Đồ án thiết kế thiết bị điện: Thiết kế nút ấn thông minh điều khiển đóng mở cửa cuốn

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI
KHOA ĐIỆN
BỘ MÔN THIẾT BỊ ĐIỆN
====o0o====

ĐỒ ÁN MÔN HỌC
ĐỀ TÀI: Thiết kế nút ấn thơng minh điều khiển đóng mở cửa cuốn
Giáo viên hướng dẫn

: Đã ẩn

Sinh viên thực hiện

: Đã ẩn

Lớp

: Đã ẩn

MSSV

: Đã ẩn

Hà nội, 2021


PHIẾU GIAO ĐỀ TÀI
BỘ CƠNG THƯƠNG

CỘNG HỒ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

TRƯỜNG ĐH CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

ĐỒ ÁN MÔN HỌC THIẾT KẾ THIẾT BỊ ĐIỆN
(Với đề tài tham gia đánh giá PI)
Số : 06
Họ và tên SV: ……………..Mã sinh viên: ……
Lớp: …………………………………...Khoá: …..Khoa: ……
Giáo viên hướng dẫn: …………………………………
NỘI DUNG
Đề tài: Thiết kế nút ấn thơng minh điều khiển đóng mở cửa cuốn, đảm bảo các
yêu cầu sau:
- Có khả năng bật/tắt độc lập các thiết bị trên phạm vi 30m
- Có khả năng điều khiển ở bất cứ vị trí nào trong nhà
- Nút ấn sử dụng nguồn xoay chiều 220v
PHẦN THUYẾT MINH
Chương I
CƠ SỞ LÝ THUYẾT
1.1. Tìm hiểu Về IoT
1.2. Tìm hiểu về Internet
1.3. Giao thức mạng
1.4.

Kiến thức phân lớp mạng

1.5. Xử lí dữ kiệu và kết nối thiết bị tới web
1.6. Các vấn đề độ tin cậy và bảo mật


Chương II

THIẾT KẾ NÚT ẤN THƠNG MINH ĐIỀU KHIỂN ĐĨNG MỞ CỬA
CUỐN BẰNG SMARTPHONE THƠNG QUA MẠNG WIFI
2.1. Tìm hiều về cửa cuốn
2.2. Sơ đồ mạch điện cửa cuốn và phân tích nguyên lý làm việc mạch điện.
2.3. Giới thiệu nút ấn thơng minh
2.4. Tìm hiểu về App Blynk
2.5. Sơ đồ khối của mơ hình nút ấn thơng minh đóng mở cửa cuốn
2.6. Tìm hiểu về các thiết bị dùng trong đề tài
2.7. Thiết kế mơ hình thực tế phần cứng nút ấn thơng minh đóng mở cửa cuốn
2.8. Cài đặt và thiết lập phần mềm cần thiết trên máy tính để nạp chương trình
2.9. Sơ đồ thuật tốn và chương trình điều khiển
2.10. Cài đặt và thiết lập App Blynk trên SmartPhone và tạo giao diện nút ấn
thông minh đóng mở cửa cuốn
2.11 Điều khiển cửa cuốn bằng app Blynk thông qua Internet
2.12. Điều khiển bằng Offline bằng WebSever
KẾT LUẬN
TÀI LIỆU THAM KHẢO
Ngày giao đề tài: 19/9
BỘ MÔN THIẾT BỊ ĐIỆN

Ngày hoàn thành: 18/12
GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

………………………….


MỤC LỤC
PHIẾU GIAO ĐỀ TÀI................................................................................................i
MỤC LỤC....................................................................................................................i
DANH MỤC HÌNH VẼ...............................................................................................i

DANH MỤC BẢNG SỐ LIỆU...................................................................................ii
LỜI NĨI ĐẦU............................................................................................................. 1
CƠ SỞ LÝ THUYẾT..................................................................................................2
I.1. Tìm hiểu Về IoT..................................................................................................2
I.1.1. IoT là gì........................................................................................................2
I.1.2. Lịch sử phát triển của IoT.............................................................................3
I.1.3. Cấu trúc của IoT...........................................................................................4
I.1.4. Các nền tảng phổ biến của IoT.....................................................................6
I.1.5. Ứng dụng của IoT.........................................................................................8
I.2. Tìm hiểu về Internet..........................................................................................12
I.2.1. Internet là gì?..............................................................................................12
I.2.2. Một số mạng truyền thơng phổ biến trong IoT...........................................13
I.3. Giao thức mạng.................................................................................................25
I.3.1. Giao thức mạng là gì...................................................................................25
I.3.2. Giao thức mạng hoạt động như thế nào?.....................................................25
I.3.3. Các loại giao thức mạng chính....................................................................26
I.3.4. Triển khai các giao thức mạng....................................................................26
I.3.5. Điểm yếu của giao thức mạng.....................................................................26
I.3.6. Tính ứng dụng của các giao thức mạng......................................................27
I.3.7. Những giao thức mạng phổ biến hiện nay..................................................27
I.4. Xử lí dữ kiệu và kết nối thiết bị tới web............................................................29
I.4.1. Thu thập dữ liệu từ cảm biến......................................................................29
I.4.2. Kết nối mọi vật tới web..............................................................................32
I.5. Các vấn đề độ tin cậy và bảo mật......................................................................33
I.5.1. Tổng quan về internet of things (iot)...........................................................33
I.5.2. Kiến trúc hệ thống Internet Of Things........................................................33
I.5.3. Kiến trúc an ninh trong Internet Of Things.................................................34
I.5.4. Cơ chế bảo mật và những thách thức an ninh trong iot...............................35
I.5.5. An ninh dữ liệu cảm biến............................................................................39
I.5.6. An ninh lớp hỗ trợ, điện toán đám mây.......................................................40

