XÂY DỰNG mô HÌNH NHÀ KÍNH THÔNG MINH (1)

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT VĨNH LONG
KHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN

BÁO CÁO SENSOR VÀ ỨNG DỤNG

XÂY DỰNG MÔ HÌNH NHÀ KÍNH THƠNG MINH
CHUN NGÀNH: CƠNG NGHỆ THƠNG TIN

Giảng viên hướng dẫn: ThS Trần Phan An Trường

Vĩnh Long, ngày 17 tháng 06 năm 2022


Muc Luc
XÂY DỰNG MƠ HÌNH NHÀ KINH THƠNG MINH........................................................................... 3
CHƯƠNG I:

GIƠI THIÊU ĐÊ TÀI................................................................................................ 3

1.1.

Ly do chon đê tai.................................................................................................................... 3

1.2.

Kê hoach đăt ra...................................................................................................................... 3

CHƯƠNG 2: GIƠI THIÊU VÊ INTERNET VẠN VẬT.....................................................................3
2.1.

Khái niệm............................................................................................................................... 3

2.2.

Cơ hội va thách thức của IoT................................................................................................ 4

2.2.1 Cơ hội................................................................................................................................. 4
2.2.2 Thách thức.......................................................................................................................... 5
CHƯƠNG III: TÌM HIỂU VÊ LẬP TRÌNH ARDUINO..................................................................... 7
3.1.

Khái niệm............................................................................................................................... 7

3.2.

Các loai Board Arduino......................................................................................................... 7

3.3.

Các giao thức trong hệ thống............................................................................................... 10

3.3.1.

Giao thức I2C.................................................................................................................. 10

3.3.2.

Cách thức hoat động........................................................................................................ 11

3.3.3.

Tín hiệu Analog............................................................................................................... 12

3.3.4.

Một số ứng dung của tín hiệu Analog............................................................................ 13

Chương IV:

Blynk....................................................................................................................... 14

4.1.

Khái niệm............................................................................................................................. 14

4.2.

Cách hoat động của Blynk................................................................................................... 14

4.3.

Blink yêu cầu những gì?...................................................................................................... 15

Chương V:

Thiêt kê lăp đăt............................................................................................................ 15

5.1.

Tình huống........................................................................................................................... 15

5.2.

Lăp đăt.................................................................................................................................. 16

5.3.

Kêt nối Blynk....................................................................................................................... 17


XÂY DỰNG MƠ HÌNH NHÀ KINH THƠNG MINH

1.1.Ly do chon đê tai
Muốn tự thiêt kê riêng một hệ thống nha kính thơng minh của bản thân. Bộ điêu khiển có khả năng bậ

1.2

Áp dung những kiên thức đã được hoc để xâ

2.1.

Khái niệm

Internet of Things (viêt tăt la IoT) la một kịch bản của thê giới, khi ma mỗi đồ
vật, con người được cung cấp một định danh của riêng mình, va tất cả có khả năng
trun tải, trao đổi thông tin, dữ liệu qua một mang duy nhất ma không cần đên sự
tương tác trực tiêp giữa người với người, hay người với máy tính. IoT đã phát triển từ
sự hội tu của công nghệ không dây, công nghệ vi cơ điện tử va Internet. Nói đơn giản
la một tập hợp các thiêt bị có khả năng kêt nối với nhau, với Internet va với thê giới
bên ngoai để thực hiện một cơng việc nao đó.
Hay biểu một cách đơn giản hơn, IoT la khái niệm kêt nối các thiêt bị với nhau

va với Internet. IoT la một mang lưới khổng lồ các vật (things) va con người được kêt
nối, tất cả đêu thu thập va chia sẽ dữ liệu với nhau.
Việc kêt nối có thể thực hiện qua Wifi, ZigBee, Bluetooth, …


