IoT cloud GCP và ứng dụng ngôi nhà thông minh

INDUSTRIAL UNIVERSITY OF HO CHI MINH CITY
FACULTY OF INFORMATION TECHNOLOGY

HUYNH GIA TUE
LE THI KIM TRUC

IOT CLOUD GCP AND SMART HOME APPLICATION
Major: Information Technology

Supervisor: M.Sc Nguyen Thanh Thai

HO CHI MINH CITY, 2020


ABSTRACT
Title: IoT Cloud Google Cloud Platform(GCP) and Smart Home Application.

In modern houses today, number of electric devices is constantly increasing.
However, due to the differences in architectures of these devices, especially the distance
between them, there are many difficulties in controlling.

For this reason, applying automatic control technologies for creating a flexible
interaction between environment and indoor equipment is inevitable. This leads to the
smart home concept. In this thesis report, we will present a simulation system which
integrates hardware and software using Internet of Things (loT) technology.

This project aims to be able to remotely control devices via the Internet, use
Google Cloud's Firebase service to deploy websites, use free hosting provided by
Firebase to access and control devices in Smart Home model. The highlight of the model
is that it can monitor the status of the device while collecting and analyzing data visually
with the management server (Cloud Google) and direct control via Firebase or the

function designed to use or to control the device on the site.

Key words: Internet of Things, Smart Home, Automatic Control, Home
Automation


LỜI CẢM ƠN
Q trình thực hiện khóa luận tốt nghiệp là giai đoạn quan trọng nhất trong quãng
đời mỗi sinh viên. Báo cáo khóa luận tốt nghiệp là tiền đề nhằm trang bị cho chúng em
những kỹ năng nghiên cứu, những kiến thức quý báu trước khi lập nghiệp.
Trước hết, chúng em xin chân thành cảm ơn quý Thầy, Cô giảng viên Khoa
Công nghệ thông tin trường Đại học Công Nghiệp Thành phố Hồ Chí Minh. Đặc biệt là
các Thầy, Cô trong chuyên ngành Công nghệ thông tin đã tận tình chỉ dạy và trang bị
cho chúng em những kiến thức cần thiết trong suốt thời gian ngồi trên ghế giảng đường,
làm nền tảng kiến thức giúp chúng em có thể hoàn thành được bài báo cáo này.
Đặc biệt, em xin chân thành cảm ơn ThS. Nguyễn Thành Thái đã tận tình giúp
đỡ, định hướng cách tư duy và cách làm việc khoa học. Đó là những góp ý hết sức q
báu khơng chỉ trong q trình thực hiện luận văn này mà còn là hành trang tiếp bước cho
em trong q trình học tập và tích lũy kinh nghiệm làm việc sau này.
Sau cùng, tuy đã nỗ lực hết sức có thể nhưng do thời gian thực hiện đề tài khơng
nhiều và kiến thức cũng như kinh nghiệm cịn hạn chế nên đồ án tốt nghiệp của chúng
em có thể sẽ cịn nhiều thiếu sót. Vì vậy, chúng em kính mong q thầy cơ thơng cảm
và rất mong nhận được ý kiến từ mọi người để hoàn thiện đề tài tốt hơn.
Chúng em xin chân thành cảm ơn !


NHẬN XÉT VÀ ĐÁNH GIÁ CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN
……………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………

……………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………
Điểm: ………. (Bằng chữ: ……………)
Giáo viên hướng dẫn
(Ký và ghi rõ họ và tên)


NHẬN XÉT VÀ ĐÁNH GIÁ CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN 1
……………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………

……………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………
Điểm: ………. (Bằng chữ: ……………)
Giáo viên phản biện 1
(Ký và ghi rõ họ và tên)


NHẬN XÉT VÀ PHẢN BIỆN CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN 2
……………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………

……………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………
Điểm: ………. (Bằng chữ: ……………)

Giáo viên phản biện 2
(Ký và ghi rõ họ và tên)


MỤC LỤC
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN ............................................................................................ 1
1.1. ĐẶT VẤN ĐỀ ........................................................................................... 1
1.2. MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU ...................................................................... 2
1.3. NHIỆM VỤ NGHIÊN CỨU ...................................................................... 2
1.4. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ............................................................. 3
CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT ................................................................................ 4
2.1. GIỚI THIỆU VỀ IOT ................................................................................ 4
2.1.1. Định nghĩa ........................................................................................... 4
2.1.2. Đặc tính cơ bản của mơ hình IoT ........................................................ 5
2.1.3. Ứng dụng của IOT .............................................................................. 6
2.2. GIỚI THIỆU VỀ NHÀ THÔNG MINH ỨNG DỤNG IOT ..................... 8
2.2.1. Định nghĩa về nhà thông minh ............................................................ 8
2.2.2. Cách hoạt động nhà thông minh ......................................................... 9
2.3. GIỚI THIỆU VỀ DỊCH VỤ LƯU TRỮ ĐÁM MÂY(CLOUD) ............ 10

