Broker trong IoT ..... Timers và Watchdogs ..... ịNG GịI VÀ THI CỌNG MỌ HỊNH .... Quy trình thao tác ..... Internet of things .... IoT trong nông nghi p ..... ng d ng MQTT Dashboard ....
Trang 1KHOA I N ậ I N T
B MỌN I N T CỌNG NGHI P ậ Y SINH -
Trang 2Võ Duy Tâm 14141276
Trang 3Tp HCM, ngày 28 tháng 6 n m 2019
H tên sinh viên: Nguy n Tri Ph ng MSSV: 14141238
Chuyên ngành: Công ngh k thu t đi n t truy n thông Mã ngành: 141
H đƠo t o: i h c chính quy Mư h : 1
- i u khi n vƠ giám sát thi t b thông qua Internet
- Thi t k giao di n ng d ng, Web Server
- Thi công m ch vƠ mô hình
Trang 4- Báo cáo đ tƠi
III NGÀY GIAO NHI M V : 18/02/2019
IV NGÀY HOÀN THÀNH NHI M V : 30/06/2019
V H VÀ TểN CÁN B H NG D N: ThS Nguy n ình Phú
CÁN B H NG D N BM I N T CỌNG NGHI P ậ Y SINH
Trang 5Báo cáo ti n đ cho GVHD
L p trình cho ESP32 đi u khi n Led đ n
Tu n 7
(1/4 ậ 7/4) Tìm hi u h đi u hƠnh Android, Web Server
Trang 6(8/4 ậ 14/4) Thi t k ng d ng, giao di n Web
Trang 7Chúng tôi xin cam k t khóa lu n t t nghi p nƠy lƠ đ tài do chính chúng tôi nghiên c u vƠ th c hi n Chúng tôi ch d a trên mà không sao chép t b t kì tƠi li u
hay công trình nào đư đ c th c hi n tr c đó N u có b t k vi ph m nƠo, chúng tôi
xin hoàn toàn ch u trách nhi m
Ng i th c hi n
Nguy n Tri Ph ng
Võ Duy Tâm
Trang 8Chúng em xin chân thành g i l i c m n sơu s c đ n Th y Nguy n ình Phú Trong su t quá trình th c hi n đ tƠi nƠy, Th y luôn lƠ ng i đ ng hƠnh cùng chúng
em v i s ch d n t n tình, nh ng l i góp ý nh n xét vƠ nh ng kinh nghi m quý báu
đ c Th y truy n đ t l i đư t o đi u ki n thu n l i đ chúng em hoƠn thƠnh t t đ tƠi
Chúng em xin c m n đ n các Th y, Cô trong khoa i n ậ i n t đư gi ng
d y cho chúng em nh ng ki n th c n n t ng đ chúng em có ti n đ th c thi n đ tƠi
Trang 9NHI M V ÁN T T NGHI P i
L CH TRỊNH TH C HI N ÁN T T NGHI P iii
L I CAM OAN v
L I C M N vi
M C L C vii
LI T Kể HỊNH xii
LI T Kể B NG xv
TịM T T xvi
Ch ng 1 T NG QUAN 1
1.1 T V N 1
1.2 M C TIểU TÀI 1
1.3 N I DUNG NGHIểN C U 2
1.4 GI I H N 2
1.5 B C C 3
Ch ng 2: C S Lụ THUY T 4
2.1 S D NG THI T B I N DỂN D NG 4
2.2 T NG QUAN V INTERNET OF THINGS 4
2.2.1 Gi i thi u 4
2.2.2 L ch s hình thành 6
2.2.3 ng d ng c a IoT 6
2.3 CỌNG NGH WIFI 10
2.3.1 Gi i thi u 10
2.3.2 Công ngh truy n nh n d li u 10
2.3.3 ThƠnh ph n c a m ng Wifi 11
2.3.4 C u trúc liên k t 11
2.3.5 Hotspot 12
Trang 102.3.7 Giao ti p trong Wifi 13
2.3.8 u nh c đi m 14
2.3.9 B o m t 14
2.4 H I U HÀNH ANDROID 14
2.4.1 Gi i thi u 14
2.4.2 L ch s 15
2.4.3 Tính n ng 15
2.4.4 Ki n trúc c b n 16
2.4.5 Thành ph n c a ng d ng Android 17
2.4.6 u nh c đi m 18
2.5 GIAO TH C MQTT 19
2.5.1 Gi i thi u 19
2.5.2 L ch s 19
2.5.3 ThƠnh ph n c a MQTT 20
2.5.4 MQTT QoS 21
2.5.5 Broker trong IoT 21
2.5.6 u đi m 22
2.5.7 B o m t 22
2.6 GI I THI U NODE ậ RED 22
2.6.1 Gi i thi u 22
2.6.2 Node ậ RED và IoT 23
2.6.3 Tính n ng 24
2.7 GI I THI U PH N C NG 25
2.7.1 Gi i thi u chip Wifi ESP32 25
2.7.1.1 T ng quan ESP32 25
2.7.1.2 c đi m 27
Trang 112.7.1.4 Ch c n ng tích h p trong ESP32 31
2.7.1.4.1 CPU và ki n trúc b nh 31
2.7.1.4.2 Timers và Watchdogs 32
2.7.1.4.3 H th ng xung đ ng h (Clock) 33
2.7.1.4.4 Wifi 33
2.7.1.4.5 Bluetooth 34
2.7.1.4.6 RTC và qu n lý n ng l ng th p 34
2.7.1.5 Thi t b ngo i vi và c m bi n c a ESP32 34
2.7.1.6 c tính v đi n 36
2.7.1.7 S đ nguyên lý module ESP32-WOOM-32 37
2.7.2 Gi i thi u c m bi n 38
2.7.2.1 Gi i thi u 38
2.7.2.2 Ho t đ ng 38
Ch ng 3: TệNH TOÁN VÀ THI T K 41
