CHƯƠNG I: CƠ SỞ LÝ THUYẾT Chương này đề cập đến cơ sở lý thuyết về mô hình IoT, mô hình nhà thông minh, các thành phần trong việc xây dựng mô hình nhà thông minh. Hệ sinh thái Internet of Things- IoT ? 1. Khái niệm Internet of Things Internet Vạn Vật, hay cụ thể hơn là Mạng lưới vạn vật kết nối Internet hoặc là Mạng lưới thiết bị kết nối Internet (tiếng Anh: Internet of Things, viết tắt IoT) là một liên mạng, trong đó các thiết bị, phương tiện vận tải (được gọi là thiết bị kết nối“ và thiết bị thông minh“), phòng ốc và các trang thiết bị khác được nhúng với các bộ phận điện tử, phần mềm, cảm biến, cơ cấu chấp hành cùng với khả năng kết nối mạng máy tính giúp cho các thiết bị này có thể thu thập và truyền tải dữ liệu. Mô hình IoT 1.
Kiến trúc Internet of Things Kiến trúc IoT được đại diện cơ bản bởi 4 phần: Vạn vật (Things), trạm kết nối (Gateways), hạ tầng mạng và điện toán đám mây (Network and Cloud) và các lớp tạo và cung cấp dịch vụ (Services-creation and Solutions Layers). Vạn vật (Things): Ngày nay có hàng tỷ vật dụng đang hiện hữu trên thị trường gia dụng và công nghệ, ở trong nhà hoặc trên tay của người dùng. Chẳng hạn như xe hơi, thiết bị cảm biến, thiết bị đeo và điện thoại di động đang được kết nối trực tiếp Downloaded by ANH BACH (bachvan15@gmail.com) lOMoARcPSD|39150642 thông qua băng tầng mạng không dây và truy cập vào Internet. Giải pháp IoT giúp các thiết bị thông minh được sàng lọc, kết nối và quản lý dữ liệu một cách cục bộ, còn các thiết bị chưa thông minh thì có thể kết nối được thông qua các trạm kết nối.
Trạm kết nối (Gateways): Một rào cản chính khi triển khai IoT đó là gần 85% các vật dụng đã không được thiết kế để có thể kết nối với Internet và không thể chia sẻ dữ liệu với điện toán đám mây. Để khắc phục vấn đề này, các trạm kết nối sẽ đóng vai trò là một trung gian trực tiếp, cho phép các vật dụng có sẵn này kết nối với điện toán đám mây một cách bảo mật và dễ dàng quản lý. Hạ tầng mạng và điện toán đám mây (Network and Cloud): - Cơ sở hạ tầng kết nối: Internet là một hệ thống toàn cầu của nhiều mạng IP được kết nối với nhau và liên kết với hệ thống máy tính. Cơ sở hạ tầng mạng này bao gồm thiết bị định tuyến, trạm kết nối, thiết bị tổng hợp, thiếp bị lặp và nhiều thiết bị khác có thể kiểm soát lưu lượng dữ liệu lưu thông và cũng được kết nối đến mạng lưới viễn thông và cáp – được triển khai bởi các nhà cung cấp dịch vụ.
- Trung tâm dữ liệu/ hạ tầng điện toán đám mây: Các trung tâm dữ liệu và hạ tầng điện toán đám mây bao gồm một hệ thống lớn các máy chủ, hệ thống lưu trữ và mạng ảo hóa được kết nối. Các lớp tạo và cung cấp dịch vụ (Services-Creation and Solutions Layers): Intel đã kết hợp những phần mềm quản lý API hàng đầu (Application Progmraming Interface) là Mashery* và Aepona* để giúp đưa các sản phẩm và giải pháp IoT ra thị trường một cách chóng và tận dụng được hết giá trị của việc phân tích các dữ liệu từ hệ thống và tài sản đang có sẵn. Mô hình nhà thông minh? 1.1 Nhà thông minh là gì? Nhà thông minh (tiếng Anh là "Smart Home") hoặc hệ thống nhà thông minh là một ngôi nhà/ căn hộ được trang bị hệ thống tự động tiên tiến dành cho điều khiển đèn chiếu sáng, nhiệt độ, truyền thông đa phương tiện, an ninh, rèm cửa, cửa và nhiều tính năng khác nhằm mục đích làm cho cuộc sống ngày càng tiện nghi, an toàn và góp phần sử dụng hợp lý các nguồn tài nguyên. Downloaded by ANH BACH (bachvan15@gmail.com) lOMoARcPSD|39150642 Theo wiseGeek, một ngôi nhà (hoặc căn hộ) được coi là "thông minh" bởi vì hệ thống máy tính của nó có thể theo dõi rất nhiều khía cạnh của cuộc sống thường ngày.