I.5.7. An ninh lớp ứng dụng.................................................................................40
I.5.8. An ninh hệ thống IoT trên nền tảng IP........................................................41
Chương 2. THIẾT KẾ NÚT ẤN THƠNG MINH ĐIỀU KHIỂN ĐĨNG MỞ
CỬA CUỐN SMARTPHONE THƠNG QUA MẠNG WIFI..................................44
THIẾT KẾ NÚT ẤN THƠNG MINH ĐIỀU KHIỂN ĐĨNG MỞ CỬA CUỐN
BẰNG SMARTPHONE THƠNG QUA MẠNG WIFI............................................44
II.1. Tìm hiều về cửa cuốn.......................................................................................44
II.1.1. Cấu tạo......................................................................................................44
II.1.2. Nguyên lý hoạt động.................................................................................47
II.2. Sơ đồ mạch điện cửa cuốn và phân tích nguyên lý làm việc mạch điện...........48
II.2.1. Phân tích nguyên lý làm việc.....................................................................48
II.3. Giới thiệu nút ấn thơng minh...........................................................................53
II.4. Tìm hiểu về App Blynk....................................................................................53
II.5. Sơ đồ khối của mơ hình nút ấn thơng minh đóng mở cửa cuốn........................55
II.5.1. Nguyên lý của sơ đồ khối mơ hình nút ấn thơng minh đóng mở cửa cuốn 55
II.6. Tìm hiểu về các thiết bị dùng trong đề tài........................................................56
II.6.1. Module ESP 8266......................................................................................56
II.6.2. Module Relay............................................................................................58
II.6.3. Khối 3 LED mơ phỏng..............................................................................59
II.7. Thiết kế mơ hình thực tế phần cứng nút ấn thơng minh đóng mở cửa cuốn.....60
II.7.1. Khối Relay.................................................................................................60
II.7.2. Đấu dây khối 3 LED mô phỏng với các tiếp điểm của khối Relay............61
II.7.3. Đấu dây của bộ Relay với Module ESP 8266............................................61
II.7.4. Đấu dây cấp nguồn cho Relay và khối 3 LED mô phỏng..........................62
II.8. Cài đặt và thiết lập phần mềm cần thiết trên máy tính để nạp chương trình.....63
II.8.1. Cài đặt phần mềm Arduino IDE trên máy tính..........................................63
II.8.2. Cài đặt drive CH340..................................................................................67
II.8.3. Cài đặt NodeMCU ESP8266 Wifi trong Arduino IDE..............................70

II.9. Sơ đồ thuật tốn và chương trình điều khiển....................................................72
II.9.1. Sơ đồ thuật tốn.........................................................................................72
II.9.2. Chương trình điều khiển............................................................................73
II.10. Cài đặt và thiết lập App Blynk trên SmartPhone và tạo giao diện nút ấn thơng
minh đóng mở cửa cuốn..........................................................................................73
II.10.1. Cài đặt App Blynk...................................................................................73
II.10.2. Thiết lập giao diện nút ấn cửa cuốn thông minh......................................75
II.11. Điều khiển cửa cuốn bằng app Blynk thông qua Internet...............................81


II.12. Điều khiển bằng Offline bằng WebSever.......................................................85
KẾT LUẬN................................................................................................................ 88
TÀI LIỆU THAM KHẢO........................................................................................89


Danh mục hình vẽ

DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 1: Mạng lưới vạn vật kết nối Internet...............................................................2
Hình 2: Báo cáo của Gartner về xu hướng IoT trong 10 năm tới.............................4
Hình 3: cấu trúc của IoT.............................................................................................5
Hình 4: AWS IoT..........................................................................................................7
Hình 5: Microsoft Azure IoT.......................................................................................7
Hình 6: Google Cloud Platform..................................................................................8
Hình 7: Ứng dụng của IoT..........................................................................................9
Hình 8: Ngành bán lẻ thơng minh............................................................................10
Hình 9: Chăm sóc sức khỏe thơng minh...................................................................11
Hình 10: : Nhà thơng minh .......................................................................................11
Hình 11: : Thành phố thơng minh............................................................................12
Hình 12: Internet.......................................................................................................12

Hình 13: Z - Wave......................................................................................................15
Hình 14: 6LoWPAN...................................................................................................16
Hình 15: Wifi..............................................................................................................17
Hình 16: Một số chuẩn kết nối Wifi hiện nay..........................................................18
Hình 17: Cellular.......................................................................................................18
Hình 18: Sigfox...........................................................................................................20
Hình 19: Neul.............................................................................................................21
Hình 20: Mạng Li-fi...................................................................................................22
Hình 21: Module LoRa được BKAII chụp thực tế..................................................23
Hình 22: giao thức mạng hoạt động như thế nào....................................................26
Hình 23: Mạch khuếch đại đảo.................................................................................30
Hình 24: Mạch khuếch đại khơng đảo.....................................................................30
Hình 25: Mạch lọc thơng thấp dùng RC..................................................................31
Hình 26: Mạch lọc thơng cao dùng RC....................................................................31
Hình 27: Mơ hình kiến trúc an ninh trong Internet Of Things..............................34
Hình 28: Mơ hình kiến trúc an ninh trong Internet Of Things..............................35
Hình 29: Mơ hình bảo mật IPsec và TSL/SSL.........................................................38
Hình 30: Mơ hình cấu trúc TLS/SSL........................................................................38
Hình 31: Mơ hình ứng dụng IPSec trong TCP/IP...................................................39
Hình 32: Cấu tạo của cửa cuốn.................................................................................44

i


Danh mục hình vẽ

Hình 33: Trạng thái chờ............................................................................................47
Hình 34: Vận hành cửa cuốn.....................................................................................47
Hình 35: Cuộn làm việc của động cơ........................................................................48
Hình 36: Khi nâng cửa cuốn lên...............................................................................49