3.1 GI I THI U 41
3.2 TÍNH TOÁN VÀ THI T K 41
3.2.1 Thi t k s đ kh i h th ng 41
3.2.2 Tính toán vƠ thi t k 43
3.2.2.1 Kh i x lý trung tâm 43
3.2.2.2 Kh i ngõ ra công su t 44
3.2.2.3 Kh i c m bi n 47
3.2.2.4 Kh i ngu n 49
3.2.2.5 S đ nguyên lý toàn m ch 51
Ch ng 4: THI CỌNG H TH NG 52
4.1 GI I THI U 52
4.2 THI CỌNG H TH NG 52
Trang 124.2.2 L p ráp vƠ ki m tra 56
4.3 ịNG GịI VÀ THI CỌNG MỌ HỊNH 56
4.3.1 óng gói b đi u khi n 56
4.3.2 Thi công mô hình 57
4.4 L P TRỊNH H TH NG 57
4.4.1 L u đ gi i thu t 57
4.4.1.1 L u đ gi i thu t m ch đi u khi n 57
4.4.1.2 L u đ gi i thu t Web Server 59
4.4.2 Ph n m m l p trình vi đi u khi n 61
4.4.2.1 Gi i thi u 61
4.4.2.2 Ch ng trình đi u khi n 65
4.4.3 Web Server 65
4.4.4 ng d ng Android 71
4.5 H NG D N S D NG, THAO TÁC 74
4.5.1 Vi t tƠi li u h ng d n s d ng 74
4.5.2 Quy trình thao tác 74
Ch ng 5: K T QU , NH N XÉT VÀ ÁNH GIÁ 76
5.1 GI I THI U 76
5.2 K T QU T C 76
5.3 K T QU TH C NGHI M 76
5.3.1 Mô hình 76
5.3.2 i u khi n vƠ giám sát thi t b , c m bi n qua Web Server 77
5.3.3 i u khi n vƠ giám sát thi t b , c m bi n qua ng d ng Android 79
5.4 NH N XÉT VÀ ÁNH GIÁ 80
5.4.1 Nh n xét 80
5.4.2 ánh giá 80
Trang 136.1 K T LU N 82
6.1.1 u đi m 82
6.1.2 Khuy t đi m 82
6.2 H NG PHÁT TRI N 82
TÀI LI U THAM KH O 83
PH L C 84
Trang 14Hình 2.1 Internet of things 5
ảình 2.2 ng d ng c a IoT 6
Hình 2.3 Smart Home 7
Hình 2.4 IoT trong giao thông v n t i 7
ảình 2.5 IoT trong y t 8
ảình 2.6 IoT trong nông nghi p 9
Hình 2.7 Smart City 9
ảình 2.8 Bi u t ng Wifi 10
ảình 2.9 C u trúc liên k t ngang hàng 11
ảình 2.10 C u trúc liên k t d a trên AP 12
ảình 2.11 Cách th c ho t đ ng c a m ng Wifi 13
ảình 2.12 Cách th c giao ti p trong m ng Wifi 13
ảình 2.13 Bi u t ng Android 15
ảình 2.14 M t s ng d ng Android 18
ảình 2.15 Ảiao th c MQTT 19
ảình 2.16 ảo t đ ng c a client 20
ảình 2.17 ảo t đ ng c a Topic 20
ảình 2.18 Thành ph n c a m t MQTT trong h th ng IoT 21
ảình 2.19 M t Node - RED c b n 23
Hình 2.20 Node – RED và IoT 24
ảình 2.21 Ảiao di n Node – RED 24
Hình 2.22 Module ESP32-WOOM-32 26
Hình 2.23 Ki n trúc c a ESP32 26
ảình 2.24 S đ b trí chân c a module ESP32-WOOM-32 31
ảình 2.25 C u trúc và đ a ch b nh c a ESP32 32
ảình 2.26 S đ nguyên lý module ESP32-WOOM-32 37
ảình 2.27 S đ nguyên lý thi t b ngo i vi module ESP32-WOOM-32 38
ảình 2.28 S đ chân DảT11 38
ảình 2.29 Xung b t đ u DảT11 39
ảình 2.30 Ả i xung ph n h i c a DảT11 39
Hình 2.31 Ả i d li u ch a bit 0, bit 1 40
Trang 15ảình 3.1 S đ mô hình h th ng 41
ảình 3.2 S đ kh i h th ng 42
ảình 3.3 nh th c t board ESP32-DevKitC 43
ảình 3.4 S đ nguyên lý board đi u khi n ESP32-DevKitC 44
Hình 3.5 Relay 5V-10A 45
Hình 3.6 Diode 1N4007, Opto PC817 và transistor C1815 46
ảình 3.7 S đ nguyên lý kh i công su t ngõ ra 47
ảình 3.8 C m bi n DảT11 48
ảình 3.9 S đ k t n i c m bi n DảT11 v i ESP32 48
ảình 3.10 Module ngu n AC-DC 49
Hình 3.11 S đ nguyên lý m ch ngu n 50
ảình 3.12 S đ nguyên lý toàn m ch 51
ảình 4.1 S đ b trí linh ki n m ch đi u khi n 53
ảình 4.2 S đ đi dây m ch in l p trên 53
ảình 4.3 S đ đi dây m ch in l p d i 54
ảình 4.4 S đ 3D m ch đi u khi n 54
ảình 4.5 M ch đi u khi n sau khi l p linh ki n 56
ảình 4.6 nh h p d ng m ch đi u khi n 56
ảình 4.7 Mô hình m t trong và m t ngoài h th ng 57
ảình 4.8 L u đ đi u khi n thi t b 58
ảình 4.9 L u đ Web Server 60
ảình 4.10 Bi u t ng VSCode 61
Hình 4.11 Ảiao di n trang Web t i VSCode 62
ảình 4.12 Ảiao di n kh i đ ng VSCode 63
