Đồ án điều khiển thiết bị

Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (1.69 MB, 64 trang )

Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Hưng Yên
Khọa Điện-Điện Tử

ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH 2
ĐỀ TÀI: “Điều khiển thiết bị qua mạng Internet”
Giảng viên hướng dẫn: Nguyễn Tiến Dũng
Sinh viên thực hiện: Khương Viết Duy
Đỗ Văn Duy
Lớp: 112182.2

1

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN
.........................................................................................................................
.........................................................................................................................
.........................................................................................................................
.........................................................................................................................
.........................................................................................................................
.........................................................................................................................
.........................................................................................................................
.........................................................................................................................
.........................................................................................................................
.........................................................................................................................
.........................................................................................................................
.........................................................................................................................
.........................................................................................................................
.........................................................................................................................
.........................................................................................................................
.........................................................................................................................
.........................................................................................................................

.........................................................................................................................
.........................................................................................................................
.........................................................................................................................
.........................................................................................................................
.........................................................................................................................
.........................................................................................................................
Hưng Yên, ngày … tháng … năm 2021
Giáo viên hướng dẫn
NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN
.........................................................................................................................
2

.........................................................................................................................
.........................................................................................................................
.........................................................................................................................
.........................................................................................................................
.........................................................................................................................
.........................................................................................................................
.........................................................................................................................
.........................................................................................................................
.........................................................................................................................
.........................................................................................................................
.........................................................................................................................
.........................................................................................................................
.........................................................................................................................
.........................................................................................................................
.........................................................................................................................
.........................................................................................................................
.........................................................................................................................

quan trọng trong sản xuất và trong cuộc sống sinh hoạt của mỗi con người. Do đó
một ngơi nhà thơng minh khơng cịn là ước mơ của con người nữa mà nó đã trở
thành hiện thực. Qua báo chí, các phương tiện truyền thơng, internet chúng ta đã
thấy mơ hình ngôi nhà thông minh đã ra đời. Là sinh viên khoa Điện -Điện Tử của
trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Hưng Yên, với những kiến thức đã học cùng với
mong muốn thiết kế một ngơi nhà tự động hố đáp ứng nhu cầu sinh hoạt hằng
ngày, nhóm chúng em đã chọn “Điều khiển thiết bị qua mạng Internet ” làm đề tài
nghiên cứu.

2. Mục tiêu nghiên cứu
Nhà thông minh là một đề tài mở với rất nhiều ứng dụng, các tiện ích có thể áp
dụng nhằm phục vụ nhu cầu ngày càng cao của con người. Chính vì vậy mà giới
hạn trong một số đồ án môn học chúng ta khơng thể giải quyết hết các bài tốn trên
thực tế. Trước mắt, chúng ta sẽ thi công một số thiết bị điện cho ngơi nhà thơng
minh từ đó có kế hoạch phát triển và thi công một số thiết bị điện cho ngôi nhà
thông minh.
Trong tương lai, chúng ta sẽ mở rộng và phát triển được những thiết bị này bằng
cách mở rộng khả năng giao tiếp của thiết bị, như qua Internet hay qua mạng di
động và cả trí tuệ nhân tạo.
3. Đối tượng nghiên cứu chung.
• Tìm hiểu và nghiên cứu về vi điều khiển.
• Tìm hiểu và nghiên cứu về ngơn ngữ lập trình vi điều khiển
• Tìm hiểu về các ngun tắc điều khiển các thiết bị điện.
• Tìm hiểu các loại cảm biến.

5

4. Phương pháp nghiên cứu

4.1. Phương pháp nghiên cứu lý thuyết
• Đọc và tìm hiểu bài giảng, giáo trình điện tử cơ bản, giáo trình vi xử lý:
•

Khoa Điện-Điện Tử_ĐHSPKTHY.
Tìm hiểu các tài liệu về kỹ thuật đa xử lý của vi điều khiển, giao tiếp UART
giữa các vi điều khiển, giao tiếp vi điều khiển với các thiết bị.

4.2. Phương pháp nghiên cứu thực tiễn
• Bằng cách vận dụng các kiến thức đạt được trong qua trình học tập, tham
khảo tài liệu. Nhóm thực hiện tiến hành tìm hiểu, thiết kế, thi cơng, và thử
nghiệm mơ hình trong nhiều tình huống và điều kiện khác nhau. Quá trình
thực nghiệm giúp nhóm thực hiện tự hồn thiện và bổ sung dần các kiến thức
mới. Đặc biệt là tìm được hướng nghiên cứu thích hợp nhất để hồn chỉnh và
•

tối ưu đề tài.
Đồ án được nghiên cứu, khảo sát và thực hiện với mục đích áp dụng những
kiến thức đã được học trong nhà trường để thiết kế, tạo ra một hệ thống Điều
khiển tự đồng hồn chỉnh. Hệ thống tích hợp module báo động cùng các
module tiện ích khác.

4.3. Các ứng dụng dự kiến của đề tài
‐ Hệ thống tự động điều khiển các thiết bị trong nhà (điều khiển một số thiết bị
‐

như bóng, đèn,rèm cửa, điều hồ nhiệt độ…)
Hệ thống giúp ngơi nhà an tồn hơn với chức năng theo dõi từ xa và tự động
cảnh báo (báo cháy, báo rị rỉ khí ga, đặc biệt hơn là cảnh báo trộm...)