Lịch sử
Ý tưởng thêm cảm biên va trí thơng minh vao các vật bình thường đã được thảo
luận trong suốt những năm 1980 va 1990. Tuy nhiên, tiên độ thực hiện dự án nay đã
diễn ra rất chậm vì cơng nghệ lúc đó chưa sẵn sang. Các chip quá lớn va cồng kênh
cũng như khơng có cách nao để các đối tượng giao tiêp hiệu quả.
Kevin Ashton đã sử dung cum từ "Internet of Things" vao năm 1999 măc dù
phải mất ít nhất một thập kỷ nữa để cơng nghệ nay có quy mơ đúng như mong đợi.
Tai thời điểm đó, ơng coi nhận dang tần số vơ tun (RFID) la điêu cần thiêt đối với
Internet van vật, cho phép máy tính quản ly moi vật riêng lẻ.
2.2. Cơ hội va thách thức của IoT
2.2.1 Cơ hội
Trước hêt, toan cầu hóa giúp khoa hoc va cơng nghệ Việt Nam từng bước hội
nhập, giao lưu với nên khoa hoc công nghệ của thê giới, tao thuận lợi cho Việt Nam
hoc tập kinh nghiệm, tiêp thu những thanh tựu khoa hoc công nghệ thê giới phuc vu
cho sự phát triển của kinh tê- xã hội của đất nước. Việc chuyển giao các dây chuyên
công nghệ, khoa hoc tiên tiên của thê giới vao từng nganh nghê, lĩnh vực cu thể ở Việt
Nam như: Công nghệ sản xuất ô tô (Nha máy ô tô Trường Hải tiêp nhận dây chuyên
chuyển giao của Hyundai vê sản xuất ô tô), công nghệ sản xuất thiêt bị di động cầm
tay, chip va các sản phẩm viễn thông (Samsung Việt Nam), các công nghệ ứng dung
trong lĩnh vực nông nghiệp công nghệ cao (Công nghệ tưới nhỏ giot theo tiêu chuẩn
Israel), công nghệ xây dựng cầu đường va đăc biệt công nghệ thông tin trong các
nganh dịch vu tai chính, ngân hang đã góp phần đưa các nganh nay từng bước tiêp cận
va đat đên trình độ của thê giới.

4

Hình 1.

Cơ hội phát triển trong cơ chê tự động hóa

Toan cầu hóa tao điêu kiện thu hút vốn đầu tư nước ngoai vao lĩnh vực khoa
hoc va công nghệ, đăc biệt la sự đầu tư của các nước tiên tiên có nên khoa hoc va
cơng nghệ phát triển cao như Mỹ, Nhật Bản, Han Quốc, Singapo. Sự tham gia liên
doanh, liên kêt trong hoat động khoa hoc va công nghệ với các đối tác nước ngoai
giúp cho các nha khoa hoc va cơng nghệ Việt Nam có cơ hội tiêp cận với khoa hoc va
công nghệ cao ma qua đó từng bước thu hẹp khoảng cách vê kiên thức, kỹ năng
nghiên cứu phát triển cũng như nâng cao năng lực sáng tao khoa hoc-công nghệ của
cá nhân va nên khoa hoc va cơng nghệ trong nước. Các chương trình hợp tác đao tao
nhân lực khoa hoc cơng nghệ trình độ cao, có khả năng tiêp nhận, chuyển giao va ứng
dung những thanh tựu khoa hoc va công nghệ tiên tiên của thê giới sẽ góp phần nâng
cao năng lực, trình độ của đội ngũ những người lam khoa hoc hiện có va phát triển đội
ngũ các nha khoa hoc công nghệ trẻ kê tuc sự nghiệp phát triển nên khoa hoc va công
nghệ quốc gia ngay cang hiện đai hơn.
2.2.2 Thách thức
Toan cầu hóa khiên cho các sản phẩm khoa hoc –công nghệ của nước ngoai
đăc biệt la của các nước tiên tiên như Hoa Kỳ, Nhật Bản va các nước Châu Âu xâm
nhập manh mẽ vao thị trường trong nước khiên cho nên khoa hoc công nghệ Việt
Nam bị canh tranh gay găt. Đăc biệt, nó lam nẩy sinh các vấn đê tranh chấp mới liên
quan đên sở hữu trí tuệ, bản quyên, nhãn hiệu, chi dẫn địa ly, kiểu dáng công nghiệp –
những lĩnh vực ma nước ta đang ở trình độ phát triển rất thấp so với ho. Sự chênh lệch
vê trình độ phát triển KH&CN quá lớn trong một sân chơi có sự canh tranh gay găt
khiên cho sự thua thiệt va yêu thê luôn nằm vê phía các nha KH&CN Việt Nam.
Chẳng han sự thống trị của giống lúa lai Trung quốc trên thị trường giống lúa trong
nước la bằng chứng rõ nhất vê những thách thức của nên KH&CN Việt Nam cho dù

