Khóa luận thiết kế thi công vòng tay phát hiện té ngã cho người cao tuổi - ĐH CNKT TP.HCM

Nghiên cứu thiết kế và thi công vòng tay phát hiện té ngã cho người cao tuổi sử dụng vi điều khiển ESP32, cảm biến MPU6050, định vị GPS và kết nối Firebase.

• Tác giả: Đỗ Nguyên Đạt
• Người hướng dẫn: PGS. Đỗ Duy Tân
• Trường học: Trường Đại học Công nghệ Kỹ thuật TP. HCM
• Chuyên ngành: CNKT Điện tử - Viễn thông
• Đề tài: Thiết kế và thi công vòng tay phát hiện té ngã cho người cao tuổi
• Loại tài liệu: Khóa luận tốt nghiệp
• Năm xuất bản: 2026
• Địa điểm: TP. Hồ Chí Minh

Tóm tắt

I. Tổng quan về vòng tay phát hiện té ngã cho người cao tuổi

Dự án nghiên cứu tại Đại học Công nghệ Kỹ thuật TP.HCM tập trung giải quyết rủi ro y tế cho người già. Hiện tượng ngã bất ngờ ở người lớn tuổi gây chấn thương nghiêm trọng. Thiết bị đeo thông minh đóng vai trò hỗ trợ giám sát liên tục. Đề tài khóa luận tốt nghiệp ngành Kỹ thuật Điện tử – Viễn thông đã chế tạo thành công mẫu vòng đeo tay chuyên dụng. Sản phẩm ứng dụng công nghệ vi cơ điện tử hiện đại. Cấu tạo chính bao gồm bộ vi điều khiển trung tâm, cảm biến quán tính, màn hình hiển thị và bộ thu phát di động. Hệ thống hoạt động theo nguyên lý đo lường gia tốc ba trục. Khi xảy ra va đập bất thường, thiết bị tự động phân tích ngưỡng chuyển động. Dữ liệu ngay lập tức được gửi lên đám mây thông qua kết nối mạng viễn thông. Cơ chế này giúp người giám sát nhận thông tin kịp thời. Quá trình sơ cứu nhờ đó được tiến hành nhanh chóng. Thiết bị có kích thước nhỏ gọn. Trọng lượng nhẹ tạo cảm giác thoải mái khi đeo cả ngày. Độ tin cậy cao đáp ứng tiêu chuẩn chăm sóc sức khỏe gia đình.

1.1. Bối cảnh nghiên cứu đề tài tại Khoa Điện Điện tử

Dân số thế giới đang bước vào giai đoạn già hóa nhanh chóng. Việt Nam cũng nằm trong xu hướng nhân khẩu học này. Người cao tuổi thường gặp khó khăn trong việc giữ thăng bằng vận động. Các bệnh lý tim mạch và xương khớp làm tăng nguy cơ té ngã. Sự cố ngã dẫn tới nguy cơ chấn thương sọ não hoặc gãy xương hông. Nhiều người lớn tuổi sống một mình không thể tự gọi cấp cứu khi gặp nạn. Khoa Điện - Điện tử thuộc Đại học Công nghệ Kỹ thuật TP.HCM đã đặt ra yêu cầu cấp thiết về một giải pháp kỹ thuật tự động. Khóa luận hướng đến việc ứng dụng công nghệ IoT vào thực tiễn y tế cá nhân. Nghiên cứu mang tính nhân văn sâu sắc và có giá trị thương mại hóa cao.

1.2. Mục tiêu kỹ thuật và tính cấp thiết của thiết bị

Mục tiêu cốt lõi của đề tài là xây dựng một thiết bị đeo tay ổn định. Hệ thống phải đảm bảo khả năng phát hiện ngã với độ nhạy cao. Thời gian phản hồi cảnh báo cần diễn ra tức thì trong vài giây. Thiết bị tích hợp module truyền thông di động để liên lạc không phụ thuộc mạng wifi cục bộ. Giao diện trực quan trên màn hình giúp người già dễ dàng theo dõi chỉ số. Nguồn điện tiêu thụ được tối ưu hóa để kéo dài thời lượng sử dụng pin. Khả năng phân biệt giữa hành vi sinh hoạt thường ngày và té ngã thật sự là một tiêu chí trọng tâm. Đề tài đáp ứng trọn vẹn yêu cầu bảo vệ người cao tuổi mọi lúc mọi nơi.

II. Vấn đề tai nạn và vòng tay phát hiện té ngã cho người cao tuổi

Hiện tượng té ngã ở người lớn tuổi để lại nhiều hệ lụy thể chất và tâm lý nặng nề. Sau sự cố, bệnh nhân thường mất khả năng vận động tự chủ trong thời gian dài. Nhiều trường hợp tử vong xảy ra do nạn nhân không được cấp cứu trong khung giờ vàng y tế. Các thiết bị hỗ trợ truyền thống như nút bấm khẩn cấp cố định trên tường bộc lộ nhiều điểm yếu. Nạn nhân ngất xỉu hoặc chấn thương cột sống không thể với tới nút bấm. Các loại camera giám sát gia đình cũng gặp rào cản lớn về quyền riêng tư cá nhân. Không gian phòng tắm hay phòng ngủ là nơi dễ xảy ra trượt ngã nhất nhưng khó lắp đặt camera. Do đó, thiết bị đeo tay di động trở thành phương án giải quyết tối ưu. Vòng tay luôn gắn liền với cơ thể trong mọi sinh hoạt thường nhật. Tuy nhiên, thách thức kỹ thuật lớn nhất nằm ở việc lọc bỏ cảnh báo giả. Các cử động đột ngột như vung tay, đập bàn hoặc ngồi phịch xuống ghế có thể gây nhầm lẫn cho cảm biến. Thuật toán nhận diện đòi hỏi độ chính xác cao để không gây phiền toái.

2.1. Hạn chế của các thiết bị cảnh báo ngã truyền thống

Nhiều thiết bị cảnh báo hiện nay phụ thuộc hoàn toàn vào kết nối mạng wifi gia đình. Khi người lớn tuổi rời khỏi phạm vi phát sóng, hệ thống mất liên lạc. Các vòng đeo tay nhập khẩu thương mại thường có giá thành rất đắt đỏ. Giao diện phần mềm của chúng phức tạp, gây trở ngại cho người cao tuổi sử dụng. Một số sản phẩm chỉ kích hoạt chuông âm thanh tại chỗ mà không thể gọi điện ra bên ngoài. Nếu người nhà vắng mặt, tiếng chuông không mang lại hiệu quả cứu hộ. Hơn nữa, kích thước thiết bị cồng kềnh tạo cảm giác vướng víu. Người dùng thường xuyên tháo vòng tay ra và quên đeo lại. Những yếu điểm này thúc đẩy sự ra đời của một giải pháp tối ưu hơn.