6

CHƯƠNG I: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
1.1. Gới thiệu tổng quan về đề tài
1.1.1. Tính cấp thiết của đề tài
Một ngơi nhà thơng minh hay cịn gọi là ngơi nhà số là một giải pháp điều khiển
tích hợp các căn hộ cao cấp, tích hợp các thiết bị điện tử, nghe nhìn, truyền thơng
thành một hệ hồn chỉnh và thống nhất, có thể vận hành tất cả các hệ thống một
cách tự động theo chương trình đã cài đặt hoặc theo điều khiển từ xa của người
dùng. Các hệ thống như chiếu sáng, máy lạnh, an ninh bảo vệ, âm thanh nghe nhìn,
chng hình, cửa tự động hay cả rèm cửa sẽ được phối hợp vận hành thành một hệ
thống đồng nhất.
Mỗi chức năng của ngơi nhà thơng minh đều có khả năng tự vận hành hoặc dưới
sự điều khiển của người dùng, thông qua điện thoại di động sử dụng mạng 3G hay
Internet, cung cấp nhiều cấp độ sử dụng. Người dùng có thể truy cập từ xa vào hệ
thống quản lý tại nhà để xem cửa ngõ qua video, hệ thống đèn nếu lỡ quên khi ra
khỏi nhà, tắt bớt các hệ thống đèn không cần thiết trong các khu vực trong nhà để
tiết kiệm điện năng...
Vì thế hiện nay nhà thông minh là một trong những đề tài công nghệ ứng dụng
đang tạo nên một cơn sốt trong thị trường địa ốc. Các hãng đầu tư công nghệ ở
nước ngoài đã và đang phát triển giải pháp nhà thơng minh với rất nhiều tính năng
vượt trội.
Tại Việt Nam, hiện nay đã có một số nhà đầu tư cho các cơng trình nhà thơng
minh nhưng chủ yếu là phân phối các sản phẩm nhập của nước ngoài, với giá thành
rất cao. Chính vì những thực tiễn đó là cơ sở để chúng em chọn đề tài “Điều khiển
thiết bị qua mạng Internet”

7

1.1.2. u cầu điền khiển
Trong một gia đình thơng thường ngày nay, TV, hệ thống nghe nhìn, máy tính,
đèn chiếu sáng, rèm cửa và điện thoại di động, ngày càng trở nên dễ sử dụng và đa
năng hơn, nhưng mỗi thiết bị hoạt động độc lập với các bộ điều khiển dùng riêng.
Điều này có nghĩa là có rất nhiều bộ điều khiển, nút chỉnh, làm phức tạp thêm cuộc
sống.
Một ngơi nhà thơng minh cần đảm bảo những tính năng tiện lợi cho người dùng,
tính bảo mật và tính tiết kiệm năng lượng. Do vậy yêu cầu điều khiển cho ngôi nhà
của chúng em bao gồm:
-

Hệ thống cửa tự động: cửa được tự động đóng mở bằng Password. Chủ nhà
muốn vào nhà phải nhập đúng Password đã được cài đặt. Khi khóa được mở
hệ thống sẽ tự động nhắn tin đến chủ nhà để xác nhận. Nếu người lạ vào nhà
nhập sai Password q 3 lần thì chng sẽ reo lên báo động trong 30s, đồng
thời tự động gọi điện cho chủ nhà. Sau 30s mới có thể tiếp tục nhập lại
password. Các thao tác sẽ được xác nhận trên màn hình LCD, khi ra ngồi ấn
1 phím chức năng trên bàn phím để khóa cửa. Hệ thống giúp cho ngơi nhà

-

được an tồn hơn.
Hệ thống chiếu sáng tự động: Khi đứng ở cửa chính, đèn tự động bật lên. Khi

khơng có người đèn tự động tắt để đảm bảo tiết kiệm điện tối ưu.
- Hệ thống điều khiển nhiệt độ tự động: Nhiệt độ trong nhà sẽ được tự động
điều chỉnh hợp lý. Khi trời nóng, quạt tự động bật lên để làm mát theo 3 cấp
độ. Tương tự như vậy, khi trời lạnh, 3 bóng đèn tự động bật lần lượt theo 3 chế
độ để sưởi ấm. Các cấp độ hoạt động của quạt vs bóng đèn tùy thuộc vào nhiệt

độ của ngôi nhà.
- Hệ thống cảnh báo cháy: Khi có nguy cơ xảy ra hỏa hoạn, hệ thống phát hiện
các khí có thể gay cháy với nồng độ vượt q mức cài đặt thì chng báo động
sẽ reo lên đồng thời tự động nhắn tin và gọi điện cho chủ nhà.