2.3.1. Định nghĩa ......................................................................................... 10
2.3.2. Lợi ích Cloud .................................................................................... 11
2.3.3. Phương thức hoạt động của Computing Cloud ................................. 12
2.3.4. Vai trị và lợi ích của Cloud với IOT ................................................ 12
2.4. TỔNG QUAN VỀ GOOGLE CLOUD IOT CORE ................................ 13
2.4.1. Khái niệm .......................................................................................... 13
2.4.2. Các thành phần Google Clould IoT Core ......................................... 14
2.4.3. Cách thức bảo mật, kết nối thiết bị với GCIC .................................. 15


2.4.4. Quan hệ giữa thiết bị IoT với GCIC ................................................. 16
2.5. TỔNG QUAN VỀ GOOGLE FIREBASE .............................................. 17
2.5.1. Khái niệm về Firebase ...................................................................... 17
2.5.2. Dịch vụ cơ bản Firebase.................................................................... 17
2.5.3. Lợi ích Firebase cung cấp ................................................................. 18
2.6. GIỚI THIỆU MỘT SỐ MODULE SỬ DỤNG TRONG MƠ HÌNH ...... 19
2.6.1. Module Raspberry Pi 3 ..................................................................... 19
2.6.2. Module Arduino UNO R3 ................................................................ 21
2.6.3. Module cảm biến nhiệt độ, độ ẩm DHT11 ....................................... 23
2.6.4. Module cảm biến khí ga MQ2 .......................................................... 24
2.6.5. Module cảm biến thân nhiệt chuyển động PIR HS-SR501 .............. 26
CHƯƠNG 3: XÂY DỰNG VÀ TRIỂN KHAI MƠ HÌNH HỆ THỐNG ..................... 28
3.1. XÂY DỰNG MƠ HÌNH .......................................................................... 28
3.1.1. Mơ hình tổng quan ............................................................................ 28
3.1.2. Sơ đồ khối hệ thống .......................................................................... 29
3.1.3. Thiết kế mơ hình ............................................................................... 30
3.1.4. Giao tiếp giữa Arduino và Raspberry Pi ........................................... 31
3.1.5. Thiết kế website ................................................................................ 33
3.2. TRIỂN KHAI MƠ HÌNH ........................................................................ 34
3.2.1. Thiết lập Raspberry ........................................................................... 34

3.2.2. Thiết lập Google Cloud IoT Core ..................................................... 35
3.3. THIẾT LẬP GOOGLE FIREBASE ........................................................ 37
3.4. DEPLOY DỰ ÁN LÊN HOSTING ......................................................... 38


CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ............................................... 42
4.1. KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC .......................................................................... 42
4.2. HẠN CHẾ ................................................................................................ 44
4.3. HƯỚNG PHÁT TRIỂN ........................................................................... 44


MỤC LỤC HÌNH ẢNH
Hình 2. 1: Định nghĩa Internet of Things .............................................................. 5
Hình 2. 2: Đặc tính cơ bản của IoT ....................................................................... 6
Hình 2. 3: Ứng dụng của IoT trong xã hội ............................................................ 7
Hình 2. 4: Smart City là sản phẩm cho sự phát triển IoT ..................................... 7
Hình 2. 5: Smart Home đang là xu hướng mạnh mẽ phát triển IoT ..................... 8
Hình 2. 6: Nhà thơng minh ứng dụng IoT............................................................. 9
Hình 2. 7: Một số dịch vụ Cloud Computing...................................................... 11
Hình 2. 8: Google Cloud Core với một số dịch vụ Google Cloud ...................... 14
Hình 2. 9: Cấu trúc chính của Google Cloud IoT Core ...................................... 14
Hình 2. 10: Cơ chế xác thực giữa Device với Cloud .......................................... 15
Hình 2. 11: Device với Cloud IoT qua giao thức MQTT ................................... 16
Hình 2. 12: Giới thiệu về Firebase ...................................................................... 17
Hình 2. 13: Module Raspberry Pi 3 B+ .............................................................. 20
Hình 2. 14: Phương thức truyền dữ liệu qua giao tiếp UART ............................ 21
Hình 2. 15: Module Arduino UNO ..................................................................... 22
Hình 2. 16: Cảm biến nhiệt độ độ ẩm DHT11 .................................................... 23
Hình 2. 17: Cảm biến khí Gas MQ2 ................................................................... 25
Hình 2. 18: Cảm biến thân nhiệt chuyển động.................................................... 26