2.2. Khó khăn trong nhận diện động học khi té ngã

Cổ tay là bộ phận có biên độ cử động tự do rất lớn. Các hoạt động thường ngày như vẫy tay, nấu ăn, quét nhà tạo ra xung lực gia tốc liên tục. Cảm biến rất dễ nhầm lẫn các dao động này với sự cố té ngã thực tế. Một cú ngã thật sự thường trải qua ba giai đoạn động học riêng biệt. Giai đoạn thứ nhất là sự rơi tự do với gia tốc giảm mạnh đột ngột. Giai đoạn thứ hai là va chạm mạnh với mặt sàn tạo ra đỉnh xung lực cao. Giai đoạn cuối cùng là trạng thái bất động kéo dài của cơ thể nạn nhân. Nếu thuật toán chỉ xét một ngưỡng gia tốc đơn thuần, tỷ lệ báo động giả sẽ rất cao. Việc kết hợp phân tích chuỗi thời gian là điều kiện bắt buộc.

III. Thiết kế vòng tay phát hiện té ngã cho người cao tuổi tại ĐH CNKT

Nhóm nghiên cứu tại ĐH CNKT TP.HCM đã đề xuất mô hình phần cứng và phần mềm đồng bộ. Thiết bị sử dụng module vi điều khiển trung tâm mạnh mẽ với khả năng tính toán nhanh. Cảm biến gia tốc và con quay hồi chuyển thu thập liên tục vector gia tốc trọng trường. Khi phát hiện dấu hiệu ngã, bộ xử lý đối soát giá trị biến thiên với ngưỡng cài đặt. Module SIM 4G A7680C đảm nhận nhiệm vụ truyền thông khẩn cấp. Linh kiện này hỗ trợ kết nối mạng băng thông rộng và chức năng gọi điện trực tiếp. Màn hình OLED kích thước 0.96 inch hiển thị trạng thái pin và kết nối. Nền tảng Firebase Realtime Database được tích hợp làm máy chủ trung gian. Dữ liệu trạng thái người dùng đồng bộ tức thì lên đám mây. Kiến trúc cơ sở dữ liệu khóa - giá trị giúp truy xuất thông tin cực nhanh. Khi có sự cố, hệ thống thực hiện hai luồng xử lý song song. Thiết bị gọi điện ngay cho số điện thoại người thân. Đồng thời, thông báo đẩy được gửi đến ứng dụng di động của người giám sát.

3.1. Cấu hình phần cứng với module SIM 4G và màn hình OLED

Module SIM 4G A7680C là thành phần phần cứng then chốt trong thiết kế. Linh kiện này hỗ trợ kết nối mạng di động LTE tốc độ cao. Các chân giao tiếp UART, chân cấp nguồn và khe cắm thẻ SIM được đấu nối tối ưu. Module đảm bảo tín hiệu gọi khẩn cấp thông suốt ngay cả khi không có mạng wifi. Song song đó, màn hình OLED kích thước 0.96 inch trang bị độ phân giải 128x64 pixel. Công nghệ diode phát quang hữu cơ cho phép từng điểm ảnh tự phát sáng độc lập. Màn hình mang lại góc nhìn rộng và độ tương phản rất sắc nét. Mức tiêu thụ điện năng cực thấp giúp tiết kiệm tối đa dung lượng pin. Giao diện chuẩn I2C với 4 chân cắm giúp tiết kiệm không gian mạch.

3.2. Quản lý đồng bộ dữ liệu với Firebase Realtime Database

Nền tảng Firebase đóng vai trò máy chủ đám mây xử lý thông tin thời gian thực. Hệ thống sử dụng dịch vụ Firebase Realtime Database để lưu trữ dữ liệu dạng khóa - giá trị. Mỗi đối tượng người dùng sở hữu nhánh dữ liệu duy nhất tránh trùng lặp. Khi vòng tay ghi nhận gia tốc bất thường, trạng thái được cập nhật tức thì lên hệ thống. Nền tảng tự động kích hoạt sự kiện truyền tin đến ứng dụng điện thoại. Độ trễ truyền tải dữ liệu chỉ tính bằng mili giây. Bên cạnh đó, dịch vụ Firebase Storage hỗ trợ lưu trữ các nhật ký vận hành dài hạn. Quá trình trao đổi dữ liệu luôn được mã hóa bảo mật. Người thân có thể tra cứu lịch sử chuyển động để theo dõi tiến trình hồi phục của bệnh nhân.

IV. Đánh giá vòng tay phát hiện té ngã cho người cao tuổi tương lai

Khóa luận tốt nghiệp của sinh viên Khoa Điện - Điện tử đã chứng minh tính khả thi cao của thiết bị. Vòng tay hoạt động ổn định trong các điều kiện thực nghiệm mô phỏng. Tốc độ nhận diện va chạm diễn ra nhanh chóng và độ chính xác đạt kết quả ấn tượng. Khả năng tích hợp module SIM 4G và Firebase tạo nên chu trình cảnh báo liên tục, khép kín. Người cao tuổi có thể sinh hoạt độc lập mà không cảm thấy lo lắng khi ở nhà một mình. Giá thành linh kiện chế tạo rẻ hơn đáng kể so với các sản phẩm thương mại nhập khẩu. Thiết kế mở cho phép dễ dàng nâng cấp các tính năng đo sinh hiệu khác trong tương lai. Có thể bổ sung cảm biến nhịp tim, nồng độ oxy trong máu hoặc định vị GPS vệ tinh. Sự thành công của đề tài khẳng định năng lực ứng dụng thực tiễn của sinh viên trường kỹ thuật. Sản phẩm hứa hẹn trở thành công cụ hỗ trợ đắc lực cho các trung tâm dưỡng lão và bệnh viện.

4.1. Hiệu quả thực nghiệm và độ chính xác của hệ thống

Kết quả thử nghiệm thực tế cho thấy hệ thống đáp ứng tốt các tình huống té ngã giả lập. Tỷ lệ phát hiện chính xác đạt mức cao khi đối chiếu với dữ liệu ghi nhận trên Firebase. Thiết bị nhận diện tốt các trường hợp ngã về phía trước, ngã ngửa ra sau và ngã nghiêng sang hai bên. Thời gian gửi tín hiệu cảnh báo từ vòng tay đến điện thoại chỉ mất vài giây. Nhờ đó, người nhà có thể nắm bắt sự cố gần như ngay lập tức. Khả năng lọc nhiễu chuyển động hàng ngày cũng thể hiện hiệu quả ổn định. Các hành động đi bộ, leo cầu thang hay vẫy tay không kích hoạt chuông báo động sai. Thiết bị chứng minh độ tin cậy vượt trội trong môi trường sinh hoạt thực tế.