8

1.1.3. Nhiệm vụ
Chúng ta cần tìm hiểu nguyên lý hoạt đọng của nhà thông minh và ứng dụng
công nghệ vào mơ hình thiết kế nhằm đáp ứng được các u cầu điều khiển đã đặt
ra ở trên. Ví dụ như hệ thống cửa tự động, chiếu sáng tự động, tự động bật tắt các
chế độ điều hà nhiệt độ, hẹ thống báo động các sự cố.
Ngoài ra chúng ta cần có cái nhìn tổng quan hơn về ấu trúc của thiết bị trong
ngơi nhà thơng minh, từ đó sẽ đinh hướng được khả năng phát triển của đề tài.
Tương lai có thể hồn thiện được những u cầu mà một ngơi nhà thơng minh cần
có:
-

Tổng qt hóa mơ hình và các ứng dụng của ngôi nhà thông minh.
Giải quyết từng khối chức năng bằng các thiết bị điều khiển.
Xây dựng mơ hình nhà thơng minh và ứng dụng một số thiết bị điện được điều

-

khiển tự động như hệ thống cửa tự động, rèm của tự động, ánh sáng tự động...
Vạch ra những kế hoạch, hướng phát triển và thi công cho những thiết bị khác
mà trong khuôn khổ và thời gian của đồ án chúng em chưa hoàn thiện được.
Ví dụ chúng ta có thể phát triển những thiết bị này bằng cách mở rộng khả
năng giao tiếp của thiết bị, như qua. Internet hay mạng điện thại di động, điều

khiển các thiết bị cần tính ổn định cao.

1.1.4. Giải pháp, mục tiêu đạt được.
Ghép nối thiết bị, trao đổi thông tin là một trong những vấn đề cơ bản trong bất
cứ một giải pháp tự động hóa nào. Giữa các bộ điều khiển trong một hệ thống điều
khiển phân tán cũng cần trao đổi thông tin với nhau để phối hợp thực hiện điều
khiển cả quá trình sản xuất.
Ở một cấp cao hơn, các trạm vận hành trong trung tâm điều khiển cũng cần được
ghép nối và giao tiếp với các bộ điều khiển để có thể theo giõi, giám sát tồn bộ
q trình sản xuất và hệ thống điều khiển.
Trong truyền thơng có nhiều giao tiếp được kể đến như USB, CAN, I2C, RS485,
USART v.v.. thì RS485 được sử dụng khá rộng rãi trong truyền thông giữa các
9

mạch trong hệ thống như trong các hệ thống Robot, điều khiển tịa nhà thơng minh,
hệ nhúng v.v
Chữ RS được viết tắt từ Recommended Standard ( Tiêu chuẩn được đề nghị),
RS485 là chuẩn duy nhất do EIA đưa ra mà có khả năng truyền thơng đa điểm thực
sự chỉ dùng một đường dẫn chung duy nhất, được gọi là Bus.
1.1.5. Đối tượng nghiên cứu trong đề tài
-

Tìm hiểu và nghiên cứu mạng truyền thông sử dụng giao tiếp RS485.
Xây dựng mạng truyền thông dùng giao tiếp RS485 với các Master và slave.
Điều khiển giám sát ngôi nhà thông minh với các hệ thống như tự động bật
đèn khi trời tối, tắt đèn khi trời sáng, hiển thị nhiệt độ môi trường, hệ thống
bảo mật cho ngôi nhà, điều khiển từ xa. Tất cả các hệ thống được điều khiển

-

tự động và giám sát tại một vị trí trung tâm.
Truyền thơng với khoảng cách xa. Đề tài ứng dụng mạng truyền thông RS485
xây dựng hệ thống điều khiển là một ứng dụng rất thực tế và là một giải pháp
cho tự động hóa, nó được ứng dụng nhiều trong thực tế như trong hệ thống
robot, ngôi nhà thông minh, hệ nhúng ...

1.1.6. Phạm vi nghiên cứu
Với đề tài này, chúng em đi sâu vào nghiên cứu những vấn đề chính sau đây:
‐
‐
‐
‐

Tìm hiểu tổng quan về mạng truyền thơng cơng nghiệp .
Tìm hiểu cơ sở lý thuyết mạng truyền thơng RS485.
Tìm hiểu vi điều khiển STM32, TTL to RS485, ESP01.
Tìm hiểu ngơn ngữ lập trình và biên dịch CCS, viết chương trình và biên dịch
ra file.hex nạp cho vi điều khiển ESP01. Chương trình cho STM32. Viết

‐

chương trình truyền thơng điều khiển, giám sát ngôi nhà thông minh.
Chế tạo mạch, lắp ráp và thử nghiệm cho ngôi nhà hoạt động theo các chương
trình đã định.

1.1.7. Phương pháp và phương tiện nghiên cứu
Phương pháp.
10

Tham khảo tài liệu:. Tìm hiểu ngơn ngữ lập trình C cho vi điều khiển.
• Thực nghiệm: Test chương trình và sửa lỗi trên mơ hình thực tế.
•

Phương tiện.
Sách tham khảo, các tài liệu trên mạng.
• Các phần mềm sử dụng CUBE MX, Keil C, Arduino, Proteus, Altium…
• Phần mềm mơ phỏng Proteus.
• Phần mềm thiết kế mạch điện tử chun dụng Altium
• Phần mềm lập trình cho vi điều khiển ride, C++, Keil C.
•

