BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC NGUYỄN TẤT THÀNH KHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN ĐỒ ÁN CƠ SỞ Tìm hiểu công nghệ IoT vào việc quản lý, điều hành từ xa, chăm sóc sức khỏe trẻ em Giảng viên hướng dẫn Th S. LỜI MỞ ĐẦU Cùng với sự phát triển của công nghệ thông tin, một trong những khái niệm nhận được sự quan tâm hàng đầu trên toàn thế giới chính là Internet Vạn Vật hay còn được gọi là Internet of Things (IoT). Internet of things đang phát triển theo cấp số nhân và không hề chậm lại. Sự phát triển của IoT hứa hẹn sẽ đem lại những tác động mạnh mẽ lên nhiều mặt của công việc và đời sống. Internet of Things cung cấp một số ứng dụng khá thú vị trong việc làm cho cuộc sống của chúng ta dễ dàng hơn như trong Chăm sóc sức khỏe, Giao thông vận tải và Nông nghiệp,… IoT cải thiện trải nghiệm của người dùng bằng cách tự động phát hiện các vấn đề và cung cấp giải pháp và giúp người dùng đưa ra quyết định hợp lý nhất. Chúng ta nhận thấy tầm quan trọng và lợi ích mà IoT mang lại. Điều này nói lên sự ảnh hưởng mạnh mẽ của khoa học về Internet of Things đến mọi mặt của đời sống trong sự phát triển nhanh chóng của công nghệ thông tin. Chính vì vậy, thông qua việc nghiên cứu tổng quan về công nghệ IoT tự động hóa trong đồ án cơ sở này có thể góp phần vào việc hiểu thêm và nắm bắt rõ về công nghệ IoT cũng như ứng dụng công nghệ IoT vào việc quản lý, điều khiển và vận hành từ xa thông qua việc chăm sóc trẻ em.
Trang 1BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC NGUYỄN TẤT THÀNH
KHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN
Giảng viên hướng dẫn: Th.S Vương Xuân Chí
Sinh viên thực hiện: Phạm Đắc Chí
Đỗ Xuân Hiền
2000000736
TP Hồ Chí Minh, ngày 01 tháng 10 năm 2020
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
Trang 2TRƯỜNG ĐẠI HỌC NGUYỄN TẤT THÀNH
KHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN
Giảng viên hướng dẫn: Th.S Vương Xuân Chí
Sinh viên thực hiện: Phạm Đắc Chí
Đỗ Xuân Hiền
2000000736
TP Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2022
Trang 3Trường Đại học Nguyễn Tất Thành
Khoa Công Nghệ Thông Tin
CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập – Tự do – Hạnh phúc
NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN CƠ SỞ
Họ và tên: Đỗ Xuân Hiền – Phạm Đắc Chí MSSV: 2000000736 - 2000000515 .
Chuyên ngành: Khoa học dữ liệu Lớp: 20DTH2A
Email: 2000000736@nttu.edu.vn - 2000000515@nttu.edu.vn SĐT:
Tên đề tài: Tìm hiểu công nghệ IoT vào việc quản lý, điều hành từ xa, chăm sóc sức khỏe trẻ em
Gíao viên hướng dẫn: Vương Xuân Chí
Thời gian thực hiện: / /2021 đến / /2021
Nhiệm vụ/nội dung (mô tả chi tiết nội dung, yêu cầu, phương pháp… ) :
MÔ TẢ ĐỀ TÀI:
Công nghệ IoT trong tự động hóa được hiện diện trong hầu hết các lĩnh vực, cung cấp các giảipháp phù hợp cho nhiều ứng dụng Tìm hiểu công nghệ IoT vào việc quản lý, điều khiển và vậnhành từ xa thông qua việc điều trị trẻ em
NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP:
- Tìm hiểu công nghệ IoT, AIOT
- Ứng dụng IoT trong đời sống
- Công nghệ mạng cảm biến cơ thể (Body sense network-BSN)
- Ý tưởng thiết kế mạng IoT để chăm sóc trẻ em
Trang 4TS Nguyễn Kim Quốc ThS Vương Xuân Chí
Mục lục
Trang 5LỜI CẢM ƠN
Em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến thầy Vương Xuân Chí - giáo viên hướng
dẫn môn "Đồ án cơ sở khoa học dữ liệu" trong khoa Công nghệ thông tin đã trang bị cho
em những kiến thức, kỹ năng cơ bản để hoàn thành đề tài đồ án cơ sở này
Công nghệ IoT trong tự động hóa là một vấn đề rộng và mới đối với Việt Nam, đồng thời do kinh nghiệm và kiến thức còn hạn chế, nội dung đồ án chắc chắn vẫn còn nhiều thiếu sót khi tìm hiểu, nghiên cứu và trình bày về đề tài Rất mong nhận được đóng góp ý kiến bổ sung hoàn thiện của thầy để đề tài của em được chính xác và hoàn chỉnh hơn
Xin chân thành cảm ơn
Trang 6sự phát triển nhanh chóng của công nghệ thông tin.
