Cuộc cách mạng công nghiệp lần thứ 4 cùng với IoT, AI, VR, SMAC, đang dần biến đổi thế giới thực thành thế giới số hóa. Đề tài ứng dụng công nghệ Wifi với chip ESP8266 cùng mới mạng MQTT sẽ là một giải pháp có tính công nghệ và ứng dụng cao trong IoT và sẽ là xu thế công nghệ trong tương lai.
Trang 1Đ I H C QU C GIA HÀ N IẠ Ọ Ố Ộ
TRƯỜNG Đ I H C CÔNG NGHẠ Ọ Ệ
Nguy n Đình M nh Linhễ ạ
NG D NG WIFI TRONG VI C GIÁM SÁT M T S
THÔNG S MÔI TRỐ ƯỜNG
Ngành: Công ngh k thu t C đi n t ệ ỹ ậ ơ ệ ử
TÓM T T KHÓA LU N T T NGHI PẮ Ậ Ố Ệ
Trang 2Hà N i – 2017ộ
Trang 3M Đ UỞ Ầ
Tính c p thi t c a đ tàiấ ế ủ ề
Ngày nay, xã h i phát tri n m nh m , k thu t ngày càngộ ể ạ ẽ ỹ ậ
hi n đ i nên nhu c u v trao đ i thông tin gi i trí, nhu c u v đi uệ ạ ầ ề ổ ả ầ ề ề khi n các thi t b t xa,…ngày càng cao. Và nh ng h th ng dâyể ế ị ừ ữ ệ ố cáp ph c t p l i không th đáp ng nhu c u này, nh t là nh ngứ ạ ạ ể ứ ầ ấ ở ữ khu v c ch tự ậ h p, nh ng n i xa xôi, trên các phẹ ữ ơ ương ti n v nệ ậ chuy n,… Vì v y công ngh không dây đã ra đ i và phát tri nể ậ ệ ờ ể
m nh m , t o r t nhi u thu n l i cho con ngạ ẽ ạ ấ ề ậ ợ ười trong đ i s ngờ ố
h ng ngày. ằ
Trong nh ng năm g n đây công ngh truy n nh n d li uữ ầ ệ ề ậ ữ ệ không dây đang có nh ng bữ ước phát tri n m nh m , góp công l nể ạ ẽ ớ trong vi c phát tri n các h th ng đi u khi n, giám sát t xa, đ cệ ể ệ ố ề ể ừ ặ
bi t là các h th ng thông minh. Hi n nay, có khá nhi u công nghệ ệ ố ệ ề ệ không truy n nh n d li u không dây nh RF, Wifi, Bluetooth,ề ậ ữ ệ ư NFC,…Trong đó, Wifi là m t trong nh ng công ngh độ ữ ệ ược phát tri n t lâu và luôn để ừ ược c i ti n đ nâng cao t c đ cũng nhả ế ể ố ộ ư
kh năng b o m t.ả ả ậ
T đ y, Cu c cách m ng công nghi p l n th 4 cùng v iừ ấ ộ ạ ệ ầ ứ ớ IoT, AI, VR, SMAC, đang d n bi n đ i th gi i th c thành thầ ế ổ ế ớ ự ế
gi i s hóa.ớ ố
Do đó Đ tài ng d ng công ngh Wifi v i chip ESP8266ề ứ ụ ệ ớ cùng m i m ng MQTT s là m t gi i pháp có tính công ngh vàớ ạ ẽ ộ ả ệ
ng d ng cao trong IoT và s là xu th công ngh trong t ng lai
Ý nghĩa khoa h c và th c ti nọ ự ễ
3
Trang 4Ý nghĩa th c ti n ự ễ : Khóa lu n mang tính ch t nghiên c u vàậ ấ ứ thi t k h th ng IoT trong nhà ho c khu làm vi c. Phát tri n vàế ế ệ ố ặ ệ ể
ng d ng nó trong th c t