các giống lúa do các nha khoa hoc Việt Nam tao ra khơng thua kém gì vê chất lượng.
Đây la một thách thức rất lớn của không chi riêng nganh khoa hoc va công nghệ.
Hiện nay, các sản phẩm khoa hoc công nghệ Việt Nam, dù đã được cải tiên va
đổi mới nhiêu, song phần lớn vẫn sử dung những công nghệ cũ, lac hậu. Việc đổi mới
công nghệ so với măt bằng chung vẫn còn chậm. Trong điêu kiện nên kinh tê cịn
nhiêu khó khăn, việc đầu tư vao nghiên cứu va đổi mới công nghệ bị han chê khiên
cho các sản phẩm khoa hoc va công nghệ vẫn bị tut hậu so với thê giới, lam giảm năng
lực canh tranh trong lĩnh vực nay. Măt khác việc đổi mới công nghệ không chi đơn
giản la thay máy cũ bằng máy mới ma còn phải đổi mới cả một hệ thống quản ly cũng
như nguồn nhân lực chất lượng cao đi kèm ma những điêu nay vẫn còn thiêu va yêu.
Chiên lược phát triển KH&CN Việt Nam đên 2020 đã đăt ra yêu cầu tốc độ đổi mới
công nghệ phải đat 15-20% mỗi năm, nghĩa la sau khoảng 5 năm các doanh nghiệp
Việt Nam phải đổi mới được một thê hệ công nghệ. Thực tê, đây la con số quá cao
nhưng măt khác cũng lai được coi la quá thấp đối với khoa hoc va công nghệ Việt
Nam.


Khung hanh lang pháp ly, việc hoan thiện thể chê, hệ thống chính sách để bảo
đảm Luật KH&CN được triển khai sâu rộng vao cuộc sống, tao đa cho phát triển kinh
tê - xã hội, đưa KH&CN thực sự trở thanh lực lượng sản xuất quan trong để phát triển
kinh tê vẫn còn nhiêu bất cập. Việc ban hanh các văn bản dưới Luật như Nghị định,
Thông tư hướng chậm chap, khiên cho quá trình thực hiện Luật KH&CN găp nhiêu
khó khăn.
Đầu tư để phát triển khoa hoc va khoa hoc tuy đã có nhiêu chuyển biên, được
chú trong nhưng mới chi đat 2% tổng chi ngân sách nha nước- một con số quá thấp so
với nhu cầu của hoat động khoa hoc va công nghệ. Các nước tiên tiên đầu tư cho
phát triển khoa hoc công nghệ, đăc biệt la nghiên cứu các sản phẩm khoa hoc ứng
dung luôn đat từ 3 – 5% ngân sách. Rõ rang sự chênh lệch vê vốn đầu tư cho
KH&CN cũng đã la một thách thức lớn cho nên KH&CN Việt Nam .
2.3.