Hình 3. 1: Mơ hình tổng quan hệ thống .............................................................. 28
Hình 3. 2: Sơ đồ khối hoạt động của hệ thống .................................................... 29
Hình 3. 3: Mơ hình nhà thơng minh .................................................................... 30
Hình 3. 4: Mơ hình kết nối Raspberry với Arduino thơng qua cổng Serial ........ 31
Hình 3. 5: Kiểm tra cổng kết nối Serial từ Arduino............................................ 32
Hình 3. 6: Giao diện diều khiển .......................................................................... 33
Hình 3. 7: Biểu đồ dữ liệu nhiệt độ, độ ẩm theo thời gian thực.......................... 34
Hình 3. 8: Biểu đồ dữ liệu nhiệt độ, độ ẩm theo thời gian thực.......................... 34


Hình 3. 9: Khởi tạo Firebase ............................................................................... 38
Hình 3. 10: Chọn project cần triển khai .............................................................. 39
Hình 3. 11: Lựa chọn ngơn ngữ để viết các functions ........................................ 39
Hình 3. 12: Cài đặt các gói thư viện cần thiết ..................................................... 39
Hình 3. 13: Cấu hình hosting .............................................................................. 40
Hình 3. 14: Cấu trúc thư mục của project ........................................................... 40
Hình 3. 15: Triển khai dự án lên hosting ............................................................ 40
Hình 4. 1: Mơ hình nhà thơng minh .................................................................... 42
Hình 4. 2: Giao diện website ............................................................................... 42
Hình 4. 3: Database Realtime với Firebase......................................................... 43
Hình 4. 4: Dữ liệu nhiệt độ, độ ẩm trên Pub/Sub Google Cloud ........................ 43


DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
Cụm từ dầy đủ

STT

Từ viết tắt

1

API

Application Programming Interface

2

BQ

Big Query

3

CNTT

4

GCF

Google Cloud Platform

5

GCIC

Google Cloud IoT Core

6

HTTP

HyperText Transfer Protocol

7

IOT

Internet of things

8

JWT

JSON Web Token

9

MQTT

10

NFC

Near-Field Communications

11

RFI

Radio Frequency Identification

12

QR

Quick Response

13

SDK

Software Development Kit

14

TLS

Transport Layer Security

Công nghệ thông tin

Message Queuing Telemetry Transport


TÓM TẮT NỘI DUNG ĐỀ TÀI
Xã hội thế kỷ 21 chứng kiến sự phát triển vượt bậc của công nghệ và đánh dấu
sự mở đầu của những thiết bị thông minh. Smart phone, Smart tivi, Smart watch, smatch
home,…đều là những thiết bị ngày càng phổ biến, thông dụng trong đời sống hằng ngày
của con người. Đúng như tên gọi, những thiết bị này khơng những có khả năng đáp ứng

những yêu cầu cơ bản của con người, mà còn hơn thế, các thiết bị thông minh ra đời đã
thay thế con người trong việc kiểm soát và điều khiển các chức năng khác 1 cách chuyên
nghiệp, dễ dàng và hiệu quả.
Tiếp nối thành công của những thiết bị thông minh ấy, Smart home ra đời như
một sự khởi đầu táo bạo về tư duy làm chủ công nghệ ngay trong cuộc sống của con
người. Một ngôi nhà thông minh với khả năng thấu hiểu tư duy điều khiển của con người
nhanh chóng trở thành đề tài cơng nghệ có sức hấp dẫn.
Đề tài này với mục tiêu đặt ra có thể điều khiển thiết bị từ xa thông qua Internet,
sử dụng dịch vụ của Google Cloud là Firebase để deploy trang web, sử dụng hosting
miễn phí do Firebase cung cấp để truy cập điều khiển các thiết bị trong mô hình Smart
Home. Điểm nổi bật của mơ hình là có thể giám sát trạng thái của thiết bị đồng thời thu
thập và phân tích dữ liệu trực quan có server quản lý (Cloud Google) và điều khiển trực
tiếp thông qua Firebase hoặc chức năng đã thiết kế dùng để điều khiển thiết bị trên trang
web.