Đ i v i sinh viên ố ớ : Vi c nghiên c u tìm tòi ki n th c giúpệ ứ ế ứ cho sinh viên áp d ng nh ng ki n th c m i vào th c t , đ ng th iụ ữ ế ứ ớ ự ế ồ ờ tích lũy kinh nghi m nghiên c u và h c t p v ng vàng h n sau khiệ ứ ọ ậ ữ ơ
t t nghiêp ra trố ường
Đ i tố ượng, phương pháp nghiên c uứ
Đ i t ố ượ ng nghiên c u ứ :Esp8266 và kit NodeMCU, các IDE và
framework đượ ức ng d ng, M ng truy n thông MQTTụ ạ ề
Ph ươ ng pháp nghiên c u: ứ S d ng phử ụ ương pháp nghiên c uứ thông qua các tài li u, m ng internet, các k t qu nghiên c u trongệ ạ ế ả ứ
và ngoài nước đ hoàn thi n các n i dung yêu c u c a khóa lu n.ể ệ ộ ầ ủ ậ
N i dung nghiên c uộ ứ
Khóa lu n này t p trung tìm hi u lý thuy t liên quan, thi tậ ậ ể ế ế
k h th ng, l p trình cho mô hình s n ph m IoT trong gia đình.ế ệ ố ậ ả ẩ
N i dung đ ánộ ồ
N i dung đ án độ ồ ược trình bày trong 3 chương, c th :ụ ể
CHƯƠNG 1:GI I THI UỚ Ệ
Gi i thi u t ng quan v th gi i s hóa hi n nay, v Cu c cáchớ ệ ổ ề ế ớ ố ệ ề ộ
m ng công nghi p l n th 4, v IoT , v t m quan trong và xu thạ ệ ầ ứ ề ề ầ ế phát tri n m nh m c a chúng trong tể ạ ẽ ủ ương lai
CHƯƠNG 2: C S LÝ THUY TƠ Ở Ế
Trang 5Trình bày m t s lý thuy t liên quan đ n Chip Wifiộ ố ế ế ESP8266, Node MCU v m ng MQTT và nh ng thi t b ph nề ạ ữ ế ị ầ
c ng có s d ng trong h th ngứ ử ụ ệ ố
CHƯƠNG 3:N I DUNG VÀ THI T K H TH NGỘ Ế Ế Ệ Ố
Xây d ng m t h th ng IoT theo dõi, giám sát thông s môiự ộ ệ ố ố
trường và đi u khi n các thi t b vào trong gia đìnhề ể ế ị
Đ a ra m t b n hư ộ ả ướng d n cách ti p c n và t xây d ngẫ ế ậ ự ự
m t h th ng IoT đ nghiên c u và h c t p.ộ ệ ố ể ứ ọ ậ
5
Trang 6CHƯƠNG 1. GI I THI UỚ Ệ
Nhìn l i l ch s , con ngạ ị ử ười đã ch ng ki n 3ứ ế cu c cách m ngộ ạ khoa h c k thu t l n:ọ ỹ ậ ớ
Cu c cách m ng công nghi p l n th nh t ộ ạ ệ ầ ứ ấ (t 1784) x y raừ ả khi loài người phát minh đ ng c h i nộ ơ ơ ước, tác đ ng tr c ti p đ nộ ự ế ế các ngành ngh nh d t may, ch t o c khí, giao thông v n t i.ề ư ệ ế ạ ơ ậ ả
Đ ng c h i nộ ơ ơ ước được đ a vào ôtô, tàu h a, tàu th y, m ra m tư ỏ ủ ở ộ
k nguyên m i trong l ch s nhân lo i. ỷ ớ ị ử ạ
Cu c cách m ng công nghi p l n th hai ộ ạ ệ ầ ứ (t 1870) đ n khiừ ế loài người phát minh ra đ ng c đi n, mang l i cu c s ng vănộ ơ ệ ạ ộ ố minh, năng su t tăng nhi u l n so v i đ ng c h i nấ ề ầ ớ ộ ơ ơ ước.