ảình 4.13 Cài đ t PlatformIO IDE 63
ảình 4.14 T o d án l p trình cho board ESP32-DevKitC 64
ảình 4.15 Ảiao di n l p trình 64
ảình 4.16 ng ký tài kho n Cloud MQTT 65
ảình 4.17 T o m t d án m i trong Cloud MQTT 66
ảình 4.18 Thông tin c n thi t cho d án trong Cloud MQTT 66
ảình 4.19 M t s d án sau khi t o 66
Trang 16ảình 4.21 N i giám sát và đi u khi n d li u 67
ảình 4.22 Kh i đ ng Node – RED 68
Hình 4.23 Màn hình giao di n thi t k Web 69
ảình 4.24 T o k t n i v i Server 69
ảình 4.25 C u hình đ a ch k t n i 69
ảình 4.26 M t nút đi u khi n c b n 70
ảình 4.27 C u hình cho m t nút 70
ảình 4.28 Ti n hành deploy giao di n 71
ảình 4.29 Ảiao di n nút đi u khi n 71
ảình 4.30 ng d ng MQTT Dashboard 71
ảình 4.31 B ng thu c tính MQTT Dashboard 72
ảình 4.32 T o m t Broker 73
ảình 4.33 Thi t k và ch nh s a giao di n ng d ng 73
Hình 4.34 Quy trình thao tác 74
Hình 5.1 Mô hình h th ng khi đ c c p ngu n 220VAC 76
ảình 5.2 Các thi t b khi ch a đ c b t trên màn hình đi u khi n 77
ảình 5.3 Các thi t b đ c b t trên màn hình đi u khi n 77
ảình 5.4 Nhi t đ và đ m b đi u khi n hi n th trên giao di n Web 78
ảình 5.5 Tr ng thái thi t b đ c giám sát trên Cloud MQTT 78
ảình 5.6 Ảiao di n ng d ng Android khi các thi t b t t, b t và giá tr c m bi n 79 ảình 5.7 Mô hình khi b t các thi t b 79
Trang 17B ng 2.1: Th ng kê các thi t b đi n trong phòng h c và công su t tiêu th 4
B ng 2.2: Các phiên b n module c a ESP32 25
B ng 2.3: Thông s k thu t c b n c a module ESP32-WOOM-32 27
B ng 2.4: nh ngh a các chân module ESP32-WOOM-32 28
B ng 2.5: Các thông s đ ngh cho module ESP32-WOOM-32 36
B ng 3.1: Thông s k thu t Relay 45
B ng 3.2: Thông s k thu t module c m bi n DảT11 48
B ng 3.3: Dòng đi n c a các linh ki n s d ng trong m ch đi u khi n 49
B ng 4.1: Danh sách linh ki n s d ng 55
B ng 4.2: Thông tin server MQTT 67
B ng 5.1: S li u th c nghi m 80
Trang 18Công ngh đư tr thƠnh m t ph n không th thi u trong cu c s ng hi n đ i IoT,
hi n đư vƠ đang phát tri n m nh m trong nh ng n m g n đơy, nó đ n gi n lƠ m t h
th ng bao g m t t c m i th xung quanh chúng ta đ c k t n i v i nhau thông qua
Internet Xu h ng nƠy lƠm cho m i th tr nên d dƠng h n bao gi h t, khi mƠ s
t ng tác gi a con ng i vƠ thi t b đ c t i u hóa nh t có th i u khi n, giám sát thi t b t xa lƠ m t trong nh ng ng d ng ph bi n nh t c a xu h ng nƠy
V i m c đích ti p c n xu h ng trên vƠ mong mu n n m b t nh ng công ngh
m i nên nhóm chúng tôi quy t đ nh th c hi n đ tƠi ắTểi t Ệ và tểi ẾônỂ mô hình
đi u Ệểi n tểi t b đi n” tƠi nƠy s lƠ m t h th ng hoƠn thi n bao g m ph n
c ng ph n m m, vƠ có th đáp ng đ c cho các phòng h c, phòng thí nghi m, h gia đình, ầ
N i dung chính c a đ tƠi
• S d ng board ESP32-DevKitC lƠm m ch đi u khi n trung tơm
• i u khi n thi t b trên ng d ng Android vƠ giao di n Web thông qua Internet
• Giám sát tr ng thái ho t đ ng c a thi t b qua Web Server
• L u tr tr ng thái đi u khi n c a thi t b
Trang 19Ch ng 1 T NG QUAN
Xư h i ngƠy cƠng phát tri n không ng ng, công ngh ngƠy cƠng hi n đ i đ đáp
ng nhu c u cƠng cao c a con ng i Chính vì th công ngh bơy gi đang g n g i
v i cu c s ng h ng ngƠy h n bao gi h t, chúng ta đang trong th i đ i mƠ s bùng
phát k thu t tiên ti n vƠ các ng d ng c a nó r t m nh m D i bóng c a nó là các công ngh đ c tích h p trong r t nhi u l nh v c nh ôtô, tƠu đi n ng m, các l nh
v c y t , giáo d c vƠ c trong nhƠ ,
Trong nh ng n m tr l i đơy, k thu t truy n và nh n d li u không dơy có
