Do an internet of thing dieu khien thiet bi bang google assistant

Đồ án báo cáo điều khiển thiết bị điện bằng google assistant thông qua app Blynk. Ứng dụng wifi nhờ Modul ESP8266, ứng dụng Blynk, điều khiển các thiết bị điện bằng Google Assistant thông qua giọng nói. Cải thiện cuộc sống, tạo thành một cuộc sống số hóa, hiện đại, an toàn và tiết kiệm

HỒ CHÍ MINH

KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG

BÁO CÁO MÔN HỌC

ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG 1

ĐỀ TÀI:

ỨNG DỤNG IoT TRONG

NGÔI NHÀ THÔNG MINH

Sinh viên thực: Nguyễn Đức Thuận,

Giảng viên hướng dẫn: ThS Trần Kim Tâm

TP.HCM, 12/2020

Mục Lục

Lời mở đầu 1

Chương 1 – TỔNG QUAN VỀ IoT VÀ CHIP ESP8266 1

1.1 Giới thiệu về Internet of Thing (IoT) 1

1.1.1 Khái niệm 1

1.1.2 Lịch sử hình thành và đặc tính cơ bản 1

1.1.3 Ứng dụng IoT 1

1.1.4 IoT trong tương lai và bảo mật trong IoT 1

1.2 Giới thiệu về chíp ESP8266 1

1.2.1 Tổng quan về chíp ESP8266 1

1.2.2 Sơ đồ chân và nguyên lý hoạt động của ESP8266 1

1.2.3 Thông số kỹ thuật và ứng dụng của chíp ESP8266 1

Chương 2 – THIẾT KẾ MÔ HÌNH THỰC NGHIỆM 1

2.1 Mô hình kết nối 1

2.2 Các bước thiết lập cho mô hình thực nghiệm 1

2.3 Chương trình code Arduino 1

Chướng 3 – Kết luận và hướng phát triển của đề tài 1

3.1 Kết luận 1

3.1.1 Ưu điểm của mô hình 1

3.1.2 Nhược điểm của mô hình 1

3.2 Hướng phát triển của đề tài trong tương lai 1

Tài liệu tham khảo 1

Danh mục các từ viết tắt sử dụng trong báo cáo

Auto – Id: Automatic Identification - Nhận dạng tự động

RFID: Radio Frequency Identification – Nhận dạng qua tần số vô tuyến

GPIO: General- Purpose input/ output – Cổng vào/ ra vạn năng

UART: Universal Asynchronous Receiver/ Transmiitter- Chuẩn giao tiếp truyền nhận dữ liệu không đồng bộ

TX: Transmitter- Thiết bị truyền tín hiệu điều khiển

RX: Receiver- Thiết bị nhận tín hiệu điều khiển

Mục lục hình vẽ

Hình 1.1 Sơ đồ kết nối của hệ thống IoT

Hình 1.2 Sơ đồ chân chíp Esp8266

Hình 1.3 Sơ đồ nguyên lý hoạt động của Esp8266

Hình 2.1 Mô hình kết nối

Hình 2.2 Giao diện IFTTT

Hình 2.3 Thiết lập Google Assistant

Hình 2.4 Thiết lập Google Assistant

Hình 2.5 Cấu hình cho ứng dụng Blynk

Hình 2.6 Mô hình thực nghiệm

Lời mở đầu

Cuộc cách mạng công nghệ 4.0 Bùng nổ về công nghệ thông tin và viễn thông, đặc biệt là vai trò của điện tử- viễn thông ngày càng lớn và hết sức quan trọng trong việc cung cấp các ứng dụng đa dạng, tiện ích và mang lại hiệu suất, giá trị sử dụng cao Trong xu hướng mọi thứ đều có thể kết nối với nhau thông qua Internet thì câu hỏi chúng ta đặt ra ở đây là Làm thế nào để kết nối những chuỗi công việc, hành động

mà chỉ cần điều khiển từ xa chỉ thông qua thiết bị di động hay ứng dụng liên kết Và

để đáp ứng nhu cầu đó thì giải pháp IoT – Internet of Things đã được ra mắt mở ra một thế giới công nghệ hoàn toàn mới

