Bài tập lớn môn Phát triển ứng dụng Iot

Xây dựng hệ thống cảnh báo nhiệt độ môn Iot . Sử dụng nền tảng blynk web và mobile để xây dựng. Xây dựng hệ thống cảnh báo nhiệt độ môn Iot . Sử dụng nền tảng blynk web và mobile để xây dựng, Xây dựng hệ thống cảnh báo nhiệt độ môn Iot . Sử dụng nền tảng blynk web và mobile để xây dựng

KHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN

BỘ MÔN KHOA HỌC MÁY TÍNH

BÀI TẬP NHÓM HỌC PHẦN PHÁT TRIỂN ỨNG DỤNG IOT

LỜI MỞ ĐẦU 3

Chương 1 Tổng quan 3

1.1 Tình hình nghiên cứu thuộc lĩnh vực đề tài 3

1.2 Tính cấp thiết của đề tài 4

1.3 Phạm vi nghiên cứu của đề tài 4

1.4 Mục tiêu nghiên cứu 4

1.3 Phương pháp nghiên cứu 5

Chương 2 Giới thiệu công nghệ Internet Of Thing 5

2.1 IoT là gì? 5

2.2 Sự thông minh của IoT 5

2.3 Những thách thức ảnh hưởng đến sự phát triển của mô hình IoT 5

Chương 3 Kết quả thực hành thí nghiệm 6

3.1 Tìm hiểu về các công nghệ và thiết bị sử dụng trong thí nghiệm 6

3.2 Thực hành mô phỏng hệ thống cảm biến nhiệt độ, độ ẩm môi trường sử dụng công nghệ Proteus + blynk 9

KẾT LUẬN 28

Tài liệu tham khảo 29

LỜI MỞ ĐẦU

Ngày nay khoa học công nghệ ngày càng phát triển, con người ngày càng chế tạo

ra được nhiều các vật dụng thông minh hơn, hiện đại hơn Từ đó có thể tối ưu hóa các nhu cầu của con người một cách dễ dàng hơn Mỗi giai đoạn phát triển của lịch

sử thế giới đều gắn liền với những cuộc cách mạng về khoa học kĩ thuật.Và ngày nay, cuộc cách mạng Internet of Things đã tạo nên những thay đổi đáng kể cho cuộc sống con người ở hiện tại và trong tương lai Internet of Things được ứng dụng vào rất nhiều mặt của cuộc sống Ứng dụng trong công nghiệp, nông nghiệp, giáo dục , y tế… Đặc biệt là ứng dụng trong việc giám sát sự thay đổi của môi trường, và việc thu thập và đánh giá nhiệt độ độ ẩm môi trường là một phần trong đó.Việc giám sát được nhiệt độ, độ ẩm môi trường thông qua internet làmột điều mang tính ứng dụng cao Nhiệt độ, độ ẩm là một trong những đại lượng vật lý được quan tâm nhiều do nó có vai trò quyết định trong nhiều tính chất của vật chất Vì thế việc ứng dụng công nghệ Internet of Things trong thu thập và đánh giá nhiệt độ, độ ẩm môi trường đảm bảo tính cấp thiết, quan trọng mà xã hội phát triển đặt ra

Chương 1 Tổng quan

1.1 Tình hình nghiên cứu thuộc lĩnh vực đề tài

Mỗi giai đoạn phát triển của lịch sử thế giới đều gắn liền với những cuộc cách mạng về khoa học kĩ thuật.Và ngày nay, cuộc cách mạng Internet of Things đã tạo nên những thay đổi đáng kể cho cuộc sống con người ở hiện tại và trong tương lai Với sự phát triển của Internet, smartphone và đặc biệt là các thiết bị cảm biến, Internet of Things (IoT) đang trở thành xu hướng mới của thế giới IoT được định nghĩa là những vật dụng có khả năng kết nối Internet Bạn vào nhà, mở khóa cửa, đèn sẽ tự động sáng chỗ bạn đứng, điều hòa sẽ tự động điều chỉnh nhiệt