Hình 37: Khi hạ cửa cuốn xuống..............................................................................49
Hình 38: Cơng tắc hành trình...................................................................................50
Hình 39: Hình ảnh thực tế cơng tắc hành trình khống chế chuyển động lên và
xuống của cửa cuốn....................................................................................................50
Hình 40: Nút ấn điều khiển cửa cuốn.......................................................................51
Hình 41: Hình ảnh thực tế nút ấn điều khiển cửa cuốn..........................................51
Hình 42: Bộ nhận tín hiệu điều khiển từ xa của cửa cuốn......................................52
Hình 43: Hình ảnh thực tế một chiếc Remote điều khiển cửa cuốn.......................52
Hình 44: Các nền tảng của Blynk.............................................................................54
Hình 45: Hình ảnh thực tế Module ESP 8266..........................................................56
Hình 46: Hình ảnh thực tế Module Relay................................................................58
Hình 47: Khối 3 LED mơ phỏng...............................................................................59
Hình 48: Hàn nối dây 3 Relay...................................................................................60
Hình 49: Hàn đấu dây qua các tiếp điểm thường đóng-mở của Relay..................61
Hình 50: Hình ảnh thực tế sau khi đã hồn thành đấu nối dây..............................63
Hình 51: Tải Arduino IDE.........................................................................................64
Hình 52: Tiến hành tải Arduino IDE........................................................................64
Hình 53: Giải nén file cài đặt của Arduino IDE.......................................................65
Hình 54: Giao diện của Arduino IDE.......................................................................65
Hình 55: Tìm hiểu qua về giao diện Arduino IDE...................................................66
Hình 56: Các chức năng từng Icon vùng lệnh..........................................................66
Hình 57: Hình ảnh khi chưa cài đặt driver CH340.................................................68
Hình 58: cài đặt driver CH340..................................................................................68
Hình 59: Thơng báo đã cài đặt thành cơng..............................................................69
Hình 60: Kiểm tra cài đặt driver trong Device Manager........................................69
Hình 61: Kiểm tra cài đặt driver trong Arduino IDE.............................................70
Hình 62: Thao tác B1 cài đặt NodeMCU ESP8266 Wifi trong Arduino IDE........70
Hình 63: Thao tác B2 cài đặt NodeMCU ESP8266 Wifi trong Arduino ID...........71
Hình 64: Thao tác B3 cài đặt NodeMCU ESP8266 Wifi trong Arduino IDE........71
Hình 65: Tiến hành cài đặt NodeMCU ESP8266.....................................................72

Hình 66: Tải App Blynk cho điện thoại thông minh................................................74

ii


Danh mục hình vẽ

Hình 67: Đăng nhập App Blynk................................................................................75
Hình 68: giao diện tạo một dự án mới trên App Blynk...........................................75
Hình 69: Thiết lập thơng tin dự án...........................................................................76
Hình 70: Thơng báo đã gửi mã xác thực vào gmail.................................................77
Hình 71: Giao diện thiết lập nút ấn..........................................................................77
Hình 72: Chọn bộ điều khiển....................................................................................78
Hình 73: Nút ấn trên giao diện Blynk......................................................................78
Hình 74: Cài đặt nút ấn.............................................................................................79
Hình 75: Thiết lập pin cho nút ấn.............................................................................79
Hình 76: nút ấn trên giao diện App Blynk sau khi đã thiết lập xong.....................80
Hình 77: Giao diện hồn thiện của nút ấn thơng minh trên App Blynk................80
Hình 78: Kết nối Smart Phone với internet.............................................................81
Hình 79: Giao diện điều khiển nút ấn thơng minh..................................................82
Hình 80: Thao tác ấn nút xuống cửa cuốn...............................................................83
Hình 81: Thao tác ấn nút dừng cửa cuốn.................................................................83
Hình 82: Thao tác ấn nút lên cửa cuốn.....................................................................84
Hình 83: Kết nối với mạng Wifi của module ESP 8266 phát ra.............................85
Hình 84: Kết nối vào Wifi của module.....................................................................85
Hình 85: Tìm kiếm bằng địa chỉ đã thiết lập trong mã lập trình...........................86
Hình 86: Giao diện điều khiển bằng WebSever.......................................................87