Các ứng dung của IoT

Hệ thống an ninh, hệ thống giám sát, hệ thống báo động (khói, chuyển động,
khí gas, v.v.)
Hệ thống giám sát năng lượng như chiêu sáng, nhiệt, thiêt bị gia dung, đồng hồ
đo năng lượng
Hệ thống quản ly nước như điêu khiển động cơ, điêu khiển cấp độ, hệ thống
phun nước, v.v.
Hệ thống giải trí gia đình như âm thanh, video, máy chiêu, v.v.
Các hệ thống theo dõi sức khỏe cá nhân như huyêt áp, tiểu đường, ECG, v.v.
Thiêt bị đeo được như đồng hồ giúp nâng cao chất lượng cuộc sống
Giám sát va theo dõi sức khỏe cho cuộc sống thông minh
Theo dõi trẻ em, người lớn tuổi va vật ni cho cuộc sống an toan
Giải trí va giải trí cho cuộc sống chất lượng
−

Lái xe tự động hoăc tự lái.

−

Thông tin giao thông.

−

Các dịch vu dựa trên vị trí như GPS

−

An toan cơng cộng bao gồm xe cứu thương, cảnh sát, cứu hỏa va giám sát.

−

Giao thông công cộng bao gồm xe lửa, xe buyt, máy bay, hang hóa, xe thơng minh,
v.v..

−

Đường cao tốc bao gồm chiêu sáng, bãi đậu xe, phí cầu đường, đồng hồ đo, v.v..


CHƯƠNG III: TÌM HIỂU VÊ LẬP TRÌNH ARDUINO
3.1.

Khái niệm
Arduino la một bảng mach vi điêu khiển nguồn mở dựa trên vi điêu

khiển Microchip Atmege được phát triển bởi Arduino.cc.
Bo mach trang bị các bộ chân nhập/xuất Digital va Analog có thể giao tiêp với
các thiêt bị ngoai vi khác.
−

Board Arduino la một nên tảng nguồn mở được sử dung để thực hiện các dự
án điện tử. Nó bao gồm cả vi điêu khiển va một phần của phần mêm hoăc Mơi
trường phát triển tích hợp (IDE) chay trên PC của ban, được sử dung để viêt
va tải mã máy tính lên board vật ly.
3.2.

Các loai Board Arduino
3.2.1.

Arduino Diecimila

Hình 2.
3.2.2 Arduino UNO

Arduino Diecimila


Hình 3.

Arduino UNO

3.2.3 Arduino Leonardo

Hình 4.

Arduino Leonardo


3.2.4. Arduino

Mega2560

3.2.5. Arduino Nano

Hình 3.5.

Arduino Mega2560

Hình 3.6.
3.3.
3.3.1.

Arduino Nano

Các giao thức trong hệ thống
Giao thức I2C

I2C (Inter-Integrated Circuit) la một giao thức giao tiêp được phát triển bởi
Philips Semiconductors để truyên, nhận dữ liệu giữa một hoăc có thể nhiêu Master –
được xem như la các thiêt bị điêu khiển trung tâm với một hoăc nhiêu Slave – được
xem như la các ngoai vi trên cùng một hệ thống thơng qua hai đường trun tín hiệu.


Hình 7.

Mơ hình kêt nối giao thức

Các thiêt bị kêt nối với bus I2C được phân thanh hai loai: master va slave. Trong đó,
master sở hữu qun kiểm sốt để thực hiện đưa ra yêu cầu đên các slave, còn slave la
một thiêt bị đáp ứng các yêu cầu từ master. Như hình minh hoa ở trên, master thơng
thường la các vi điêu khiển, slave sẽ la các ngoai vi như cảm biên nhiệt độ, LCD
driver, EEPROM,…
Đăc điểm
 Chi cần có hai đường bus (dây) chung để điêu khiển bất kỳ thiêt bị / IC nao

trên mang I2C
 Không cần thỏa thuận trước vê tốc độ truyên dữ liệu như trong giao tiêp UART.

Vì vậy, tốc độ truyên dữ liệu có thể được điêu chinh bất cứ khi nao cần thiêt
 Cơ chê đơn giản để xác thực dữ liệu được truyên
 Sử dung hệ thống địa chi 7 bit để xác định một thiêt bị / IC cu thể trên bus I2C
 Các mang I2C dễ dang mở rộng. Các thiêt bị mới có thể được kêt nối đơn giản

với hai đường bus chung I2C
3.3.2.