Cu c cách m ng công nghi p l n th ba ộ ạ ệ ầ ứ (t 1969) xu t hi nừ ấ ệ khi con người phát minh ra bóng bán d n, đi n t , k t n i th gi iẫ ệ ử ế ố ế ớ liên l c đạ ược v i nhau. V tinh, máy bay, máy tính, đi n tho i,ớ ệ ệ ạ Internet… là nh ng công ngh hi n nay chúng ta th hữ ệ ệ ụ ưởng là từ
cu c cách m ng này. ộ ạ
Cu c cách m ng công nghi p l n th t ộ ạ ệ ầ ứ ư đang di n ra tễ ừ
nh ng năm 2000 g i là cu c cách m ng s , thông qua cácữ ọ ộ ạ ố công ngh nh Internet v n v t (IoT), trí tu nhân t o (AI), th c t oệ ư ạ ậ ệ ạ ự ế ả (VR), tương tác th c t i o (AR), m ng xã h i, đi n toán đámự ạ ả ạ ộ ệ mây, di đ ng, phân tích d li u l n (SMAC) đ chuy n hóa toànộ ữ ệ ớ ể ể
b th gi i th c thành th gi i s ộ ế ớ ự ế ớ ố
Năm 2013, m t t khóa m i làộ ừ ớ "Công nghi p 4.0" (Industrieệ 4.0) b t đ u n i lên xu t phát t m t báo cáo c a chính ph Đ cắ ầ ổ ấ ừ ộ ủ ủ ứ
đ c p đ n c m tề ậ ế ụ ừ này nh m nói t iằ ớ chi n lế ược công ngh cao,ệ
đi n toán hóa ngành s n xu t mà không c n s tham gia c a conệ ả ấ ầ ự ủ
người. Th tủ ướng Đ cứ Angela Merkel ti p t c nh c t iế ụ ắ ớ Industrie
Trang 74.0 t i Di n đàn Kinh t th gi i Davos tháng 1/2015. Hi n nay,ạ ễ ế ế ớ ở ệ Công nghi p 4.0 đã vệ ượt ra kh i khuôn kh d án c a Đ c v i sỏ ổ ự ủ ứ ớ ự tham gia c a nhi u nủ ề ước và tr thành m t ph n quan tr ng c aở ộ ầ ọ ủ
cu c cách m ng công nghi p l n th t ộ ạ ệ ầ ứ ư
Và IoT là m t trong nh ng công ngh quan trong nh t s làộ ư ệ ấ ẽ thành ph n quy t đ nh c a CM công nghi p l n th 4. V i m cầ ế ị ủ ệ ầ ứ ớ ứ phát tri n nhanh chóng, năm 1984, có 1.000 thi t b k t n i toànể ế ị ế ố
c u, Đ n năm 2010 là 10 t Và đ n 2020 d đoán có 50 t thi t bầ ế ỷ ế ự ỷ ế ị
được k t n i vào h th ng Internet toàn c u.ế ố ệ ố ầ
Trong IoT có r t nhi u các phấ ề ương th c và giao th c k tứ ứ ế
n i. t v t lý đ n mô hình m ng không dây.ố ừ ậ ế ạ
CHƯƠNG 2. C S LÝ THUY TƠ Ở Ế
Trong chương này, d a vào tài li u và k t qu nghiên c u trong vàự ệ ế ả ứ ngoài nướ ức ng d ng trong s n ph m IoT:ụ ả ẩ
WIFI – m ng k t n i không dây ph bi n nh t hiên nayạ ế ố ổ ế ấ
ESP8266 và NodeMCU – Chip wifi giá rẻ
Framework Sming
Giao th c MQTTứ
Đây là m t giao th c publish/subscribe b n tin, độ ứ ả ược thi tế
k cho công ngh M2M (Machine to Machine) g n nh ế ệ ọ ẹ