iii

Danh mục bảng số liệu

DANH MỤC BẢNG SỐ LIỆU

ii


Lời nói đầu

LỜI NĨI ĐẦU
Trong những năm gần đây, IoT đang là một khái niệm quen thuộc và rất phổ
biến trong các hội thảo về khoa học công nghệ.
Việc ứng dụng IoT vào mọi mặt của đời sống đang trở nên vô cùng cấp bách và
cần thiết. Một trong những ứng dụng điển hình chúng ta thường thấy như là nút ấn
thông minh, công tắc thông minh, ổ cắm thông minh,...
Nhóm em với đề tài về : Thiết kế nút ấn thơng minh điều khiển đóng mở 4 đối
tượng: cửa cuốn, bóng đèn, quạt, máy bơm; được chia cho 4 bạn trong nhóm thực
hiện. Với mục đích có được kiến thức nền tảng của môn học, làm nền cho các dự án
lớn hơn sau này như ngôi nhà thông minh, hay điều khiển trong cơng nghiệp sử dụng
IoT...
Ngồi việc hồn thành đồ án với những cơng việc trên thì nó cịn có ý nghĩa sâu
sắc đối với sinh viên thực hiện . Một lần nữa sinh viên được thực hành những kiến
thức học được từ ghế nhà trường sẽ giúp hình thành những sản phẩm cơng nghiệp,
được sử dụng, cầm tay lắp những cảm biến mà từ trước chỉ nằm trên trang giấy.
Trong q trình tiến hành khơng thể khơng gặp những khó khăn vấp phải, do
đó kích thích sinh viên tư duy để tìm ra phương án tối ưu và trao đổi thảo luận với thầy
cô, bạn bè.
Tuy nhiên do hạn chế về kinh nghiệm thực tế và thời gian thực hiện nên việc
giải quyết đề tài không thể tránh khỏi những thiếu sót. Do đó rất mong sự chỉ bảo thêm

của q thầy cơ cũng như đóng góp của các bạn sinh viên.
Em xin chân thành cảm ơn!

Hà Nội, ngày 17 tháng 12 năm 2021
Sinh viên thực hiện

1


Chương 1. CƠ SỞ LÝ THUYẾT

Chương I
CƠ SỞ LÝ THUYẾT
I.1.

Tìm hiểu Về IoT

I.1.1.

IoT là gì

Internet Vạn Vật, hay cụ thể hơn là Mạng lưới vạn vật kết nối Internet hoặc
là Mạng lưới thiết bị kết nối Internet (tiếng Anh: Internet of Things, viết tắt IoT) là
một liên mạng, trong đó các thiết bị, phương tiện vận tải (được gọi là "thiết bị kết nối"
và "thiết bị thơng minh"), phịng ốc và các trang thiết bị khác được nhúng với các bộ
phận điện tử, phần mềm, cảm biến, cơ cấu chấp hành cùng với khả năng kết nối mạng
máy tính giúp cho các thiết bị này có thể thu thập và truyền tải dữ liệu.
IoT là một kịch bản của thế giới, khi mà mỗi đồ vật, con người được cung cấp
một định danh của riêng mình, và tất cả có khả năng truyền tải, trao đổi thông tin, dữ
liệu qua một mạng duy nhất mà không cần đến sự tương tác trực tiếp giữa người với

người, hay người với máy tính. 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 ngồi để thực hiện một
cơng việc nào đó.

Hình 1: Mạng lưới vạn vật kết nối Internet

2


Chương 1. CƠ SỞ LÝ THUYẾT

I.1.2.

Lịch sử phát triển của IoT

 Hình thái sơ khai:
Ý tưởng về một mạng lưới các thiết bị thông minh đã được thảo luận từ 1982,
với một máy bán nước Coca-Cola tại Đại học Carnegie Mellon được tùy chỉnh khiến
nó đã trở thành thiết bị đầu tiên được kết nối Internet, có khả năng báo cáo kiểm kho
và báo cáo độ lạnh của những chai nước mới bỏ vào máy. Bản mô tả sơ khai năm 1991
về điện toán phổ quát (tiếng Anh: ubiquitous computing) của Mark Weiser, "Máy tính
thế kỷ XXI", cũng như những báo cáo về tầm nhìn đương đại của IoT từ các viện khoa
học UbiComp và PerCom.
Khái niệm Internet Vạn Vật trở nên phổ biến trong năm 1999 qua Trung tâm
Auto-ID ở Viện Công nghệ Massachusetts và các xuất bản phẩm phân tích thị trường
có liên quan. Cơng nghệ Nhận dạng qua tần số vô tuyến (tiếng Anh: Radio-frequency
identification, viết tắt: RFID) được Kevin Ashton (một trong những người sáng
lập Auto-ID Center) xem là một điều kiện tiên quyết cho IoT vào thời điểm đó.
 Từ ý tưởng đến thực tiễn

Khái niệm Internet of Things trở nên rõ ràng vào năm 2005 khi International
Telecommunications Union – ITU công bố bản báo cáo đầu tiên về chủ đề này. Báo
cáo nêu: IoT sẽ kết nối các vật thể theo cả 2 cách thơng minh và có cảm nhận thơng
qua sự phát triển kỹ thuật liên kết trong nhận biết thông tin (theo các vật thể), các cảm
biến và mạng cảm biến không dây (cảm nhận vật thể), các hệ thống nhúng (suy nghĩ
về vật thể) và công nghệ nano (thu nhỏ vật thể). Trong báo cáo ITU cũng xác định các
thử thách quan trọng cần giải quyết để khai thác hết tiềm năng của IoT – tiêu chuẩn
hóa và sự kết hợp, bảo mật, và các vấn đề đạo đức – xã hội.
 Sự phát triển:
Theo Gartner, đến năm 2020, thế giới sẽ có khoảng 20 tỷ thiết bị sử dụng IoT,
doanh số dự kiến trong năm là 437 tỷ USD. Các thiết bị này phần lớn sẽ chạy các thuật
tốn thơng minh (AI), kết nối tự động với các hệ thống IT/ERP, quản lý sản xuất và
mơ hình kinh doanh mới. Theo đó, các hãng cũng thay đổi hình thức kinh doanh từ
bán sản phẩm sang tính phí sử dụng theo năm trên từng thiết bị.
"IoT là xu thế tất yếu cho q trình đổi mới và ước đốn sẽ mang lại giá trị
tương đương 19.000 tỷ USD trong vòng 10 năm tới. Theo xu thế này, Việt Nam cần
nhanh chóng nghiên cứu và phát triển các thiết bị IoT, tham gia vào cuộc chơi chung
của nền cơng nghệ tồn cầu", Trương Gia Bình, chủ tịch Tập đồn FPT, nhận định.