Cách thức hoat động

Với I2C, dữ liệu được truyên trong các tin nhăn. Tin nhăn được chia thanh các
khung dữ liệu. Mỗi tin nhăn có một khung địa chi chứa địa chi nhị phân của địa chi


slave va một hoăc nhiêu khung dữ liệu chứa dữ liệu đang được truyên. Thông điệp
cũng bao gồm điêu kiện khởi động va điêu kiện dừng, các bit đoc / ghi va các bit ACK
/ NACK giữa mỗi khung dữ liệu:

 Điêu kiện khởi động (Start Condition): Đường SDA chuyển từ mức điện áp cao

xuống mức điện áp thấp trước khi đường SCL chuyển từ mức cao xuống mức
thấp.
 Điêu kiện dừng (Stop Condition): Đường SDA chuyển từ mức điện áp thấp

sang mức điện áp cao sau khi đường SCL chuyển từ mức thấp lên mức cao.
 Khung địa chi (Address Frame): Một chuỗi 7 hoăc 10 bit duy nhất cho mỗi

slave để xác định slave khi master muốn giao tiêp với nó.
 Bit Đoc / Ghi (Read/Write Bit): Một bit duy nhất chi định master đang gửi dữ

liệu đên slave (mức điện áp thấp) hay yêu cầu dữ liệu từ nó (mức điện áp cao).
 Bit ACK / NACK: Mỗi khung trong một tin nhăn được theo sau bởi một bit xác

nhận / không xác nhận. Nêu một khung địa chi hoăc khung dữ liệu được nhận
thanh công, một bit ACK sẽ được trả lai cho thiêt bị gửi từ thiêt bị nhận
3.3.3.

Tín hiệu Analog

Tín hiệu analog hay tín hiệu tương tự la bất kỳ tín hiệu liên tuc nao có tính
năng thay đổi thời gian (biên) của tín hiệu la đai diện cho một số lượng thay đổi thời
gian khác, nghĩa la tương tự với tín hiệu thay đổi thời gian khác. Ví du, trong tín hiệu
âm thanh analog, điện áp tức thời của tín hiệu thay đổi liên tuc theo áp suất của sóng
âm. Nó khác với tín hiệu số, trong đó đai lượng liên tuc la biểu diễn của một chuỗi
các giá trị rời rac, chi có thể đảm nhận một trong số các giá trị hữu han.[1][2] Thuật
ngữ tín hiệu tương tự thường đê cập đên tín hiệu điện tử; tuy nhiên, cơ khí, khí


nén, thủy lực, lời nói của con người va các hệ thống khác cũng có thể truyên tải hoăc
được coi la tín hiệu tương tự.

Hình 8.

sóng tín hiệu Analog

3.3.4. Một số ứng dung của tín hiệu Analog
Ứng dung trong việc điêu khiển thiêt bị phu tải, phu thuộc vao điện áp cao. Điện
áp thay đổi cao hoăc thấp đêu phải theo dõi quá trình. Trong những trường hợp nay thì
việc điêu khiển thiêt bị phu tải la rất quan trong. Khi sự cố q áp 50 V thì báo cịi va

đèn, đồng thời thì hiện thị thơng số lên bảng led lớn. Thì tín hiệu điện áp như VAC
được chuyển đổi vê dang analog va truyên tải cho thiêt bị hiện thị va điêu khiển.


Chương IV: Blynk
4.1.