độ, nhạc sẽ tự động bật để chào đón bạn… những điều chỉ có trong phim khoa học viễn tưởng, đang dần trở thành hiện thực với công nghệ IoT Việc giám sát được nhiệt độ, độ ẩm môi trường là một vấn đề rất quan trọng trong các ngành công nghiệp cũng như nông nghiệp, và thật là tuyệt vời nếu ở bất kỳ nơi đâu và lúc nào nếu bạn có internet thì bạn đề có thể làm được điều đó Công nghệ Internet of Things khiến điều này trở lên dễ dàng hơn Nhiệt độ, độ ẩm là một trong những đạilượng vật lý được quan tâm nhiều do nó có vai trò quyết định trong nhiều tính chất của vật chất Một trong những đặc điểm của nhiệt độ là làm thay đổi liên tục các đại lượng chịu sự ảnh hưởng của nó, ví dụ như áp suất, thể tích của một chất khí

Nó cũng là yếu tố ảnh hưởng rất lớn đến chính con người chúng ta và tất cả sự sống trên trái đất Ngày nay khi nền công nghiệp phát triển mạnh, sản phẩm tạo ra ngày càng phong phú thì nhu cầu lưu trữ hàng hóa trong các nhà kho càng lớn.Việc

kiểm soát nhiệt độ, độ ẩm khi bảo quản, lưu trữ sản phảm công – nông nghiệp trong các nhà kho là rất quan trọng Cũng giống như vậy, trong các phòng thí nghiệm trong bệnh viện, trong các nhà kính trồng cây cảnh, khu sản xuất rau

sạch…việc đảm bảo nhiệt độ, độ ẩm cũng là yếu tố quan trọng quyết đến đến chất lượng sản phẩm

1.2 Tính cấp thiết của đề tài

Hiện nay trong đời sống cũng như xã hội việc ứng dụng công nghệ Internet of Things là rất cần thiết, con người có thể điều khiển mọi thứ xung quanh mình nhanh và hiệu quả hơn.Vì vậy vậy chúng ta tìm hiểu về nó là một điều thật sự đúngđắn Hiện nay trong đời sống và tất cả các lĩnh vực khác về kinh tế, quốc phòng, công nghiệp, nông nghiệp, việc đo và cảnh báo nhiệt độ, độ ẩm đóng vai trò hết sức quan trọng vì nó liên quan đến chất lượng sản phẩm Ví dụ như cảnh báo quá nhiệt trong lò luyện kim, cán thép, hệ thống đo nhiệt độ và độ ẩm môi trường đất

để phục vụ tưới tiêu Do đó việc nghiên cứu và thiết kế các hệ thống đo và cảnh báo nhiệt độ, độ ẩm ngày càng đòi hỏi độ chính xác cao đáp ứng nhu cầu của thị trường Cùng với sự phát triển nhanh chóng của công nghệ và hệ thống thông tin thì việc đo và cảnh báo an toàn về nhiệt độ , độ ẩm sẽ được đảm bảo chính xác và

từ đó kịp thời hạn chế các hậu quả do nhiệt độ, độ ẩm gây ra ở mức thấp nhất Các

hệ thống đo và cảnh báo nhiệt độ, độ ẩm sẽ giúp cho con người chủ động hơn trongviệc cảnh báo an toàn cho các hệ thống dây chuyền, các kho bảo quản sản phẩm, cũng như cảnh báo cho chính con người chúng ta Do vậy việc thực hiện đề tài: Ứng dụng công nghệ Internet of Things trong thu thập và đánh giá nhiệt độ, độ ẩm môi trường đảm bảo tính cấp thiết, quan trọng trong sự phát triển của thế giới hiện đại

1.3 Phạm vi nghiên cứu của đề tài

Đề tài ứng dụng công nghệ Internet of Things trong thu thập và đánh giá nhiệt độ

độ ẩm môi trường có thể được ứng dụng thực tiễn trong các ngôi nhà thông minh, ứng dụng trong nông nghiệp ở các trang trại cần sự đảm bảo về nhiệt độ độ

ẩm( trang trại chăn nuôi gà, trồng nấm, vườn ươm cây, lò ấm trứng…) Ứng dụng trong công nghiệp để đảm bảo tính chính xác trong sản xuất Sản phẩm cũng có thểđược ứng dụng trong giám sát, quan trắc, thời tiết môi trường Dựa vào sự thay đổi của nhiệt độ độ ẩm môi trường theo thời gian để có những dự báo cũng như biện pháp phù hợp với khu vực cần khảo sát thực nghiệm