Chính vì vậy, thông qua việc nghiên cứu tổng quan về công nghệ IoT tự động hóa trong đồ án cơ sở này có thể góp phần vào việc hiểu thêm và nắm bắt rõ về công nghệ IoT cũng như ứng dụng công nghệ IoT vào việc quản lý, điều khiển và vận hành từ xa thông qua việc chăm sóc trẻ em
Trang 7NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN GIẢNG DẠY
Điểm giáo viên hướng dẫn:
Điểm giảng viên chấm vòng 2:
TPHCM, Ngày …… tháng …… năm
Giáo viên chấm vòng 2 Giáo viên hướng dẫn
I Định nghĩa về IoT và ứng dụng
1 Định nghĩa
Internet of Things (IoT) là mạng kết nối các đồ vật và thiết bị thông qua cảm biến, phần
mềm và các công nghệ khác, cho phép chúng thu thập và trao đổi dữ liệu với nhau
Trang 8IoT lan tỏa lợi ích của mạng internet tới mọi đồ vật được kết nối, chứ không chỉ dừng lại
ở phạm vi một chiếc máy tính Khi một đồ vật được kết nối với internet, nó sẽ trở nên thông minh hơn nhờ khả năng gửi và/hoặc nhận thông tin và tự động hoạt động dựa trên các thông tin đó
Tiềm năng ứng dụng của internet vạn vật (IoT) trải rộng trên mọi lĩnh vực Tuy nhiên, mọi hệ thống IoT hoàn chỉnh đều có đủ 4 bước: thu thập dữ liệu, chia sẻ dữ liệu, xử lý dữ liệu, và đưa ra quyết định
Hình 1: Quá trình hoạt động của hệ thống IoT
Ta có thể bắt gặp IoT từ hệ thống cửa tự động cho tới máy bay tới xe tự lái đã trở thành một phần phổ biến của IoT Điều này bổ sung một mức độ thông minh kỹ thuật số cho các thiết bị thụ động, cho phép chúng giao tiếp dữ liệu thời gian thực mà không cần con người tham gia, hợp nhất hiệu quả thế giới kỹ thuật số và vật lý
2 Tầm quan trọng của IoT
Khi bất cứ vật gì đó được kết nối với internet, điều đó có nghĩa là nó có thể gửi thông tin hoặc nhận thông tin, hoặc cả hai Với IoT khả năng gửi hoặc nhận thông tin này làm cho mọi thứ trở nên thông minh, và thông minh luôn là mục tiêu được hướng đến
Trang 9Hình 2: IoT có mặt ở nhiều lĩnh vực trong đời sống
Sử dụng điện thoại thông minh làm ví dụ: Việc nghe một bài hát bất kì là do khả năng gửithông tin (yêu cầu bài hát) và khả năng nhận thông tin (phát bài hát)
Để trở nên thông minh, một thứ không cần phải có siêu lưu trữ hoặc siêu máy tính bên trong nó Tất cả những gì phải làm là kết nối với siêu lưu trữ hoặc với một siêu máy tínhTrong Internet of Things, tất cả những thứ đang được kết nối với internet có thể được chia thành ba loại:
- Loại thu thập thông tin và sau đó gửi nó
Ví dụ: các thiết bị mang tính cảm biến, có thể là cảm biến nhiệt độ, cảm biến chuyển động, cảm biến độ ẩm, ánh sáng, Những cảm biến này cùng với một kết nối, cho phép chúng ta tự động thu thập thông tin từ môi trường Do đó, cho phép chúng đưa ra quyết định thông minh hơn
- Loại nhận được thông tin và sau đó hành động.
Ví dụ: máy in nhận được một tài liệu và in nó Xe hơi nhận được tín hiệu từ chìa khóa xe
và cửa mở
Trang 10- Thực hiện cả hai.