4.2. Tiềm năng ứng dụng và hướng hoàn thiện sản phẩm

Vòng tay phát hiện té ngã mở ra tiềm năng lớn trong hệ sinh thái y tế số. Thiết bị phù hợp triển khai tại các viện dưỡng lão, bệnh viện phục hồi chức năng và hộ gia đình. Trong tương lai, mô hình có thể thu nhỏ kích thước bảng mạch bằng công nghệ gắn bề mặt SMD. Dung lượng pin cần được cải thiện để kéo dài thời gian hoạt động qua nhiều tuần. Việc tích hợp thêm thuật toán trí tuệ nhân tạo biên (Edge AI) sẽ giúp phân tích dữ liệu chuyển động chuyên sâu hơn. Hệ thống có thể học thói quen vận động của từng người dùng để cá nhân hóa ngưỡng cảnh báo. Giải pháp góp phần nâng cao chất lượng sống và bảo đảm an toàn cho người cao tuổi.

Nội dung chính

Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Sức khỏe của người cao tuổi là một vấn đề y tế và xã hội quan trọng. Cùng với quá trình lão hóa, chức năng vận động, khả năng giữ thăng bằng, phản xạ thần kinh và thị lực của người lớn tuổi đều suy giảm rõ rệt, dẫn đến nguy cơ té ngã gia tăng. Té ngã là nguyên nhân hàng đầu gây ra các chấn thương nghiêm trọng như gãy xương và chấn thương sọ não. Không chỉ gây tổn thương thể chất, các sự cố té ngã còn để lại hệ quả tâm lý nặng nề, khiến người cao tuổi hình thành tâm lý sợ hãi khi di chuyển, làm suy giảm chất lượng cuộc sống và gia tăng gánh nặng chăm sóc đối với gia đình cũng như xã hội.

Theo số liệu thống kê từ Bộ Y tế Việt Nam được trích dẫn trong văn bản, té ngã là một trong những nguyên nhân gây chấn thương nặng phổ biến ở người cao tuổi. Trung bình mỗi năm, cứ 10 người từ 60 tuổi trở lên thì có 3 người bị té ngã ít nhất một lần; độ tuổi càng cao thì nguy cơ té ngã càng lớn. Tại Việt Nam, mỗi năm ghi nhận hàng triệu trường hợp người cao tuổi bị té ngã, trong đó nhiều ca chấn thương nặng phải nhập viện điều trị.

Trong bối cảnh công nghệ phát triển, Internet vạn vật (IoT) và các thiết bị đeo thông minh (wearable devices) ngày càng được ứng dụng rộng rãi trong giám sát sức khỏe từ xa. Mặc dù các thiết bị đeo đã bước đầu chứng minh được tính hiệu quả, song các giải pháp phần cứng chuyên biệt dành riêng cho việc phát hiện và cảnh báo té ngã tại Việt Nam vẫn còn hạn chế. Nhiều công trình quốc tế và trong nước đã nghiên cứu việc kết hợp cảm biến gia tốc và con quay hồi chuyển để phân biệt giữa té ngã và sinh hoạt thường nhật (như nghiên cứu của Li và cộng sự, nghiên cứu ứng dụng mạng LSTM của Trần Công Án và cộng sự, hay các triển khai của Prajwal và cộng sự). Từ yêu cầu thực tiễn đó, khóa luận thực hiện đề tài "Thiết kế và thi công vòng tay phát hiện té ngã cho người cao tuổi".

Mục tiêu nghiên cứu của đề tài được xác định gồm 5 mục tiêu cụ thể:

1. Nghiên cứu tổng quan các phương pháp và công trình khoa học đã được công bố liên quan đến phát hiện té ngã cho người cao tuổi sử dụng cảm biến chuyển động.
2. Thiết kế và xây dựng hệ thống thiết bị phát hiện té ngã sử dụng module gia tốc và con quay hồi chuyển nhằm giám sát chuyển động của người cao tuổi trong sinh hoạt hằng ngày.
3. Thu thập, xử lý và phân tích dữ liệu chuyển động từ cảm biến để nhận diện và phân biệt các trạng thái hoạt động bình thường với sự kiện té ngã.
4. Xây dựng và triển khai thuật toán phát hiện té ngã phù hợp trên nền tảng phần cứng nhúng, đảm bảo độ chính xác và tính ổn định của hệ thống.
5. Thực hiện thí nghiệm, đánh giá và phân tích hiệu quả của hệ thống thông qua các chỉ tiêu như độ chính xác phát hiện, khả năng hoạt động liên tục và tính khả thi trong ứng dụng thực tế.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

• Đối tượng nghiên cứu: Hệ thống vòng tay thông minh tích hợp cảm biến đo chuyển động, vi điều khiển nhúng, module định vị GPS, module truyền thông di động và ứng dụng quản lý trên điện thoại di động nhằm phát hiện sự cố té ngã.
• Phạm vi không gian: Nghiên cứu, thiết kế phần cứng, chế tạo mạch in điện tử (PCB), xây dựng ứng dụng di động và thử nghiệm hệ thống tại Trường Đại học Công nghệ Kỹ thuật TP. HCM.
• Phạm vi thời gian: Đề tài thực hiện trong khóa học 2021 và hoàn thành báo cáo nghiệm thu vào tháng 01 năm 2026.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Khóa luận thiết lập nền tảng lý thuyết dựa trên các phân tích công nghệ đo lường chuyển động, giao thức truyền thông nhúng và nền tảng điện toán đám mây:

• Phân loại phương pháp phát hiện té ngã: Tác giả phân tích 3 nhóm giải pháp chính:

  1. Phương pháp dùng cảm biến môi trường (cảm biến hồng ngoại, âm thanh, rung chấn lắp cố định trong nhà): Bị hạn chế về phạm vi không gian, phụ thuộc góc lắp đặt và dễ gây báo động giả do nhiễu sinh hoạt.
  2. Phương pháp thị giác máy tính và xử lý ảnh (camera giám sát): Độ chính xác cao trong khu vực quan sát nhưng chi phí thiết bị lớn, yêu cầu tài nguyên tính toán mạnh và xâm phạm quyền riêng tư của người dùng.
  3. Phương pháp cảm biến chuyển động đeo trên người: Giải pháp tối ưu được lựa chọn cho đề tài do khả năng theo dõi liên tục trạng thái vận động, không phụ thuộc vào không gian phòng ốc, chi phí thấp và bảo đảm quyền riêng tư.

• Giao thức truyền thông phần cứng:

  • Giao thức UART (Universal Asynchronous Receiver/Transmitter): Chuẩn truyền thông nối tiếp bất đồng bộ, dùng để liên kết giữa vi điều khiển trung tâm với module GPS U-Blox NEO-M8N và module SIM 4G A7680C. Cấu trúc khung truyền gồm Start bit (mức thấp), chuỗi Data bits (7 hoặc 8 bit), Parity bit kiểm tra lỗi (tùy chọn) và Stop bit (mức cao).
  • Giao thức I2C (Inter-Integrated Circuit): Chuẩn truyền thông nối tiếp đồng bộ 2 dây (dây dữ liệu SDA và dây xung nhịp SCL) phát triển bởi Philips/NXP. Hệ thống sử dụng điện trở kéo lên 4,7 kΩ nối lên nguồn VCC để duy trì mức logic. Giao thức hỗ trợ định địa chỉ 7-bit (quản lý tối đa 128 thiết bị ngoại vi) và tích hợp cơ chế phân xử tranh chấp bus (arbitration) khi có nhiều master. I2C được dùng để giao tiếp với cảm biến MPU6050 và màn hình hiển thị OLED.