IoT Cloud GCP Và Ứng dụng ngôi nhà thông minh

Năm 2020

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
1.1. ĐẶT VẤN ĐỀ
Ngày nay, khi đời sống ngày càng được nâng cao, những nhu cầu của con người
đòi hỏi những sự tiện nghi và hỗ trợ tốt nhất. Cùng với đó là sự mở rộng khơng ngừng
của mạng lưới internet trên khắp các vùng quốc gia và lãnh thổ làm cho việc giám sát và
điều khiển hệ thống qua mạng internet trở thành tất yếu. Từ những yêu cầu và điều kiện
thực tế đó, ý tưởng về ngơi nhà thơng minh được hình thành, nơi mà mọi hoạt động của
con người đều được hỗ trợ và giúp đỡ một cách linh hoạt, ngồi ra ngơi nhà cịn có thể
tự động quản lí một cách thơng minh nhất.
Vậy, như thế nào là nhà thông minh ?

Sự thông minh của một ngôi nhà được đánh giá và thể hiện trên 4 phương diện
sau:
Thứ nhất, là khả năng tự động hóa. Căn nhà được trang bị hệ thống các cảm biến
như: cảm biến nhiệt độ, cảm biến độ ẩm, cảm biến khí gas, cảm biến báo cháy, cảm
biến vật cản, cảm biến ánh sáng… với khả năng tự động hoạt động theo điều kiện môi
trường. Nhà thông minh giúp chúng ta giám sát được mức tiêu thụ điện, nước tốt hơn
so với thông thường.
Thứ hai, là khả năng thỏa mãn nhu cầu của người sử dụng. Chủ nhân ngôi nhà
có thể điều khiển theo ý muốn hoặc theo những kịch bản được lập trình sẵn.
Thứ ba, là khả năng bảo mật, giám sát an ninh. Hệ thống giám sát an ninh, báo
cháy, báo rị rỉ khí gas sẽ tự động báo trạng thái của ngôi nhà qua mạng internet.
Thứ tư, là khả năng điều khiển, cảnh báo từ xa thông qua kết nối internet thông
qua wifi,3g… Các thiết bị như: bóng đèn, điều hịa, ti vi, tủ lạnh,….. cũng đều được kết
nối tới mạng internet. Người sử dụng chỉ cần có một thiết bị kết nối internet là có thể

Huỳnh Gia Tuệ - 16033891
Lê Thị Kim Trúc - 16033901

1


IoT Cloud GCP Và Ứng dụng ngôi nhà thông minh

Năm 2020

theo dõi dữ liệu từ các cảm biến và điều khiển các thiết bị trong nhà theo ý muốn của
bản thân.
Từ những yêu cầu thực tế, những đòi hỏi ngày càng cao của cuộc sống, nên chúng
em đã chọn đề tài "IoT Google Cloud Platform và Ứng dụng nhà thông minh" để đáp
ứng được nhu cầu ngày càng cao của con người. Ngoài chức năng bật tắt các thiết bị từ

xa, đề tài của nhóm sẽ xây dựng thêm các chức năng giám sát trạng thái điều khiển, bật
tắt của thiết bị.
1.2. MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU
Tìm hiểu và triển khai mơ hình ứng dụng IoT điều khiển và giám sát các thiết bị
trong ngôi nhà như đèn, quạt, thu thập dữ liệu về nhiệt độ, độ ẩm, khí gas dựa vào những
chỉ số data thu được đó chúng ta có thể cài đặt cảnh báo vượt ngưỡng gas cho phép hoặc
tự động đóng cửa sổ khi độ ẩm khơng khí thu được vượt ngưỡng bình thường... Tất cả
các tác vụ này đều có thể triển khai thực hiện thơng qua mạng Internet.
Cụ thể là tìm hiểu và triển khai mơ hình sử dụng Raspberry làm Server kết nối
với Arduino Uno – vi xử lý (microcontroller) để điều khiển thiết bị thơng qua mạng
internet.
Tìm hiểu và tiến hành xây dựng cơ sở dữ liệu, truyền nhận dữ liệu giữa các thiết
bị và server.
Xây dựng giao diện website để điều khiển và giám sát thiết bị.
Thiết kế và thi cơng mơ hình để tạo ra một hệ thống "Smart Home" hoàn chỉnh.
1.3. NHIỆM VỤ NGHIÊN CỨU
-

Tìm hiểu cách thức hoạt động của các mơ hình nhà IoT trước đây.

-

Tìm hiểu về vi xử lý Arduino Uno, Raspberry Pi và các module cảm biến.