1.1.8. Thực trạng ngơi nhà thơng minh hiện nay ở Việt Nam
Smart Home (ngôi nhà thông minh) là ngơi nhà được tích hợp những cơng nghệ
tân tiến về kỹ thuật điện-điện tử-tin học để quản lý và điều khiển các thiết bị theo
mong muốn của chủ nhà mọi lúc, mọi nơi theo những chương trình được cài đặt
theo ngữ cảnh, lịch trình, cảm biến tự động. Như vậy, sự khác biệt với một ngơi nhà
bình thường mà ở đó mọi việc quản lý điều khiển thiết bị điện đều thực hiện bằng
cách thủ công cơ học theo nguyên tắc Mở/Tắt (On/Off) thì Smart Home đã tiến lên
một đẳng cấp khác về điều khiển, quản lý thiết bị một cách thông minh hơn nhiều.
Tại Việt Nam, cùng với xu hướng tăng trưởng mạnh của thị trường, nhà thông
minh đang dần trở thành một lĩnh vực hấp dẫn mà không “đại gia” công nghệ nào
muốn bỏ qua, trong đó có các doanh nghiệp cơng nghệ Việt. Nhà thơng minh hiện
nay ở Việt Nam với rất nhiều tiện ích, các tiện ích có thể áp dụng nhằm phục vụ
nhu cầu hàng ngày càng nâng cao của con người. Chỉ cần ngồi một nơi cầm điện
thoại di động trên tay là người sử dụng có thể điều khiển thiết bị trong ngơi nhà của
mình. Hiện nay có rất nhiều tập đoàn lớn tại Việt Nam đã đầu tư và Smart Home ví
dụ như Bkav, Lumi, Acis…
Những ngơi nhà thơng minh được thiết kế với một số đặc tính như:

-

An tồn về điện cho người sử dung.
Điều khiển theo chế độ đặt trước.
Điều khiển mành, rèm tự động .
Điều hòa nhiệt độ thông minh.
11

-

Hệ thống camera giám sát.
Hệ thống chng hình.
Hệ thống am thanh đa vùng.
Điều khiển trung tâm.
Điều khiển từ xa không dây bằng smartphone, laptop, máy tính bảng…
Điều khiển các thiết bị điện thông dụng như đèn điện, quạt...
Điều khiển các thiết bị cao cấp như tivi, điều hòa....
Hệ thống nhà thông minh thuận tiện phù hợp với thời đại công nghệ .
Chuẩn hóa điều khiển thơng qua SMS.
Cảnh báo nhiệt độ, độ ẩm thông qua SMS hoặc App.

1.2. Những mô hình thơng minh được ứng dụng hiện nay
1.2.1. Mơ hình và các thiết bị nhà thông minh
Ngày nay cùng với sự phát triển của đất nước những ứng dụng, mô hình thơng
minh hay những cơng trình nghiên cứu số hóa đều hướng tới phát triển xã hội theo
xu hướng tự động hiệu quả và tiện lợi. Đi cùng với đó một số mơ hình thơng minh
được nghiên cứu và phát triển theo nhu cầu của con người điển hình như :
Trong những năm gần đây xu hướng nhà thông minh (Smart Homes) đang trở
nên phổ biến ở Việt Nam, đặc biệt là ở các thành phố lớn như Hà Nội, TP Hồ Chí

Minh. Có thể nhắc đến nhiều dự án được xây dựng lên và thiết kế nhà thông minh
như là một tiện ích thu hút khách hàng mua nhà.
Nhà thông minh (Smart homes) là kiểu nhà được lắp đặt các thiệt bị điện tử tự
động hóa thực hiện một số thao tác quản lý, điều khiển mang đến sự tiện lợi cho
con người. Các thiết bị này có thể được kết nối thông qua ứng dụng mà chủ sở hữu
có thể thao tác trên thiết bị điện tử thơng minh của mình thơng qua kết nối internet.
Các thiết bị trong nhà có thể sẽ tương tác với nhau để thực hiện nhiệm vụ theo ý
của chủ căn hộ.
Căn hộ thông minh 4.0 được thiết kế trang bị nội thất thông minh bao gồm hệ
thống chiếu sáng, nhiệt độ, hệ thống an ninh, quản lý sử dụng nguồn năng lượng
hợp lý trong căn nhà/ căn hộ được điều khiển tự động bằng cơng nghệ cao thơng
qua máy tính, điện thoại. Một cách đơn giản hơn, những căn hộ thông minh là một
12

hệ thống nhà hoặc căn hộ hoạt động dựa trên nền tảng “Internet of Things” (IoT)
của “vạn vật” (như thiết bị điện tử, đồ gia dụng, thiết bị giải trí, thiết bị an ninh, các
cảm biến…) có khả năng kết nối với nhau, với Internet và với thế giới bên ngồi;
để có thể dễ dàng kiểm sốt, giám sát, truy cập từ xa và hồn tồn có thể tự động
hóa mọi hoạt động. Tất cả đều được lên kịch bản với hệ điều hành thông minh và
những cảm biến ưu việt. Cao cấp hơn cả là những cảm biến thông minh, trong
tương lai, nhà – căn hộ thông minh sẽ được điều khiển bằng trí tuệ nhân tạo AI
(Artifical Intelligence).

•

Ngun lý hoạt động của căn hộ thông minh

Các thiết bị trong ngôi nhà thông minh được vận hành theo nguyên tắc tự động
hóa và bán tự động hóa. Ngồi ra chúng còn được dùng bởi hệ thống điều khiển

theo mục đích của con người.