3


Chương 1. CƠ SỞ LÝ THUYẾT

Trong tương lai, IoT sẽ ứng dụng ở tất cả ngành nghề. Hiện tại, IoT tập trung
vào các dịch vụ sản phẩm trong nhà (Connected Home), tích hợp vào hệ thống cơng
nghệ thơng tin và cơng nghệ vận hành có sẵn (IT/OT Integration) để nâng cao chất
lượng quản lý và năng suất lao động. Học máy thống kê, học dữ liệu, thuật tốn phân
tích và dự báo thông minh đang được IoT dựa vào để phục vụ các nhu cầu khác nhau.
Hai sản phẩm điển hình là Google Nest và Amazon Echo. Các cơng ty lớn trong ngành

cũng đã và đang đẩy mạnh đầu tư, xây dựng hệ sinh thái cho riêng mình và nghiên cứu
để tạo ra các sản phẩm IoT mới.

Hình 2: Báo cáo của Gartner về xu hướng IoT trong 10 năm tới

I.1.3.

Cấu trúc của IoT

Cấu trúc IoT được đại diện cơ bản bởi 4 phần: Vạn vật (Things), trạm kết nối
(Gateways), hạ tầng mạng và điện toán đám mây (Network and Cloud) và các lớp tạo
và cung cấp dịch vụ (Services-creation and Solutions Layers).

4


Chương 1. CƠ SỞ LÝ THUYẾT

Hình 3: cấu trúc của IoT
 Vạn vật (Things):
Ngày nay có hàng tỷ vật dụng đang hiện hữu trên thị trường gia dụng và công
nghệ, ở trong nhà hoặc trên tay của người dùng. Chẳng hạn như xe hơi, thiết bị cảm
biến, thiết bị đeo và điện thoại di động đang được kết nối trực tiếp thông qua băng tầng
mạng không dây và truy cập vào Internet. Giải pháp IoT giúp các thiết bị thông minh
được sàng lọc, kết nối và quản lý dữ liệu một cách cục bộ, cịn các thiết bị chưa thơng
minh thì có thể kết nối được thơng qua các trạm kết nối .
 Trạm kết nối (Gateways):
Một rào cản chính khi triển khai IoT đó là gần 85% các vật dụng đã khơng
được thiết kế để có thể kết nối với Internet và không thể chia sẻ dữ liệu với điện toán
đám mây. Để khắc phục vấn đề này, các trạm kết nối sẽ đóng vai trị là một trung gian

trực tiếp, cho phép các vật dụng có sẵn này kết nối với điện toán đám mây một cách
bảo mật và dễ dàng quản lý.
 Hạ tầng mạng và điện toán đám mây (Network and Cloud):
Cơ sở hạ tầng kết nối: Internet là một hệ thống toàn cầu của nhiều mạng IP
được kết nối với nhau và liên kết với hệ thống máy tính. Cơ sở hạ tầng mạng này bao
gồm thiết bị định tuyến, trạm kết nối, thiết bị tổng hợp, thiếp bị lặp và nhiều thiết bị
khác có thể kiểm sốt lưu lượng dữ liệu lưu thơng và cũng được kết nối đến mạng lưới
viễn thông và cáp - được triển khai bởi các nhà cung cấp dịch vụ.
 Trung tâm dữ liệu/ hạ tầng điện toán đám mây:
Các trung tâm dữ liệu và hạ tầng điện toán đám mây bao gồm một hệ thống lớn
các máy chủ, hệ thống lưu trữ và mạng ảo hóa được kết nối.

5


Chương 1. CƠ SỞ LÝ THUYẾT

 Các lớp tạo và cung cấp dịch vụ (Services-Creation and Solutions Layers):
Intel đã kết hợp những phần mềm quản lý API hàng đầu (Application
Progmraming Interface) là Mashery* và Aepona* để giúp đưa các sản phẩm và giải
pháp IoT ra thị trường một cách chóng và tận dụng được hết giá trị của việc phân tích
các dữ liệu từ hệ thống và tài sản đang có sẵn.

I.1.4.

Các nền tảng phổ biến của IoT

Hiện nay các thiết bị phần cứng IoT kết nối với các phần mềm ứng dụng để
chuyển tiếp thông tin thông qua các giao thức truyền nhận dữ liệu. Nền tảng Internet
of Things (IoTs Platform) là những ứng dụng thực hiện việc liên kết giữa các thiết bị

IoT và trung tâm dữ liệu từ đó tạo ra một mạng dữ liệu cung cấp đầy đủ thông tin được
thu thập từ hàng trăm thiết bị IoT khác nhau. Với những khả năng mà IoT platform có
thể cung cấp được, các cơng ty cơng nghệ ngày càng tận dụng nó nhiều hơn. Hiện nay,
có rất nhiều IoT platform cung cấp nhiều tùy chọn khác nhau để triển khai các dự án
IoT. Những cái tên như Amazon hay Microsoft là những người tiên phong trong lĩnh
vực phát triển IoT platform và sau đây là 5 IoT platform phổ biến bạn có thể sử dụng
cho các ứng dụng IoT của mình.
 Amazon Web Service (AWS) IoT
Năm 2017, Amazon đã thông báo AWS IoT platform của họ tại hội thảo Re:Invent với
các tính năng chính như sau:
 Registry for recognizing devices: Tất cả các thiết kết nối đến AWS IoT đều
được xem là một Things và AWS IoT cho phép bạn lưu các thông tin của các
thiết bị kết nối đến AWS IoT thông qua tài khoản AWS IoT.
 Cung cấp các gói phần mềm phát triển cho các thiết bị phần cứng.
 Device Shadows: khi thiết bị kết nối đến AWS sẽ được xem là một Device

