ĐỒ ÁN CƠ SỞ CHUYÊN NGÀNH TÌM HIỂU HỆ THỐNG IoT TRONG ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ ĐIỆN, NƯỚC

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NGUYỄN TẤT THÀNH
KHOA CƠNG NGHỆ THƠNG TIN

ĐỒ ÁN CƠ SỞ/ CHUN NGÀNH

TÌM HIỂU HỆ THỐNG IoT TRONG ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ ĐIỆN,
NƯỚC

Giảng viên hướng dẫn: Vương Xn Chí
Sinh viên thực hiện:
Phạm Hồng Long
Phạm Minh Tiến
MSSV:
2000000913
2000001201
Chuyên ngành: Khoa Học Dữ Liệu
Môn học:
Đồ Án Cơ Sở Dữ Liệu
Khóa:
2020

Tp.HCM, tháng

năm


Trường Đại học Nguyễn Tất
Thành
Khoa Công Nghệ Thông Tin
› › › ›

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập – Tự do – Hạnh phúc
› › › ›

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH/CƠ SỞ
(Sinh viên phải đóng tờ này vào báo cáo)

Họ và tên: Phạm Minh Tiến

MSSV:2000001201

Chuyên ngành: Khoa học dữ liệu

Lớp: 20DTH2A

Email:

SĐT:0399635570

Tên đề tài: Tìm hiểu hệ thống IoT trong giám sát thiết bị điện nước.
Gíao viên hướng dẫn: Vương Xuân Chí.
Thời gian thực hiện: 20 /6 /2022 đến 20 /9 /2022
MƠ TẢ ĐỀ TÀI:
Cơng nghệ IoT trong tự động hóa được hiện diện trong hầu hết các lĩnh vực, cung cấp các
giải pháp phù hợp cho nhiều ứng dụng. Tìm hiểu cơng nghệ IoT vào việc quản lý, điều
khiển và vận hành từ xa thông qua thiết bị điện nước
NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP
- Cấu trúc, yêu cầu của hệ thống IoT
- Các đặc trưng cơ bản của IoT, ưu và nhược điểm của IoT

- Vai trị, Ứng dụng của IoT trong đời sống
- Mơ hình thiết kế hệ thống IoT điều khiển thiết bị điện nước
1


YÊU CẦU:
- Có kiến thức, đam mê, hiểu biết về công nghệ mới như Mạng neural, Machine
Learning,
Deep Learning... Đọc hiểu tài liệu tiếng Anh, kỹ năng trình bày văn bản trên máy tính tốt.
- Có tác phong làm việc chăm chỉ, tinh thần trách nhiệm cao, có khả năng làm việc độc
lập hoặc làm việc trong nhóm tốt.
Nội dung và yêu cầu đã được thông qua Bộ môn.
TP.HCM, ngày 26 tháng 06 năm 2022
Q.TRƯỞNG BỘ MÔN

GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

(Ký và ghi rõ họ tên)

(Ký và ghi rõ họ tên)

ThS. Vương Xuân Chí

ThS. Vương Xuân Chí

2


MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN....................................................................................................................3

LỜI MỞ ĐẦU....................................................................................................................4
NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN.............................................................5
Chương I: Khái niệm, cấu trúc và yêu cầu của một hệ thống IoT......................................6
1)Khái niệm IoT............................................................................................................. 6
2)Cấu trúc, yêu cầu của hệ thống IoT.............................................................................6
3) Các yêu cầu của một hệ thống IoT.............................................................................8
Chương II: Các đặc trưng cơ bản của IoT, ưu và nhược điểm của IoT.............................11
1)Các đặc trưng cơ bản của IoT....................................................................................11
2)Ưu và nhược điểm của hệ thống IoT.........................................................................11
2.1

Ưu điểm của hệ thống IoT............................................................................11