13

Đồng thời các thiết bị trong nhà thông minh thường gồm các cảm biến nhiệt, khi
gas, ánh sáng điều khiển bởi hệ thống xử trung tâm nhân biết, xử lý thơng tin
nhanh, chính xác.
•

Những thiết bị và vật dụng thơng minh

Hình 1. 1: Mơ hình các thiết bị nhà thơng minh

Căn hộ chung cư thông minh đem lại nhiều trải nghiệm hiện đại hơn rất nhiều so
với chung cư thông thường. Việc nâng cao chất lượng cuộc sống, kiểm soát chất
lượng môi trường sống, giám sát an ninh để bảo vệ cho người thân, của cải đều
được nâng cấp lên ở 1 tầm cao hoàn toàn khác biệt với 1 căn hộ thông thường. Bạn
14

sẽ nhận được hơn rất nhiều tiện ích dưới đây nếu sở hữu 1 căn hộ chung cư thông
minh:
-

Thiết bị điều khiển chiếu sáng thông minh
Thiết bị điều khiển mành, rèm, cửa cổng tự động
Hệ thống an ninh, báo động, báo cháy thơng minh
Hệ thống điều khiển điều hịa, máy lạnh thơng minh
Hệ thống âm thanh đa vùng

Camera, chng hình
Hệ thống bảo vệ nguồn điện
Điều khiển thiết bị thơng mình bằng giọng nói
Trợ lý AI
Robot qt nhà, lau nhà thơng minh

Hiện nay với nhiều giải pháp nhà thông minh do các công ty công nghệ phát
triển, câu trả lời cho câu hỏi trên hồn tồn là “có thể”. Với cơng nghệ hiện đại và
tạo điều kiện đơn giản nhất cho người dùng thì hồn tồn có thể biến căn hộ thông
thường đang ở thành 1 căn hộ chung cư thông minh khơng thua kém bất cứ căn hộ
thơng mình cao cấp nào khác.
Với những thơng tin trên, chúng ta có thể thấy nhà thông minh đã trở thành xu
hướng. Việc bạn mua ngay 1 căn hộ thông minh sẵn từ đầu hay bạn nâng cấp lên từ
căn hộ hiện tại đều không hề ảnh hưởng đến việc trải nghiệm những tiện ích lý thú
của nhà thơng minh.
1.2.2. Mơ hình nhà máy thơng minh
Mơ hình nhà máy thơng minh là một hệ sinh thái, trong đó các thiết bị sản xuất
hoạt động theo một quy trình tự động hóa, chu trình vận hành thông minh từ sản
xuất cho đến quản trị. Con người và các thiết bị tự động hóa có sự kết nối linh hoạt
trong mơ hình này. Con người đảm nhận vai trị điều khiển, kiểm sốt cịn các thao
tác chính hồn tồn thực hiện nhờ máy móc tự động hóa.

15

Nhà máy thơng minh hay cịn gọi là “Smart Factory” trong Tiếng Anh. Đây là
kết quả quan trọng và là minh chứng rõ nét nhất cho những thành tựu của cuộc cách
mạng cơng nghiệp lần thứ tư hay cịn gọi là công nghiệp 4.0.
Các nhà máy thông minh hoạt động bằng cách sử dụng những công nghệ hiện
đại như: robot tự động hóa, cơng nghệ internet của vạn vật, trí tuệ nhân tạo AI,….

Đây là mơ hình vận hành tự động hóa ở mọi khâu của q trình sản xuất kinh
doanh, từ khâu kiểm định nguyên liệu, chế biến, sản xuất, lắp ráp cho tới khâu kiểm
sốt chất lượng, đóng gói.

Hình 1.2: Mơ hình nhà máy thơng minh
Đối với mơ hình này, để xây dựng hồn chỉnh thì chủ doanh nghiệp cần phải bỏ
chi phí để trang bị hàng loạt các công nghệ mới nhất sở hữu khả năng tự động hóa
cao, phần mềm quản trị ưu việt để quản lý toàn bộ chuỗi giá trị, từ lên ý tưởng, sản
xuất trên dây chuyền, quan trị hậu cần,… Có nghĩa là, hệ điều hành trong nhà máy
sản xuất thông minh đều được thực hiện trên nền tảng số hóa. Hệ thống dây chuyền

16

sản xuất của nhà máy được vận hành theo nguyên tắc tự động hóa với sự góp sức
lớn từ robot.
Thực hiện nhà máy thông minh phải thực hiện trên phạm vi toàn diện, từ đặt
hàng, sản xuất cho đến lưu kho. Không chỉ dây chuyền sản xuất, trong hệ thống này
hệ thống kho cũng là kho thông minh, áp dụng tinh hoa công nghệ tân tiến và hiện
đại nhất để đảm đương các nhiệm vụ: xuất hàng, nhập hàng tự động,… Từ đó, việc
lưu thơng hàng hóa sẽ trở nên dễ dàng hơn.