Shadow, đại diện cho danh tính và trạng thái đã biết cuối cùng của thiết bị và
cung cấp kênh để gửi và nhận dữ liệu với thiết bị.
 Secure device gateway: là gateway bảo mật cho các thiết bị IoT.
 Rules engine: các công cụ, quy tắc giúp giao tiếp giữa các dịch vụ của AWS và

thiết bị.

6


Chương 1. CƠ SỞ LÝ THUYẾT

Hình 4: AWS IoT
 Microsoft Azure IoT

Là một nền tảng cung cấp nhiều giải pháp mở rộng, các dịch vụ nền tảng và các
công nghệ tiên tiến. Đối với dịch vụ nền tảng đám mây, Microsoft Azure IoT cung cấp
các tính năng chính sau đây:
 Rule engine: các công cụ, quy tắc giúp giao tiếp giữa các dịch vụ của Azure và
thiết bị
 Nhận dạng thiết bị; Giao diện giám sát thông tin
Để xử lý số lượng lớn thông tin thu thập từ hệ thống nhiều cảm biến, Azure IoT
kết hợp với Azure Stream Analytics để xử lý lượng thông tin khổng lồ theo thời gian
ngắn.

Hình 5: Microsoft Azure IoT

7


Chương 1. CƠ SỞ LÝ THUYẾT

 Google Cloud Platform
Google Cloud là một trong những nền tảng IoT tốt nhất hiện nay. Với khả năng
xử lý lượng dữ liệu khổng lồ bằng cách sử dụng Cloud IoT Core, giúp Google thực sự
nổi bật so với đối thủ khác. Một số tính năng của Google cloud platform:
 Thúc đẩy phát triển doanh nghiệp: Google Cloud cung cấp các dịch vụ tích hợp

giúp các doanh nghiệp xử lý lượng dữ liệu khổng lồ bị phân tán trên toàn cầu
theo thời gian thực. Các doanh nghiệp cịn có thể sử dụng kết hợp các giải pháp
phân tích dữ liệu tiên tiến kết hợp với công nghệ học máy từ Cloud Machine
Learning Engine.
 Tăng tốc thiết bị
 Cắt giảm chi phí bằng các dịch vụ đám mây
 Hệ sinh thái đối tác rộng lớn

Hình 6: Google Cloud Platform

I.1.5.

Ứng dụng của IoT

Internet of things được ứng dụng vô cùng rộng lớn, cùng tham khảo một số
lĩnh vực đã và đang áp dụng IoT tích hợp:

8


Chương 1. CƠ SỞ LÝ THUYẾT

Hình 7: Ứng dụng của IoT
 Ngành chế tạo
Các nhà sản xuất có thể đạt được lợi thế cạnh tranh bằng cách sử dụng giải pháp
giám sát tình trạng máy móc trong dây chuyền sản xuất để cho phép bảo trì chủ động
trên thiết bị khi cảm biến phát hiện ra lỗi sắp xảy ra.
Các cảm biến thực sự có thể đo lường khi sản lượng sản xuất bị tổn hại. Với sự
trợ giúp của cảnh báo cảm biến, các nhà sản xuất có thể nhanh chóng kiểm tra độ
chính xác của thiết bị hoặc loại bỏ nó khỏi sản xuất cho đến khi nó được sửa chữa.
Điều này cho phép các công ty giảm chi phí hoạt động, có thời gian hoạt động tốt hơn
và cải thiện quản lý hiệu suất tài sản.
 Ngành ô tô
Ngành công nghiệp ô tô đã nhận ra những lợi thế đáng kể từ việc sử dụng các
ứng dụng IoT. Ngồi những lợi ích của việc áp dụng IoT vào dây chuyền sản xuất, các
cảm biến có thể phát hiện lỗi thiết bị sắp xảy ra trên các phương tiện đã đi trên đường
và có thể cảnh báo cho người lái xe một cách chi tiết.

Nhờ thông tin tổng hợp được thu thập bởi các ứng dụng dựa trên IoT, các nhà
sản xuất và nhà cung cấp ô tô có thể tìm hiểu thêm về cách giữ cho xe chạy và thông
báo cho chủ xe về các thông tin phía trước.
 Giao thơng vận tải
Các đội xe ơ tơ, xe tải và tàu chở hàng tồn kho có thể được định tuyến lại dựa
trên điều kiện thời tiết, tính sẵn có của xe hoặc tính khả dụng của tài xế, nhờ dữ liệu

9


Chương 1. CƠ SỞ LÝ THUYẾT

cảm biến IoT. Bản thân hàng tồn kho cũng có thể được trang bị các cảm biến để theo
dõi và kiểm soát nhiệt độ.
Các ngành công nghiệp thực phẩm và đồ uống, hoa và dược phẩm thường là
những mặt hàng tồn kho nhạy cảm với nhiệt độ sẽ được hưởng lợi rất nhiều từ các ứng
dụng giám sát IoT gửi thông báo khi nhiệt độ tăng hoặc giảm có thể ảnh hưởng đến
sản phẩm.
 Ngành bán lẻ thông minh
Các ứng dụng IoT cho phép các công ty bán lẻ quản lý hàng tồn kho, cải thiện
trải nghiệm của khách hàng, tối ưu hóa chuỗi cung ứng và giảm chi phí hoạt động.
Ví dụ: kệ thơng minh được trang bị cảm biến trọng lượng có thể thu thập thông
tin dựa trên RFID và gửi dữ liệu tới nền tảng IoT để tự động theo dõi hàng tồn kho và
kích hoạt cảnh báo nếu các mặt hàng sắp hết.