Ví dụ: Ứng dụng rộng rãi trong ngành nông nghiệp, các cảm biến có thể thu thập thông tin về độ ẩm của đất để cho nông dân biết cần tưới bao nhiêu cho cây trồng, và không thực sự cần người quản lí Thay vào đó, hệ thống tưới có thể tự động bật khi cần thiết, dựa trên độ ẩm của đất
Thêm vào đó, các nhà nông nghiệp đã phát minh thêm một bước tiến nữa Nếu hệ thống thủy lợi nhận được thông tin về thời tiết từ kết nối internet của nó, thì nó cũng có thể biết khi nào trời sẽ mưa và quyết định không tưới nước cho các loại cây trồng ngày hôm nay
vì tận dụng được nguồn nước mưa
3 Ứng dụng của IoT trong các lĩnh vực
Hình 3: Các lĩnh vực có ứng dụng IoT
- Ngành chế tạo
Các nhà sản xuất có thể đạt được lợi thế cạnh tranh bằng cách sử dụng giám sát dây chuyền sản xuất để cho phép bảo trì chủ động trên thiết bị khi cảm biến phát hiện ra lỗi sắp xảy ra
Trang 11Các cảm biến thực sự có thể đo lường khi sản lượng sản xuất bị tổn hại Với sự trợ giúp của cảnh báo cảm biến, các nhà sản xuất có thể nhanh chóng kiểm tra độ chính xác của thiết bị hoặc loại bỏ nó khỏi sản xuất cho đến khi nó được sửa chữa Điều này cho phép các công ty giảm chi phí hoạt động, có thời gian hoạt động tốt hơn và cải thiện quản lý hiệu suất tài sản.
- Ngành ô tô
Ngành công nghiệp ô tô đã nhận ra những lợi thế đáng kể từ việc sử dụng các ứng dụng IoT Ngoài những lợi ích của việc áp dụng IoT vào dây chuyền sản xuất, các cảm biến có thể phát hiện lỗi thiết bị sắp xảy ra trên các phương tiện đã đi trên đường và có thể cảnh báo cho người lái xe một cách chi tiết
Nhờ thông tin tổng hợp được thu thập bởi các ứng dụng dựa trên IoT, các nhà sản xuất vànhà cung cấp ô tô có thể tìm hiểu thêm về cách giữ cho xe chạy và thông báo cho chủ xe
về các thông tin phía trước
- Giao thông vận tải
Các đội xe ô tô, xe tải và tàu chở hàng tồn kho có thể được định tuyến lại dựa trên điều kiện thời tiết, tính sẵn có của xe hoặc tính khả dụng của tài xế, nhờ dữ liệu cảm biến IoT Bản thân hàng tồn kho cũng có thể được trang bị các cảm biến để theo dõi và kiểm soát nhiệt độ
Các ngành công nghiệp thực phẩm và đồ uống, hoa và dược phẩm thường là những mặt hàng tồn kho nhạy cảm với nhiệt độ sẽ được hưởng lợi rất nhiều từ các ứng dụng giám sátIoT gửi thông báo khi nhiệt độ tăng hoặc giảm có thể ảnh hưởng đến sản phẩm
- Ngành bán lẻ
Các ứng dụng IoT cho phép các công ty bán lẻ quản lý hàng tồn kho, cải thiện trải
nghiệm của khách hàng, tối ưu hóa chuỗi cung ứng và giảm chi phí hoạt động
Ví dụ: kệ thông minh được trang bị cảm biến trọng lượng có thể thu thập thông tin dựa trên RFID và gửi dữ liệu tới nền tảng IoT để tự động theo dõi hàng tồn kho và kích hoạt cảnh báo nếu các mặt hàng sắp hết
- Chăm sóc sức khỏe
Trang 12Internet of Medical Things (IoMT) là một ứng dụng của IoT cho các mục đích liên quan đến y tế và sức khỏe, thu thập và phân tích dữ liệu để nghiên cứu và giám sát IoMT đã được gọi là "Chăm sóc sức khỏe thông minh", là công nghệ để tạo ra một hệ thống chăm sóc sức khỏe số hóa, kết nối các nguồn lực y tế sẵn có và các dịch vụ chăm sóc sức khỏe.