-

Thiết kế giao diện để điều khiển và giám sát

-

Thiết kế và thi cơng mơ hình nhà có các chức năng thông minh.

Huỳnh Gia Tuệ - 16033891
Lê Thị Kim Trúc - 16033901

2


IoT Cloud GCP Và Ứng dụng ngôi nhà thông minh

Năm 2020

-

Kết nối các module thiết bị lại với nhau.

-

Viết chương trình kết nối và điều khiển cho Arduino và Rasberry, nạp code và
chạy thử nghiệm sản phẩm

-

Thử nghiệm và điều chỉnh phần cứng cũng như chương trình để mơ hình được tối
ưu và hoàn thiện

-

Viết báo cáo luận văn

-

Tiến hành báo cáo đồ án tốt nghiệp
1.4. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
Hệ thống sử dụng Raspberry Pi 3 để kết nối Internet làm vi điều khiển chính của

hệ thống
Sử dụng các cảm biến thông dụng như: cẩm biến nhiệt độ độ ẩm DHT11, cảm
biến chuyển động PIR, cảm biến khí ga MQ2,… để thu thập các thơng tin.
Sử dụng hệ thống cịi, đèn báo động khi phát hiện khí gas vượt ngưỡng cho phép.
Sử dụng hệ thống đèn led, relay,.. để điều khiển tăng tính ứng dụng cho đề tài
Sử dụng phần mềm Visual Studio Code để lập trình giao diện cho Website
Ngơn ngữ sử dụng chính: Python, HTML, CSS, Javascript,…

Huỳnh Gia Tuệ - 16033891
Lê Thị Kim Trúc - 16033901

3


IoT Cloud GCP Và Ứng dụng ngôi nhà thông minh

Năm 2020

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
2.1. GIỚI THIỆU VỀ IOT
2.1.1. Định nghĩa
Mạng lưới vạn vật kết nối Internet hoặc là Mạng lưới thiết bị kết nối Internet viết
tắt là IoT (tiếng Anh: Internet of Things) 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 thơng 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.
Hay hiểu một cách đơn giản IoT là tất cả các thiết bị có thể kết nối với nhau . Việc
kết nối thì có thể thực hiện qua Wi-Fi, mạng viễn thông băng rộng (3G, 4G), Bluetooth,
ZigBee, hồng ngoại… Các thiết bị có thể là điện thoại thơng minh, máy pha cafe, máy
giặt, tai nghe, bóng đèn, và nhiều thiết bị khác.
Ngày nay việc đọc sách online, lướt mạng xã hội, đặt mua hàng trực tuyến, sáng
chế ra các loại robot tự động, những ngôi nhà được thiết kế để điều khiển một cách tự
động,…khơng cịn mới mẻ với con người sống trong thời đại 4.0 như tất cả chúng ta
ngày nay nữa. Sở dĩ làm được những thứ như vậy là vì chúng đều được thực hiện một
cách tự động từ xa, đương nhiên nó cần có sự tác động của con người trên các thiết bị
thông minh – sản phẩm của thời đại công nghệ như desktop, laptop, các thiết bị di
động(smart phone), tablet,…điểm chung của việc sử dụng những thiết bị thông minh này
để thực hiện những tác vụ thơng minh đó là chúng đều phải được kết nối Internet.
Bằng phương pháp điện tốn chi phí thấp, đám mây, dữ liệu lớn, phân tích và
cơng nghệ di động, những thứ vật lý có thể chia sẻ và thu thập dữ liệu với sự can thiệp
tối thiểu của con người. Trong thế giới siêu kết nối này, các hệ thống kỹ thuật số có thể
ghi lại, giám sát và điều chỉnh từng tương tác giữa những thứ được kết nối. Thế giới vật
lý và thế giới kỹ thuật số kết hợp cùng nhau phát triển.