Downloaded by ANH BACH (bachvan15@gmail.com) lOMoARcPSD|39150642 Một trong những ví dụ cơ bản nhất của nhà thông minh là một hệ thống kiểm soát mức độ chiếu sáng của hệ thống đèn giúp tiết kiệm điện và phù hợp với khung cảnh, chẳng hạn như cài đặt đèn ánh sáng nhẹ cho các bữa tiệc tối. Hệ thống cũng có thể điều chỉnh rèm cửa theo yêu cầu, kiểm soát nhiệt độ, hệ thống camera giám sát, hệ thống khóa cửa tự động, hệ thống phòng ngừa trộm. Nhà thông minh ngoài ra còn có một số ứng dụng sáng tạo hơn, gồm hệ thống điều khiển giải trí tại gia – loa công suất khác nhau, hệ thống điện thoại, liên lạc nội bộ, hệ thống tưới nước. Các chức năng này có thể được thực hiện nhờ các thiết bị trong nhà được kết nối với nhau để hệ thống máy tính trung tâm có thể theo dõi các trạng thái và ra các quyết định điều khiển phù hợp.
Nhà thông minh đã được hình dung trong các tác phẩm khoa học viễn tưởng từ nhiều năm nhưng nó chỉ trở thành hiện thực kể từ thế kỷ 20 sau sự phát triển rộng rãi của điện và những tiến bộ nhanh chóng của công nghệ thông tin, theo Wikipedia. Các thành phần của nhà thông minh. Các thành phần của hệ thống nhà thông minh bao gồm các cảm biến (như cảm biến nhiệt độ, cảm biến ánh sáng hoặc do cử chỉ), các bộ điều khiển hoặc máy chủ và các thiết bị chấp hành khác. Nhờ hệ thống cảm biến, các bộ điều khiển và máy chủ có thể theo dõi các trạng thái bên trong ngồi nhà để đưa ra các quyết định điều khiển các thiết bị chấp hành một cách phù hợp nhằm đảm bảo môi trường sống tốt nhất cho con người.
Downloaded by ANH BACH (bachvan15@gmail.com) lOMoARcPSD|39150642 Hình 1. Các thành phần cơ bản của hệ thống nhà thông minh 1. Một số mô hình nhà thông minh tại Việt Nam 1. Bkav SmartHome Luxury Bkav SmartHome là hệ thống nhà thông minh thế hệ mới nhất trên thế giới, công nghệ vượt trội- theo tiêu chí xếp hạng của Gartner.
Các sản phẩm của Bkav tập chung vào phân khúc cao cấp, cạnh tranh với các giải pháp nhà thông minh từ nước ngoài. Nhà thông minh Bkav kết nối tất cả các thiết bị trong ngồi nhà của bạn thành một hệ thống mạng, có thể điều khiển chúng theo các kịch bản thông minh, bao gồm: Hệ thống đèn chiếu sáng, rèm cửa, điều hòa nhiệt độ, tivi, âm thanh, khóa cửa, Downloaded by ANH BACH (bachvan15@gmail.com) lOMoARcPSD|39150642 bình nóng lạnh, quạt thông gió, camera an ninh, chuông cửa có hình, hệ thống bơm tưới nước Downloaded by ANH BACH (bachvan15@gmail.com) lOMoARcPSD|39150642 tiểu cảnh, bể cá. Có thể điều khiển trực tiếp thông qua thiết bị gắn trên tường hoặc dùng smartphone, máy tính bảng. Sơ đồ kết nối hệ thống của Bkav SmartHome Luxury Nhà thông minh Bkav SmartHome Luxury bao gồm 1 số tính năng sau: Hệ thống ánh sáng thông minh Hệ thống điều khiển rèm mành Hệ thống an ninh thông minh Hệ thống kiểm soát môi trường Hệ thống giải trí âm thanh đa vùng Kịch bản ngữ cảnh thông minh Kết nối không giới hạn Danh sách thiết bị 1.
