Khóa luận tốt nghiệp Đại học: Thiết kế mô hình smart home đơn giản sử dụng module wifi ESP8266

Khóa luận tốt nghiệp Đại học: Thiết kế mô hình smart home đơn giản sử dụng module wifi ESP8266 có nội dung giới thiệu về smart home, link kiện và module sử dụng, tổng quan về mô hình smart home xây dựng, chương trình hoạt động của client trong mô hình smart home. Để nắm vững nội dung chi tiết mời các bạn cùng tham khảo tài liệu.

H C VI N CÔNG NGH  B U CHÍNH VI N THÔNGỌ Ệ Ệ Ư Ễ

Ngườ ưới h ng d n  :ẫ

Sinh viên th c hi n:ự ệ Tr n Văn Ti pầ ệ

       L p :      D12DTMTớ

Đi m:ể (B ng ch :……… ) ằ ữ

Đ ng ý/Không đ ng ýồ ồ  cho sinh viên b o v  trả ệ ước h i đ ng ch m đ  án t t nghi p…?ộ ồ ấ ồ ố ệ

Hà N i, Ngày… Tháng… Năm 2013 ộ

CÁN B  ­ GI NG VIÊN HỘ Ả ƯỚNG D NẪ

(ký, h  tên) ọ

Bước vào ngưỡng c a ử ước m  cánh c a đ i h c v i bi t bao ni m ơ ử ạ ọ ớ ế ề ước m  v  công ngh  ơ ề ệthông tin th  nh ng em tế ư ưởng  tr ng nh  ngã g c và không th  đ ng d y đừ ư ụ ể ứ ậ ược khi ngày em 

bi t tin em trế ượt ngành công ngh  thông tin đ i h c Bách Khoa Hà N i nh ng tháng ngày k  ệ ạ ọ ộ ữ ế

ti p là nh ng tháng ngày em s ng trong tuy t v ng không bi t mình s  đi đâu và làm gì,  ế ữ ố ệ ọ ế ẽ

nh ng c  h i đã m  ra v i em m t l n n a khi có c  h i bư ơ ộ ở ớ ộ ầ ữ ơ ộ ước vào h c vi n B u Chính Vi n ọ ệ ư ễThông nh ng có m t s  thay đ i là ngành em ch n không ph i là công ngh  thông tin n a mà ư ộ ự ổ ọ ả ệ ữ

em đi theo m t con độ ường trong em mách b o là ngành k  thu t đi n t , ngày em bả ỹ ậ ệ ử ước vào 

trường em cũng ch a hi u bi t nhi u v  đi n t  v i bi t bao hoài nghi không bi t công vi c ư ể ế ề ề ệ ử ớ ế ế ệsau này ra trường em s  làm gì, trong quá trình h c em s  nghiên c u đi u gì.ẽ ọ ẽ ứ ề

Nh ng th i gian th c t  h c   h c vi n đã tr  l i em t t c  em th c r t thích thú đam mê và ư ờ ự ế ọ ở ọ ệ ả ờ ấ ả ự ấ

nh  b  cu n vào ngành đi n t  v i nh ng  ng d ng c a nó r t g n v i cu c s ng và r t h u ư ị ấ ệ ử ớ ữ ứ ụ ủ ấ ầ ớ ộ ố ấ ưích theo xu th  c a xã h i.ế ủ ộ

Nh ng đi u khi n em th c s   n tư ề ế ự ự ấ ượng và quý tr ng h n r t nhi u đó là s  nhi t huy t, t n ọ ơ ấ ề ự ệ ế ậtâm 

c a các th y cô trong khoaủ ầ

Em xin c m  n cô Bùi Th  Dân, cô Vũ Anh Đào, th y Nguy n Trung Hi u, th y Nguy n Ng cả ơ ị ầ ễ ế ầ ễ ọ  Minh  th y cô th c s  đã đ a em đ n v i khoa đi n t , đem đ n cho em s  đam mê và nhi t ầ ự ự ư ế ớ ệ ử ế ự ệhuy t tu i tr , đi n t  c a các th y cô em và các b n đã r t may m n có đế ổ ẻ ệ ử ủ ầ ạ ấ ắ ược đón nh n tình ậ

DANH M C CÁC KÍ HI U VÀ CH  VI T T TỤ Ệ Ữ Ế Ắ

CPU: Central Process Unit Kh i x  lý trung tâmố ử

RAM: Random Access Memory B  Nh  truy nh p ng u nhiênộ ớ ậ ẫ

ROM: Read Only Memory B  Nh  ch  đ cộ ớ ỉ ọ

HDMI: High­Definition Multimedia Interface Giao di n đa phệ ương ti n đ  phân gi i caoệ ộ ảGPIO: General Purpose Input Output C ng vào ra v i m c đích c  b nổ ơ ụ ơ ả

MQTT: Message Queuing Telemetry Transport Giao th c publish/subscribe b n tinứ ả

IOT: Internet Of Things Là liên k t máy đ n máyế ế

WPA: Wi­Fi Protected Access Giao Th c an ninh m ng không dâyứ ạUART: Universal Asynchronous Receive/Transmit   Truy n nh n d  li u không đ ng bề ậ ữ ệ ồ ộ

VCC: Voltage Constant Current Đi n áp có dòng không đ iệ ổ

VDD: Voltage Drain – Drain Đi n áp c c máng ệ ự

AC: Alternating Current Dòng thay đ i theo th i gianổ ờ

EEPROM:Electrically Erasable Programmable      Vùng nh  không bay h iớ ơ

QoS: Quality of Service Kh  năng giúp cho vi c truy n d  li uả ệ ề ữ ệ

TCP: Transmission Control Protocol Giao th c đi u khi n v n chuy nứ ề ể ậ ể

M  Đ UỞ Ầ

Đi n t  đang là ngành khoa h c đa nhi m đi n t  đã đáp   ng đệ ử ọ ệ ệ ử ứ ược nh ng đòi h i không ữ ỏ

ng ng c a các ngành và lĩnh v c khác nhau cho đ n nhu c u thi t y u c a con ngừ ủ ự ế ầ ế ế ủ ười trong 

cu c s ng h ng ngày. M t trong  nh ng   ng d ng quan  tr ng nh t c u đi n t  là  wifi  ng ộ ố ằ ộ ữ ứ ụ ọ ấ ả ệ ử ứ

d ng vào trong mô  hình smart home IOT, wifi đụ ượ ức  ng d ng vào nhi u trong công công ụ ềnghi p và  trong cu c s ng v i nhi u các  ng d ng khác nhau v i nh ng thi t b  đi u khi n ệ ộ ố ớ ề ứ ụ ớ ữ ế ị ề ể

t  xa  r t tinh vi và  đ t đừ ấ ạ ược năng su t kinh t  th t cao. Xu t phát t   ng d ng đó em thi t ấ ế ậ ấ ừ ứ ụ ế

k  mô hình smart home s   d ng module wifi ESP8266.ế ử ụ

Thi t k  mudule th c thi: m ch đi u khi n thi t  b  theo kích thế ế ự ạ ề ể ế ị ước h p âm tộ ường  đ   ng ể ứ

d ng đ a vào ngôi nhà xây d ng th c t  module g m 3 kênh c m bi n đi n dung g n  vào  ụ ư ự ự ế ồ ả ế ệ ắ

m t tr n SINO S190 c a g p âm  tặ ơ ủ ộ ường đ  có th  d   dàng tr m c m bi n đóng ng t thi t b  ể ể ễ ạ ả ế ắ ế ị

và tăng gi m đ  sáng c a thi t b  trong nhà  m i module  đả ộ ủ ế ị ỗ ược thi t k  đi u khi n t i đa 4 ế ế ề ể ốthi t  b  (đèn )  trên module tích h p ESP 8266 đ  nh n l nh t  server raspberry pi, và g i ế ị ợ ể ậ ệ ừ ử

tr ng thái ho t đ ng c a module lên server qua chu n giao th c MQTT c a  IOT. ạ ạ ộ ủ ẩ ự ủ