Huỳnh Gia Tuệ - 16033891
Lê Thị Kim Trúc - 16033901

4


IoT Cloud GCP Và Ứng dụng ngôi nhà thông minh

Năm 2020

Hình 2. 1: Định nghĩa Internet of Things
2.1.2. Đặc tính cơ bản của mơ hình IoT
– Tính kết nối liên thơng(interconnectivity): với IoT, bất cứ điều gì cũng có thể
kết nối với nhau thông qua mạng lưới thông tin và cơ sở hạ tầng liên lạc tổng thể.
– Những dịch vụ liên quan đến “Things”: hệ thống IoT có khả năng cung cấp các
dịch vụ liên quan đến “Things”, chẳng hạn như bảo vệ sự riêng tư và nhất quán giữa
Physical Thing và Virtual Thing. Để cung cấp được dịch vụ này, cả công nghệ phần cứng
và công nghệ thông tin(phần mềm) sẽ phải thay đổi.
– Tính khơng đồng nhất: Các thiết bị trong IoT là khơng đồng nhất vì nó có phần
cứng khác nhau, và network khác nhau. Các thiết bị giữa các network có thể tương tác
với nhau nhờ vào sự liên kết của các network.
– Thay đổi linh hoạt: Status của các thiết bị tự động thay đổi, ví dụ, ngủ và thức
dậy, kết nối hoặc bị ngắt, vị trí thiết bị đã thay đổi,và tốc độ đã thay đổi… Hơn nữa, số
lượng thiết bị có thể tự động thay đổi.

Huỳnh Gia Tuệ - 16033891
Lê Thị Kim Trúc - 16033901

5


IoT Cloud GCP Và Ứng dụng ngôi nhà thông minh

Năm 2020

– Quy mơ lớn: Sẽ có một số lượng rất lớn các thiết bị được quản lý và giao tiếp
với nhau. Số lượng này lớn hơn nhiều so với số lượng máy tính kết nối Internet hiện nay.
Số lượng các thông tin được truyền bởi thiết bị sẽ lớn hơn nhiều so với được truyền bởi
con người.

Hình 2. 2: Đặc tính cơ bản của IoT
Điểm quan trọng của IoT đó là các đối tượng phải có thể được nhận biết và định
dạng (identifiable). Việc đánh dấu (tagging) có thể được thực hiện thông qua nhiều công
nghệ, chẳng hạn như RFID, NFC, mã vạch, mã QR, watermark kĩ thuật số... Việc kết nối
thì có thể thực hiện qua Wi-Fi, mạng viễn thông băng rộng (3G, 4G), Bluetooth, ZigBee,
hồng ngoại...
2.1.3. Ứng dụng của IOT
Những ứng dụng của IoT vào các lĩnh vực trong đời sống là vô cùng phong phú và
đa dạng. Chúng ta sẽ cùng điểm qua một số ứng dụng điển hình đã mang lại "tiếng
tăm" cho IoT:
- Internet cơng nghiệp là hỗ trợ kĩ thuật công nghiệp với các cảm biến, phần mềm
lớn để tạo ra những cỗ máy vơ cùng thơng minh. Máy móc sẽ có tính chính xác và nhất
Huỳnh Gia Tuệ - 16033891
Lê Thị Kim Trúc - 16033901

6


IoT Cloud GCP Và Ứng dụng ngôi nhà thông minh

Năm 2020

quán hơn con người trong giao tiếp thông qua dữ liệu. Từ những dữ liệu thu thập được
giúp các công ty, nhà quản lí giải quyết các vấn đề sớm hơn, đạt hiệu quả cao hơn...

Hình 2. 3: Ứng dụng của IoT trong xã hội
Thành phố thông minh là một ứng dụng của IoT tạo được sự tò mò của đông
đảo người dân. Giám sát thông minh, vận chuyển tự động, hệ thống quản lý năng lượng
thông minh hơn, phân phối nước, an ninh đô thị và giám sát môi trường tất cả là ví dụ
về internet của các ứng dụng cho thành phố thơng minh.

Hình 2. 4: Smart City là sản phẩm cho sự phát triển IoT
Huỳnh Gia Tuệ - 16033891
Lê Thị Kim Trúc - 16033901

7


IoT Cloud GCP Và Ứng dụng ngôi nhà thông minh

Năm 2020

- Hiện tại, smart home đang dần phổ biến hơn và được xem là tiêu chuẩn sống
mới hiện nay. Mọi thiết bị trong nhà đều có thể điều khiển từ xa chỉ bằng smartphone
trên tay. Hệ thống chiếu sáng tự động bật tắt khi không cần bật tắt công tắc, khi bạn
khơng có nhà. Hay bạn có thể hẹn giờ để bật hệ thống bình nóng lạnh, điều hịa trước
khi về nhà. Đặc biệt, với tính năng an ninh có thể bảo vệ ngơi nhà của bạn khỏi sự dịm
ngó của trộm. Ngồi ra, bạn cịn có thể điều khiển các thiết bị bằng giọng nói một cách
dễ dàng và tiện lợi.