nh ng b c phát tri n v t b c nh m thay th các h th ng dơy d n ph c t p còn nhi u h n ch , không đáp ng đ c cho vi c truy n d n đ n nh ng khu v c xa xôi
S ra đ i vƠ phát tri n c a công ngh nƠy đư góp ph n lƠm cho các h th ng đi u khi n thông minh, giám sát t xa tr nên d dƠng h n Hi n nay, có nhi u công ngh truy n nh n d li u không dơy nh RF, NFC, Bluetooth, Wifi, Trong đó Wifi là
m t trong s công ngh ph bi n, đ c s d ng r ng rãi nh t
có th ti p c n vƠ n m b t đ c xu th đó, nhóm chúng tôi quy t đ nh th c
hi n đ tƠi ắTểi t Ệ và thi công mô hình đi u Ệểi n tểi t b đi n”
Nh ý ngh a c a tên đ tƠi, chúng tôi mong mu n có th n m b t xu h ng công ngh đi u khi n thông minh hi n nay vƠ qua đó chúng tôi hi v ng đ tƠi nƠy s ng
d ng đ c cho các phòng h c, phòng th c hƠnh, các c quan lƠm vi c ch a có h
th ng đi u khi n thích h p, nh m m c đích s d ng hi u qu các thi t b đi n c ng
nh mang l i s ti n l i, an toƠn cho ng i dùng
tƠi đ c nhóm nghiên c u vƠ th c hi n d a trên nh ng ki n th c đư h c và tìm hi u Nhóm s thi t k vƠ thi công h th ng đi u khi n các thi t b đi n trong phòng h c qua ng d ng Android trên đi n tho i, đ ng th i đi u khi n vƠ giám sát
đ c tr ng thái c a thi t b t xa qua Web
C th h th ng đ c tích h p module ESP32 đi u khi n thông qua Wifi vƠ t t
c d li u đ c l u tr trên m t Web Server
Trang 20Mô hình gi i h n cho các thi t b đi n trong phòng h c nh : đèn, qu t, tivi, loa
hi n th tr ng thái ho t đ ng thông qua đèn báo trên mô hình
H th ng đi u khi n đ c 4 thi t b đi n 220VAC cho m i module
Giao ti p gi a ESP32, đ ng b đi u khi n thi t b v i ng d ng Android vƠ v i
Web Server
Giám sát đ c nhi t đ vƠ đ m c a b đi u khi n
Trang 21Trình bƠy nh ng k t qu đ t đ c sau th i gian th c hi n, m t s hình nh t
h th ng ng th i đ a ra nh n xét, đánh giá cho toƠn b h th ng
• Ch ng 6: K t Lu n VƠ H ng Phát Tri n
a ra nh ng k t lu n sau khi hoƠn thi n s n ph m, các h ng phát tri n nơng
c p h th ng trong t ng lai
Trang 22Ch ng 2 C S LÝ THUY T
V n đ s d ng các thi t b đi n m t cách hi u qu vƠ an toƠn đ c đ t lên hƠng
đ u đ i v i ng i s d ng Không ch nh ng công trình, tòa nhƠ, h gia đình, mƠ ngay c v n phòng lƠm vi c, phòng h c thì vi c ti t ki m đi n lƠ h t s c c n thi t
D i đơy lƠ b ng th ng kê cho th y các thi t b đi n ch y u đ c s d ng trong m t phòng h c vƠ công su t c a t ng thi t b
B ng 2.1: Th ng kê các thi t b đi n trong phòng h c vƠ công su t tiêu th
STT Tên thi t b đi n Công su t tiêu th
T b ng trên, ta th y m c đ tiêu th đi n n ng c a t ng thi t b đ c s d ng
N u không s d ng m t cách phù h p thì không ch gơy lưng phí đi n n ng mƠ còn lƠm gi m tu i th c a thi t b V i s l ng l n phòng h c các tr ng i h c thì
m c đ thi t h i nƠy cƠng l n Do đó, chúng ta c n có m t h th ng đi u khi n thông
minh vƠ giám sát ch t ch các thi t b đi n nh m góp ph n nơng cao hi u qu s d ng,
ti t ki m đi n n ng VƠ đ tƠi nƠy s gi i quy t v n đ đó
2.2.1 Gi i thi u
Ngày nay, nhu c u phát tri n các ng d ng liên quan đ n Internet ngày càng
cao Và IoT (Internet of things) lƠ m t công ngh quan tr ng b i chúng ta có th t o
ra nhi u ng d ng đa d ng ph c v đa s m i l nh v c trong đ i s ng t nó
Trang 23V c b n, IoT lƠ m t h th ng m ng l i mƠ trong đó t t c các thi t b , đ i
t ng đ c k t n i Internet thông qua thi t b m ng (network devices) ho c các b
đ nh tuy n (routers) IoT cho phép các đ i t ng đ c đi u khi n t xa d a trên h