Vạn vật kết nối hay Internet of Things (IoT) Là một khái niệm mang tính trừu tượng nơi các thiết bị được giao tiếp và kết nối với nhau thông qua môi trường Internet Đây

là một trong những công nghệ dẫn đầu trong kỷ nguyên cách mạng công nghệ 4.0 Vì vậy em đã chọn đề tài này để nghiên cứu Nội dung gồm 3 chương:

Chương 1: Tổng quan về IoT và Chíp ESP8266 Chương 2: Thiết kế mô hình thực tế

Chương 3 Kết luận và hướng phát triển của đề tài

Em xin chân thành cảm ơn thầy ThS Trần Kim Tâm đã tận tình, ân cần giúp đỡ

em trong quá trình hoàn thành đồ án này

Chương 1: TỔNG QUAN VỀ IoT VÀ CHÍP ESP8266

1.1 Khái niệm Internet of Things (IoT)

1.1.1 Khái niệm

Mạng lưới vạn vật kết nối Internet hoặc là mạng lưới thiết bị kết nối Internet viết tắt là IoT ( Internet of Things ) Là một kịch bản của thế giới, khi mà mỗi đồ vật con người được cấp một định danh của riêng mình, và tất cả có khả năng truyền tải và trao đổi thông tin qua mạng mà không cần tới sự can thiệp của con người IoT đã phát triển từ sự hội tụ của công nghệ không dây, công nghệ vi cơ điện tử và Internet Nói đơn giản là một tập hợp các thiết bị có khả năng kết nối với nhau, với Internet và với thế giới bên ngoài để thực hiện một công việc nào đó

Hay hiểu một cách đơn giản hơn IoT là tất cả các thiết bị có thể kết nối với nhau Việc kết nối này có thể được thực hiện qua Wi-Fi, mạng viễn thông băng rộng (3G, 4G,…), Bluetooth, Zigbee, Hồng ngoại,…Các thiết bị có thể là điện thoại thông minh, máy tính, máy giặt, máy rửa chén, bóng đèn, quạt,…

Hình 1.1 Sơ đồ kết nối của hệ thống IoT

1.1.2 Lịch sử hình thành và đặc tính cơ bản

Trong các tư liệu về IoT, người ta thường nhắc đến một chiếc máy nước giải khát tự động tại một trường Đại học Carnegie Melon (MỸ) vào đầu những năm 1980 như là một thiết bị đầu tiên mở màn cho xu hướng này, chiếc máy được lập trình để có thể kết nối với người điều khiển qua Internet, nhằm kiểm tra tình trạng của máy và bổ sung nước khi cần thiết mà không cần sự tiếp xúc kiểm tra trực tiếp

Sau đó, Khái niệm về Internet of Things chỉ thực sự được đưa ra vào tận những năm 1999 Đến lúc này con người mới thực sự nhìn nhận được tiềm năng của xu thế này Song song với sự phát triển mạnh của Internet, các vấn đề khó khăn cũng dần dần được giải quyết

Cụm từ Internet of Things được đưa ra bởi Kevin Ashton (người sáng lập ra Auto- ID Labs) vào năm 1999 Ông là một nhà khoa học đã thành lập nên trung tâm Auto- ID ở đại học MIT Nơi thiết lập các quy chuẩn toàn cầu cho RFID (một phương thức giao tiếp không dây sử dụng sóng Radio), cùng với một số loại cảm biến khác

Theo dòng lịch sử, IoT đã phát triển từ sự hội tụ của nền công nghệ không dây, công nghệ vi cơ điện tử và Internet Sau đến tận những năm 2014, IoT khẳng định được bước tiến của mình nhờ sự hội tụ phát triển của nhiều công nghệ, bao gồm truyển tải sóng vô tuyến xuất hiện dầy đặc, phân tích dữ liệu thời gian thực, cảm biến,

hệ thống nhúng mới phát triển,… Tất cả đều góp phần nhiều vào sự phát triển của IoT ngày nay