IoT cung cấp nhiều lợi ích cho ngành chăm sóc sức khỏe Bác sĩ, y tá thường cần biết chính xác vị trí của các tài sản hỗ trợ bệnh nhân như xe lăn Khi xe lăn của bệnh viện được trang bị cảm biến IoT, chúng có thể được theo dõi từ ứng dụng giám sát tài sản IoT
để bất kỳ ai đang tìm kiếm đều có thể nhanh chóng tìm thấy chiếc xe lăn có sẵn gần nhất.Nhiều tài sản của bệnh viện có thể được theo dõi theo cách này để đảm bảo sử dụng hợp
lý cũng như kế toán tài chính cho các tài sản vật chất trong mỗi khoa
Các thiết bị IoT có thể được sử dụng để kích hoạt hệ thống theo dõi sức khỏe từ xa và thông báo khẩn cấp Các thiết bị theo dõi sức khỏe này có thể bao gồm từ máy đo huyết
áp và nhịp tim đến các thiết bị tiên tiến có khả năng theo dõi các thiết bị cấy ghép chuyêndụng, chẳng hạn như máy tạo nhịp tim, thiết bị đeo tay điện tử Fitbit hoặc máy trợ thính tiên tiến Một số bệnh viện đã bắt đầu triển khai "giường thông minh" có thể phát hiện khi nào họ có người và khi nào bệnh nhân cố gắng đứng dậy Nó cũng có thể tự điều chỉnh để đảm bảo áp lực và hỗ trợ phù hợp được áp dụng cho bệnh nhân mà không cần sựtương tác bằng tay của y tá
- Nhà thông minh
Các thiết bị IoT là một phần của khái niệm lớn hơn về tự động hóa gia đình, có thể bao gồm hệ thống chiếu sáng, sưởi ấm và điều hòa, truyền thông, an ninh và hệ thống camera.Các lợi ích lâu dài bao gồm tiết kiệm năng lượng bởi bằng cách tự động đảm bảo tắt đèn
và các thiết bị điện tử hoặc làm người trong nhà để ý
Một ứng dụng chính của ngôi nhà thông minh là cung cấp hỗ trợ cho những người khuyếttật và người cao tuổi Điều khiển bằng giọng nói có thể hỗ trợ người dùng bị hạn chế về thị giác và khả năng vận động trong khi hệ thống cảnh báo có thể được kết nối trực tiếp với ốc tai điện tử do người dùng khiếm thính đeo Chúng cũng có thể được trang bị thêm các tính năng an toàn bao gồm các cảm biến theo dõi các trường hợp khẩn cấp về y tế như ngã hoặc co giật Công nghệ nhà thông minh được áp dụng theo cách này có thể cung cấp cho người dùng chất lượng cuộc sống cao hơn
- Vận chuyển
IoT có thể hỗ trợ tích hợp truyền thông, điều khiển và xử lý thông tin trên các hệ thống giao thông vận tải khác nhau Ứng dụng của IoT mở rộng đến tất cả các khía cạnh của hệ thống giao thông (tức là phương tiện, cơ sở hạ tầng và người lái xe hoặc người dùng) Tương tác động giữa các thành phần này của hệ thống giao thông cho phép giao tiếp giữacác phương tiện và nội bộ, kiểm soát giao thông thông minh, đỗ xe thông minh, hệ thống
Trang 13thu phí điện tử, hậu cần và quản lý đội xe, kiểm soát phương tiện, an toàn và hỗ trợ đường bộ.
- Giao tiếp V2X
Trong hệ thống giao tiếp trên xe cộ, giao tiếp giữa xe với mọi thứ (V2X), bao gồm ba thành phần chính: giao tiếp giữa phương tiện với phương tiện (V2V), phương tiện giao tiếp với cơ sở hạ tầng (V2I) và phương tiện liên lạc với người đi bộ (V2P) V2X là bước đầu tiên để lái xe tự động và kết nối cơ sở hạ tầng đường bộ
- Tự động hóa tòa nhà và nhà
Các thiết bị IoT có thể được sử dụng để giám sát và điều khiển các hệ thống cơ, điện và điện tử được sử dụng trong các loại tòa nhà khác nhau (ví dụ: công cộng và tư nhân, côngnghiệp, tổ chức hoặc khu dân cư và các hệ thống
Việc tích hợp Internet với các hệ thống quản lý năng lượng của tòa nhà nhằm tạo ra các
"tòa nhà thông minh" sử dụng năng lượng hiệu quả và theo hướng IOT Phương tiện giámsát thời gian thực khả thi để giảm tiêu thụ năng lượng và giám sát hành vi của người cư ngụ Sự tích hợp của các thiết bị thông minh trong môi trường xây dựng và cách chúng cóthể được sử dụng trong các ứng dụng trong tương lai
- Công nghiệp