th ng m ng hi n t i Công ngh tiên ti n này giúp gi m công s c v n hƠnh c a con
ng i b ng cách t đ ng hóa vi c đi u khi n các thi t b
Hình 2.1 Internet of things Các thƠnh ph n chính trong m t h th ng IoT:
giao ti p đ c trong IoT, k t n i Internet c a các thi t b lƠ m t đi u b t
bu c Wifi lƠ m t trong nh ng ph ng th c k t n i Internet ph bi n
• ng d ng
ng d ng lƠ giao di n đ ng i dùng đi u khi n
Trang 242.2.2 L ch s hình thƠnh
Khái ni m v m t m ng l i thi t b đ c k t n i v i nhau đư đ c th o lu n
vào đ u n m 1982, v i m t máy bán hƠng t đ ng Coke đ c th c hi n i h c Carnegie Mellon tr thƠnh thi t b k t n i Internet đ u tiên trên th gi i
Thu t ng ắInternet of things” đ c s d ng l n đ u tiên b i Kevin Ashton vƠo
n m 1999 Sau đó IoT tr i qua nhi u giai đo n vƠ có b c phát tri n nh y v t cho
đ n ngƠy nay
2.2.3 ng d ng c a IoT
Hình 2.2 ng d ng c a IoT
• Nhà thông minh (Smart Home)
ơy lƠ m t trong nh ng ng d ng đ c quan tơm nhi u nh t trong nh ng n m
g n đơy M t ngôi nhƠ thông minh hoƠn toƠn có th đ c giám sát và đi u khi n t
đ ng B n có th b t t t đèn b ng m t ng d ng trên đi n tho i, n u l quên t t tivi khi ra kh i nhƠ b n hoƠn toƠn có th t t nó m t n i có k t n i Internet, ho c đi u hòa s t đ ng đi u ch nh t ng hay gi m khi nhi t đ bên ngoƠi thay đ i VƠ còn vô
s ng d ng khác nh m mang l i s ti n l i nh t cho ng i dùng
Hi n nay các ch đ u t xơy d ng chung c c ng đư ti p c n v i công ngh này
do nhu c u s h u c n h thông minh c a ng i dùng ngày càng cao
Trang 25Hình 2.3 Smart Home
• Giao thông v n t i
An toƠn lƠ đi u đ u tiên khi ngh đ n tác đ ng c a IoT đ i v i giao thông v n
t i ụ t ng đ a ra lƠ các ph ng ti n có kh n ng liên l c v i nhau b ng cách s
d ng d li u đã đ c phơn tích đ có th gi m đáng k các s c tai n n x y ra khi
tham gia giao thông S d ng c m bi n, các ph ng ti n nh ô tô, xe buýt đ c c nh báo nguy c ti m n trên đ ng, ho c th m chí lƠ tình tr ng ùn t t giao thông m t
s tuy n đ ng
D ch v v n chuy n hƠng hóa c ng đ c ng d ng t công ngh nƠy Công ngh qu n lý l ch trình v n chuy n, t i u hóa các tuy n giao hƠng, m c tiêu th nhiên li u c a ph ng ti n, giám sát t c đ c a tƠi x giao hàng tuơn th quy đ nh an
toàn nh m mang l i nh ng l i ích v kinh t vƠ s hƠi lòng c a khách hàng
Hình 2.4 IoT trong giao thông v n t i
Trang 26• Ch m sóc s c kh e
M t thi t b có th c nh báo tình tr ng vƠ theo dõi s c kh e lƠ m t trong nh ng
ng d ng trong l nh v c y t
Mi ng dưn theo dõi s c kh e cho b nh nhơn: b n không c n đ n bác s , nh ng
thông s v nh p tim, huy t áp, đ u đ c thu th p t xa đ c phơn tích sau đó chu n đoán đ đ a ra tình tr ng s c kh e hi n t i c a b nh nhơn vƠ có th d đoán nguy c
m c b nh nh m có bi n pháp phòng ng a k p th i
Hình 2.5 IoT trong y t
• Nông nghi p (Smart Farming)
Mô hình nhƠ kín lƠ m t trong nh ng ng d ng đi n hình c a công ngh IoT
đ c áp d ng trong l nh v c nông nghi p VƠ n c ta đư đ c áp d ng r ng rưi Bên trong h th ng nƠy cơy tr ng hoàn toàn cách ly v i đi u ki n th i ti t bên ngoài,
vi c đi u khi n nhi t đ , đ m, ánh sáng đ u t đ ng hóa ng th i theo dõi đ c tình tr ng phát tri n c a cơy tr ng, xác đ nh th i gian thu ho ch, gi m thi u t i đa công su t ng i lao đ ng
Trang 27Hình 2.6 IoT trong nông nghi p
• ThƠnh ph thông minh (Smart City)
Có th xem đơy lƠ t p h p c a t t c ng d ng c a IoT vƠo m t h th ng l n
M t gi i pháp đư vƠ đang đ c nhi u qu c gia trên th gi i áp d ng các thƠnh ph
l n nh m gi i quy t nh ng v n đ c p bách nh tình tr ng k t xe, gia t ng dơn s , ô nhi m môi tr ng, ng p l t, ầ