Chúng ta s s d ng Mosquitto server, đây là m t brokerẽ ử ụ ộ open sourse cho phép ta cài đăt và th c thi giao th c MQTT.ự ứ
Blynk
7
Trang 8Blynk là môt platform được vi t trên 2 n n t ng IOS vàế ề ả Android giúp d dàng tùy ch nh wiget cho ph n control trong hễ ỉ ầ ệ
th ng IoTố
CHƯƠNG 3. N I DUNG VÀ THI T K H TH NGỘ Ế Ế Ệ Ố
Trong chương này, ta s phân tích và thi t k h th ng IoT nhẽ ế ệ ệ ố ỏ trong gia đình bao g m 3 thi t b :ồ ế ị
Phòng khách
Phòng ngủ
Ngoài tr iờ
Đ tri n khai môt h th ng trên, ta s nghiên c u tri n khai cácể ể ệ ố ẽ ứ ể
ph n trong m t h th ng IoT, bao g m: ầ ộ ệ ố ồ
Vi t firmware và tri n khai h th ng ph n client.ế ể ệ ố ầ
D ng server v i giao ti p MQTT nh m k t n i các clientự ớ ế ằ ế ố
v i nhau.ớ
ng d ng Blynk trong vi c theo dõi và đi u khi n thi t b
Thi t k và t a dáng v h p.ế ế ọ ỏ ộ
Trang 9K T LU NẾ Ậ
Đánh giá s n ph mả ẩ
K t quế ả
H th ng đã thu nh n và giám sát đ c thông s t cácệ ố ậ ượ ố ừ
c m bi n nhi t đ , đ m, c m bi n t và g i lên hê th ng đả ế ệ ộ ộ ẩ ả ế ừ ử ố ể theo dõi
Đi u khi n đóng ng t các thi t b đi n.ề ể ắ ế ị ệ
Tín hi u truy n t modul wifi n đ nh, nhanh chóng trongệ ề ừ ổ ị vùng sóng kém n đ nh.ổ ị
H n chạ ế
Thi t k ch a g n, thi u tính th m mĩ.ế ế ư ọ ế ẩ
Ch a có tính b o m t.ư ả ậ
Đ xu t c i ti n và hề ấ ả ế ướng phát tri nể
V i yêu c u đi u khi n thi t b đi n qua sóng wifi quy môớ ầ ề ể ế ị ệ ở phòng thí nghi m thì s n ph m này hoàn toàn đáp ng đệ ả ẩ ứ ược yêu
c u đ ra.ầ ề
V i h th ng này, hoàn toàn có th phát tri n, ng d ng vào th cớ ệ ố ể ể ứ ụ ự
t trong cu c s ng:ế ộ ố
Đ i v i các cá nhân: có th áp d ng h th ng này vào cănố ớ ể ụ ệ ố nhà c a mình đ có th đi u khi n và theo dõi các thi t b đi nủ ể ể ề ể ế ị ệ trong nhà, giúp vi c ki m soát thi t b d dàng.ệ ể ế ị ễ
9
Trang 10Đ i v i các t ch c: áp d ng h th ng vào các công ty, vănố ớ ổ ứ ụ ệ ố phòng.Vì đã s các văn phòng đ u có s d ng wifi nên vi c l pố ề ử ụ ệ ắ
đ t tặ ương đ i đ n gi n. H n th , cùng v i k t h p v i công nghố ơ ả ơ ế ớ ế ợ ớ ệ Internet có th xây d ng h th ng nhà thông minh trong tể ự ệ ố ương lai
Hướng phát tri n:ể
Làm v s n ph m th m mĩ và phù h p h n v i t ng đ iỏ ả ẩ ẩ ợ ơ ớ ừ ố
tượng người dùng
Chuy n server v nhà, d ng môt mini server trên máy tínhể ề ự nhúng gi m thi u nguy c m t d li u.ả ể ơ ấ ữ ệ