Hình 2. 5: Smart Home đang là xu hướng mạnh mẽ phát triển IoT
Ngồi ra cịn có rất nhiều các ứng dụng nổi tiếng khác mà IoT đã và đang được
sử dụng trên toàn thế giới, ứng dụng được cho tất cả các lĩnh vực trong đời sống như y
tế, nông nghiệp, sản xuất, kinh doanh,…
2.2. GIỚI THIỆU VỀ NHÀ THÔNG MINH ỨNG DỤNG IOT
2.2.1. Định nghĩa về nhà thông minh
Nhà thông minh là kiểu nhà được lắp đặt các thiết bị điện, điện tử có thể được
điều khiển hoặc tự động hoá hoặc bán tự động. Thay thế con người trong thực hiện một
hoặc một số thao tác quản lý, điều khiển. Hệ thống điện tử này giao tiếp với người
dùng thông qua bảng điện tử đặt trong nhà, ứng dụng trên điện thoại di động, máy tính

Huỳnh Gia Tuệ - 16033891
Lê Thị Kim Trúc - 16033901

8


IoT Cloud GCP Và Ứng dụng ngôi nhà thông minh

Năm 2020

bảng hoặc một giao diện web. (Theo Wikipedia)

Hình 2. 6: Nhà thông minh ứng dụng IoT
Nhờ ứng dụng các công nghệ như hồng ngoại, điện thoại thông minh, IoT, công
nghệ đám mây…Nhà thơng minh có thể tự động giúp bạn làm những công việc trong
nhà. Với những nhà đầu tư thông minh, họ luôn đánh giá cao một căn nhà có thể tự động
hóa.
Trong một căn nhà thơng minh hay Smart home, mọi nơi sẽ được kiểm soát bằng
các thiết bị điện tử. Chúng sẽ sử dụng các cách giao tiếp riêng đề hiểu nhau như:
Bluetooth, hồng ngoại, sóng siêu âm, Wifi,… Và người điều khiển sẽ là bạn qua chính
chiếc điện thoại hay giọng nói.
2.2.2. Cách hoạt động nhà thông minh
Nhà thông minh không phải là các thiết bị và ứng dụng riêng biệt, chúng làm việc
cùng nhau để tạo ra một mạng lưới có thể điều khiển từ xa. Chủ nhà điều khiển tất cả
các thiết bị được kiểm soát bởi một bộ điều khiển tự động, được gọi là smart home hub.
Smart home hub là một thiết bị phần cứng hoạt động như điểm trung tâm của hệ thống
smart home có thể cảm nhận, xử lý dữ liệu và truyền thơng khơng dây. Nó kết hợp tất cả

Huỳnh Gia Tuệ - 16033891

Lê Thị Kim Trúc - 16033901

9


IoT Cloud GCP Và Ứng dụng ngôi nhà thông minh

Năm 2020

các ứng dụng riêng lẻ vào một ứng dụng smart home duy nhất có thể được kiểm sốt từ
xa bởi chủ nhà. Ví dụ các smart home hub bao gồm Amazon Echo, Google Home,
Insteon Hub Pro, Samsung SmartThings và Wink Hub.
Một số hệ thống smart home được tạo ra từ đầu, ví dụ như sử dụng Raspberry Pi
hoặc bảng mạch mẫu thử nghiệm. Những sản phẩm khác có thể được mua như một bộ
smart home kit - còn được gọi là nền tảng smart home - có chứa các phần cần thiết để
bắt đầu dự án tự động hóa nhà ở.
2.3. GIỚI THIỆU VỀ DỊCH VỤ LƯU TRỮ ĐÁM MÂY(CLOUD)
2.3.1. Định nghĩa
Cloud Computing là một thuật ngữ chỉ kết nối và chia sẻ thông tin dựa trên mức
độ lưu lượng truy cập trang web trên tồn bộ mạng. Điện tốn đám mây thường được
cung cấp như một dịch vụ “qua Internet, thường là dưới hình thức cơ sở hạ tầng như một
dịch vụ (IaaS), nền tảng như một dịch vụ (PaaS), hoặc phần mềm như một dịch vụ
(SaaS).
Nguồn tài nguyên này bao gồm rất nhiều thứ liên quan đến điện tốn và máy tính.
Ví dụ như: phần mềm, dịch vụ, phần cứng,… và sẽ nằm tại các máy chủ ảo (đám
mây) trên mạng. Người dùng có thể truy cập vào bất cứ tài nguyên nào trên đám mây.
Vào bất kỳ thời điểm nào và ở bất kỳ đâu, chỉ cần kết nối với hệ thống internet.
Hiện nay, có 4 mơ hình triển khai điện tốn đám mây chính đang được sử dụng
phổ biến. Đó là: Public Cloud, Private Cloud, Hybrid Cloud và Community Cloud.