Hình 8: Ngành bán lẻ thơng minh
 Chăm sóc sức khỏe thơng minh
IoT cung cấp nhiều lợi ích cho ngành chăm sóc sức khỏe. Bác sĩ, y tá thường
cần biết chính xác vị trí của các tài sản hỗ trợ bệnh nhân như xe lăn. Khi xe lăn của
bệnh viện được trang bị cảm biến IoT, chúng có thể được theo dõi từ ứng dụng giám

sát tài sản IoT để bất kỳ ai đang tìm kiếm đều có thể nhanh chóng tìm thấy chiếc xe lăn
có sẵn gần nhất.
Nhiều tài sản của bệnh viện có thể được theo dõi theo cách này để đảm bảo sử
dụng hợp lý cũng như kế tốn tài chính cho các tài sản vật chất trong mỗi khoa.

10


Chương 1. CƠ SỞ LÝ THUYẾT

Hình 9: Chăm sóc sức khỏe thông minh
 Nhà thông minh
Bất cứ khi nào chúng ta nghĩ về các hệ thống IoT, ứng dụng quan trọng, hiệu
quả và nổi bật nhất được nhắc đến chính là Smart Home - ứng dụng IOT xếp hạng cao
nhất trên tất cả các kênh.
Số người tìm kiếm nhà thơng minh tăng mỗi tháng với khoảng 60.000 người và
con số chưa hề có dấu hiệu dừng lại.
Một điều thú vị nữa là cơ sở dữ liệu về nhà thông minh cho IoT Analytics bao
gồm 256 công ty và công ty khởi nghiệp. Nhiều cơng ty hiện đang tích cực tham gia
vào các ngôi nhà thông minh hơn là các ứng dụng tương tự khác trong lĩnh vực IoT.

Hình 10: : Nhà thông minh
 Thành phố thông minh
Thành phố thông minh như tên gọi là một sự đổi mới rất lớn và mở rộng nhiều
trường hợp sử dụng, từ phân phối nước đến quản lý giao thông, quản lý chất thải, giám

11


Chương 1. CƠ SỞ LÝ THUYẾT

sát môi trường và an ninh đơ thị. Lý do tại sao nó rất phổ biến là nó cố gắng để loại bỏ
sự khó chịu và vấn đề của những người dân sống ở thành phố.
Các giải pháp IoT được cung cấp trong khu vực Smart City giải quyết các vấn
đề liên quan đến thành phố bao gồm giao thơng, giảm ơ nhiễm khơng khí và tiếng ồn
và giúp các thành phố an tồn hơn.

Hình 11: : Thành phố thơng minh

I.2.

Tìm hiểu về Internet

I.2.1.

Internet là gì?

 Khái niệm
Internet là một hệ thống mạng máy tính được kết nối với nhau trong đó người
dùng ở máy tính này có thể giao tiếp và chia sẻ thơng tin với người dùng ở máy tính
khác.

Hình 12: Internet

12


Chương 1. CƠ SỞ LÝ THUYẾT

Internet giống như một ngôn ngữ, một phương tiện tự duy trì kết nối hàng triệu

máy tính trên tồn cầu bằng cách sử dụng cáp, đường dây điện thoại, vệ tinh hoặc kết
nối không dây. Internet giống như một mạng lưới các mạng, một hệ thống liên kết với
nhau tạo điều kiện thuận lợi cho việc chia sẻ thông tin trên Internet.
Internet nổi lên như một phương tiện truyền thông công cộng vào những năm
1990 và đã trở thành một cơn sốt. Cơ quan Chỉ đạo các Dự án Nghiên cứu Tiên tiến
(ARPA) là tiền thân của công nghệ Internet với ý tưởng tạo ra một mạng lưới để tạo
điều kiện giao tiếp giữa các trường đại học. Những tiến bộ công nghệ đã làm cho
Internet có thể thích nghi theo thời gian và ngày nay, Internet là một mạng lưới rộng
khắp trên thế giới.
 Công nghệ
Internet là một mạng viễn thông, giống như một cơ sở hạ tầng mạng sử dụng bộ
giao thức (TCP/IP) để kết nối các thiết bị trên toàn cầu. Internet cho phép bạn truy cập
dữ liệu hoặc thông tin từ các máy tính khác trên tồn thế giới bằng giao thức TCP/IP,
trong khi WiFi chỉ là một phương tiện cho phép bạn truy cập Internet.
 Hoạt động
Thông tin được truyền qua Internet bằng cách sử dụng một tập hợp các quy tắc
xác định trước do bộ TCP/IP điều chỉnh. Các giao thức này cung cấp một ngôn ngữ
chung mà cả hai thiết bị có thể dễ dàng hiểu và sử dụng nó để truyền dữ liệu.

I.2.2.