1.4 Mục tiêu nghiên cứu

- Nghiên cứu và tìm hiểu lý thuyết chung về công nghệ Internet of Things - Ứng dụng công nghệ Internet of Things vào việc thiết kế thi công sản phẩm thu thập vàđánh giá nhiệt độ, độ ẩm môi trường

- Thực hiện các kiến thức đã học ở trường, nâng cao kiến thức của bản thân

- Sử dụng Proteus ,arduino ,Blynk trên sản phẩm

- Nhận biết nhiệt độ và đưa ra thông báo qua còi và đèn Led

1.3 Phương pháp nghiên cứu

- Tìm hiểu tổng quan về lý thuyết của đề tài

- Đọc hiểu các tài liệu liên quan đến đề tài

- Thảo luận nhóm để thống nhất ý kiến

mà không cần sự tương tác của con người Các thiết bị IoT có thể được sử dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau như gia đình, y tế, nông nghiệp, sản xuất, vận tải,

an ninh, và khách sạn, để tăng tính hiệu quả và tiết kiệm thời gian và chi phí

2.2 Sự thông minh của IoT

Sự thông minh của IoT là khả năng của các thiết bị kết nối Internet để tự động hoạtđộng và trao đổi dữ liệu với nhau, dựa trên các giao thức và thuật toán thông minh

Sự thông minh của IoT đem lại nhiều lợi ích cho người dùng, bao gồm giảm thiểu thao tác thủ công, nâng cao độ chính xác và khả năng dự đoán, tối ưu hóa quá trìnhsản xuất và vận hành, giảm thiểu tổn thất năng lượng và tăng cường an ninh mạng

Sự thông minh của IoT đang được ứng dụng rộng rãi trong các lĩnh vực như y tế, nông nghiệp, sản xuất, giao thông và các nhu cầu tích hợp thông tin trong cuộc sống hàng ngày

2.3 Những thách thức ảnh hưởng đến sự phát triển của mô hình IoT

- Bảo mật thông tin: Mô hình IoT được sử dụng rộng rãi trong các hoạt động kinh doanh nhưng đưa ra các thách thức về bảo mật, để bảo vệ thông tin cá nhân của khách hàng, họ cần sử dụng các phương tiện để bảo vệ thông tin của họ

- Khả năng mở rộng: Sự phát triển của IoT đến mức độ lớn có nghĩa là họ cần phải

mở rộng mạng lưới và coi trong việc đảm bảo rằng các thiết bị hoạt động được

- Khả năng liên kết với thiết bị khác: Cuối cùng nhưng không kém phần quan trọng, IoT đang đưa ra thách thức về khả năng liên kết với các thiết bị khác, không chỉ theo dõi thông tin mà còn giúp các hệ thống hoạt động được liên tục

- Tiêu thụ điện năng: Mô hình IoT đòi hỏi sự hoạt động liên tục của các thiết bị, khiến tiêu thụ điện năng tăng lên Việc giải quyết vấn đề tiêu thụ điện năng sẽ là một thách thức lớn cho sự phát triển của IoT.

- Dữ liệu lớn: Với sự phát triển của IoT, lượng dữ liệu sản sinh ra cũng tăng lên đáng kể, việc lưu trữ, tải, xử lý và phân tích dữ liệu đòi hỏi những giải pháp công nghệ mới

- Tuổi thọ pin của các thiết bị: IoT đòi hỏi các thiết bị hoạt động liên tục và đôi khiphải hoạt động trong môi trường khắc nghiệt, vì vậy việc kéo dài tuổi thọ pin của các thiết bị sẽ là một thách thức lớn cho các nhà sản xuất thiết bị IoT

Chương 3 Kết quả thực hành thí nghiệm

3.1 Tìm hiểu về các công nghệ và thiết bị sử dụng trong thí nghiệm

mô phỏng ngắn mạch và các tính năng mô phỏng khác để giúp người dùng dễ dàngtạo ra mạch điện tử và kiểm tra chúng

b) Arduino

- Mạch arduino:

Mạch Arduino là một bộ vi điều khiển được phát triển để giúp các nhà phát triển, học sinh và hobbist trong việc thiết kế và xây dựng các thiết bị điện tử tương tác, trang bị cảm biến, vi điều khiển và nhiều tính năng khác Arduino được tích hợp trên một board mạch có kích thước nhỏ gọn, đi kèm với các cổng kết nối tùy chỉnh như USB, các header pin và các linh kiện điện tử để liên kết với mô-đun, cảm biến,màn hình hiển thị, v.v Việc phát triển các chương trình trên Arduino đơn giản và

dễ hiểu bởi các ngôn ngữ lập trình như Arduino IDE cung cấp một môi trường pháttriển tích hợp, miễn phí và dễ sử dụng để thiết kế và thực hiện các dự án nhỏ hoặc lớn hơn

- Arduino IDE (Integrated Development Environment):

Là một phần mềm mã nguồn mở được sử dụng để lập trình và nạp chương trình cho boards Arduino Nó cung cấp cho người dùng một giao diện đơn giản để viết

và biên dịch mã, cũng như tải chương trình xuống boards Arduino Arduino IDE được phát triển bởi Arduino.cc và được cập nhật thường xuyên bởi cộng đồng toàncầu của những người yêu thích Arduino Với các chức năng đơn giản, Arduino IDE được sử dụng rộng rãi trong các dự án điện tử và lập trình nhúng, và có thể được tải xuống và sử dụng miễn phí từ trang web chính thức của Arduino

c) Blynk

Blynk là một nền tảng IoT được phát triển để giúp kết nối các thiết bị điện tử thôngminh với nhau qua mạng internet Nền tảng này tập trung vào việc cung cấp giao diện đồ hoạ thân thiện người dùng và các khối xây dựng để phát triển ứng dụng IoT một cách nhanh chóng và dễ dàng Blynk cung cấp các thư viện mã nguồn mở

để phát triển ứng dụng cho các nền tảng phổ biến như Arduino, Raspberry Pi và NodeMCU Nền tảng này cũng cho phép kết nối với các dịch vụ đám mây để lưu trữ và quản lý dữ liệu Blynk là một công cụ hữu ích cho các nhà phát triển và người dùng muốn tạo ra các ứng dụng IoT đơn giản hoặc phức tạp và có phiên bản Web và mobile

d) Virtual Serial Port Emulator (VSPE)

Là một chương trình phần mềm cho phép người dùng tạo các cổng nối tiếp ảo và kết nối chúng với nhau để truyền dữ liệu qua mạng hoặc giữa các ứng dụng khác nhau Các cổng nối tiếp ảo này hoạt động giống như các cổng nối tiếp vật lý và có thể được sử dụng bởi bất kỳ ứng dụng phần mềm nào yêu cầu cổng nối tiếp khả dụng VSPE thường được các nhà phát triển phần mềm, nhà thiết kế hệ thống nhúng và kỹ sư tự động hóa sử dụng để kiểm tra và gỡ lỗi các giao thức truyền thông nối tiếp, cũng như để mô phỏng các thiết bị phần cứng giao tiếp qua cổng nối tiếp Nó có sẵn cho cả hệ điều hành Windows và Linux

3.2 Thực hành mô phỏng hệ thống cảm biến nhiệt độ, độ ẩm môi trường sử dụng công nghệ Proteus + blynk

a) Yêu cầu cài đặt phần mềm:

ARDUINO UNO,

COMPIM

DHT11

LED-RED

Sau đó vẽ lại mạch và kết nối đúng chân như hình dưới đây

Bước 2 Lập trình code arduino

Cần phải thêm thư viện vào IDE arduino:

Ở ô search gõ tên các thư viện và nhấn installed:+ blynk

+ dht

+ Adafruit_Sensor

Dưới đây là source code arduino:

#define BLYNK_PRINT DebugSerial

#include <BlynkSimpleStream.h>

#define BLYNK_TEMPLATE_ID "TMPLV5iH2p2L"

#define BLYNK_TEMPLATE_NAME "test"