• Nền tảng cơ sở dữ liệu và phần mềm:

  • Google Firebase: Nền tảng dịch vụ đám mây cung cấp Firebase Realtime Database (quản lý và đồng bộ dữ liệu thời gian thực theo mô hình cặp khóa – giá trị phân cấp không trùng lặp), Firebase Storage (lưu trữ tệp đa phương tiện, hình ảnh lịch sử té ngã) và Firebase Authentication (xác thực người dùng qua OTP, Google, Facebook, GitHub).
  • Môi trường phát triển: Arduino IDE biên dịch và nạp mã nguồn C/C++ cho vi điều khiển ESP32; Android Studio xây dựng giao diện ứng dụng di động trên nền tảng Android theo chuẩn thiết kế Material Design, quản lý thư viện thông qua Gradle.

• Phương pháp nghiên cứu và nguồn dữ liệu:

  • Phương pháp phân tích - tổng hợp lý thuyết: Kế thừa các nghiên cứu trước đây về xử lý tín hiệu cảm biến quán tính và mô hình nhận diện chuyển động.
  • Phương pháp thiết kế kỹ thuật - thực nghiệm: Thiết kế sơ đồ nguyên lý, bố trí linh kiện, thiết kế mạch in PCB 2 mặt, thi công lắp ráp phần cứng vật lý và nạp mã nguồn nhúng.
  • Phương pháp khảo nghiệm thực tế: Tạo các tình huống vận động mô phỏng sinh hoạt đời thường và các tư thế té ngã thực nghiệm để đánh giá độ chính xác, phân tích các trường hợp kết quả theo Bảng 4.1 của khóa luận.
  • Nguồn dữ liệu: Dữ liệu gia tốc 3 trục (X, Y, Z) và vận tốc góc thu thập từ cảm biến MPU6050, dữ liệu định vị địa lý từ module GPS NEO-M8N, cùng dữ liệu vận hành đồng bộ trực tuyến trên máy chủ Firebase.

Thiết kế và triển khai

Hệ thống vòng tay phát hiện té ngã được thiết kế theo cấu trúc hệ thống nhúng IoT hoàn chỉnh, bao gồm 6 khối chức năng phần cứng phối hợp với hệ thống phần mềm di động và dịch vụ đám mây:

Khối chức năng	Linh kiện / Công nghệ	Vai trò kỹ thuật và thông số chính
Xử lý trung tâm	ESP32 Dev Board CH340 (USB-C)	Vi điều khiển Xtensa dual-core LX6 32-bit (xung nhịp tối đa 240 MHz), 520 KB SRAM, 448 KB ROM, 4 MB SPI Flash. Tích hợp Wi-Fi 802.11 b/g/n (2.4 GHz) và Bluetooth v4.2. Hỗ trợ các chế độ tiết kiệm năng lượng Light Sleep và Deep Sleep.
Cảm biến chuyển động	MPU 6050 GY-521	Cảm biến tích hợp gia tốc kế 3 trục (dải đo cấu hình ±2g đến ±16g) và con quay hồi chuyển 3 trục (±250°/s đến ±2000°/s). Sử dụng bộ chuyển đổi ADC 16-bit nội vi, tích hợp bộ xử lý chuyển động số DMP và bộ đệm FIFO 1024 byte, giao tiếp I2C tốc độ lên đến 400 kHz.
Định vị vệ tinh	U-Blox NEO-M8N	Module thu tín hiệu đa hệ vệ tinh (GPS, GLONASS, Galileo, BeiDou), tần số cập nhật dữ liệu 10 Hz. Tích hợp bộ nhớ EEPROM lưu cấu hình, pin dự phòng duy trì ephemeris/almanac, hỗ trợ giao tiếp UART/I2C/SPI và cổng anten ngoài SMA.
Truyền thông di động	Module SIM 4G A7680C	Module truyền thông hỗ trợ mạng 4G LTE Cat-1 (tự động chuyển đổi 3G/2G khi sóng yếu). Tích hợp giao thức TCP/IP, HTTP, điều khiển thông qua tập lệnh AT Command qua UART. Thực hiện gọi điện thoại và gửi tin nhắn SMS cảnh báo khẩn cấp.
Hiển thị & Cảnh báo	OLED 0.96 inch & Piezoelectric Buzzer	Màn hình OLED công nghệ diode phát quang hữu cơ độ phân giải 128x64 pixel, chuẩn giao tiếp I2C 4 chân. Còi buzzer phát âm thanh báo động tại chỗ khi phát hiện sự cố va chạm mạnh.
Khối nguồn	Pin Li-Po & Mạch hạ áp LM2596	Pin sạc Lithium Polymer cấp nguồn di động kết hợp mạch biến đổi hạ áp LM2596 cung cấp mức điện áp ổn định 5V và 3.3V cho toàn hệ thống.

Quy trình vận hành và triển khai phần mềm:

1. Thu thập và xử lý tín hiệu: Vi điều khiển ESP32 đọc dữ liệu gia tốc và góc quay từ MPU6050 qua bus I2C theo chu kỳ. Khi phát hiện các biến thiên gia tốc vượt ngưỡng bất thường đặc trưng cho sự cố rơi/va đập mạnh, vi điều khiển chuyển sang trạng thái cảnh báo.
2. Cảnh báo tại chỗ và định vị: Hệ thống kích hoạt còi buzzer phát âm thanh báo động, đồng thời cập nhật trạng thái cảnh báo lên màn hình OLED 0.96 inch. Song song đó, ESP32 trích xuất tọa độ kinh độ và vĩ độ hiện thời từ module GPS NEO-M8N qua giao tiếp UART.
3. Cảnh báo từ xa: Vi điều khiển phát tập lệnh AT Command sang module SIM 4G A7680C qua UART2 (chân GPIO16, GPIO17) để tự động quay số gọi điện và gửi tin nhắn SMS chứa tọa độ vị trí đến số điện thoại của người thân.
4. Đồng bộ ứng dụng Android: ESP32 kết nối mạng gửi dữ liệu sự cố lên Firebase Realtime Database. Ứng dụng di động lập trình bằng Android Studio nhận dữ liệu thời gian thực, kích hoạt màn hình cảnh báo khẩn cấp, hiển thị vị trí người đeo trên bản đồ Google Map và lưu vết vào mục lịch sử té ngã. Ứng dụng hỗ trợ đăng ký, đăng nhập xác thực bằng OTP, quản lý ID thiết bị và hồ sơ thông tin người dùng.

Chế tạo phần cứng: Nhóm nghiên cứu thực hiện vẽ sơ đồ nguyên lý, thiết kế mạch in PCB hai mặt, tiến hành gia công mạch in, hàn linh kiện và lắp ráp hoàn chỉnh thành thiết bị vòng tay đeo gọn gàng.

