cảm biến khí gas, và cảm biến RFID. Dữ liệu này sẽ được xử lý và hiển thị trên một giao diện web, cho phép người dùng giám sát và điều khiển các thiết bị trong nhà xưởng từ xa. Phạm vi nghiên cứu bao gồm: thiết kế phần cứng, lập trình phần mềm điều khiển, xây dựng cơ sở dữ liệu, và thiết kế giao diện web. Hệ thống hướng đến tự động hóa nhà xưởng, giúp quản lý nhà xưởng hiệu quả hơn, tiết kiệm năng lượng nhà xưởng, và tăng cường an ninh nhà xưởng thông minh. Đề tài không đề cập đến việc tích hợp với các hệ thống quản lý sản xuất phức tạp khác. Thiết kế nhà xưởng hiện đại này cần được xem xét trong bối cảnh thực tiễn tại Việt Nam.
1.2. Phương pháp nghiên cứu
Đồ án áp dụng phương pháp nghiên cứu định tính và định lượng. Phần định tính tập trung vào việc tìm hiểu và nghiên cứu lý thuyết về công nghệ nhà xưởng thông minh, hệ thống tự động hóa nhà xưởng, IoT, Raspberry Pi, các ngôn ngữ lập trình (Python, PHP, HTML, CSS, JavaScript) và cơ sở dữ liệu MySQL. Phần định lượng tập trung vào việc thiết kế, xây dựng, và thử nghiệm hệ thống. Việc thiết kế hệ thống tự động hóa được thực hiện dựa trên các tiêu chí về hiệu quả, độ tin cậy, và khả năng mở rộng. Thiết kế nhà xưởng thông minh tại HCMUTE này cũng được đánh giá dựa trên các chỉ số hiệu suất như thời gian đáp ứng, độ chính xác của dữ liệu, và khả năng sử dụng của giao diện người dùng. Việc so sánh với các nhà xưởng truyền thống sẽ giúp đánh giá rõ hơn hiệu quả của hệ thống.
II. Cấu trúc hệ thống nhà xưởng thông minh
Hệ thống bao gồm ba thành phần chính: thành phần thu thập dữ liệu, thành phần xử lý dữ liệu, và thành phần hiển thị dữ liệu. Thành phần thu thập dữ liệu sử dụng các cảm biến nhà xưởng để thu thập thông tin về nhiệt độ, độ ẩm, khí gas, và sự hiện diện của con người. Thành phần xử lý dữ liệu là một Raspberry Pi chạy hệ điều hành Linux và các chương trình điều khiển viết bằng Python. Thành phần hiển thị dữ liệu là một trang web được xây dựng bằng PHP, HTML, CSS, và JavaScript, hiển thị dữ liệu từ các cảm biến và cho phép người dùng điều khiển các thiết bị từ xa. Hệ thống quản lý nhà xưởng này dựa trên cơ sở dữ liệu MySQL để lưu trữ và quản lý dữ liệu. Thiết kế hệ thống tự động hóa này đảm bảo sự hoạt động ổn định và hiệu quả của toàn bộ hệ thống.
2.1. Phần cứng
Phần cứng bao gồm Raspberry Pi B+, các cảm biến nhà xưởng (cảm biến nhiệt độ và độ ẩm DHT22, cảm biến khí gas MQ2, cảm biến RFID RC522), các mô-đun giao tiếp, và các thiết bị điều khiển (ví dụ: đèn, loa). Raspberry Pi đóng vai trò là trung tâm điều khiển, xử lý dữ liệu từ các cảm biến và gửi dữ liệu đến máy chủ. Các cảm biến nhà xưởng được lựa chọn dựa trên khả năng đáp ứng yêu cầu giám sát môi trường và an ninh trong nhà xưởng. Việc lựa chọn phần cứng phù hợp là yếu tố quan trọng đảm bảo hoạt động hiệu quả của hệ thống nhà xưởng thông minh. Thiết kế nhà xưởng thông minh này cần tối ưu hóa việc sử dụng nguồn năng lượng, giảm thiểu chi phí vận hành. Chi phí thiết kế nhà xưởng thông minh cần được cân nhắc kỹ lưỡng.
2.2. Phần mềm
Phần mềm bao gồm chương trình điều khiển trên Raspberry Pi (viết bằng Python), chương trình web server (viết bằng PHP, HTML, CSS, và JavaScript), và cơ sở dữ liệu MySQL. Chương trình trên Raspberry Pi chịu trách nhiệm thu thập dữ liệu từ các cảm biến nhà xưởng, xử lý dữ liệu, và gửi dữ liệu đến web server. Web server hiển thị dữ liệu trên giao diện web và cho phép người dùng điều khiển các thiết bị. Cơ sở dữ liệu MySQL lưu trữ dữ liệu thu thập được từ các cảm biến. Phần mềm quản lý nhà xưởng này được thiết kế thân thiện với người dùng, dễ dàng sử dụng và bảo trì. Thiết kế phần mềm cần đảm bảo tính bảo mật và an toàn dữ liệu. Phát triển phần mềm cần tuân thủ các tiêu chuẩn lập trình hiện đại.
III. Kết quả và đánh giá
Đồ án đã hoàn thành việc xây dựng một hệ thống nhà xưởng thông minh hoạt động ổn định. Hệ thống thu thập và hiển thị dữ liệu chính xác từ các cảm biến nhà xưởng. Giao diện web thân thiện và dễ sử dụng. Hệ thống cho thấy khả năng tự động hóa nhà xưởng hiệu quả, nâng cao hiệu quả nhà xưởng, và tiết kiệm năng lượng nhà xưởng. Tuy nhiên, một số hạn chế còn tồn tại như khả năng mở rộng hệ thống và khả năng xử lý lỗi. Thực trạng nhà xưởng thông minh tại Việt Nam cho thấy nhu cầu ứng dụng công nghệ cao đang ngày càng tăng.
3.1. Kết quả thực nghiệm
Các thử nghiệm cho thấy hệ thống hoạt động ổn định và chính xác. Dữ liệu từ các cảm biến nhà xưởng được thu thập và hiển thị trên giao diện web đúng như thiết kế. Người dùng có thể giám sát và điều khiển các thiết bị từ xa một cách dễ dàng. Hệ thống quản lý nhà xưởng này đáp ứng được yêu cầu đặt ra ban đầu. Giải pháp nhà xưởng thông minh này đã được chứng minh là khả thi và hiệu quả. Ứng dụng công nghệ thông tin trong nhà xưởng mang lại hiệu quả kinh tế rõ rệt. Kết quả này cũng cho thấy tiềm năng của thiết kế nhà xưởng hiện đại tại Việt Nam.
3.2. Hạn chế và hướng phát triển
Hệ thống hiện tại còn một số hạn chế. Khả năng mở rộng hệ thống còn chưa được tối ưu. Khả năng xử lý lỗi và tính bảo mật cần được cải thiện. Trong tương lai, hệ thống có thể được tích hợp với các hệ thống quản lý sản xuất khác, sử dụng các thuật toán trí tuệ nhân tạo để tối ưu hóa quá trình sản xuất, và nâng cấp phần cứng để tăng khả năng chịu tải. Thiết kế hệ thống nhà xưởng thông minh cần được nghiên cứu và phát triển thêm để đáp ứng yêu cầu ngày càng cao của ngành công nghiệp. Xu hướng nhà xưởng thông minh đang phát triển mạnh mẽ, đòi hỏi sự cập nhật liên tục về công nghệ.