Thi t k  tách r i module c m bi n: đ t   các phòng làm nhi m v  đ m s  ngế ế ờ ả ế ặ ở ệ ụ ế ố ười trong 

phòng, đ c c m bi n đ   m, nhi t đ  c m bi n khi gas, đo dòng đi n tiêu th  c a toàn b  cácọ ả ế ộ ẩ ệ ộ ả ế ệ ụ ủ ộ  thi t b  trong mô hình smart home và  g i nh ng d  li u thu th p c a c m bi n v  cho server, ế ị ử ữ ữ ệ ậ ủ ả ế ềserver  g i l i giá tr  c m bi n nh n đử ạ ị ả ế ậ ược cho module th c thi phân tích và có nh ng đ n thái ự ữ ộ

th c hi n tự ệ ương  ng ư

N i dung bao g m 4 chộ ồ ương :

­ Chương 1: Gi i thi u v  smart home ớ ệ ề

­ Chương 2: Link ki n và module s  d ng ệ ử ụ

­ Chương 3: T ng quan v  mô hình smart home xây d ngổ ề ự

­ Chương 4: Chương trình ho t đ ng c a client trong mô hình smart homeạ ộ ủ

Đ  tài này giúp em hi u rõ nguyên lý thu phát phát và  ng d ng nó vào trong quá trình ngiên ề ể ứ ụ

c u thì em đã :ứ

1. Đã làm được 

Thi t k  các module th c thi đi u khi n thi t b  đi n áp 1 chi u đi n áp t  5 đ n 60Vế ế ự ề ể ế ị ệ ề ệ ừ ế

Thi t b  c m bi n: nhi t đ  , đ   m, khi gas, c m bi n đo dòng, c m bi n h ng ngo i ho t ế ị ả ế ệ ộ ộ ẩ ả ế ả ể ồ ạ ạ

đ ng chính xác và nh y c m các môi trộ ạ ả ường kích thích

Th c hi n truy n nh n t t data trên web openhab và ph n m m openhab vi t trên androiự ệ ể ậ ố ầ ề ế

Mô hình xây d ng đã đự ược vào xây d ng trong ngôi nhà th c t  .ụ ự ế

2.V n đ  ch a làm đẫ ề ư ược 

Trong 3 tháng làm đ  án cũng là 3 tháng em th  vi c   t p đoàn FPT Sofware nên em g p ồ ử ệ ở ậ ặnhi u khó khăn v  th i gian gi a áp l c công vi c m i, và đ  án nghiên c u đề ề ờ ữ ự ệ ớ ồ ứ ược tr c ti p ự ếvào xây d ng trong ngôi nhà th c t  c a anh qu n lý em   t p đoàn FPT sofware v i nh ng ự ự ế ủ ả ở ậ ớ ữđòi h i kh t khe v  ngôi nhà mà khi n cho áp l c đ  tài tăng cao th c hi n đ  tài trong th i ỏ ắ ề ế ự ề ự ệ ề ờgian ng n nên s n ph m demo trong đ  an ch a đắ ả ẩ ồ ư ược tích h p nhi u nh ng tính năng  nh  ợ ề ữ ưngôi nhà xây d ng th c t ự ự ế

3. Hướng phát tri n đ  tài ti p theoể ề ế

S  xây d ng tích h p đ y đ  nh ng tình năng c a smart home th c t  đã làm, xây d ng đ y ẽ ự ợ ầ ủ ữ ủ ự ế ự ầ

đ  chi ti t tài li u đ  các b n khóa sau có th  nghiên c u phat tri n k  th a.ủ ế ệ ể ạ ể ứ ể ế ừ

CHƯƠNG 1 GI I THI U V  SMART HOMEỚ Ệ Ề

1.1 Gi i thi u v  smart home ớ ệ ề

Nhà thông minh đang và s  là m t xu hẽ ộ ướng công ngh  t t y u trên th  gi i, tr  thành tiêu ệ ấ ế ế ớ ởchu n c a nhà   hi n đ i trong k  nguyên Internet of Things – k t n i v n v t qua internet. ẩ ủ ở ệ ạ ỷ ế ố ạ ậBên c nh đó, s  ti n nghi và ti t ki m năng lạ ự ệ ế ệ ượng cũng d n tr  thành m t tiêu chu n c n ầ ở ộ ẩ ầthi t nh m nâng cao ch t lế ằ ấ ượng s ng c a chúng ta. V y nên hãy b t đ u cho m t "k  nguyên ố ủ ậ ắ ầ ộ ỷcông ngh " m i.ệ ớ

 Công ngh  và thi t b  cho ngôi nhà thông minh đang đệ ế ị ược các công ty trong ngành xây d ng ựquan tâm nhi u. T i châu Âu, ngày càng có nhi u đi u lu t b t bu c các ngôi nhà m i xây ề ạ ề ề ậ ắ ộ ớ

ph i có ch ng ch  thân thi n môi trả ứ ỉ ệ ường, nh  cách nhi t t t, gi m tiêu th  đi n, nư ệ ố ả ụ ệ ước và khí 

2. T  đi u ch nh đ  sáng các bóng đèn đi n khi b n đ c sách, xem ti­vi hay đi ng ự ề ỉ ộ ệ ạ ọ ủ

3. Các thi t b  đi n t  t  gia d ng đ n gi i trí trong ngôi nhà đế ị ệ ử ừ ụ ế ả ược đi u khi n d  dàng thông ề ể ễqua gi ng nói hay Smartphone c a b n.ọ ủ ạ

4. Đ a ra các c nh báo các v t d ng có th  gây nguy hi m cho tr  em khi chúng có ý đ nh s  ư ả ậ ụ ể ể ẻ ị ử

d ng các v t d ng đó.ụ ậ ụ

5. Tính năng an ninh nh  t  báo đ ng khi có m t ngư ự ộ ộ ườ ối c  tình xâm nh p trái phép, t  đ ng ậ ự ộkhóa trái c a, báo c nh sát,… luôn trong tr ng thái s n sàng.ử ả ạ ẵ

1.2 Yêu c u t ng thầ ổ ể

­ Có k ch b n cho t ng đèn và t ng ch  đ  (ng , đ c sách, làm vi c  )ị ả ừ ừ ế ộ ủ ọ ệ

­ T  đ ng đóng ngát đèn khi có ngự ộ ười trong phòng, phòng có >2 c a ra vào.ử

­ Đóng ng t đèn có dimmer (sáng t  t , t t t  t ). Phòng có nhi u đèn và m i đèn đ u có th  ắ ừ ừ ắ ừ ừ ề ỗ ề ể

đi u khi n đ c l p. Đèn ch  sáng khi ngoài tr i t i. Mùa đông thì b t đèn sáng  m, mùa hè thì ề ể ộ ậ ỉ ờ ố ậ ấ

b t đèn sáng l nh.ậ ạ

­ Đi u ch nh sáng t i c a đèn theo ý mu n.ề ỉ ố ủ ố

­ Đo dòng đi n và báo lệ ượng đi n tiêu th  ệ ụ

­ C nh báo cho ch  nhà (b t đèn, hú còi) khi có ngả ủ ậ ười vào khi kích ho t ch  đ  ch ng ạ ế ộ ố

  tr m.ộ

­ Báo v  trí chính xác ngị ười đang   phòng nào.ở

­ Báo c a nào ch a đóng.ử ư

­ LED 12v (3 bóng c t t  led thanh) ­> dùng làm đèn tắ ừ ường

­ Đi n áp t i đa 1 bóng led là 3.3v.  N i ti p các bóng đ  ra đi n áp khác nhau.ệ ố ố ế ể ệ