M i th trong thƠnh ph thông minh nƠy đ c k t n i, d li u s đ c giám sát
b i m t lo t các máy tính mƠ không c n b t k s t ng tác nƠo c a con ng i
Hình 2.7 Smart City
Trang 282.3 CỌNG NGH WIFI
2.3.1 Gi i thi u
Wifi lƠ m t m ng thay th cho m ng có dơy thông th ng, th ng đ c s d ng
đ k t n i các thi t b ch đ không dơy b ng vi c s d ng công ngh sóng vô tuy n
D li u đ c truy n qua sóng vô tuy n cho phép các thi t b truy n nh n d li u
t c đ cao trong ph m vi c a m ng Wifi K t n i các máy tính v i nhau, v i Internet
và v i m ng có dơy
Wifi (Wireless Fidelity) lƠ thu t ng dùng chung đ ch tiêu chu n IEEE802.11 cho m ng c c b không dơy (Wireless Local Networks) ho c WLANs
Vi c s d ng r ng rưi vƠ tính s n có c a nó nhƠ vƠ n i công c ng nh công
viên, quán café, sân bay, ầ đư khi n Wifi tr thƠnh m t trong nh ng công ngh truy n nh n d li u ph bi n nh t hi n nay
Trang 29• Access Point (AP)
AP lƠ b thu phát không dơy LAN (Local ậ Area Network), ho c lƠ tr m c s
có th k t n i đ ng th i m t ho c nhi u thi t b không dơy v i Internet
Phù h p đ thi t l p m ng không dơy m t cách nhanh chóng vƠ d dƠng
Hình 2.9 C u trúc liên k t ngang hƠng
Trang 30• Infrastructure Mode
Là c u trúc liên k t d a trên AP, liên l c v i nhau qua đ a đi m truy c p (Access
Point) B t k thông tin truy c p nƠo đ u ph i thông qua AP
N u m t tr m di đ ng nh máy tính ho c đi n tho i mu n giao ti p v i m t
tr m di đ ng khác đ u tiên c n ph i g i thông tin đ n AP, sau đó AP s g i ng c l i
tr m di đ ng đó
Hình 2.10 C u trúc liên k t d a trên AP
2.3.5 Hotspot
Hotspot lƠ m t khu v c d dƠng truy c p m ng không dơy
Hotspot đ c trang b k t n i Internet v i b ng thông r ng vƠ có m t ho c nhi u
AP cho phép ng i dùng truy c p Internet không dơy
Trang 31Hình 2.11 Cách th c ho t đ ng c a m ng Wifi
2.3.7 Giao ti p trong Wifi
Trao đ i d li u trong Wifi đ c chia lƠm 3 giai đo n:
• Gi ai đo n 1
D li u đ c chu n b đ truy n, nó đ c mư hóa thay đ i thƠnh tín hi u s T i đơy t n s truy n d li u c ng đ c l a ch n tùy thu c vƠo k thu t s d ng đ g i tín hi u không dơy
Trang 32T khi ra đ i, Wifi đ c cho lƠ không đ m b o an toƠn v quy n riêng t , d
li u truy n qua Wifi có th d dƠng b đánh c p T đó, các bi n pháp b o m t cho Wifi đư đ c s d ng, có hai tiêu chu n b o m t ph bi n: Wireless Equivalent
Privacy (WEP) và Wifi Protected Access (WPA)
2.4.1 Gi i thi u
H đi u hƠnh (operating system OS) đư phát tri n trong nhi u n m qua T Pahm OS n m 1996, đ n Windows n m 2000 sau đó lƠ Blackberry OS vƠ Android
M t trong nh ng h đi u hƠnh di đ ng đ c s d ng r ng rưi nh t hi n nay lƠ
Android, t o ra đ u tiên vƠo n m 2003 và đ c Google mua l i n m 2005 LƠ m t h
đi u hƠnh m nh m h tr s l ng l n các ng d ng trên đi n tho i thông minh i kèm v i m t c a hƠng ph n m m tr c tuy n do Google phát tri n cho phép ng i dùng t i xu ng các ng d ng đ c phát hành b i nhƠ phát tri n
LƠ m t h đi u hƠnh ngu n m d a trên Linux cho các thi t b di đ ng nh đi n tho i thông minh, máy tính b ng Các ng d ng Android đ c vi t b ng ngôn ng
l p trình Java Android cung c p m t cách th ng nh t đ phát tri n ng d ng, có ngh a
lƠ các nhƠ phát tri n ch c n phát tri n ng d ng Android vƠ nó có th ch y trên các thi t b khác nhau đ c cung c p b i Android phát tri n ph n m m, nhà phát hƠnh cung c p b phát tri n ph n m m đó lƠ Android SDK (Software Development
Kit)