Nếu vậy, có nghĩa là chỉ những doanh nghiệp tầm cỡ mới có khả năng áp

dụng mơ hình nhà máy sản xuất thông minh này?
Thực ra, để thực hiện được mơ hình này địi hỏi nỗ lực rất nhiều của các doanh
nghiệp, đặc biệt là về vấn đề vốn, cơ sở hạ tầng, máy móc thiết bị, Tuy nhiên, các
doanh nghiệp vừa và nhỏ vẫn có thể thực hiện mơ hình nhà máy thơng minh này.
Thậm chí, đối với các doanh nghiệp vừa và nhỏ, việc áp dụng dây chuyền tự động

hóa sẽ nhanh chóng tiết kiệm và hạn chế gặp sai sót hơn khi thực hiện tại các doanh
nghiệp có quy mơ phức tạp.
•

Nhà máy thơng minh – Tương lai của doanh nghiệp sản xuất

Mơ hình nhà máy thơng minh có tác động rất lớn đến cơng nghiệp sản xuất:
Nhà máy thông minh tăng khả năng giám sát từ xa, giúp nhà quản trị doanh
nghiệp kiểm soát được mọi hoạt động sản xuất kinh doanh của nhà máy mà khơng
cần trực tiếp ở đó. Như vậy, nhà quản trị có thời gian để tạo những giá trị lớn hơn
thay vì giám sát liên tục tại nhà máy.
Nhà máy thơng minh tối ưu hóa q trình sản xuất. Ở mơ hình nhà máy truyền
thống, sự can thiệp của con người gần như là hồn tồn, máy móc chỉ đóng vai trị
hỗ trợ sản xuất cịn ở nhà máy thơng minh, máy móc tự động hóa tham gia chính
vào quy trình sản xuất, sức lao động của con người được giải phóng. Khơng gian
của nhà máy thơng minh sẽ nhường chổ cho hệ thống dây chuyền máy móc và
17

những nhân sự chính. Máy móc vận hành với tốc độ nhanh gấp nhiều lần so với con
người, độ chính xác cao hơn nên có thể rút ngắn được thời gian sản xuất, giảm chi
phí nhân cơng, giảm chi phí thành phẩm cho lỗi hỏng. Điều này giúp quy trình sản
xuất được tối ưu hóa.
Mơ hình nhà máy thơng minh giúp cho nhà quản trị kết nối, tổng hợp và phân
tích dữ liệu để đưa ra quyết định thuận lợi nhất cho nhà máy. Nhà máy thông minh
sẽ biết tự sửa lỗi khi cần thiết, cảnh báo khi cần có sự can thiệp của con người.
Điều này giúp giảm chi phí năng lượng, dự báo trước những rủi ro có thế xảy ra để
chủ động ứng biến trong sản xuất.
Mô hình này có giúp tăng khả năng kết nối giữa các bộ phận trong doanh nghiệp
sản xuất. Máy móc và các thực thể khác trong mạng lưới nhà máy sẽ kết nối hiệu

quả với nhau, cho phép quản lý chuỗi cung ứng một cách hiệu quả nhất. Hệ thống
kỹ thuật số, công nghệ số sẽ kết nối sản xuất tạo ra một chu trình thơng minh và
khép kín. Như vậy, các phòng ban cũng sẽ làm việc với nhau theo một quy trình
khép kín, giúp hiệu quả làm việc cao hơn nhiều.
Với những tác động, ưu điểm rất lớn mà mơ hình nhà máy thơng minh mang lại,
đây chính là mục tiêu của nhiều doanh nghiệp trong quá trình chuyển đổi số.
Cơng nghệ chính là động lực đổi mới và tăng trưởng cho doanh nghiệp nhưng
ứng dụng như thế nào, phương hướng ra sao, bắt đầu từ đâu là một bài tốn đầy
thách thức.

1.2.3.

Mơ hình đơ thi thơng minh

Đối với nhiều người, đô thị thông minh là một khái niệm mới. Hiểu một cách
đơn giản thì đây là một mơ hình thành phố ứng dụng cơng nghệ thơng tin (CNTT),
trí tuệ nhân tạo để quản lý, nâng cao tiêu chuẩn cuộc sống đô thị, cải thiện chất
18

lượng phục vụ của chính quyền thành phố với người dân và sử dụng hiệu quả các
nguồn lực xã hội.
Mô hình đơ thị thơng minh tiêu chuẩn sẽ có những đặc điểm sau:
-

Đơ thị thơng minh tích hợp những xu hướng cơng nghệ mới nổi như tự động

hóa, học máy và Internet vạn vật (IoT).
- Về mặt lý thuyết, bất kì một lĩnh vực nào về quản lí thành phố cũng có thể trở
thành sáng kiến để xây dựng đơ thị thông minh.

- Đô thị thông minh tiết kiệm năng lượng và sử dụng năng lượng một cách có
hiệu quả.
- Các sáng kiến xây dựng thành phố thông minh hướng đến mục đích giám sát
và giải quyết các mối quan tâm về mơi trường như biến đổi khí hậu và ô
-

nhiễm không khí.
Công nghệ trong đô thị thông minh được sử dụng để tăng cường an ninh công
cộng, từ việc giám sát tội phạm đến các biện pháp sẵn sàng ứng phó với các

-

tình huống đột xuất.
Cơng nghệ trong đơ thị thông minh mang lại hiệu quả phát triển đô thị, bao
gồm tạo việc làm, hiệu quả năng lượng, quản lí khơng gian và hàng hóa tươi
hơn cho người tiêu dùng.