Một số mạng truyền thơng phổ biến trong IoT

 Bluetooth
Một công nghệ giao tiếp truyền thơng trong khoảng cách ngắn vơ cùng quan
trọng, đó là Bluetooth. Hiện nay, bluetooth xuất hiện hầu hết ở các thiết bị như máy
tính, điện thoại/ smartphone,....và nó được dự kiến là chìa khóa cho các sản phẩm IoT
đặc biệt, cho phép giao tiếp thiết bị với các smartphone - một "thế lực hùng hậu" hiện
nay.
Hiện nay, BLE - Bluetooth Low Energy - hoặc Bluethooth Smart là một giao

thức được sử dụng đáng kể cho các ứng dụng IoT. Quan trọng hơn, cùng với một
khoảng cách truyền tương tự như Bluetooth, BLE được thiết kế để tiêu thụ công suất ít
hơn rất nhiều.
Tuy nhiên, BLE không thực sự được thiết kế cho các ứng dụng dùng để truyền
file và sẽ phù hợp hơn cho khối dữ liệu nhỏ. Nó có một lợi thế vô cùng lớn trong bối
cảnh hiện nay, smartphone đang là thiết bị không thể thiếu được của mỗi người. Theo
13


Chương 1. CƠ SỞ LÝ THUYẾT

Bluetooth SIG, hiện có hơn 90% điện thoại smartphone được nhúng Bluetooth, bao
gồm các hệ điều hành IOS, Android và Window, và dự kiến đến năm 2018 sẽ là "
Smart Ready".


Một số thông tin kỹ thuật về Bluetooth 4.2:



Tần số: 2.4 GHz



Phạm vi: 50-150m ( Smart / BLE)



Dữ liệu truyền được: 1Mbps

 Zigbee
Zigbee, giống như Bluetooth, là một loại truyền thông trong khoảng cách ngắn,
hiện được sử dụng với số lượng lớn và thường được sử dụng trong cơng nghiệp. Điển
hình, Zigbee Pro và Zigbee remote control (RF4CE) được thiết kế trên nền tảng giao
thức IEEE802.15.4 - là một chuẩn giao thức truyền thông vật lý trong công nghiệp
hoạt động ở 2.4Ghz thường được sử dụng trong các ứng dụng khoảng cách ngắn và dữ
liệu truyền tin ít nhưng thường xuyên, được đánh giá phù hợp với các ứng dụng trong
smarthome hoặc trong một khu vực đơ thị/khu chung cư.
Zigbee / RF4CE có một lợi thế đáng kể trong các hệ thống phức tạp cần các
điều kiện: tiêu thụ cơng suất thấp, tính bảo mật cao, khả năng mở rộng số lượng các
node cao...ví dụ như yêu cầu của các ứng dụng M2M và IoT là điển hình. Phiên bản
mới nhất của Zigbee là 3.0, trong đó điểm nổi bật là sự hợp nhất của các tiêu chuẩn
Zigbee khác nhau thành một tiêu chuẩn duy nhất. Ví dụ, sản phẩm và kit phát triển của
Zigbee của TI là CC2538SF53RTQT Zigbee System-On-Chip T và CC2538 Zigbee
Development Kit.


Standard: ZigBee 3.0 based on IEEE802.15.4



Frequency: 2.4GHz



Range: 10-100m



Data Rates: 250kbps

 Z-wave
Tương tự Zigbee, Z-Wave là chuẩn truyền thông không dây trong khoảng cách
ngắn và tiêu thụ rất ít năng lượng. Dung lượng truyền tải với tốc độ 100kbit/s, quá đủ
cho nhu cầu giao tiếp giữa các thiết bị trong các hệ thống IoT, M2M. Chuẩn kết nối ZWave và Zigbee cùng hoạt động với tần số 2.4GHz, và cùng được thiết kế với mức
tiêu thụ năng lượng rất ít nên có thể sử dụng với các loại PIN di động.Zwave hoạt
14


Chương 1. CƠ SỞ LÝ THUYẾT

động ở tần số thấp hơn so với Zigbee/wifi, dao động trong các dải tần của 900Mhz, tùy
theo quy định ở từng khu vực khác nhau.

Hình 13: Z - Wave
Ưu điểm của Z-Wave là tiêu thụ năng lượng cực ít và độ mở ( open platform) cực cao.
Hiện nay, Z-Wave được ứng dụng chủ yếu trong ứng dụng smarthome. Đặc biệt, mỗi thiết bị
Z-Wave trong hệ thống là một thiết bị có thể vừa thu và vừa phát sóng nên tính ổn định hệ
thống được nâng cao.
Đặc biệt, Z-Wave đã được nhiều nhà sản xuất thiết bị tích hợp vào, đây là một cơng
nghệ đang được chú ý và các nhà sản xuất đang tập trung nhiều hơn vào nó.
Thơng số kỹ thuật cơ bản:


Standard: Z-Wave Alliance ZAD12837 / ITU-T G.9959



Frequency: 900MHz (ISM)



Range: 30m



Data Rates: 9.6/40/100kbit/s

 6LoWPAN
6LoWPAN là tên viết tắt của IPv6 protocol over low-power wireless PANs ( tức
là: sử dụng giao thức IPv6 trong các mạng PAN không dây công suất thấp).
6LoWPAN được phát triển bởi hiệp hội đặc trách kỹ thuật Internet IETF ( Internet
Engineering Task Foce), cho phép truyền dữ liệu qua các giao thức IPv6 và IPv4 trong
các mạng không dây công suất thấp với các cấu trúc mạng điểm - điểm ( P2P: point to
point ) và dạng lưới ( mesh). Tiêu chuẩn được đặt ra để quy định các đặc điểm của
6LoWPAN - cho phép sử dụng rộng rãi trong các ứng dụng IoT.

15