  Ngu nồ

­  u tiên dùng ngu n 24VƯ ồ

­ Ngu n cho LED: Đi n áp là b i c a  3.3v ­> m i phòng dùng 1 c c s c laptop 19­20vồ ệ ộ ủ ỗ ụ ạ

­ Ngu n cho h  th ng đi u khi n: 5V t  đi n lồ ệ ố ề ể ừ ệ ưới ho c acquy.ặ

Optional: 

­ Ngu n d  phòng: 2 acquy 12v ­ 20AH (giá 1M)ồ ự

­ Pin năng lượng m t tr i: 1 t m 100W (1mx0.8m) + b  s c. ặ ờ ấ ộ ạ

  Đi dây trong tường:

­ Đi đường ngu n 1 chi u 20v dây to m i phòng s  có 1 c c adapter 20v – 4Aồ ề ỗ ẽ ụ

­ Đi đường ngu n 1 chi u 5V dây v a – m i t ng s  có 1 c c adapter 5v – 2Aồ ề ừ ỗ ầ ẽ ụ

­ Đường 220v đi quanh nhà ph c v  cho các   c m và các adapter.ụ ụ ổ ắ

­ Ngu n 24V (pin m t tr i) đ u th ng vào các phòng)ồ ặ ờ ấ ẳ

­ M i t ng có 1 t  đi nỗ ầ ủ ệ

1.4 K ch b n cho t ng phòngị ả ừ

  Phòng khách 

­ Đ m s  ngế ố ười trong  phòng

­ Khi có người vào

­ Ki m tra đ  sáng và b t đèn v i đ  sáng phù h p, có dimmer.ể ộ ậ ớ ộ ợ

­ B t tivi, âm lậ ượng nh ỏ

­ B t qu t tr n khi nhi t đ  > 30oậ ạ ầ ệ ộ

­ Khi h t ngế ười, gi m đ  sáng đèn tr n còn 10%, đèn tả ộ ầ ường còn 50%, t t qu t. T t h t đèn ắ ạ ắ ếsau 5p

­ Trên tường có nút đi u ch nh đ  sáng, t t m  theo ý mu n. (reset v  auto khi h t ngề ỉ ộ ắ ở ố ề ế ười trong phòng)

  Phòng ngủ

­ Đ m s  ngế ố ười trong  phòng

­ Khi có người vào, check đ  sáng và b t đèn v i đ  sáng phù h p, có dimmer.ộ ậ ớ ộ ợ

­ Khi h t ngế ườ ắ ếi, t t h t đèn

­ Trên tường có nút đi u ch nh đ  sáng theo ý mu n.ề ỉ ộ ố

­ B t qu t thông gió khi CO2 trên ngậ ạ ưỡng cho phép

­ Đi u ch nh đ   m. Tăng đ n nhi t đ  v  sáng.ề ỉ ộ ẩ ầ ệ ộ ề

­ Kéo dèm theo th i gian đ t trờ ặ ước

­ Trên tường có nút đi u ch nh đ  sáng theo ý mu n.ề ỉ ộ ố

­ Khi có người vào, check đ  sáng và b t đèn v i đ  sáng phù h p, có dimmer.ộ ậ ớ ộ ợ

­ Khi h t ngế ười, gi m đ  sáng đèn tr n còn 10%, đèn tả ộ ầ ường còn 50%. T t h t đèn sau  5 phútắ ế

­ Trên tường có nút đi u ch nh đ  sáng, t t m  theo ý mu n. (reset v  auto khi h t ngề ỉ ộ ắ ở ố ề ế ười trong phòng)

  Phòng t mắ

­ Đ m s  ngế ố ười trong  phòng

­ Khi có người vào, check đ  sáng và b t đèn v i đ  sáng phù h p, có dimmer.ộ ậ ớ ộ ợ

­ Khi h t ngế ười, gi m đ  sáng đèn tr n còn 10%, T t h t đèn sau 5pả ộ ầ ắ ế

­ Trên tường có nút đi u ch nh đ  sáng, t t m  theo ý mu n. (reset v  auto khi h t ngề ỉ ộ ắ ở ố ề ế ười trong phòng)

   C a ngõử

­ B m chuông, màn hình home server t  hi n camera c a ngõấ ự ệ ử

­ Camera ghi hình khi có chuy n đ ngể ộ

­ Khi có người vào, check đ  sáng và b t đèn v i đ  sáng phù h p, có dimmer.ộ ậ ớ ộ ợ

­ Khi h t ngế ười, gi m đ  sáng đèn còn 50%, T t h t đèn sau 10pả ộ ắ ế

CHƯƠNG 2: LINK KI N VÀ MODULE  S  D NGỆ Ử Ụ

2.1 Server raspberry pi 2

2.1.1 Gi i thi u v  raspberry pi  2ớ ệ ề

Hình 2.  M t trên c a raspberry pi2 ặ ủ

Chip Raspberry pi 2 s  d ng CPU 4 nhân lõi ARM cotex A7 chip đ  h aBroadcom VideoCore ử ụ ồ ọ

IV – 250MHz, RAM 1 GB b  chia s  250MB cho chip đ  h a và 1 khe c m th  nh  micro SD ị ẻ ồ ọ ắ ẻ ớ

Snappy Ubuntu Core: ch  y u dành cho các nhà phát tri nủ ế ể

Openelec: h  th ng gi i trí đa phệ ố ả ương ti nệ

OSMC: h  th ng gi i trí đa phệ ố ả ương ti nệ

Pidora: h  đi u hành d a trên Fedoraệ ề ự

RISC OS: không ph i h  đi u hành Linux, ….ả ệ ề

 2.1.2 M c đích s  d ng Raspberry pi 2 trong đ  tài smart homeụ ử ụ ề

S  d ng Raspberry pi 2 trong smart home đóng vai trò nh  server  l u  tr  d  li u, tử ụ ư ư ữ ữ ệ ương tác  

v i các  thi t b  ( Device ) trao đ i  d  li u v i các thi t b  thông qua chu n giao th c IOT ớ ế ị ổ ữ ệ ớ ế ị ẩ ứMQTT, Orange pi one đóng  vai trò MQTT server (Broker)  trong mô hình MQTT  còn thi t b  ế ịđóng vai trò MQTT client. Trong đó m i MQTT client đăng ký 1 vài kênh (topic) g i đ  trao ỗ ử ể

đ i d  li u v i MQTT server g i là Subcribe m  client (có th  là đi n tho i máy tính ) m i ổ ữ ệ ớ ọ ỗ ể ệ ạ ỗ

client có th   nh n đế ậ ược d  li u t  b t k  tr m nào khác g i sang kênh đã đăng ký vi c g i  ữ ệ ừ ấ ỳ ạ ử ệ ử

d  li u sang kênh đăng ký g i là publish.ữ ệ ọ

Hình 2.  S  đ  chân ESP8266 ơ ồ

­ Chân TXD và Chân RXD là 2 chân  chuy n nh n UARTề ậ

­ Chân VCC đ u vào 3.3 Vầ

­ Chân GPIO 0 kéo xu ng th p đ  ch  đ  bootloader ố ấ ể ế ộ

­ Chân RST chân reset c ng c a module kéo xu ng mass đ  resetứ ủ ố ể

­ Chân GPIO2 được dùng nh  1 c ng TX trong giao ti p UART debug l i ư ổ ế ỗ

­ Chân CH_PD chân s  d ng kích ho t chip s  d ng cho flash boot và updating module n i v iử ụ ạ ử ụ ố ớ  

m c caoứ

­ Chân GND n i massố

2.3 IC c m bi n đi n dung  TTP223­BA6 ả ế ệ

2.3.1 Gi i thi u v  IC c m bi n đi n dung TTP223­BA6ớ ệ ề ả ế ệ

Hình 2.  S  đ  nguyên lý c m bi n đi n dung TTP223­BA6ơ ồ ả ế ệ

TTP223 là m t IC phát hi n ch m phím c m  ng, vi c phát hi n ch m c m bi n c a IC độ ệ ạ ả ư ệ ệ ạ ả ế ủ ượ  cthi t k  đ  thay th   vi c nh n nút b m tr c ti p thông thế ế ể ế ệ ấ ấ ự ế ường, v i kích thớ ướ ảc c m bi n đa ế

d ng. tiêu th  đi n năng th p và đi n áp ho t đ ng r ng là ti p xúc tính năng chính cho các ạ ụ ệ ấ ệ ạ ộ ộ ế

ng d ng DC –AC. 