19

Hình 1.3: Mơ hình đơ thị thơng minh
Thiết kế mơ hình đơ thị thơng minh sẽ lấy con người làm trung tâm để phục vụ
và phát triển. Mỗi mơ hình sẽ căn cứ vào yếu tố địa lý, mục đích phát triển của mơ
hình đó để xây dựng. Nền tảng chính của một mơ hình đơ thị thơng minh sẽ gồm
có:
-

Năng lượng thơng minh.
Mơi trường thơng minh.
Hạ tầng thơng minh.

Căn cứ vào nền tảng chính này sẽ có những mơ hình phù hợp với nhu cầu phát
triển của từng khu vực như sau:
-

Nông nghiệp thông minh ứng dụng cho khu vực phát triển nông nghiệp.
Y tế thông minh ứng dụng cho các khu vực đông dân cư trong đô thị.
Giáo dục thông minh ứng dụng trong các khu đô thị lớn có nhu cầu về giáo

dục.
- Du lịch thơng minh ứng dụng cho các thành phố du lịch.
- Kinh tế thông minh ứng dụng cho những trung tâm kinh tế lớn.

20

1.2.4.

Các hệ thơng mạng được chuẩn hóa và sử dụng hiện nay

Mạng máy tính là mạng viễn thơng kỹ thuật số cho phép các nút mạng chia sẻ tài
nguyên. Trong các mạng máy tính, các thiết bị máy tính trao đổi dữ liệu với nhau
bằng các kết nối (liên kết dữ liệu) giữa các nút. Các liên kết dữ liệu này được thiết
lập qua cáp mạng như dây hoặc cáp quang hoặc phương tiện khơng dây như Wi-Fi.
a)


Mơ hình tính tốn mạng
Mơ hình tính tốn tập trung (Centralized computing)

Tồn bộ các tiến trình xử lý diễn ra tại máy tính trung tâm. Các máy trạm cuối
(Terminals) được nối mạng với máy tính trung tâm và chỉ hoạt động như những
thiết bị nhập xuất dữ liệu cho phép người dùng xem trên màn hình và nhập liệu qua
bàn phím. Các máy trạm đầu cuối không lưu trữ và xử lý dữ liệu. Mơ hình tính tốn
mạng trên có thể triển khai trên hệ thống phần cứng hoặc phần mềm được cài đặt
trên máy chủ (Server).





Ưu điểm: Dữ liệu bảo mật an tồn, dễ sao lưu, dễ diệt virus và chi phí cài



đặt thấp.
Khuyết điểm: Khó đáp ứng được các yêu cầu của nhiều ứng dụng khác

nhau, tốc độ truy xuất chậm.
Mô hình tính tốn phân tán (Distributed computing)

Các máy tính có khả năng hoạt động độc lập, các công việc được tách nhỏ và
giao cho nhiều máy tính khác nhau trong mạng thay vì tập trung xử lý trên máy
trung tâm. Tuy dữ liệu được xử lý và lưu trữ tại máy cục bộ nhưng các máy tính
này được nối mạng với nhau nên chúng có thể trao đổi dữ liệu và các dịch vụ.





Ưu điểm: Truy xuất nhanh, phần lớn không giới hạn các ứng dụng.
Khuyết điểm: Dữ liệu lưu trữ rời rạc khó đồng bộ, sao lưu và rất dễ

nhiễm virus.
Mơ hình tính tốn cộng tác (Collaborative computing)

21

Mơ hình tính tốn mạng cộng tác bao gồm nhiều máy tính có thể hợp tác để thực
hiện một cơng việc. Một máy tính này có thể mượn năng lực tính tốn, xử lý của
máy tính khác bằng cách chạy các chương trình trên các máy tính nằm trong mạng.


Ưu điểm: Xử lý rất nhanh và mạnh, có thể dùng để chạy các ứng dụng có
các phép tốn lớn, xử lý dữ liệu lớn. Ví dụ: bẻ khóa các hệ mã, tính tốn



b)


ADN,...
Khuyết điểm: Các dữ liệu được lưu trữ trên các vị trí khác nhau nên rất

khó đồng bộ và sao lưu, khả năng nhiễm virus rất cao.
Mơ hình mạng
Mạng hình sao (Star Network)

Có tất cả các trạm được kết nối với một thiết bị trung tâm có nhiệm vụ nhận tín

hiệu từ các trạm và chuyển đến trạm đích. Tùy theo u cầu truyền thơng trên mạng
mà thiết bị trung tâm có thể là hub, switch, router hay máy chủ trung tâm. Vai trò
của thiết bị trung tâm là thiết lập các liên kết Point – to – Point.


Ưu điểm là thiết lập mạng đơn giản, dễ dàng cấu hình lại mạng (thêm,
bớt các trạm), dễ dàng kiểm soát và khắc phục sự cố, tận dụng được tối





đa tốc độ truyền của đường truyền vật lý.
Khuyết điểm là độ dài đường truyền nối một trạm với thiết bị trung tâm

bị hạn chế (bán kính khoảng 100m với cơng nghệ hiện nay).
Mạng tuyến tính (Bus Network )

Có tất cả các trạm phân chia trên một đường truyền chung (bus). Đường truyền
chính được giới hạn hai đầu bằng hai đầu nối đặc biệt gọi là terminator. Mỗi trạm
được nối với trục chính qua một đầu nối chữ T (T-connector) hoặc một thiết bị thu
phát (transceiver). Mơ hình mạng Bus hoạt động theo các liên kết Point–to–
Multipoint hay Broadcast.