Các thiết bị Industrial IoT (IIoT) công nghiệp thu nhận và phân tích dữ liệu từ thiết bị được kết nối, công nghệ vận hành (OT), vị trí và con người Kết hợp với các thiết bị giámsát OT, IIoT giúp điều chỉnh và giám sát các hệ thống công nghiệp Ngoài ra, việc triển khai tương tự cũng có thể được thực hiện để cập nhật hồ sơ tự động về việc bố trí tài sản trong các đơn vị lưu trữ công nghiệp vì kích thước của tài sản có thể thay đổi từ một con vít nhỏ đến toàn bộ phụ tùng động cơ và việc thất lạc tài sản đó có thể gây ra tổn thất phần trăm nhân lực thời gian và tiền bạc
- Sản xuất
IoT có thể kết nối các thiết bị sản xuất khác nhau được trang bị khả năng cảm biến, nhận dạng, xử lý, giao tiếp, truyền động và kết nối mạng Các hệ thống thông minh IoT cho phép sản xuất và tối ưu hóa nhanh chóng các sản phẩm mới, đồng thời đáp ứng nhanh cácnhu cầu về sản phẩm
Hệ thống điều khiển kỹ thuật số để tự động hóa các điều khiển quá trình, công cụ vận hành và hệ thống thông tin dịch vụ để tối ưu hóa an toàn và bảo mật của nhà máy nằm trong tầm ngắm của IIoT IoT cũng có thể được áp dụng để quản lý tài sản thông qua bảo trì dự đoán, đánh giá thống kê và đo lường để tối đa hóa độ tin cậy Hệ thống quản lý công nghiệp có thể được tích hợp với lưới điện thông minh, cho phép tối ưu hóa năng
Trang 14lượng Các phép đo, điều khiển tự động, tối ưu hóa nhà máy, quản lý sức khỏe và an toàn,
và các chức năng khác được cung cấp bởi các cảm biến được nối mạng
- Hàng hải
Các thiết bị IoT đang được sử dụng giám sát môi trường và hệ thống của tàu thuyền và duthuyền Nhiều thuyền vui chơi bị bỏ mặc trong nhiều ngày trong mùa hè và nhiều tháng trong mùa đông, do đó, các thiết bị như vậy cung cấp cảnh báo sớm có về lũ lụt trên thuyền, hỏa hoạn, Việc sử dụng các mạng dữ liệu internet toàn cầu như Sigfox, kết hợp với pin tuổi thọ cao và vi điện tử cho phép các phòng máy, lò sưởi và pin được giám sát liên tục và báo cáo cho các ứng dụng Android và Apple được kết nối chẳng hạn
- Ứng dụng cơ sở hạ tầng
Giám sát và kiểm soát hoạt động của cơ sở hạ tầng đô thị và nông thôn bền vững như cầu,đường sắt và các trang trại điện gió trong và ngoài nước là một ứng dụng chính của IoT IoT có thể mang lại lợi ích cho ngành xây dựng bằng cách tiết kiệm chi phí, giảm thời gian, ngày làm việc chất lượng hơn, quy trình làm việc không cần giấy tờ và tăng năng suất Nó có thể giúp đưa ra quyết định nhanh hơn và tiết kiệm tiền với Phân tích dữ liệu thời gian thực Nó cũng có thể được sử dụng để lên lịch các hoạt động sửa chữa và bảo trìmột cách hiệu quả, bằng cách phối hợp các nhiệm vụ giữa các nhà cung cấp dịch vụ khác nhau và người sử dụng các cơ sở này
Các thiết bị IoT cũng có thể được sử dụng để kiểm soát cơ sở hạ tầng quan trọng như cầu
để cung cấp quyền truy cập vào tàu Việc sử dụng các thiết bị IoT để giám sát và vận hành cơ sở hạ tầng có khả năng cải thiện khả năng quản lý sự cố và điều phối ứng phó khẩn cấp cũng như chất lượng dịch vụ, thời gian hoạt động và giảm chi phí vận hành trong tất cả các lĩnh vực liên quan đến cơ sở hạ tầng Ngay cả các lĩnh vực như quản lý chất thải cũng có thể được hưởng lợi từ tự động hóa và tối ưu hóa mà IoT có thể mang lại
4 Các hạn chế của hệ thống Internet of things (IoT)
- Chưa có nền tảng và ngôn ngữ chung
Một hệ thống IoT sẽ được kết nối với nhau qua các Things Có nghĩa là các thiết bị, máy móc, điện tử…Tuy nhiên với mỗi thiết bị IoT thì lại được lập trình trên một nền tảng cũng như một ngôn ngữ riêng Điều này gây ra khó khăn lớn trong vấn đề giao tiếp qua lại giữa các thiết bị Và một giải pháp để hạn chế được nhược điểm này là dùng đến giao thức Tuy nhiên các giao thức lại chưa hoàn toàn đồng nhất với nhau Chính vì vậy
thường dẫn đến tình trạng thông tin không được xử lý hoặc xử lý sai lệch Ngoài ra do nền tảng của các thiết bị cũng không đồng nhất nên khá phức tạp khi thực hiện tùy chỉnh hoặc liên kết các thiết bị với nhau