2.3.2 S  đ  chân và ch c năngơ ồ ứ

­ Chân TOG n i GND ch n mode direct ố ọ

­ Chân AHLB là chân ch n m c đi n áp đ u ra chân Q khi ch m phím, n i ALHB v i GND ọ ứ ệ ầ ạ ố ớchân Q   m c active hight khi ch m phím chân Q   m c đi n áo cao.ở ứ ạ ở ứ ệ

2.3.3 M c đích s  d ngụ ử ụ  IC TTP223­BA6

 S  d ng IC TTP223­BA6 đ  thi t k  m ch c m bi n đi n dung 3 kênh dùng đ  b t t t thi t ử ụ ể ế ế ạ ả ế ệ ể ậ ắ ế  

b  và  đi u ch nh công su t ho t đ ng c a thi t b  tiêu th  trong đ  tái Smart home.ị ề ỉ ấ ạ ộ ủ ế ị ụ ề

2.4 Mosfet kênh N­ IRFR3709 30V

2.4.2 Nguyên lý ho t đ ng ạ ộ

Mosfet ho t đ ng   2 ch  đ   đóng và m , do là  ph n t  c a h t mang đi n c  b n nên ạ ộ ở ế ộ ở ầ ử ủ ạ ệ ơ ảmosfet có th  đóng ng t v i t n s  cao. Nh ng đ  đ m b o th i gian đóng  c t ng n thì v n ế ắ ớ ầ ố ư ể ả ả ờ ắ ắ ấ

đ  đi u khi n l i là r t quan tr ng.ề ề ể ạ ấ ọ

M ch đi n tạ ệ ương đương c a mosfet,  nhìn đ  ta th y c  ch  đóng ng t c a mosfet ph  thu c ủ ố ấ ơ ế ắ ủ ụ ộvào t  ký sinh trên nó, đ i v i mosfet kênh N thì đi n áp đi u khi n mosfet là Ugs >0 dòng đi ụ ố ớ ệ ề ể

t  D xu ng S, mosfet kênh P đi n áp m  mosfet là Ugs<0 dòng s  đi t  S đ n D.ừ ố ệ ở ẽ ừ ế

2.4.3 Ki m tra ho t đ ng c a mosfetể ạ ộ ủ

Mosfet có th  để ược ki m tra bang đ ng  h  v n năng , ki m tra mosfet còn ho t đ ng t t khi ể ồ ồ ạ ể ạ ộ ố

đo tr  kháng gi a D và S ph i là vô cùng ở ữ ả

Bước 1: Chu n b  thang đo x1KWẩ ị

Bước 2: N p cho G 1 đi n tích(đ  que đen vào G que đ  vào S ho c D)ạ ệ ể ỏ ặ

Bước 3: Sau khi n p cho G 1 đi n tích ta đo gi a D và S (que đen vào D que đ  vào S) kim ạ ệ ữ ỏ

đ ng h  s  lên.ồ ồ ẽ

Bước 4: Sau khi đã thoát đi n chân G đo l i DS nh  bệ ạ ư ước 3 kim không lên

2.4.1 Gi i thi u mosfet kênh N­ IRFR3709 30Vớ ệ

 Mosfet là transistor hi u  ng trệ ứ ường là m t transistor đ c bi t có c u trúc ho t đ ng khác v i ộ ặ ệ ấ ạ ộ ớ  transistor ho t đ ng thông thạ ộ ường mosfet ho t đ ng d a trên hi u  ng t  trạ ộ ự ệ ứ ừ ường đ  t o ta ể ạdòng  đi n, là link ki n có tr  kháng đ u vào thích h p h n cho khu ch đ i các ngu n tín hi uệ ệ ở ầ ợ ơ ế ạ ồ ệ  

y u, mosfet có th  đế ể ượ ử ục s  d ng cho các  m ch băm xung  đi u ch nh công su t ho t đ ng  ạ ề ỉ ấ ạ ộ

c a thi t b  đi n áp  1 chi u .ủ ế ị ệ ề

Hình 2.  S  đ  chân Mosfet IRFR 3709 ơ ồ

­ G là  c c c ngự ổ

­ S là c c ngu n ự ồ

­ D là c c mángự

Trong đó G là c c đi u khi n đự ề ể ược cách ly hoàn toàn v i c u trúc bán d n còn l i b i l p bán ớ ấ ẫ ạ ở ớ

d n còn l i b i l p đi n môi c c m ng nh ng có đ  cách đi n l n. Hai c c còn l i là c c g cẫ ạ ở ớ ệ ự ỏ ư ộ ệ ớ ự ạ ự ố  (S) và c c máng (D), c c  máng là c c đón ti p các h t mang đi n.ự ự ự ế ạ ệ

Mosfet có đi n tr  gi a 2 c c G và S và gi a G và D là vô cùng l n còn đi n tr  gi a D và S ệ ở ữ ự ữ ớ ệ ở ữ

ph  thu c vào đi n áp c c G và c c S khi đi n áp Ugs tăng thì tr  kháng gi a c c D và c c S ị ộ ệ ự ự ệ ở ữ ự ự

S  dung mosfet trong trong module thi t b đ  đi u khi n đ  sáng c a  led thanh 12V đóng ử ế ị ể ề ể ộ ủ

ng t  thi t b  đi n 1 chi u.ắ ế ị ệ ề

2.5 IC chuy n đ i USB – UART  IC PL2303ể ổ

Hình 2.  Module uart PL2303

2.5.1 Gi i thi u IC chuy n đ i gi i thi u IC PL2303ớ ệ ể ổ ớ ệ

Vi c s   d ng chip IC chuy n đ i PL2303 chuy n đ i USB ­ UART d  dàng k t n i v i máy ệ ử ụ ể ổ ể ổ ễ ế ố ớ  tính module d  dàng cho vi c nghiên c u module khac b ng các l nh tr c ti p t  máy tính và ễ ệ ứ ằ ệ ự ế ừphân tích d  li u nh n đữ ệ ậ ược lên màn  hình máy tính  và phân tích d  li u nh n đữ ệ ậ ược lên màn hình máy tính và phân tích d  li u nh n đữ ệ ậ ược lên màn hình máy tính mà không c n  thông qua ầ

chương trình c a  vi đi u khi n .ủ ề ể

2.5.2 S  đ  chân và ch c năngơ ồ ứ

­ S  d ng đi n áp 5 V c p tr c ti p t  USBử ụ ệ ấ ự ế ừ

­ Dây đ  là chân ngu n 5Vỏ ồ

­ Dây đen GND 

­ Dây xanh dây truy n d  li u t  máy  tính  TXề ữ ệ ừ

­ Dây đ  dây nh n d  li u t  máy tính RXỏ ậ ữ ệ ừ

­ S  đ  và ch c năng chân c a linh ki n đi n t  DS18B20.ơ ồ ứ ủ ệ ệ ử

2.6.2 S  đ  chân và ch c năngơ ồ ứ

Ch c năng chân c a DS18B20.ứ ủ

­ Chân s  1 : GND là chân n i mass (0V).ố ố

­ Chân s  2 : DQ là chân d  li u vào ra.ố ữ ệ

­ Chân s  3 : VDD là chân n i ngu n (5V).ố ố ồ

­ Kích thướ ủc c a DS18B20

2.6.3 M c đích s  d ng c m bi n nhi t đ  trong đ  tài ụ ử ụ ả ế ệ ộ ề

S  d ng IC DS18B20 đ  đ c nhi t đ  trong phòng c a smart home sau đó qua MQTT c a ử ụ ể ọ ệ ộ ủ ủESP8266 g i lên trang web openhab c a serverử ủ