Tại Việt Nam, một số công ty công nghệ trong đó có EZLINK Technologies đã

có những bước đi tiên phong đầu tiên trong việc nghiên cứu và thiết kế các sản phẩm

về Internet of Things vào những năm 2010 Cho đến ngày nay, tại Việt Nam IoT đã và đang trở nên “Hot” hơn bao giờ hết Và được các công ty hàng đầu trong lĩnh vực công nghệ hàng đầu, đầu tư rất nhiều vầ nhân sự hạ tầng để tạo ra các sản phẩm tối ưu nhất để có thể chiếm lĩnh được thì trường hấp dẫn này

Đặc tính cơ bản

Tính kế nối liên thông, với IoT bất cứ điều gì cũng có thể kết nối với nhau thông qua mạng lưới thông tin và cơ sở liên lạc hạ tầng tổng thể

Những dịch vụ liên quan đến “Things” Hệ thống IoT có khả năng cung cấp các dịch vụ liên quan đến “Things”, ví dụ như bảo vệ sự riêng tư và nhất quán giữa Physical Things và Virtual Thing Để có thể đáp ứng dịch vụ này, cả công nghệ về phần cứng và phần mền đều cần có sự thay đổi

Tính thống nhất Các thiết bị trong IoT là không đồng nhất vì nó thường có phần cứng và network khác nhau Các thiết bị giữa hệ thống mạng có thể tương tác với nhau nhờ vào sự liên kết của các hệ thống mạng

Thay đổi linh hoạt Trạng thái của thiết bị có thể tự động thay đổi Vi dụ ngủ- thức dậy, kết nối- ngắt kết nối, vị trí thiết bị thay đổi, tốc độ thiết bị thay đổi,…Hơn nhất số lượng thiết bị có thể tự động thay đổi

Quy mô lớn Sẽ có một số lượng rất lớn các thiết bị được quản lý và giao tiếp với nhau Số lượng này lớn hơn nhiều so với lượng máy tính kết nối Internet hiện nay

Số lượng thông tin được truyền đi bởi thiết bị sẽ lớn hơn rất nhiều lần số lượng thông tin được truyền đi từ con người

1.1.3 Ứng dụng IoT

IoT có ứng dụng rộng vô cùng, có thể kể ra một vài ví dụ điển hình như

 Quản lý chất thải công nghiệp chất thải sinh hoạt

 Quản lý đô thị, quản lý môi trường

 Phản hổi trong các tình huống khẩn cấp

 Mua sắm thông minh

 Quản lý các thiết bị cá nhân

 Đồng hồ đo thông minh

 Tự động hóa các thiết bị trong ngôi nhà

Tác động của IoT rất đa dạng trên nhiều lĩnh vực Quản lý hạ tầng, y tế, xây dựng, tự đông hóa, giao thông thông minh,…Cụ thể trong lĩnh vực giao thông thông minh IoT có khả năng tổng hợp dữ liệu phân tích đánh giá dữ liệu được tổng hợp Từ

đó nó sẽ đưa ra đề xuất về các vấn đề như đường đi tối ưu giúp tránh xa khỏi tắc đường, tạo ra một nền giao thông mới tiên tiến phát triển an toàn và đặc biệt luôn

mang đến một trải nghiệm thoải mái nhất cho khách hàng sử dụng dịch vụ IoT sử dụng trong y tế cũng có rất nhiều tác động tích cực Khách hàng sẽ luôn được chăm sóc một cách thông mình nhất với liệu trình chính xác nhất Nhờ các thiết bị thu thập

dữ liệu chi tiết của bệnh nhân để đưa lên hệ thống Cùng với đó sẽ có phương hướng điều trị cụ thể và an toàn nhất Các ca phỗ thuật với độ khó cao cũng sẽ được giải quyết chính xác đến từng chi tiết nhỏ bởi sự phát triển của người máy được lập trình sẵn

1.1.4 IoT trong tương lai và bảo mật IoT

Mặc dù đã xuất hiện từ rất lâu về trước Nhưng kỷ nguyên Internet of Things chỉ thực sự được chú ý và bùng nổ trong những năm gần đây, sau sự phát triển của Smart phone, tablet và những kết nối không dây khác Sau khi nhận được sự chú của cộng đồng, IoT đã chứng minh được tiềm năng của mình bằng những con số vô cùng kinh ngạc