Huỳnh Gia Tuệ - 16033891
Lê Thị Kim Trúc - 16033901

10


IoT Cloud GCP Và Ứng dụng ngôi nhà thông minh

Năm 2020

Hình 2. 7: Một số dịch vụ Cloud Computing
2.3.2. Lợi ích Cloud
Điện toán đám mây đem lại rất nhiều lợi ích cho người dùng, cụ thể như sau:


Tiết kiệm chi phí: Giúp giảm thiểu chi phí. Bạn sẽ khơng tốn tiền đầu tư cơ sở

hạ tầng ban đầu. Ví dụ như: mua phần cứng, phần mềm, lắp đặt hệ thống,…


Tiện lợi: Người dùng có thể nhanh chóng truy cập, sử dụng tài nguyên thông

qua internet mà không cần cài đặt phức tạp


An toàn và liên tục: Mọi dữ liệu được đồng bộ hóa trên đám mây. Giúp đảm

bảo độ an toàn cao hơn, tránh trường hợp mất dữ liệu do hư hỏng ổ cứng. Ngoài ra, nhà
cung cấp sẽ sao lưu định kỳ và có các phương thức bảo mật để bảo vệ dữ liệu tốt hơn.


Triển khai nhanh chóng ở bất kỳ đâu: Chỉ với một vài thao tác đơn giản để

triển khai chúng mọi nơi. Điều này đồng nghĩa với việc người dùng sẽ có được trải
nghiệm tốt hơn với độ trễ thấp hơn.
Với đám mây, bạn có thể mở rộng sang các khu vực địa lý mới và triển khai trên
tồn cầu trong vài phút. Ví dụ: GOOGLE CLOUD có cơ sở hạ tầng trên tồn thế giới, vì
vậy, bạn có thể triển khai ứng dụng của mình ở nhiều địa điểm thực tế.

Huỳnh Gia Tuệ - 16033891
Lê Thị Kim Trúc - 16033901

11


IoT Cloud GCP Và Ứng dụng ngôi nhà thông minh

Năm 2020

2.3.3. Phương thức hoạt động của Computing Cloud
Điện toán đám mây hoạt động theo cách thức hoàn toàn khác với phần cứng vật
lý. Cloud Computing cho phép người dùng quyền truy cập vào máy chủ, dữ liệu và
những dịch vụ bằng internet. Nhà cung cấp dịch vụ đám mây sẽ sở hữu, quản lý phần
cứng và duy trì kết nối mạng. Trong khi đó, user sẽ được cung cấp và sử dụng những gì
mà họ thơng qua nền tảng web.
2.3.4. Vai trị và lợi ích của Cloud với IOT
2.3.4.1. Vai trị
Vai trị của điện tốn đám mây trong IoT hoạt động như một phần của sự hợp tác
và được sử dụng để lưu trữ dữ liệu IoT, cho phép truy cập dễ dàng khi cần thiết. Điện
toán đám mây là một phương pháp di chuyển dễ dàng cho các gói dữ liệu lớn do IoT tạo

ra thơng qua Internet.
Điện tốn đám mây cung cấp các công cụ và dịch vụ cần thiết để tạo các ứng dụng
IoT. Cloud giúp đạt được hiệu quả, độ chính xác, tốc độ trong việc triển khai các ứng
dụng IoT. Đám mây giúp phát triển ứng dụng IoT nhưng IoT khơng phải là điện tốn
đám mây.
Ví dụ, trong trường hợp một số lượng lớn thiết bị IoT được kết nối với mạng và
sẽ tạo ra các byte dữ liệu khổng lồ và các tổ chức cần một hệ thống thích hợp để lưu trữ
và truy xuất dữ liệu đó.
Với những khả năng mà IOTs platform có thể cung cấp được, các cơng ty cơng
nghệ ngày càng tận dụng nó nhiều hơn. Hiện nay, có rất nhiều các nền tảng điện toán
đám mây cung cấp nhiều tùy chọn khác nhau để triển khai các dự án IoTs. Những cái
tên như Amazon, Google hay Microsoft là những người tiên phong trong lĩnh vực phát
triển điện toán đám mây và sau đây là 5 nền tảng điện toán đám mây phổ biến bạn có thể
sử dụng cho các ứng dụng IOTs của mình.

Huỳnh Gia Tuệ - 16033891
Lê Thị Kim Trúc - 16033901

12