2.7 IC c m bi n h ng ngo iả ế ồ ạ

2.7.1 Gi i thi u  IC c m bi n h ng ngo iớ ệ ả ế ồ ạ

Hình 2.  Module h ng ngo i ồ ạ

Module c m bi n h ng ngo i PIR luôn có có sensor (m t c m bi n) v i 2 đ n v  (element). ả ế ồ ạ ắ ả ế ớ ơ ị

Ch n trắ ước m t sensor là m t lăng kính (thắ ộ ường làm b ng plastic), ch  t o theo ki u lăng kínhằ ế ạ ể  fresnel. Lăng kính fresnel này có tác d ng ch n l i và phân thành nhi u vùng (zone) cho phép ụ ặ ạ ềtia h ng ngo i đi vào m t sensor. Chúng ta có th  hi u đ n gi n r ng, n u không có lăng kính ồ ạ ắ ể ể ơ ả ằ ếfresnel, toàn b  b c x  c a môi trộ ứ ạ ủ ường s  ch  coi nh  có 1 Zone d i h t vào m t sensor, nh  ẽ ỉ ư ộ ế ắ ư

v y thì nó s  không có tác d ng phân bi t chuy n đ ng, và s  c c k  nh y v i b t k  s  thayậ ẽ ụ ệ ể ộ ẽ ự ỳ ạ ớ ấ ỳ ự  

đ i nhi t đ  nào c a môi trổ ệ ộ ủ ường

2 đ n v  c a m t sensor có tác d ng phân thành 2 đi n c c. M t cái là đi n c c dơ ị ủ ắ ụ ệ ự ộ ệ ự ương (+) và cái kia là âm (­). Khi 2 đ n v  này đơ ị ược tu n t  kích ho t (cái này xong r i m i đ n cái kia) thìầ ự ạ ồ ớ ế  

s  sinh ra m t xung đi n, xung đi n này kích ho t sensor (alarm­báo đ ng). Chính vì nguyên lýẽ ộ ệ ệ ạ ộ  này, khi có người đi theo hướng vuông góc v i khu v c ki m soát c a sensor (hớ ự ể ủ ướng mũi tên), thân nhi t t  ngệ ừ ười này (b c x  h ng ngo i) s  l n lứ ạ ồ ạ ẽ ầ ượt kích ho t t ng đ n v  c m bi n và ạ ừ ơ ị ả ếlàm sensor báo đ ng.ộ

V y thì cũng chính do nguyên lý này, n u ngậ ế ười chuy n đ ng theo hể ộ ướng song song, phát ra cùng lúc 2 lu ng b c x  qua lăng kính fresnel đ p vào đ ng th i 2 đ n v  c m bi n, xung đi nồ ứ ạ ậ ồ ờ ơ ị ả ế ệ  không t o ra ,và lúc này sensor không h  báo đ ng. Đây là đi u h t s c c  b n, nh ng nhi u ạ ề ộ ề ế ứ ơ ả ư ề

k  thu t viên an ninh khi l p đ t c m bi n PIR thỹ ậ ắ ặ ả ế ường không h  l u ý đ n. H  ch  đ n gi n ề ư ế ọ ỉ ơ ả

đ t sensor hặ ướng m t ra khu v c c n ki m soát” mà không quan tâm đ n hắ ự ầ ể ế ướng đ t nh p c aộ ậ ủ  

k  tr m. Nguyên t c là ph i đ t m t sensor hẻ ộ ắ ả ặ ắ ướng vuông góc v i hớ ướng kh  dĩ nh t mà k  ả ấ ẻ

tr m có th  di chuy n. Nh  v y m i tăng xác su t báo đ ng chính xác. Đ t song song v i ộ ể ể ư ậ ớ ấ ộ ặ ớ

hướng k  tr m, h n ta s  đi th ng đ n c m bi n mà có th  không h  kích ho t báo đ ng.ẻ ộ ắ ẽ ẳ ế ả ế ể ề ạ ộ

2.7.2 M t s  l u ý khi l p đ t c m bi n h ng ngo iộ ố ư ắ ặ ả ế ồ ạ

­ Không hướng m t sensor v  phía dàn nóng máy l nh. Vì dàn nóng máy l nh khi ho t đ ng ắ ề ạ ạ ạ ộ

thường có nhi t đ  cao, tia b c x  h ng ngo i c a nó phát ra s  gây nhi u c m bi n, khi n ệ ộ ứ ạ ồ ạ ủ ẽ ễ ả ế ế

nó ho t đ ng không chính xác.ạ ộ

­ Không hướng m t sensor v  phía c a s  có rèm che. Vi c này là đ  tránh báo đ ng gi  Khi ắ ề ử ổ ệ ể ộ ả

c a s  m , nhi u ngu n nhi t xâm nh p, rèm che g p gió s  có th  gây nhi u c m bi n vi ử ổ ở ề ồ ệ ậ ặ ẽ ể ễ ả ếsóng

­ Không l p đ t c m bi n PIR trong nhà ra ngoài tr i. Đi u này thắ ặ ả ế ờ ề ường hay g p. C m bi n ặ ả ếPIR lo i trong nhà không có tính năng ch u m a n ng, đ  ngoài tr i dù không tr c ti p g p ạ ị ư ắ ể ờ ự ế ặ

m a n ng, nó cũng d  b  h ng d n ch t li u v , lăng kính fresnel, khi n ch c năng ho t đ ngư ắ ễ ị ỏ ầ ấ ệ ỏ ế ứ ạ ộ  kém d n đi.ầ

­ Không hướng tr c ti p m t sensor v  n i nhi u n ng m t tr i. Khuy n cáo này r t d  hi u.ự ế ắ ề ơ ề ắ ặ ờ ế ấ ễ ể  Tia m t tr i có nhi u b c x  h ng ngo i, khi n sensor b  nhi u.ặ ờ ề ứ ạ ồ ạ ế ị ễ

­ Không nên đ t sensor g n dây đi n ngu n. C m bi n PIR là m t thi t b  đi n t , ho t đ ng ặ ầ ệ ồ ả ế ộ ế ị ệ ử ạ ộ

 đi n áp th p, nên h n ch  đ t g n đi n ngu n cao áp

­ Không nên hướng m t sensor ra phía c ng sát đắ ổ ường đi. Lý do đ n gi n là đ  tránh báo đ ngơ ả ể ộ  

gi  không đáng có do ngả ười khác đi b  ho c ch y b  ngang qua c ng. Sensor có th  l m v i ộ ặ ạ ộ ổ ể ầ ớ

vi c đ t nh p.ệ ộ ậ

­ Không l p sensor trên tắ ường b  rung. Đi u này giúp sensor ho t đ ng  n đ nh h n.ị ề ạ ộ ổ ị ơ