Là một trong những phát kiến quan trọng và quyền lực nhất của loài người Theo Cisco IBSG, nhà cung cấp giải pháp và thiết kế mạng hàng đầu hiện nay dự báo Đến năm 2025 sẽ có khoảng 55 tỷ đồ vật được kết nối vào Internet, bao gồm hàng tỷ thiết bị di động, ti vi, máy giặt, đồng hồ,…Để thấy được sự phát triển trên lĩnh vực này, họ đã đưa ra số liệu vào năm 1984, khi mà Cisco mới thành lập cũng chỉ có khoảng hơn 1000 thiết bị được kết nối mạng trên toàn cầu, đến năm 2010 con số này

đã tăng tới 10 tỷ thiết bị

Intel, một đơn vị cũng mới tham gia vào thị trường sản xuất chip cho các thiết

bị thông minh phục vụ cho IoT cũng đã thu về hơn 2 tỷ USD trong năm 2014, tăng trưởng 19% so với năm 2013

Những thông số cho thấy được tiềm năng phát triển của IoT trong tương lai

 4 tỷ người kết nối với nhau

 4 ngàn tỷ USD doanh thu

 Hơn 25 triệu ứng dụng

 Hơn 25 tỷ hệ thống nhúng thông minh

 50 nghìn tỷ Gigabytes dữ liệu

Bảo mật trong hệ thống IoT

Chúng ta đã đề cập quá nhiều đến cơ hội phát triển của IoT trong tương lai Vậy còn những thách thức thì sao

An ninh về bảo mật vẫn luôn luôn là mối lo ngại lớn nhất đối với mỗi người trong hệ sinh thái IoT Đây vẫn luôn là một khí cạnh quan trọng bậc nhất trong hệ sinh thái IoT Các chuyên gia hàng đầu trong nghành đã nhiều lần đưa ra các cảnh báo về tính an toàn của các thiết bị IoT Nếu các thiết bị thông minh này bị chiếm mất quyền điều khiển hoạt đơn giản hơn là hoạt động của chúng bị làm cho gián đoạn, ắt hẳn hậu quả sẽ không dễ để xử lý chút nào Người dân Mỹ cũng từng có yêu cầu được sở hữu toàn bộ dữ liệu cá nhân trên các thiết bị một cách riêng biệt, độc lập Những thông tin này đủ để cho thấy rõ được mối nguy hiểm của IoT vẫn luôn còn tồn tại và đáng ngại

Sự cố xảy ra khiến một lượng lớn dữ liệu bị đánh cắp Chứng minh rằng thậm chí cả việc bảo vệ đa tầng cũng không thể toàn diện Chúng ta cần phải tập trung hơn nữa vào dữ liệu bị đánh cắp không thể được sử dụng bởi bất kỳ ai ngoài chủ sở hữu chính thức Về mặt thiết kế sự lan tràn dữ liệu các nhân lên các trang mạng xã hội cũng là cơ sở để các phần mềm độc hại có thể dễ dang tấn công xâm nhập vào hệ thống Trong y tế cũng vậy khi dữ liệu bị đánh cắp hoặc bị đảo lộn sẽ gây ảnh hưởng trực tiếp tới quá trình xử lý của hệ thống ảnh hưởng trục tiếp tới tình trạng sức khỏe của bệnh nhân

Hiện nay chúng ta đang luôn cố gắng thay đổi cách làm việc để trở nên tốt, đơn giản an toàn hơn.Vì vậy phạm vi ảnh hưởng của IoT sẽ tiếp tục được phát triển, và con người chúng ta cũng cần phải có sự thay đổi thích hợp để phù hợp với hình thức truyền thông này Đây là lý do vì sao cần phải triển khai các chiến lược phù hợp để đảm bảo tính an toàn cho các cơ sở dữ liệu của cá nhân doanh nghiệp một cách tối ưu nhất