Nội dung chính theo từng chương

Báo cáo khóa luận được cấu trúc thành 5 chương chính với các nội dung trọng tâm như sau:

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN

Chương này thiết lập tính cấp thiết của đề tài thông qua thực trạng lão hóa dân số và số liệu thống kê y tế về nguy cơ chấn thương do té ngã ở người cao tuổi tại Việt Nam. Tác giả phân tích sự phát triển của công nghệ IoT trong theo dõi sức khỏe từ xa và khoảng trống trong các giải pháp cảnh báo té ngã chuyên dụng trong nước. Chương 1 xác định rõ mục tiêu tổng quát, 5 mục tiêu nghiên cứu cụ thể, 9 nội dung nghiên cứu kỹ thuật cần triển khai (từ tìm hiểu lý thuyết, chọn linh kiện, thiết kế mạch PCB, lập trình MPU6050, GPS, SIM 4G, OLED đến thử nghiệm thực tế) và bố cục tổng thể của báo cáo khóa luận.

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT

Chương 2 trình bày chi tiết toàn bộ cơ sở lý thuyết và công nghệ được sử dụng trong đề tài. Nội dung bao gồm:

• So sánh ưu nhược điểm của ba phương pháp phát hiện té ngã (cảm biến môi trường, thị giác máy tính và cảm biến đeo cơ thể).
• Kiến trúc và nguyên lý vận hành của hệ thống IoT gồm 3 thành phần chính: Thiết bị thông minh (Smart Devices), Giao diện người dùng (User Interface) và Ứng dụng IoT (IoT Applications).
• Nền tảng Google Firebase: Cơ chế đồng bộ dữ liệu thời gian thực của Firebase Realtime Database theo cấu trúc key-value phân cấp, kho lưu trữ Firebase Storage và dịch vụ xác thực Firebase Authentication.
• Các giao thức truyền thông công nghiệp trong hệ thống nhúng: Giao thức UART (cấu trúc bộ phát, bộ thu, bộ tạo tốc độ baud và định dạng khung truyền dữ liệu) và giao thức I2C (nguyên lý hai dây SDA/SCL, định địa chỉ slave 7-bit, điện trở kéo lên và cơ chế phân xử tranh chấp bus).
• Công cụ phần mềm phát triển: Môi trường Android Studio và hệ sinh thái lập trình Arduino IDE.
• Thông số kỹ thuật chi tiết của các linh kiện phần cứng: Bo mạch vi điều khiển ESP32 Dev Board CH340, module cảm biến quán tính 6 bậc tự do MPU6050 GY-521, module định vị vệ tinh GPS U-Blox NEO-M8N, module truyền thông di động SIM 4G A7680C, màn hình hiển thị OLED 0.96 inch, pin nguồn Li-Po và mạch hạ áp LM2596.

CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ VÀ XÂY DỰNG HỆ THỐNG

Chương 3 tập trung mô tả giải pháp kỹ thuật và thiết kế chi tiết:

• Xây dựng sơ đồ khối tổng thể hệ thống và xác định chức năng của từng khối (xử lý trung tâm, cảm biến chuyển động, định vị GPS, module SIM, khối hiển thị và khối nguồn).
• Thiết kế kết nối phần cứng và phân bổ chân GPIO của vi điều khiển ESP32 cho các thiết bị ngoại vi (kết nối I2C với MPU6050 và OLED tại GPIO21/GPIO22; kết nối UART2 với module SIM A7680C tại GPIO16/GPIO17).
• Xây dựng thuật toán và lưu đồ hoạt động của chương trình nhúng trên ESP32.
• Thiết kế kiến trúc phần mềm di động trên Android Studio, bao gồm lưu đồ giao diện người dùng và lưu đồ thuật toán nhận dữ liệu trực tuyến từ Firebase.

CHƯƠNG 4: THI CÔNG HỆ THỐNG

Chương 4 phản ánh quá trình chế tạo vật lý và kết quả thực nghiệm:

• Trình bày bản vẽ thiết kế mạch in PCB và quy trình gia công, hàn lắp linh kiện thực tế (minh chứng qua hình ảnh mặt trước và mặt sau của mạch phần cứng hoàn thiện).
• Hoàn thiện giao diện ứng dụng di động Android gồm các chức năng: Khởi động lần đầu, đăng ký/đăng nhập, xác thực và đổi mật khẩu qua mã OTP, cập nhật hồ sơ người dùng, nhập ID thiết bị, theo dõi vị trí trên bản đồ Google Map và hiển thị màn hình cảnh báo tình huống khẩn cấp.
• Cấu hình máy chủ Firebase phục vụ lưu trữ và đồng bộ hóa thời gian thực.
• Tiến hành thực nghiệm kiểm tra hệ thống theo các kịch bản chuyển động và té ngã; lập Bảng 4.1 so sánh kết quả các trường hợp thực nghiệm để đánh giá độ chính xác phát hiện, tính ổn định và mức độ hoàn thành so với mục tiêu đề ra.

CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN

Chương cuối tóm tắt toàn bộ các kết quả đạt được về mặt thiết kế phần cứng, lập trình điều khiển và ứng dụng giám sát. Đồng thời, tác giả chỉ ra các điểm còn tồn tại và đề xuất các định hướng nghiên cứu mở rộng trong tương lai nhằm hoàn thiện thiết bị.

Kết quả và đóng góp

Khóa luận đã đạt được các kết quả kỹ thuật cụ thể theo văn bản báo cáo:

• Chế tạo phần cứng hoàn chỉnh: Nhóm sinh viên đã tự thiết kế và gia công thành công bo mạch in PCB hai mặt, tích hợp đầy đủ vi điều khiển ESP32, cảm biến MPU6050, module định vị GPS U-Blox NEO-M8N, module truyền thông di động SIM 4G A7680C, mạch hạ áp LM2596, pin Li-Po, màn hình hiển thị OLED 0.96 inch và còi báo động buzzer. Mạch vận hành ổn định và đạt tính độc lập vật lý.
• Xây dựng hệ thống cảnh báo đa kênh: Thiết bị triển khai thành công cơ chế cảnh báo kết hợp:
  • Cảnh báo âm thanh tại chỗ thông qua còi buzzer và hiển thị trực quan thông báo trên màn hình OLED.
  • Cảnh báo viễn thông diện rộng qua mạng 4G: Tự động thực hiện cuộc gọi khẩn cấp và gửi tin nhắn SMS chứa dữ liệu tọa độ định vị GPS đến người thân mà không cần phụ thuộc vào mạng Wi-Fi cố định.
• Phát triển ứng dụng di động và hệ thống cơ sở dữ liệu: Hoàn thiện ứng dụng Android kết nối với Firebase Realtime Database, cung cấp đầy đủ các giao diện: Xác thực tài khoản với mã OTP, quản trị hồ sơ người dùng, liên kết mã định danh (ID) thiết bị vòng tay, giám sát tọa độ trên nền tảng Google Map và quản lý lịch sử các lần té ngã.
• Đánh giá thực nghiệm: Khóa luận đã thực hiện kiểm nghiệm hệ thống trên các tình huống thực tế và tổng hợp trong Bảng 4.1 ("Kết quả so sánh các trường hợp thực nghiệm"), chứng minh khả năng phân biệt giữa các hoạt động thường ngày và biến cố té ngã của thuật toán nhúng. Báo cáo cam kết độ chính xác của hệ thống hoàn toàn trùng khớp với kết quả mô phỏng trên nền tảng phần mềm và Firebase với tỷ lệ trùng lặp văn bản dưới 30%.
• Đóng góp của đề tài: Đề tài cung cấp một mô hình thiết bị đeo IoT khép kín, tự chủ về thiết kế phần cứng và phần mềm tại Việt Nam. Bằng việc kết hợp đồng thời kết nối di động 4G LTE Cat-1 và nền tảng dữ liệu thời gian thực Firebase, giải pháp giải quyết được bài toán cảnh báo tức thời cho người cao tuổi ở mọi khu vực di chuyển ngoài trời lẫn trong nhà.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Dựa trên các phân tích và phạm vi nghiên cứu được nêu trong văn bản, đề tài còn một số điểm hạn chế và hướng mở:

• Hạn chế:

  • Kích thước thiết bị: Việc tích hợp nhiều module rời (ESP32, SIM 4G, GPS, OLED, pin Li-Po, mạch nguồn) trên mạch PCB khiến vòng tay còn tương đối lớn, cần tiếp tục tinh gọn để tối ưu hóa sự thoải mái cho người cao tuổi khi đeo lâu dài.
  • Năng lượng tiêu thụ: Mặc dù vi điều khiển ESP32 hỗ trợ chế độ Light Sleep và Deep Sleep, nhưng module SIM 4G A7680C và GPS NEO-M8N tiêu hao năng lượng đáng kể khi duy trì liên lạc và bắt sóng vệ tinh liên tục, tạo áp lực lên dung lượng pin Li-Po.
  • Nền tảng Firebase: Firebase không phải mã nguồn mở và khả năng truy vấn phức tạp còn giới hạn, phù hợp hơn với các ứng dụng quy mô vừa và nhỏ.

• Hướng nghiên cứu tiếp:

  • Tối ưu hóa kích thước mạch phần cứng: Thiết kế lại mạch in PCB theo dạng module tích hợp chuyên dụng hoặc linh kiện dán SMD bề mặt nhằm thu nhỏ kích thước vỏ vòng tay.
  • Nâng cao thuật toán phát hiện té ngã: Nghiên cứu tích hợp các mô hình học máy tiên tiến (như mạng nơ-ron hồi quy LSTM đã được đề cập ở phần tổng quan) trực tiếp lên phần cứng nhúng hoặc phân tích trên máy chủ đám mây để nâng cao độ chính xác, giảm thiểu triệt để tình trạng báo động giả.
  • Quản lý năng lượng thông minh: Tối ưu hóa các chu kỳ ngủ sâu của vi điều khiển và cơ chế kích hoạt module GPS/SIM theo sự kiện chuyển động để kéo dài thời lượng hoạt động của pin.

Giá trị tham khảo

Khóa luận là tài liệu tham khảo kỹ thuật hữu ích đối với:

• Sinh viên và học viên chuyên ngành Kỹ thuật Điện tử - Viễn thông, Kỹ thuật Máy tính, Hệ thống Nhúng và Mạng IoT: Tài liệu cung cấp quy trình hoàn chỉnh từ khâu thiết kế sơ đồ nguyên lý, bố trí chân GPIO của vi điều khiển ESP32, vẽ mạch in PCB, đến lập trình các chuẩn giao tiếp công nghiệp phổ biến (I2C, UART).
• Người làm đề tài nghiên cứu về thiết bị đeo y tế (wearable healthcare devices): Các phương pháp tích hợp cảm biến quán tính 6 trục MPU6050, module định vị GPS NEO-M8N và module viễn thông SIM 4G A7680C sử dụng tập lệnh AT Command là tài liệu hướng dẫn thực hành có giá trị áp dụng trực tiếp.
• Người phát triển ứng dụng di động kết nối phần cứng IoT: Cấu trúc liên kết giữa Android Studio, dịch vụ cơ sở dữ liệu Firebase Realtime Database và xác thực OTP cung cấp một khung tham chiếu tiêu chuẩn cho các hệ thống giám sát từ xa.

Câu hỏi thường gặp

1. Vi điều khiển trung tâm ESP32 giao tiếp với các module ngoại vi trong vòng tay thông qua những chuẩn giao tiếp nào?
ESP32 sử dụng hai chuẩn giao tiếp chính: Giao tiếp I2C qua hai chân SDA (GPIO21) và SCL (GPIO22) để truyền nhận dữ liệu với cảm biến gia tốc MPU6050 và màn hình hiển thị OLED 0.96 inch; giao tiếp nối tiếp UART2 thông qua chân TX2 (GPIO17) và RX2 (GPIO16) để gửi nhận dữ liệu và tập lệnh AT Command với module SIM 4G A7680C, đồng thời dùng UART để nhận dữ liệu tọa độ từ module GPS NEO-M8N.

2. Hệ thống thực hiện cảnh báo sự cố té ngã tới người thân bằng những phương thức nào?
Hệ thống sử dụng cơ chế cảnh báo kép: Tại chỗ, thiết bị phát âm thanh cảnh báo bằng còi buzzer và hiển thị thông báo trên màn hình OLED. Từ xa, module SIM 4G A7680C tự động quay số gọi điện và gửi tin nhắn SMS chứa tọa độ định vị GPS tới số điện thoại người thân; đồng thời dữ liệu cảnh báo được đẩy lên Firebase Realtime Database để kích hoạt thông báo khẩn cấp trên ứng dụng di động Android.

3. Cảm biến MPU6050 GY-521 được cấu hình với những thông số kỹ thuật nào để phục vụ việc phát hiện té ngã?
MPU6050 tích hợp gia tốc kế 3 trục (dải đo tùy chọn từ ±2g đến ±16g) và con quay hồi chuyển 3 trục (dải đo từ ±250°/s đến ±2000°/s), sử dụng bộ chuyển đổi ADC 16-bit cho cả ba trục X, Y, Z. Cảm biến tích hợp bộ xử lý chuyển động số DMP (Digital Motion Processor) và bộ đệm FIFO 1024 byte, giao tiếp với ESP32 qua giao thức I2C với tốc độ xung nhịp lên đến 400 kHz.

4. Nền tảng Google Firebase đóng vai trò gì trong kiến trúc phần mềm của đề tài?
Firebase đóng vai trò là hệ thống máy chủ trung gian không dùng server riêng (serverless backend). Firebase Realtime Database lưu trữ và đồng bộ hóa trạng thái thiết bị theo thời gian thực dưới dạng khóa - giá trị; Firebase Storage quản lý và lưu trữ dữ liệu đa phương tiện, hình ảnh lịch sử té ngã; Firebase Authentication đảm nhiệm việc định danh và xác thực quyền truy cập của người dùng qua mã OTP và các tài khoản xã hội.