2.7.3 M c đích s  d ng c m bi n h ng ngo i trong đ  tài smart homeụ ử ụ ả ế ồ ạ ề

S  d ng  c m bi n h ng ngo i đ   đ m s   ngử ụ ả ế ồ ạ ể ế ố ười trong phòng  phát hi n v t th  và ch ng ệ ậ ể ố

ch mộ

2.8  Module c m bi n khí gas MQ2ả ế

2.8.1 Gi i thi u v  module c m bi n khí gas MQ2ớ ệ ề ả ế

MQ2 là c m bi n khí, dùng đ  phát hi n các khí có th  gây cháy. Nó đả ế ể ệ ể ượ ấ ạ ừc c u t o t  ch t bánấ  

d n SnO2. Ch t này có đ  nh y c m th p v i không khí s ch. Nh ng khi trong môi trẫ ấ ộ ạ ả ấ ớ ạ ư ường có 

ch t ngây cháy, đ  d n c a nó thay đ i ngay. Chính nh  đ c đi m này ngấ ộ ẫ ủ ổ ờ ặ ể ười ta thêm vào 

m ch đ n gian đ  bi n đ i t  đ  nh y này sang đi n áp.ạ ơ ể ế ổ ừ ộ ạ ệ

­ Khi môi trường s ch đi n áp đ u ra c a c m bi n th p, giá tr  đi n áp đ u ra càng tăng khi ạ ệ ầ ủ ả ế ấ ị ệ ầ

n ng đ  khí gây cháy xung quang MQ2 càng cao.ồ ộ

­ MQ2 ho t đ ng r t t t trong môi trạ ộ ấ ố ường khí hóa l ng LPG, H2, và các ch t khí gây cháy ỏ ấkhác. Nó đượ ử ục s  d ng r ng rãi trong công nghi p và dân d ng do m ch đ n gi n và chi phí ộ ệ ụ ạ ơ ả

th p.ấ

­ Trong m ch có 2 chân đ u ra là Aout và Dout. Trong đó:ạ ầ

 Aout: đi n áp ra tệ ương t  Nó ch y t  0.3­4.5V, ph  thu c vào n ng đ  khí xung quang MQ2.ự ạ ừ ụ ộ ồ ộ Dout: đi n áp ra s , giá tr  0,1 ph  thu c vào đi n áp tham chi u và n ng đ  khí mà MQ2 đo ệ ố ị ụ ộ ệ ế ồ ộ

­ M t đi u khó khăn khi làm vi c v i MQ2 là chúng ta khó có th  quy t  đi n áp Aout v  giá ộ ề ệ ớ ể ừ ệ ề

tr  n ng đ  ppm. R i t  đó hi n th  và c nh báo theo ppm. Do giá tr  đi n áp tr  v  t ng lo i ị ồ ộ ồ ừ ể ị ả ị ệ ả ề ừ ạkhí khác nhau, l i b   nh hạ ị ả ưởng nhi t đ , đ   m n a.ệ ộ ộ ẩ ữ

­ Trong thi t b  c a mình, đ  xác đ nh đi m c nh báo mình làm khá th  công. ế ị ủ ể ị ể ả ủ

 Đ u tiên đo tr ng thái không khí s ch, giá tr  thu đầ ạ ạ ị ược Vout1

 Cho khí ga t  b t l a rò r  ra. Ta th y giá tr  Aout tăng lên. Khi đ t kho ng cách khí ga t  b t ừ ậ ử ỉ ấ ị ạ ả ừ ậ

l a h p lý r i tử ợ ồ ương  ng v i n ng đ  khí b t đ u nguy hi m, ta ghi l i giá tr  Vout2. Ta ch n ứ ớ ồ ộ ắ ầ ể ạ ị ọgiá tr  Vout2 là giá tr  ngị ị ưỡng c nh báo. N u giá tr  đo đả ế ị ượ ớc l n h n ta s  c nh báoơ ẽ ả

 Ch nh chân bi n tr  đ  đi n áp đo t i chân 3 c a L358 = Vout2. ỉ ế ở ể ệ ạ ủ

Hình 2.  S  đ  chân module MQ2 ơ ồ

2.8.3 M c đích s  d ng module c m bi n khí gas MQ2ụ ử ụ ả ế

S  d ng module c m bi n khi gas đ  phát hi n xem khi gas có b  rò r   ra ngo i không  trong ử ụ ả ế ể ệ ị ỉ ạphòng b p.ế

2.9  Remote đa c m bi n cho smart homeả ế

2.9.1 Gi i thi u v  remote đa d ng cho smart homeớ ệ ề ụ

Hình 2.  Module remote đa d ngụ

Khi nghiên c u v  Smart Home thứ ề ường có nhi u ý tề ưởng  v  m t ngôi nhà t  đ ng và có th  ề ộ ự ộ ể

d  dàng đi u khi n b ng các thi t b  hi n đ i nh  smart phone hay máy tính b ng. Th t ra, ễ ề ể ằ ế ị ệ ạ ư ả ậcác thi t b  đó ch  ti n l i trong m t s  trế ị ỉ ệ ợ ộ ố ường h p nh t đ nh nh  đang   xa nhà hay s n đi n ợ ấ ị ư ở ẵ ệtho i trên tay, còn l i ph n l n đ u khá b t ti n khi ph i l  m  ki m đạ ạ ầ ớ ề ấ ệ ả ọ ọ ế ược cái đi n tho i r i ệ ạ ồloay hoay b t chậ ương trình đi u khi n lên. Khi đó vi c nh n  công t c hay remote cái ề ể ệ ấ ắ

remote(đi u khi n t  xa) còn nhanh h n . Remote đề ể ừ ơ ượ ử ục s  d ng ph  bi n nh t và ti n l i ố ế ấ ệ ợ

nh t. Khi b n phát hi n v n còn ph i t t đèn phòng ng  hay phòng khách trong khi đã n m êmấ ạ ệ ẫ ả ắ ủ ằ  

m trong chăn m n thì remote đ t   đ u gi ng s  luôn là gi i pháp nhanh nh t

­Trên hình,  Kodi remote có các chân c m đ  c m D1 Mini mà không c n hàn, các chân c m ắ ể ắ ầ ắmodule thu sóng RF, m t nh n h ng ngo i đ  thu tín hi u t  remote h ng ngo i nh  TV, máy ắ ậ ồ ạ ể ệ ừ ồ ạ ư

l nh… và 8 led phát h ng ngo i ph  đ u 8 hạ ồ ạ ủ ề ướng cùng IC darlington ULN2803 khu ch đ i tínế ạ  

hi u giúp phát l nh đi u khi n đệ ệ ề ể ược toàn b  các thi t b  trong m t phòng.ộ ế ị ộ

2.9.2 M c tiêu đ t đụ ạ ược 

­ Nh n đậ ược tín hi u t  remote RF hay h ng ngo i, t  đó th c hi n các l nh đã đệ ừ ồ ạ ừ ự ệ ệ ược cài đ t ặ

trước

­ Có kh  năng h c đả ọ ược các l nh t  remoteTV, máy l nh, qu t…ệ ừ ạ ạ

­ Nh n đậ ược yêu c u đi u khi n thi t b  t  b  qu n lý trung tâm nh  b t t t TV, máy l nh… ầ ề ể ế ị ừ ộ ả ư ậ ắ ạ

và phát các l nh tệ ương  ng đã h c t  remote c a TV hay máy l nh v i t m phát sóng r ng ứ ọ ừ ủ ạ ớ ầ ộ

360 đ ộ

CHƯƠNG 3  T NG QUAN V  MÔ HÌNH SMART HOME XÂY D NGỔ Ề Ự

Hinh 3.  S  đ  kh i smart home ơ ồ ố

3.1 Giao th c MQTTứ

3.1.1 MQTT là gì 

MQTT là m t giao th c g i d ng publish/subscribe s  d ng cho các thi t b  Internet of Things ộ ứ ở ạ ử ụ ế ị

v i băng thông th p, đ  tin c y cao và kh  năng đớ ấ ộ ậ ả ượ ử ục s  d ng trong m ng lạ ưới không  n ổ

(topic), ví d  nh  "/client1/channel1", "/client1/channel2". Quá trình đăng ký này g i là ụ ư ọ