Trang 33Phiên b n Beta đ u tiên c a b công c phát tri n ph n m m Android SDK đ c Google phát hƠnh n m 2007 vƠ Android 1.0 ra đ i n m 2008
Hình 2.13 Bi u t ng Android
2.4.2 L ch s
T khi phát hƠnh cho đ n nay, Android đư tr i qua nhi u phiên b n khác nhau,
có nhi u s thay đ i, c i ti n đ đáp ng nhu c u c a ng i s d ng
Các phiên b n Android: Cupcake (1.5), Donut (1.6), Eclair (2.0), Froyo (2.2),
Gingerbread (2.3), Honeycomb (3.0), Ice Cream Sandwich (4.0) Jelly Bean (4.1 ậ
4.3.1), KitKat (4.4 ậ 4.4.4), Lollipop (5.0 ậ 5.1.1), Marshmallow (6.0 ậ 6.0.1), Nougat
(7.0 ậ 7.1), Oreo (8.0 ậ 8.1), Pie (9.0) và phiên b n m i nh t lƠ Q (10.0)
2.4.3 T ính n ng
Giao di n ng i dùng đ p, tr c quan
K t n i Bluetooth, Wifi, LTE, NFC, ầ
H tr truy n thông: MP3, WAV, JPEG, PNG, GIF, ầ
Trình duy t Web: d a trên công c WebKit ngu n m k t h p JavaScript V8
Trang 342.4.4 Ki n trúc c b n
• Linux Kernel
ơy lƠ n n t ng mƠ h đi u hƠnh Android d a vƠo nó đ phát tri n LƠ l p d i cùng c a các l p, ch a t t c các thi t b giao ti p c p th p dùng đ đi u khi n các
ph n c ng khác trên thi t b Android Ngoài ra nó còn x lý tác v khác nh k t n i
m ng, giúp gi m can thi p vƠo ph n c ng
• Libraries
Th vi n n i ch a t t c các mư ngu n cung c p nh ng tính n ng chính c a h
đi u hƠnh Android d a trên th vi n Java dƠnh riêng đ phát tri n Android M t s
th vi n nh :
- android.app: cung c p quy n truy c p vƠo mô hình ng d ng, lƠ n n t ng c a
t t c ng d ng Android
- android.database: đ c s d ng đ truy c p d li u
- android.opengl: giao di n OpenGL, 3D
- android.view: xơy d ng các kh i c b n trên giao di n ng i dùng
- android.widget: t p h p t t c thƠnh ph n giao di n c b n đ c xây d ng s n
LƠ t ng th hi n các tính n ng cao c p c a Android (k t n i, thông báo, truy
xu t d li u) Các nhƠ phát tri n đ c phép s d ng các d ch v nƠy trong ng d ng
c a h Bao g m các d ch v chính:
- Qu n lý ho t đ ng: ki m soát t t c các ho t đ ng c a ng d ng
- Cung c p n i dung: cho phép ng d ng chia s d li u v i các ng d ng khác
Trang 35- Qu n lý tƠi nguyên: cung c p quy n truy c p vƠo các tƠi nguyên nh cƠi đ t mƠu, b c c giao di n ng i dùng
- Qu n lý thông báo: cho phép các ng d ng hi n th c nh báo vƠ thông báo cho
ng i dùng
• Application
T t c các ng d ng Android đ c tìm th y l p trên cùng vƠ ng d ng c ng
đ c vi t trên chính t ng nƠy Ví d nh ng d ng danh b , tin nh n, trình duy t, ầ
2.4.5 T hƠnh ph n c a ng d ng Android
ThƠnh ph n c a m t ng d ng Android lƠ t p h p các kh i c n thi t c a m t
ng d ng Android, bao g m 4 thƠnh ph n chính:
• Máy thu phát sóng (Broadcast Receivers)
B thu phát sóng có nhi m v tr l i tin nh n t các ng d ng khác ho c t h
th ng Ví d các ng d ng có th phát sóng đ cho h th ng bi t d li u đư đ c t i
xu ng thi t b hay ch a
• Các nhƠ cung c p n i dung (Content Providers)
Cung c p d li u t ng d ng nƠy sang ng d ng khác theo yêu c u, d li u có
th đ c l u tr trong h th ng ho c c s d li u ho c m t n i khác
Trang 36S l ng thi t b s d ng đ c h đi u hƠnh Android r t l n
Thu c s h u c a Google, cung c p s tin t ng cho ng i s d ng
c b o m t t t
• Nh c đi m
Các thi t b tiêu t n nhi u n ng l ng h n khi s d ng h đi u hƠnh nƠy do ch y
song song nhi u ch ng trình n n
Nhi u ng d ng ch a virus vƠ ph n m m đ c h i
Thông tin ng i dùng có th b đánh c p b i m t vƠi ng d ng gi m o
Trang 37Là m t giao th c r t nh do đó đ c s d ng đ giao ti p các thi t b (M2M ậ
Machine to Machine), WSN (Wireless Sensor Networks) và ph bi n nh t trong các