5. Module định vị GPS U-Blox NEO-M8N có những ưu điểm kỹ thuật gì hỗ trợ định vị người cao tuổi?
Module NEO-M8N có khả năng thu đồng thời tín hiệu từ nhiều hệ thống vệ tinh định vị toàn cầu gồm GPS, GLONASS, Galileo và BeiDou, giúp tăng độ chính xác vị trí và rút ngắn thời gian chốt vị trí ban đầu (TTFF). Module có tần số cập nhật dữ liệu lên tới 10 Hz, tích hợp bộ nhớ EEPROM lưu cấu hình, pin dự phòng duy trì dữ liệu quỹ đạo vệ tinh và hỗ trợ gắn anten ngoài qua đầu nối SMA.

Kết luận

Khóa luận tốt nghiệp của nhóm tác giả Đỗ Nguyên Đạt và Nguyễn Thị Mỹ Hạnh đã hoàn thành việc thiết kế, chế tạo mạch in phần cứng và triển khai phần mềm cho thiết bị vòng tay phát hiện té ngã dành cho người cao tuổi. Hệ thống kết hợp hiệu quả vi điều khiển ESP32, cảm biến quán tính MPU6050, định vị GPS NEO-M8N, kết nối di động SIM 4G A7680C cùng ứng dụng Android và cơ sở dữ liệu thời gian thực Firebase. Kết quả nghiên cứu và thực nghiệm cung cấp một giải pháp kỹ thuật có tính ứng dụng thực tiễn cao, đáp ứng tốt yêu cầu giám sát an toàn và cảnh báo khẩn cấp cho người cao tuổi.

Trích đoạn nội dung tài liệu

đặt vấn đề, tính cấp thiết của đề tài, mục tiêu nghiên cứu, phạm vi thực hiện và bố cục của báo cáo. Chương này giúp định hướng cho toàn bộ nội dung và làm rõ lý do lựa chọn đề tài.  CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT: Trình bày các kiến thức nền tảng liên quan đến đề tài như nguyên lý hoạt động của cảm biến, module GPS, module SIM, vi điều khiển ESP32, cũng như các nghiên cứu trước đây có liên quan. Đây là cơ sở để nhóm tiến hành thiết kế và xây dựng hệ thống.

 CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ VÀ XÂY DỰNG HỆ THỐNG: Mô tả yêu cầu, sơ đồ khối tổng thể, nguyên lý hoạt động, thiết kế phần cứng và phần mềm của hệ thống. Đồng thời giải thích cách lựa chọn linh kiện, các khối chức năng và cơ chế phối hợp giữa các khối trong hệ thống.  CHƯƠNG 4: THI CÔNG HỆ THỐNG: Trình bày quá trình lắp ráp, thi công phần cứng, kết nối các module, nạp chương trình cho vi điều khiển, và xây dựng ứng dụng hỗ trợ (nếu có). Ngoài ra còn đề cập kết quả,kết luận thu được sau khi thi công và chạy thử nghiệm hệ thống cũng như đánh giá ưu điểm, hạn chế và mức độ ứng dụng thực tiễn của thiết bị.

 CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN: Tóm tắt lại những kết quả đã đạt được, rút ra kết luận từ quá trình nghiên cứu và thi công. Đồng thời, đề xuất những hướng cải tiến, phát triển mở rộng trong tương lai để thiết bị hoạt động hiệu quả hơn, phù hợp với nhu cầu thực tế. 5 CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2. TỔNG QUAN VỀ PHÁT HIỆN TÉ NGÃ Hiện nay, việc phát hiện té và ngã ở người độ tuổi 60 trở lên là một lĩnh vực đựic coi là quan trọng và đã có nhiều cách được đề xuất và ứng dụng.

Các hệ thống phát hiện té ngã thường được chia thành ba nhóm chính: Phương pháp sử dụng cảm biến môi trường .Phương pháp này dùng các cảm biến gắn cố định trong nhà như hồng ngoại, âm thanh hay chuyển động để phát hiện thay đổi bất thường trong môi trường và suy ra khả năng té ngã. Tuy nhiên, cách làm này chỉ theo dõi được trong khu vực lắp cảm biến, độ chính xác phụ thuộc môi trường và dễ bị nhầm với các hoạt động sinh hoạt bình thường. Phương pháp phát hiện té ngã dựa trên xử lý ảnh và thị giác máy tính, dùng camera kết hợp với xử lý ảnh để phát hiện té ngã nên khá chính xác trong không gian cố định. Tuy nhiên, chi phí khá cao, tốn nhiều tài nguyên và dễ ảnh hưởng đến quyền riêng tư, nên thường chỉ phù hợp dùng trong bệnh viện hoặc trung tâm chăm sóc.

Hiện nay, nhiều hệ thống phát hiện té ngã dùng cảm biến gia tốc đeo trên người. Dữ liệu từ cảm biến được xử lý theo thời gian và đưa vào các thuật toán học máy để phân biệt giữa té ngã và các hoạt động bình thường. Một số nghiên cứu cho thấy cách kết hợp cảm biến đeo và mô hình học máy như LSTM cho kết quả khá tốt trong việc theo dõi người cao tuổi[9]. Trong ba nhóm phương pháp trên, giải pháp sử dụng cảm biến đeo trên người được đánh giá là tối ưu hơn cả đối với bài toán chăm sóc sức khỏe người cao tuổi.

Lý do là bởi thiết bị có thể theo sát trực tiếp trạng thái vận động của người đeo, không phụ thuộc vào môi trường, dễ triển khai và chi phí thấp. TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG IOT 2. Khái niệm về IoT Internet of Things (IoT), hay còn gọi là Mạng lưới kết nối vạn vật, thực chất là một hệ thống mà ở đó những món đồ vật bình thường như cảm biến hay linh kiện điện tử được tích hợp thêm phần mềm và công nghệ truyền tin để "bắt tay" với nhau qua Internet. Nhờ vậy, chúng có thể tự động gom dữ liệu, gửi đi và xử lý thông tin một cách trơn tru.

Hệ thống này giúp các thiết bị thông minh dễ dàng "trò chuyện" với nhau, đồng thời liên kết thẳng tới các bộ não xử lý trung tâm hoặc điện toán đám mây. Chính điều này đã giúp chúng ta tự động hóa hoàn toàn các khâu từ theo dõi, vận hành cho đến việc đưa ra các quyết định chính xác trong rất nhiều công việc thực tế khác nhau [10]. Cụm từ "Internet of Things" vốn đã nhen nhóm từ những năm 1990, khi các kỹ sư bắt đầu tìm cách gắn thêm chip và bộ cảm biến vào những đồ vật dùng hàng ngày để chúng biết lấy và trao đổi dữ liệu. Cùng với tốc độ đi lên chóng mặt của ngành vi mạch, các linh kiện điện tử ngày nay càng lúc càng nhỏ gọn, giá thành rẻ hơn nhưng sức mạnh xử lý lại tăng vọt.