Khái niệm
Blynk la một nên tảng với các ứng dung iOS va Android để điêu khiển Arduino,

Raspberry Pi va các ứng dung tương tự qua Web.
Nó la một bảng điêu khiển kỹ thuật số nhờ đó ban có thể xây dựng giao diện đồ
hoa cho dự án của mình bằng cách kéo va thả các widget.
Việc thiêt lập moi thứ rất đơn giản va ban sẽ băt đầu sau chưa đầy 5 phút.
Blynk không bị rang buộc với một số bo hoăc defend cu thể. Thay vao đó, nó hỗ
trợ phần cứng ma ban lựa chon. Cho dù Arduino hoăc Raspberry Pi của ban được liên
kêt với Web qua Wi-Fi, Ethernet hoăc chip ESP8266, Blynk sẽ giúp ban on-line va
sẵn sang cho IoT.
4.2.

Cách hoat động của Blynk

Hình 9. Mơ hình hoat động của Blynk
Blynk được thiêt kê cho IoT. Nó có thể điêu khiển phần cứng từ xa, nó có thể
hiển thị dữ liệu cảm biên, nó có thể lưu trữ dữ liệu, trực quan hóa va lam nhiêu thứ
hay ho khác.


Có ba thanh phần chính trong nên tảng:
Ứng dung Blynk – cho phép ban tao giao diện cho các dự án của mình bằng cách

sử dung các widget khác nhau.
Blynk Server – chịu trách nhiệm vê tất cả các giao tiêp giữa điện thoai thơng
minh va phần cứng. Ban có thể sử dung Blynk Cloud hoăc chay cuc bộ máy chủ
Blynk riêng của mình. Nó la mã nguồn mở, có thể dễ dang xử ly hang nghìn thiêt bị
va thậm chí có thể được khởi chay trên Raspberry Pi.
Thư viện Blynk – danh cho tất cả các nên tảng phần cứng phổ biên – cho phép
giao tiêp với máy chủ va xử ly tất cả các lệnh đên va lệnh đi.
Mỗi khi ban nhấn một nút trong ứng dung Blynk, thông điệp sẽ truyên đên
không gian của đám mây Blynk, va tìm đường đên phần cứng của ban.
4.3. Blink yêu cầu những gì?
• Phần cứng.
Arduino, Raspberry Pi hoăc một bộ phát triển tương tự.
Blynk hoat động qua Web. Điêu nay có nghĩa la phần cứng ban chon phải có thể
kêt nối với web. Một số bo, như Arduino Uno sẽ cần Ethernet hoăc Wi-Fi Defend để
giao tiêp, những bo khác đã được hỗ trợ Web: như ESP8266, Raspberri Pi với WiFi
dongle, Particle Photon hoăc SparkFun Blynk Board. Ngay cả khi ban khơng có
defend, ban có thể kêt nối nó qua USB với máy tính xách tay hoăc máy tính để ban.
Điêu thú vị la danh sách phần cứng hoat động với Blynk rất lớn va sẽ tiêp tuc tăng lên.
• Một chiêc điện thoai thông minh.
Chương V: Thiêt kê lăp đăt
5.1.

Tình huống

Trong mơ hình tự động nay sử dung 4 loai cảm biên: lửa, khí gas ,ánh sáng, nhiệt
độ độ ẩm.
Đầu tiên la cảm biên nhiệt độ độ ẩm. Cảm biên nay thông báo vê cho chủ bằng
cách thể hiển các thông số trên blynk

Cảm biên ánh sáng: Có 2 chê độ bật tăt tự động hoăc hoăc thủ công. Ơ chê độ tự
động thì khi cường độ ánh sáng đên khoảng thì đèn tự bật
Cảm biên lửa: sử dung cho các trường hợp khẩn cấp kích hoat tức thời ln ln
sãn sang cho trường hợp hỏa hoan sảy ra. Chi cần cảm biên phát hiện tình trang cháy
thì tự động bật cơng tăt nước
Cuối cùng la cảm biên gas khi nhận thông báo có khí gas trong nha kính sẽ gửi
thơng báo đên cho chủ va có thể điêu khiển bật quat thơng gió từ xa.

5.2.

Lăp đăt

Hình 10. Mơ Hình lăp đăt


5.3.

Kêt nối Blynk

Hình 11. Giao diện thơng báo trang thái