MQTT đ c t o ra b i ti n s Andy Stanford-Clark c a IBM vƠ Arlen Nipper
c a Arcom vƠo n m 1999 nh lƠ m t cách hi u qu , đáng tin c y đ k t n i các thi t
b đ c s d ng trong ngƠnh d u khí v i các máy ch doanh nghi p t xa nh m đi u khi n giám sát vƠ thu th p d li u t các c m bi n
Trang 382.5.3 ThƠnh ph n c a MQTT
• Client (Publisher, Subscriber)
Client (khách hàng) đ ng ký m t ch đ đ g i vƠ nh n message:
- Khi m t client mu n g i d li u cho Broker: đơy lƠ ho t đ ng Publisher
- Khi m t client mu n nh n d li u t Broker: đơy lƠ ho t đ ng Subscriber
Vì v y Publisher vƠ Subscriber đóng vai trò đ c bi t c a client
Hình 2.16 Ho t đ ng c a client
• Server (Broker)
Server trong MQTT g i lƠ m t Broker đ c xem lƠ trung tơm, lƠ đi m giao c a
các k t n i đ n t client Nhi m v chính c a Broker là nh n đ ng ký t các client v các ch đ (topic), nh n tin nh n (message), s p x p các message theo hƠng đ i r i chuy n chúng đ n m t đ a ch d a trên vi c đ ng ký c a client Nhi m v ph c a
Broker là có th đ m nh n thêm m t vƠi tính n ng liên quan đ n truy n thông nh :
b o m t message, l u tr message
• Topic
Là n i mƠ m t client mu n đ t ho c truy xu t message C th khi m t message
đ c publish vƠo m t Topic thì nh ng subscriber c a Topic đó s nh n đ c message
này
Hình 2.17 Ho t đ ng c a Topic
• Message
LƠ đ n v trao đ i d li u mƠ thi t b nh n đ c khi Subscribing (đ ng ký) m t
Topic ho c g i đi khi Publishing m t Topic
Trang 392.5.4 MQTT QoS
QoS (Quality of Service): MQTT cung c p các m c đ m b o s ch c ch n trong
vi c g i vƠ nh n d li u gi a các client vƠ Broker MQTT h tr 3 m c:
• QoS0
m b o m c th p nh t, d li u đ c g i đi đúng m t l n vƠ s không đ c
ki m tra đư đ n các Broker hay ch a
• QoS1
m b o đư đ n n i nh n, ít nh t m t l n đ c xác nh n
• QoS2
M c đ m b o cao nh t, Broker đ m b o các d li u có QoS2 s đ n n i nh n
ch đúng m t l n duy nh t, không b trùng l p, không th t l c d li u, đ ng th i t n
b ng thông h n hai cách trên
2.5.5 Broker trong IoT
M t trong nh ng thƠnh ph n c a h th ng IoT lƠ Platform (đi n toán đám mơy),
nó ch u trách nhi m k t n i các thi t b v i nhau, cho phép ng i dùng ki m soát vƠ giám sát các thi t b c a mình VƠ Broker c ng chính lƠ Platform, nó n m trong h
Trang 402.5.6 u đi m
ơy là m t giao th c nh Do đó, d dƠng th c hi n trong ph n m m và nhanh
chóng trong vi c truy n nh n d li u, ít b nh h ng b i t c đ m ng
Giao th c d a trên k thu t tin nh n, vì v y t c đ khá nhanh
Gói d li u truy n đ c t i u hóa
S d ng ngu n đi n n ng th p, ti p ki m n ng l ng cho thi t b đ c k t n i
Th i gian th c, đơy lƠ đi u đ c bi t quan tr ng trong các d án IoT
2.5.7 B o m t
MQTT đ c thi t k m t cách nh vƠ linh ho t nh t có th Do đó nó ch có m t
l p b o m t t ng ng d ng: b o m t xác th c (xác th c các client đ c quy n truy
c p đ n Broker) Tuy nhiên, MQTT v n có th đ c cƠi đ t k t h p v i các gi i pháp
b o m t đa t ng khác nh k t h p v i VNP t ng m ng h c ho c SSLL/TLS t ng
transport
MQTT đ c thi t k nh m ph c v truy n thông machine-to-machine nh ng trên th c t ch ng minh nó l i ho t đ ng m t cách linh ho t h n mong đ i Nó hoƠn toƠn có th áp d ng cho các k ch b n truy n thông khác nhau: machine to machine, app to app Ch c n có m t Broker phù h p vƠ MQTT Client đ c cƠi đ t đúng cách, các thi t b xơy d ng trên nhi u n n t ng khác nhau có th giao ti p đ c v i nhau
M i ng d ng Node ậ RED bao g m các node đ c liên k t v i nhau d i d ng
input, output và operation