#define BLYNK_AUTH_TOKEN "rXWd9-znzIRQaxZQ9IWbEVxmpKhhHoro"char auth[] = "rXWd9-znzIRQaxZQ9IWbEVxmpKhhHoro";

// Blynk will work through Serial

// Do not read or write this serial manually in your sketch

Bước 3 Hướng dẫn đưa dữ liệu lên sever bằng nền tảng blynk

Đẩy lên website Blynk

- Chọn new tamplate và điền thông tin như hình, rồi nhấn Done

- Chọn New datastreams -> New Datastream -> Virtual pin -> điền thông tin và nhấn create

- Cuối cùng ta được 3 data stream:

- Vào mục web dashboard -> kéo thả các widget box bên trái như hình:

- Nhấn vào setting của từng widget và cài đặt thông tin rồi Save

- Cuối cùng nhấn save ở góc phải để lưu template

- Vào mục search -> chọn new device -> chọn fornt template -> chọn template iot

đã tạo

- Chọn device iot -> device info -> copy các #define của device dán vào code arduino

Lưu ý : copy chuỗi kí tự của #define BLYNK_AUTH_TOKEN dán vào biến chat auth[] =”” “”;

- Chạy phần mềm virtual serial port emulator(vspe)

- Chọn create new device

- Chọn device type : pair -> next -> chọn cổng com -> finished

Bước 4 Tìm thư viện blynk chỉnh sửa:

Chọn blynk -> scripts -> chọn file blynk-ser.bat -> chuột trái chọn edit và sửa -> save và chạy file đó lên

Lưu ý: sủa các dòng set như hình

Chạy file hiện nhứ hình dưới là được

- Ở arduino chọn Tools -> port -> com9

- Lưu file arduino và chọn sketch -> export complied binary

- Vào mạch proteus -> nhấn mạch arduino uno chọn đường dẫn file ino.hex vừa export ra

- Chạy mạch và xem trên web đã hiện device online hay chưa

- Điều chỉnh nhiệt độ bằng DHT11 trên mạch proteus và có sự thay đổi trên Web blynk Sẽ báo đỏ khi nhiệt độ trên 30 độ

Kết quả

* Đẩy lên app blynk

Tải app blynk trên google play hoặc app store

Đăng nhập trên app là tài khoản trên web blynk.cloud

Không cần cài đặt thông tin mà chỉ cần tạo widget và setting như trên web là được

Kết quả

KẾT LUẬN

Chúng ta có thể nhận thấy rằng việc áp dụng IoT vào các hệ thống định vị, giám sát và điều khiển nhiệt độ đang ngày càng được ứng dụng rộng rãi trong cuộc sống.Các cảm biến nhiệt độ khác nhau như thermistor, LM35, DS18B20 đều có ưu điểm

và hạn chế riêng, tùy thuộc vào nhu cầu sử dụng của từng trường hợp mà ta có thể lựa chọn cảm biến phù hợp

Bài tập lớn đã giúp chúng ta hiểu rõ hơn về cách hoạt động của các cảm biến nhiệt

độ, cách kết nối và đọc dữ liệu từ chúng thông qua Arduino và gửi lên Internet thông qua giao thức MQTT Đồng thời, chúng ta cũng có thể kết hợp các cảm biến nhiệt độ với các thiết bị khác như Raspberry Pi hay smartphone để tạo ra những ứng dụng tiện ích như giám sát nhiệt độ trong phòng, hệ thống điều khiển nhiệt độ, Từ đó, ta nhận thấy rằng việc áp dụng IoT vào việc giám sát nhiệt độ mang lạinhiều lợi ích cho chúng ta, không những tiết kiệm thời gian và năng lượng mà còn giúp cho việc quản lý nhiệt độ trở nên dễ dàng và hiệu quả hơn Với sự phát triển của công nghệ IoT, chúng ta có thể mong đợi những ứng dụng IoT cho cảm biến nhiệt độ sẽ ngày càng được phổ biến hơn trong tương lai

Tài liệu tham khảo

Kênh youtube: https://www.youtube.com/watch?

v=6IXxPXC1FLw&t=1s&ab_channel=ADranks%E1%BA%AFt