Đây chính là đòn bẩy giúp cho việc ứng dụng IoT ngày càng lan rộng vào đủ mọi ngóc ngách của đời sống [10]. Nhờ hội tụ đủ các yếu tố thuận lợi này, IoT hiện đã vươn lên thành một trong những mũi nhọn công nghệ dẫn đầu xu hướng phát triển các hệ thống thông minh hiện nay.1 dưới đây sẽ cho bạn cái nhìn rõ hơn về cách các thiết bị trong một mạng lưới IoT kết nối đa dạng với nhau như thế nào.1: Các ứng dụng của IoTs hiện nay. Mô hình, cấu trúc hệ thống IOT Một hệ thống IoT điển hình có thể được chia thành các thành phần chính như bảng 2.1 sau: Thành Tên tiếng Anh Nội dung chi tiết phần Thiết IoT Devices Là những món đồ vật thực tế được gắn thêm mắt cảm biến, bị IoT bộ não vi xử lý và có khả năng lên mạng. Chúng có nhiệm vụ chính là dò tìm, gom nhặt và gửi các thông tin từ môi trường xung quanh hoặc từ người dùng về bộ phận xử lý chính.

Kết nối Connectivity Đóng vai trò như "đường truyền" giúp thông tin chạy qua lại giữa các thiết bị và hệ thống xử lý. Việc này thường thông qua các sóng không dây quen thuộc như Wi-Fi, Bluetooth, hoặc các mạng chuyên dụng như LoRa, NB- IoT và cả sóng di động 4G/5G. 8 Hạ Infrastructure Bao gồm dàn máy chủ, các nền tảng đám mây và kho lưu tầng trữ dữ liệu. Đây là nơi làm nền tảng để cất giữ, tính toán và mổ xẻ các luồng thông tin đổ về từ các thiết bị đầu cuối.

Dữ liệu Data Được coi là "xương sống" của cả hệ thống. Những con số, thông tin thu về sẽ được phân tích kỹ lưỡng để giúp chúng ta đưa ra quyết định chuẩn xác, làm cho công việc hiệu quả hơn và đem lại lợi ích thực tế cho người dùng. Ứng Applications Chính là các phần mềm hay giao diện trên điện thoại/máy dụng tính giúp con người điều khiển thiết bị từ xa, theo dõi các thông số và sử dụng các dịch vụ mà hệ thống cung cấp.1 :Các thành phần chính của IoTs[10]. Nguyên lý hoạt động của một hệ thống IoT Một hệ thống IoT hoạt động dựa trên quá trình thu thập, trao đổi và xử lý dữ liệu theo thời gian thực giữa các thành phần trong hệ thống, như minh họa ở Hình 2.

Về cơ bản, hệ thống IoT bao gồm ba thành phần chính như bảng 2.2 sau : Thành Tên tiếng Nội dung chi tiết phần Anh Thiết bị Smart Bao gồm các loại máy móc hay đồ dùng có khả năng tính thông Devices toán và nối mạng như tivi, máy tập, camera hay cảm biến. minh Nhiệm vụ chính của chúng là ghi nhận lại các dữ liệu từ môi trường, từ việc người dùng sử dụng hoặc qua việc trao đổi thông tin trên Internet. Giao User Là những phần mềm trên web hoặc ứng dụng điện diện Interface thoại/máy tính giúp con người tương tác với hệ thống. người Thông qua đó, bạn có thể dễ dàng đăng ký, theo dõi và ra dùng lệnh điều khiển các thiết bị trong nhà một cách tiện lợi nhất.

9 Ứng IoT Đóng vai trò là nơi tập trung, lưu lại và mổ xẻ dữ liệu từ dụng IoT Applications rất nhiều thiết bị gửi về. Bằng các thuật toán thông minh hoặc AI, hệ thống sẽ tự tính toán để đưa ra phương án xử lý hoặc gửi lệnh điều khiển ngược lại cho các thiết bị thực thi.2 : Các thành phần tạo nên hệ thống IoTs[10].2 : Cách các ứng dụng của IoTs hoạt động 2. TỔNG QUAN VỀ FIREBASE 2. Firebase là gì? Firebase là nền tảng dịch vụ do Google phát triển, cung cấp các công cụ và dịch vụ hỗ trợ xây dựng, triển khai và quản lý ứng dụng một cách hiệu quả.

Firebase cho phép các lập trình viên ở nhiều trình độ khác nhau phát triển phần mềm thông qua việc tích hợp các chức năng sẵn có như cơ sở dữ liệu thời gian thực, xác thực người dùng, lưu trữ dữ liệu và đồng bộ hóa với các ứng dụng web hoặc di động và được thực thi như hình 2.3: Mô hình cơ sở dữ liệu Firebase 2. Các dịch vụ được cung cấp trên nền tảng lưu trữ dữ liệu Firebase  Firebase realtime database (Hệ cơ sở dữ liệu thời gian thực Firebase) Đây là dịch vụ được sử dụng nhiều nhất và nổi bật nhất của Firebase. Nó cho phép người dùng lưu trữ dữ liệu thời gian thực, đáp ứng cho việc xây các ứng dụng online yêu cầu thời gian thực [18].4: Hệ cơ sở dữ liệu thời gian thật Firebase 11 Dữ liệu trong hệ thống Firebase được quản lý và đồng bộ theo thời gian thực, như minh họa ở Hình 2. Cơ chế này cho phép lập trình viên dễ dàng xây dựng các sự kiện (event) cho ứng dụng, đồng thời hỗ trợ chia sẻ và đồng bộ dữ liệu trực tuyến giữa nhiều thiết bị khác nhau một cách hiệu quả [18].

Dữ liệu trên Firebase được lưu trữ theo mô hình cặp khóa – giá trị (key–value), trong đó mỗi khóa có thể chứa các khóa con để tổ chức dữ liệu theo cấu trúc phân cấp. Các khóa trong hệ thống phải được đặt tên duy nhất, không được trùng lặp, nhằm đảm bảo tính toàn vẹn và khả năng truy xuất dữ liệu chính xác, như minh họa ở Hình 2.5 : Định dạng dữ liệu lưu trữ trên hệ thống cơ sở dữ liệu thời gian thực  Firebase storage (Kho lưu trữ Firebase) Firebase ngoài cơ sở dữ liệu thời gian thực còn có thêm dịch vụ lưu trữ dữ liệu gọi là Firebase Storage. Dịch vụ này dùng để lưu các loại tệp như văn bản, hình ảnh, âm thanh hay video. Nhờ lưu dữ liệu dưới dạng tệp nên việc quản lý các dữ liệu có dung lượng lớn trở nên dễ dàng và hiệu quả hơn, phù hợp cho những ứng dụng cần lưu nhiều nội dung đa phương tiện[18].như minh họa ở Hình 2.6: Lưu trữ hình ảnh trên kho lưu trữ Firebase  Firebase authentication (Định danh Firebase) Hình 2.