Khi tự động hóa kết nối Internet được triển khai trên nhiều lĩnh vực, IoT được

dự báo sẽ tạo ra nguồn dữ liệu lớn từ đa dạng nguồn kéo theo sự cần thiết cho việc tập kết dữ liệu nhanh, gia tăng nhu cầu lưu trữ và khả năng xử lý dữ liệu nhanh và hiệu

quả nhất Cơ sở hạ tầng cho trung tâm dữ liệu, cũng như các công cụ quản lý và phân tích dữ liệu kiểu truyền thống không còn phù hợp để xử lý một khối lượng lớn dữ liệu

có cấu trúc phức tạp hoặc không có cấu trúc nhất định được tạo ra từ nhiều kết nối Theo dự báo của Gartner (Công ty tư vấn và nghiên cứu toàn cầu cung cấp thông tin,

tư vấn và công cụ cho các doanh nghiệp) Dữ liệu sẽ tăng lên 800% về dung lượng trong 5 năm tới và trong đó có tới 80% là dữ liệu ở dạng phi cấu trúc Loại kỹ thuật này đòi hỏi nhiều kỹ thuật về IT và tài nguyên phần cứng hơn

Một khối lượng dữ liệu đồ sộ được tạo ra cũng góp phần tạo ra một thách thức không hề nhỏ với các nhà hoạch định IT Giờ đây các nhà điều hành các Công ty liên quan đến Công nghệ Thông tin cần phải xem xét việc họ cần phải làm thế nào để họ

có thể vừa truyền tải dữ liệu một cách an toàn vừa đảm bảo hỗ trợ được chiến lược dành cho các bên liên quan tại các đơn vị kinh doanh khác nhau trong cùng một tổ chức Lúc này, hơn bao giờ hết, những nhà Quản lý Trung tâm Dữ liệu đang phải chịu sức ép lớn làm sao để tăng ổn định hiệu suất giữa các ứng dụng và mức độ tin cậy thông qua các giải pháp tích hợp

Vấn đề cũng khá quan trong tiếp theo là chưa có ngôn ngữ chung Ở mức cơ bản nhất, Internet là một mạng dùng để kết nối các thiết bị này với các thiết bị khác Với các thiết bị IoT chúng ta cần phải đảm đương rất nhiều thứ, phải nói chuyện được với nhiều loại máy móc thiết bị khác nhau bằng nhiều ngôn ngữ lập trình Đáng tiếc là ngày nay chúng ta vẫn chưa có sự đồng thuận về ngôn ngữ chung để IoT có thể tự do giao tiếp làm việc một cách hiệu quả, đơn giản nhất

1.2 Giới thiệu về chip Esp8266

1.2.1 Tổng quan về chíp Esp8266

ESP8266 là dòng chíp tích hợp Wi- Fi 2.4Ghz có thể lập trình được, giá cả không quá đắt Được sản xuất bởi một công ty chuyên về các chất bán dẫn của Trung Quốc (Espreeeif Systems) Thiết bị này được phát hành đầu tiên vào tháng 8 năm

2014, được đóng gói đưa ra thị trường dạng Mô- đun ESP-01, được sản xuất bởi bên thứ 3 là AI- Thinker Có khả năng kết nối Internet qua mạng Wi-Fi một cách đơn giản

mà không có cần quá nhiều linh kiện đi kèm theo Với giá cả có thể được coi là quá rẻ

so với tính năng và khả năng của ESP8266 có thể làm được

ESP8266 có cả một cộng đồng các nhà phát triển trên thế giới, cung cấp nhiều Module lập trình giúp mọi người có thể tiếp cận và xây dựng ứng dụng rất nhanh dựa trên các nền tảng sẵn có

1.2.2 Sơ đồ chân và nguyên lý hoạt động của ESP8266

Sơ đồ chân

Hình 1.2 Sơ đồ chân chíp ESP8266

Chức năng các chân trong chíp ESP8266

 Tất cả các GPIO để có điện trở kéo lên nguồn bên trong (ngoại trừ GPIO16 có

trở kéo xuống GND) Người dúng có thể cấu hình kích hoạt hoặc không kích

hoạt các trở kéo này

 GPIO1 và GPIO3 Hai GPIO này được nối với TX và RX của bộ UART0,

NodeMCU nạp code thông qua bộ UART nên tránh sử dụng hai chân GPIO1

và GPIO3

 GPIO0, GPIO2, GPIO15 Đây là các chân có nhiệm vụ cấu hình mode cho

ESP8266 điều khiển quá trình nạp code nên bên trong NodeMCU (có tên gọi là Strapping pins) có các trở kéo để định sẵn các mức logic cho chúng như sau