"subscribe", gi ng nh  chúng ta đăng ký nh n tin trên m t kênh Youtube v y. M i client s  ố ư ậ ộ ậ ỗ ẽ

nh n đậ ược d  li u khi b t k  tr m nào khác g i d  li u và kênh đã đăng ký. Khi m t client ữ ệ ấ ỳ ạ ở ữ ệ ộ

g i d  li u t i kênh đó, g i là "publish".ở ữ ệ ớ ọ

3.1.3 QoS trong  giao th c MQTTứ

QoS (qualities of sevice) : là 1 cách th c đi u khi n m c đ   u tiên traffic c a h  th ng m ng,ứ ề ể ứ ộ ư ủ ệ ố ạ  tính năng này ho t đ ng trên t t c  các t ng khác nhau c a h  th ng, nh ng trong bài th  ạ ộ ấ ả ầ ủ ệ ố ư ửnghi m này, chúng ta s  t p trung vào thi t b  router s  d ng trong mô hình nhà ho c cá nhân. ệ ẽ ậ ế ị ử ụ ặ

C  th  h n, QoS s  th  hi n rõ tác d ng   nh ng v  trí thụ ể ơ ẽ ể ệ ụ ở ữ ị ường x y ra hi n tả ệ ượng bottleneck (hay thường g i nôm nà là th t nút c  chai), đ ng th i quy t đ nh ph n traffic nào quan tr ng ọ ắ ổ ồ ờ ế ị ầ ọ

h n các ph n còn l i, d a trên quy lu t mà ngơ ầ ạ ự ậ ườ ử ụi s  d ng thi t l p có liên quan t i đ a ch  IP, ế ậ ớ ị ỉMAC, các d ch v  đang ho t đ ng ị ụ ạ ộ

­ QoS0 Broker/client s  g i d  li u đúng 1 l n, quá trình g i đẽ ở ữ ệ ầ ở ược xác nh n b i ch  giao th c ậ ở ỉ ứTCP/IP

­ QoS1 Broker/client s  g i d  li u v i ít nh t 1 l n xác nh n t  đ u kia, nghĩa là có th  có ẽ ở ữ ệ ớ ấ ầ ậ ừ ầ ểnhi u h n 1 l n xác nh n đã nh n đề ơ ầ ậ ậ ược d  li u.ữ ệ

­ QoS2 Broker/client đ m b m khi g i d  li u thì phía nh n ch  nh n đả ả ở ữ ệ ậ ỉ ậ ược đúng 1 l n, quá ầtrình này ph i tr i qua 4 bả ả ước b t tay.ắ

M t gói tin có th  độ ể ược g i   b t k  QoS nào, và các client cũng có th  subscribe v i b t k  ở ở ấ ỳ ể ớ ấ ỳyêu c u QoS nào. Có nghĩa là client s  l a ch n QoS t i đa mà nó có đ  nh n tin. Ví d , n u 1ầ ẽ ự ọ ố ể ậ ụ ế  gói d  li u đữ ệ ược publish v i QoS2, và client subscribe v i QoS0, thì gói d  li u đớ ớ ữ ệ ược nh n vậ ề client này s  đẽ ược broker g i v i QoS0, và 1 client khác đăng ký cùng kênh này v i QoS 2, thì ở ớ ớ

nó s  đẽ ược Broker g i d  li u v i QoS2.ở ữ ệ ớ

M t ví d  khác, n u 1 client subscribe v i QoS2 và gói d  li u g i vào kênh đó publish v i ộ ụ ế ớ ữ ệ ở ớQoS0 thì client đó s  đẽ ược Broker g i d  li u v i QoS0. QoS càng cao thì càng đáng tin c y, ở ữ ệ ớ ậ

đ ng th i đ  tr  và băng thông đòi h i cũng cao h n.ồ ờ ộ ễ ỏ ơ

3.1.4 Retain trong  giao th c MQTTứ

N u RETAIN đế ược set b ng 1, khi gói tin đằ ược publish t  Client, Broker PH I l u tr  l i gói ừ Ả ư ữ ạtin v i QoS, và nó s  đớ ẽ ược g i đ n b t k  Client nào subscribe cùng kênh trong tở ế ấ ỳ ương lai. Khi 

m t Client k t n i t i Broker và subscribe, nó s  nh n độ ế ố ớ ẽ ậ ược gói tin cu i cùng có RETAIN = 1 ố

v i b t k  topic nào mà nó đăng ký trùng. Tuy nhiên, n u Broker nh n đớ ấ ỳ ế ậ ược gói tin mà có QoS 

= 0 và RETAIN = 1, nó s  hu  t t c  các gói tin có RETAIN = 1 trẽ ỷ ấ ả ước đó. Và ph i l u gói tin ả ưnày l i, nh ng hoàn toàn có th  hu  b t k  lúc nào.ạ ư ể ỷ ấ ỳ

Khi publish m t gói d  li u đ n Client, Broker ph i đ t RETAIN = 1 n u gói độ ữ ệ ế ả ặ ế ược g i nh  là ở ư

k t qu  c a vi c subscribe m i c a Client (gi ng nh  tin nh n ACK báo subscribe thành ế ả ủ ệ ớ ủ ố ư ắcông). RETAIN ph i b ng 0 n u không quan tâm t i k t qu  c a vi c subscribe.ả ằ ế ớ ế ả ủ ẹ

3.2 Ki n trúc MQTTế

MQTT có mô hình client/server, n i mà m i c m bi n là m t khác hàng (client) và k t n i đ nơ ỗ ả ế ộ ế ố ế  

m t máy ch , có th  hi u nh  m t nhà môi gi i (broker), thông qua giao th c TCP ộ ủ ể ể ư ộ ớ ứ

s  nh n đẽ ậ ược d  li u khi b t kì tr m nào khác g i d  li u vào kênh đã đăng kí. Khi m t clientữ ệ ấ ạ ử ữ ệ ộ  

g i m t b n tin đ n m t kênh vào đó, g i là publish.ử ộ ả ế ộ ọ

Ví d , m t m ng đ n gi n g m 3 Client và m t broker trung tâm.ụ ộ ạ ơ ả ồ ộ

C  3 khách hàng m  k t n i TCP v i Broker. Client B và C đăng kí t i kênh nhi t đ  topic ả ở ế ố ớ ớ ệ ộtemperature

Hinh 3.  Mô hình giao ti p client và broker trong giao th c mqtt ế ứ

T i m t th i đi m nào đó, Client A g i m t giá tr  22.5 đ n kênh nhi t đ  topic temperature. ạ ộ ờ ể ử ộ ị ế ệ ộBroker s  chuy n b n tin đ n t t c  các Client đã đăng kí.ẽ ể ả ế ấ ả

Hinh 3.  S  đ  cho ví d  trên ơ ồ ụ

Nh  v y, c  Client B và C đ u nh n đư ậ ả ề ậ ược b n tin g i t  A.ả ử ừ

Các mô hình publish/subscribe cho phép các client MQTT có th  giao ti p 1­1, 1­N vàN­1ể ế

T ng  ng d ng QoS Có 3 tùy ch n khi đăng kí kênh và g i b n tin:ầ ứ ụ ọ ử ả

­ Delivered at least once: G i ít nh t m t l n: C n ít nh t 1 l n xác nh n t  đ u cu i t c là có ử ấ ộ ầ ầ ấ ầ ậ ừ ầ ố ứ

th  có nhi u h n m t l n xác nh n đã nh n b n tin.ể ề ơ ộ ầ ậ ậ ả

­ Delivered exactly once: Ch  g i m t l n: Đ m bào khi g i b n tin, phía nh n ch  nh n đỉ ử ộ ầ ả ử ả ậ ỉ ậ ược đúng 1 l n, quá trình này c n qua nhi u bầ ầ ề ước b t tayắ