Ưu điểm: Dễ thiết kế và chi phí thấp.
Khuyết điểm: Tính ổn định kém, chỉ một nút mạng hỏng là toàn bộ mạng
bị ngừng hoạt động.
22



Mạng hình vịng (Ring Network)

Tín hiệu được truyền đi trên vòng theo một chiều duy nhất. Mỗi trạm của mạng
được nối với nhau qua một bộ chuyển tiếp (repeater) có nhiệm vụ nhận tín hiệu rồi
chuyển tiếp đến trạm kế tiếp trên vịng. Như vậy tín hiệu được lưu chuyển trên
vòng theo một chuỗi liên tiếp các liên kết Point–to–Point giữa các repeater.



Ưu điểm: Mạng hình vịng có ưu điểm tương tự như mạng hình sao.
Nhược điểm: Một trạm hoặc cáp hỏng là toàn bộ mạng bị ngừng hoạt
động, thêm hoặc bớt một trạm khó hơn, giao thức truy nhập mạng phức



tạp.
Mạng kết hợp (Mesh Network)

Kết hợp hình sao và tuyến tính (Star Bus Network): Cấu hình mạng dạng này có
bộ phận tách tín hiệu (splitter) giữ vai trị thiết bị trung tâm, hệ thống dây cáp mạng
cấu hình là Star Topology và Linear Bus Topology. Lợi điểm của cấu hình này là
mạng có thể gồm nhiều nhóm làm việc ở cách xa nhau, ARCNET là mạng dạng kết
hợp Star Bus Network. Cấu hình dạng này đưa lại sự uyển chuyển trong việc bố trí
đường dây tương thích dễ dàng đối với bất cứ tồ nhà nào.
Kết hợp hình sao và vịng (Star Ring Network): Cấu hình dạng kết hợp Star Ring
Network, có một "thẻ bài" liên lạc (Token) được chuyển vòng quanh một cái HUB

trung tâm. Mỗi trạm làm việc được nối với HUB – là cầu nối giữa các trạm làm
việc và để tǎng khoảng cách cần thiết.

Mạng hình vịng

Mạng tuyến tính
23

Hình 1.4: Mơ hình mạng


Các phương pháp truyền thơng dữ liệu
- Phương thức unicast: Một nút nguồn muốn gửi một thơng điệp đến duy nhất
-

một nút đích trên hệ thống mạng.
Phương thức multicast: Một nút nguồn muốn gửi một thông điệp đến một

-

nhóm các nút đích trên hệ thống mạng.
Phương thức broadcast: Một nút nguồn muốn gửi một thông điệp đến tất cả

các nút đích khác trên hệ thống mạng.
1.2.5. Các mơ hình mạng điển hình
a) Mơ hình OSI
(Open

Systems

Interconnection

Reference

Model,

viết

ngắn

là OSI

Model hoặc OSI Reference Model) - tạm dịch là Mơ hình tham chiếu kết nối các hệ
thống mở - là một thiết kế dựa vào nguyên lý tầng cấp, lý giải một cách trừu tượng
kỹ thuật kết nối truyền thông giữa các máy tính và thiết kế giao thức mạng giữa
chúng. Mơ hình này được phát triển thành một phần trong kế hoạch Kết nối các hệ
thống mở (Open Systems Interconnection) do ISO và IUT-T khởi xướng. Nó cịn
được gọi là Mơ hình bảy tầng của OSI.


Mơ hình OSI sắp xếp một giao thức với chức năng của nó vào một hoặc



một nhóm các lớp tương ứng
Mơ hình OSI này chỉ được ngành công nghiệp mạng và công nghệ thông



tin tôn trọng một cách tương đối.
Mơ hình tham chiếu OSI là một cấu trúc phả hệ có 7 tầng, nó xác định
các yêu cầu cho sự giao tiếp giữa hai máy tính. Mơ hình này đã được
định nghĩa bởi Tổ chức tiêu chuẩn hoá quốc tế (International
Organization for Standardization) trong tiêu chuẩn số 7498-1 (ISO



standard 7498-1)
Tại thời điểm đó, TCP/IP đã được sử dụng phổ biến trong nhiều năm.
TCP/IP là nền tảng của ARPANET, và các mạng khác - là những cái

24

được tiến hóa và trở thành Internet. (Xin xem thêm RFC 871 để biết được


sự khác biệt chủ yếu giữa TCP/IP và ARPANET.)
Hiện nay chỉ có một phần của mơ hình OSI được sử dụng. Nhiều người
tin rằng đại bộ phận các đặc tả của OSI quá phức tạp và việc cài đặt đầy
đủ các chức năng của nó sẽ địi hỏi một lượng thời gian q dài, cho dù



có nhiều người nhiệt tình ủng hộ mơ hình OSI đi chăng nữa.
Mặt khác, có nhiều người lại cho rằng, ưu điểm đáng kể nhất trong tồn
bộ cố gắng của cơng trình mạng truyền thơng của OSI là nó đã thất bại
trước khi gây ra quá nhiều tổn thất.



Tường trình các tầng cấp của mẫu hình OSI.

25

Đồ án điều khiển thiết bị

Tài liệu liên quan

Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về