Nhà thông minh Lumi Khác với BKAV, nhà thông minh Lumi tập trung mạnh vào phân khúc nhà thông minh trung và cao cấp trên thị trường Việt Nam. Ra mắt công tắc cảm ứng và giải pháp nhà thông minh ra thị trường đầu năm 2012, sau 4 năm xây dựng và phát triển, Lumi đã vươn lên trở thành nhà cung cấp sản phẩm công tắc điện cảm ứng, thiết bị điện thông minh và giải pháp nhà thông minh có thị phần lớn nhất trong phân khúc trung và cao cấp tại Việt Nam. Downloaded by ANH BACH (bachvan15@gmail.com) lOMoARcPSD|39150642 Hình 1. Một số thiết bị điện nhà thông minh cho gia đình Một số đặc điểm của nhà thông minh Lumi Bật/tắt thiết bị điện dễ dàng bằng Smartphone An toàn tuyệt đối về điện Nâng cao giá trị ngôi nhà, khẳng định đẳng cấp Giải pháp chống trộm hoàn hảo 1.
Nhà thông minh Scheider- Wiser Home Scheneider là một tập đoàn lớn trên thế giới cung cấp thiết bị điện đến từ Pháp. Ngày 18/ 4/2017 tập đoàn Scheneider đã khánh thành nhà máy chuyên sản xuất thiết bị điện cho giải pháp nhà thông minh tại khu công nghệ cao Sài Gòn, Quận 9, TPHCM. Các thiết bị điện thông minh của Scheneider đều có những ưu điểm vượt trội về chất lượng cũng như độ bền của sản phẩm. Một số đặc điểm của nhà thông minh Scheider- Wiser Home Điều khiển theo kịch bản Điều khiển theo thời gian Downloaded by ANH BACH (bachvan15@gmail.com) lOMoARcPSD|39150642 Điều khiển chiếu sáng tự động Điều khiển rèm và cửa tự động Điều khiển điều hòa nhiệt độ thông minh Điều khiển bằng Iphone, Ipad Hệ thống an ninh, cảnh báo chống đột nhập Hệ thống cảnh báo cháy, báo rò gas Hệ thống camera giám sát Hệ thống chuông cửa có hình Hệ thống âm thanh đa vùng 1.
Các thành phần trong xây dựng mô hình nhà thông minh 1. ESP8266 Esp8266 là một wifi SOC được phát triển bởi công ty Trung Quốc Espressif Systems. Esp8266 được tích hợp đầy đủ các tính năng về internet với kích thước rất nhỏ gọn với mức giá rất rẻ. Bên trong Esp8266 có sẵn một lõi vi xử lý nên có thể trực tiếp lập trình cho nó mà không cần bất kỳ một con vi xử lý nào nữa.
ESP8266 V12E Thông số kỹ thuật 32-bit RISC CPU: Tensilica LX106 hoạt động với 80MHz Chip nạp CP2102 64 Kb instruction RAM, 96 Kb data RAM Downloaded by ANH BACH (bachvan15@gmail.com) lOMoARcPSD|39150642 QSPI flash ngoài: 512 Kb IEEE 802.4 GHz, hỗ trợ WPA/WPA2 16 chân GPIO Hỗ trợ SPI, I2C, I2S, UART, ADC Chuẩn điện áp hoạt động: 3.3V DC Dải nhiệt độ hoạt động: -40 oC - 125 oC Sơ đồ chân: Hình 1. Sơ đồ chân của nodeMCU ESP8266 v12E Downloaded by ANH BACH (bachvan15@gmail. Wi-Fi Giới thiệu Hình 1. Minh họa mô hình mạng không dây Wi-Fi viết tắt từ Wireless Fidelity hay mạng 802.11 là hệ thống mạng không dây sử dụng sóng vô tuyến, giống như điện thoại di động, truyền hình và radio.
Hệ thống này đã hoạt động ở một số sân bay, quán café, thư viện hoặc khách sạn. Hệ thống cho phép truy cập Internet tại những khu vực có sóng của hệ thống này, hoàn toàn không cần đến cáp nối. Ngoài các điểm kết nối công cộng, WiFi có thể được thiết lập ngay tại nhà riêng. Ưu điểm: Sự tiện lợi: nó cho phép người dùng truy xuất tài nguyên mạng ở bất kỳ nơi đâu trong khu vực triển khai (nhà, văn phòng…).