­ Fire and forget:  G i và quên: Broker/Client s  g i d  li u đúng 1 l n, quá trình g i đử ẽ ử ữ ệ ầ ử ược xác 

nh n b i giao th c TCP/IP.ậ ở ứ

LWT( last will and testamen): Gi  s  có 1 c m bi n, nó g i nh ng d  li u quan tr ng và r t ả ử ả ế ử ữ ữ ệ ọ ấkhông thường xuyên. Nó có đăng ký trước v i Broker m t b n tin   topic /node/gone­offline. ớ ộ ả ở

Và Client A đăng ký theo dõi topic /node/gone­offline, Broker s  g i SMS t i m i khi nh n ẽ ử ớ ỗ ậ

được tin nh n nào   kênh mà Client theo dõi.ắ ở

Trong quá trình ho t đ ng, c m bi n luôn gi  k t n i v i Broker b i vi c luôn g i các b n tinạ ộ ả ế ữ ế ố ớ ở ệ ử ả  

c p nh t. Nh ng n u vì lý do gì đó, c m bi n này chuy n sang ngo i tuy n, k t n i t i ậ ậ ư ế ả ế ể ạ ế ế ố ớBroker timeout

Lúc này, do c m bi n đã đăng ký LWT, do v y Broker s  đóng k t n i c a C m bi n, đ ng ả ế ậ ẽ ế ố ủ ả ế ồ

th i s  publish m t b n tin c n thi t vào kênh /node/gone­offline, dĩ nhiên là Client cũng s  ờ ẽ ộ ả ầ ế ẽ

nh n đậ ược tin nh n báo C m đã ngo i tuy n.ắ ả ạ ế

MQTT broker có th  yêu c u tên ngể ầ ười dùng và m t kh u xác th c t  client đ  k t n i. Đ  ậ ẩ ự ừ ể ế ố ể

đ m b o tính b o m t, k t n i TCP có th  đả ả ả ậ ế ố ể ược mã hóa v i SSL/TLS (Transport Layer ớ

Security (TLS) protocol, Secure Sockets Layer (SSL) protocol)

M c dù MQTT đặ ược thi t k  g n nh , nó có hai nhế ế ọ ẹ ược đi m làm h n ch  các thi t b :ể ạ ế ế ị

M i client MQTT ph i h  tr  TCP và thỗ ả ỗ ợ ường s  gi  m t k t n i m  đ n broker   m i th i ẽ ữ ộ ế ố ở ế ở ọ ờ

đi m. Đ i v i m t s  môi trể ố ớ ộ ố ường mà xác su t m t b n tin cao hay không có s n máy tính thì ấ ấ ả ẵđây là c  m t v n đ ả ộ ấ ề

Tên kênh MQTT thường là các chu i dài làm chúng không th a đáng v i tiêu chu n 802.15.4ỗ ỏ ớ ẩ

C  hai thi t sót đả ế ược gi i quy t b ng giao th c MQTT­SN, trong đó xác đ nh m t ánh x  ả ế ằ ứ ị ộ ạUDP c a MQTT và thêm kh  năng l p ch  m c (indexing) tên các kênh cho broker.ủ ả ậ ỉ ụ

3.4 Cài đ t h  đi u hành và ph n m m cho Raspberry pi 2ặ ệ ề ầ ề

3.4.1 Cài đ t h  đi u hành Raspberry pi 2ặ ệ ề

Hinh 3.  Hình  nh  file Rasbian t i v ả ả ề

Bước 2: B  th  nh  vào Adapter ho c đ u đ c th  sau đó k t n i vào máy tính.ỏ ẻ ớ ặ ầ ọ ẻ ế ố

Bước 3: (Optional) Format th  nh , ch n FAT32 sau đó ch n OK.ẻ ớ ọ ọ

Hinh 3.  Hình  nh minh h a cho b ả ọ ướ c 3

Bước 4: M  ph n m m Rawrite32 và ch n Open tìm th  m c đã gi i nén Armbian ch n All ở ầ ề ọ ư ụ ả ọfile đ  hi n th  t t c , click file .raw có dung lể ể ị ấ ả ượng lượng 1.5GB nó s  t  đ ng đ c.ẽ ự ộ ọ

Bước 5: Sau đó ch n th  nh    Target và sau đó  n vào Write to disk đ  ti n hành chép vào ọ ẻ ớ ở ấ ể ế

th  nh , m t kho ng 3­4 phút cho thao tác này.ẻ ớ ấ ả

Hinh 3.  Hình minh h a cho b ọ ướ c 5

Bước 6: Sau khi chép xong b n có th  t t ph n m m, tháo th  c n th n kh i máy tính không ạ ể ắ ầ ề ẻ ẩ ậ ỏtháo đ t ng t nhé tránh l i th  khi cài v  sau.ộ ộ ỗ ẻ ề

K t n i USB TTL và cài đ t driver :ế ố ặ

Bước này x y ra n u máy b n không nh n driver c a Usb ttl PL2303, thả ế ạ ậ ủ ường x y ra trên ảwin10 các b n ti n hành các thao tác sau:ạ ế

Bước 1: Gi i nén th  m c PL2303 v a t i và ch y file .exe đ  cài đ t.ả ư ụ ừ ả ạ ể ặ

Bước 2: K t n i Usb ttl vào máy tính, vào trình qu n lý ch n Manage ­> ch n Device Manager ế ố ả ọ ọ

­>   m c Ports (COM & LPT) ta s  th y l i ch a nh n thi t b  có d u ch m thang, click ở ụ ẽ ấ ỗ ư ậ ế ị ấ ấchu t ph i vào d u ch m thang ch n Update Driver Software.ộ ả ấ ấ ọ

Hinh 3.  Hinh minh h a cho b ọ ướ c trên

Bước 3: Ch n Browser my computer for driver software ­> ch n Let me pick from a list of ọ ọdrivers on my computer ­> ch n phiên b n 3.3.2.105 [10/27/2008] ­> và k t thúc b ng Next. ọ ả ế ằLúc này driver s  nh n và không còn d u ch m thang b n hãy ghi nh  tên COM.ẽ ậ ấ ấ ạ ớ

Ti n hành cài đ t h  đi u hành:ế ặ ệ ề

Bước 1: G n th  nh  vào Raspberry pi 2­> k t n i các dây breadboard gi a Usb ttl và ắ ẻ ớ ế ố ữ

Raspberry pi theo b ng bên dả ưới ­> C m Usb ttl vào máy tính.ắ

Hinh 3.  S  đ  chân k t n i  usb ttl và module Raspberry pi2 ơ ồ ế ố

Bước 2: M  ph n m m Putty ­> ch n k t n i Serial (m c đ nh là ở ầ ề ọ ế ố ặ ị SSH) ­> nh p tên COM b n ậ ạ

đã ghi nh  trong m c cài driver lúc nãy (ví d  c a mình là COM6, n u b n quên hãy vào l i ớ ụ ụ ủ ế ạ ạ

Divice Manager xem Ports) ­> nh p t c đ  truy n 115200 (m c đ nh là 9600) ­> nh n Open đậ ố ộ ề ặ ị ấ ể 

m ở

Hinh 3.  Hình  nh minh h a cho b ả ọ ướ c 1

Bước 3: Lúc này c m ngu n vào cho Raspberry pi 2, s  th y trên màn hình Putty chắ ồ ẽ ấ ương trình 

s  t  đ ng cài đ t trong kho n 1 phút (n u nh  bẽ ự ộ ặ ả ế ư ước này không th c hi n đự ệ ược hãy c n th n ẩ ậrút ngu n ­> rút Usb ttl sau đó tháo th  lau s ch và ti n hành l i Bồ ẻ ạ ế ạ ước 1