2.2 Nhược điểm của hệ thống IoT.........................................................................12
Chương III: Vai trò, ứng dụng của IoT trong đời sống.....................................................13
1)Vai trò của IoT trong đời sống..................................................................................13
2) Ứng dụng của IoT trong đời sống............................................................................14
2.1. Nhà thông minh (Smart Home).........................................................................14
2.2. Hệ thống đèn chiếu sáng....................................................................................15
2.3. Thành phố thông minh (Smart City)..................................................................15
2.4. Tiết kiệm nước...................................................................................................16
2.5. Lưới điện thông minh (Smart grid)....................................................................17
2.6. Công dụng của lưới điện thông minh đối với người dân...................................18
2.7. Công dụng của lưới điện thông minh đối với cơ quan quản lý điện..................18
2.8. Y tế kết nối (Connected health).........................................................................18
2.9. Mạng lưới nước thơng minh..............................................................................20
Chương IV: Mơ hình thiết kế hệ thông IoT điều khiển thiết bị điện, nước.......................20
1.Thiết kế sơ đồ khối hệ thống.................................................................................20
2.Thi công hệ thống..................................................................................................25
Chương V: Kết luận.........................................................................................................27

TÀI LIỆU THAM KHẢO................................................................................................28

3


LỜI CẢM ƠN
Người mà em muốn cảm ơn đầu tiên là thầy ThS. VƯƠNG XUÂN CHÍ giảng viên hướng
dẫn lý thuyết môn thiết kế web và thầy Bùi Duy Tân đã nhiệt tình giúp đỡ em trong suốt
khoảng thời gian làm đồ án cơ sở, giải đáp mọi thắc mắc cũng như các vấn đề khó trong
q trình học tập cũng như thực hành. Trong quá trình học tập thì thầy đã có các bài
giảng hay, dễ tiếp thu giúp các sinh viên mới như em dễ dàng tiếp thu được các kiến thức
mới. Và trong suốt quá trình thực hiện đồ án thì thầy ln nhiệt tình giải đáp và đưa ra
những lời khun bổ ích giúp e hồn thiện tốt hơn cho đồ án của mình.
Tiếp đến là em xin gửi lời cảm ơn của mình đến các anh chị khóa trên đã chia sẽ
những kinh nghiệm quý báo của mình cho em để cho em có thể làm tốt đồ án mơn học
này của mình. Các anh chị đã dành thời gian rãnh của mình để nhận xét và góp ý cho em.
Đồng thời cũng cảm ơn những người bạn luôn bên cạnh em, dù nội dung đồ án có khác
nhau những vẫn quan tâm, để ý đến bài làm của em.
Vì thời gian ngắn cịn phải chia đều thời gian cho các môn cộng với việc vẫn chưa
có nhiều kinh nghiệm nên khơng tránh được những thiếu sót và nhiều điểm cịn chưa hợp
lí. Em mong là mình sẽ nhận được sự thơng cảm và góp ý từ các thầy cơ để bổ sung và
hồn thiện, có thêm kinh nghiệm để cho các đồ án sao này được tốt hơn.
Em xin chân thành cảm ơn!
Sinh viên thực hiện
Phạm Hoàng Long
Phạm Minh Tiến

4

LỜI MỞ ĐẦU
Đồ án Ứng dụng công nghệ Iot giám sát mức tiêu thụ điện – nước
Trong những năm gần đây, dường như thuật ngữ IoT (hay Internet of Things) hay “Vạn
vật kết nối internet” đã khơng cịn trở nên q xa lạ, ta có thể đơi lần bắt gặp cụm từ này
ở bất kỳ đâu, từ những bản tin thời sự - công nghệ trên tivi, trên các trang mạng điện tử,
hoặc cụ thể là những ứng dụng thiết thực trong đời sống. Đúng như tên gọi, đây là một hệ
thống các thiết bị cơng nghệ có liên quan đến nhau, mọi vật được kết nối với nhau dựa
trên giao thức chung, đó là mạng truyền thơng – hay Internet. Chỉ cần một thiết bị có kết
nối mạng, là bạn có thể hồn tồn kiểm tra, điều khiển các thiết bị trong nhà, bất kể bạn
đang ở đâu. Công nghệ IoT đã và đang phát triển trong rất nhiều lĩnh vực. Với những lợi
ích trơng thấy, bạn cũng muốn sở hữu một ứng dụng IoT cho căn nhà của bạn phải không
nào? Vậy ứng dụng vào đâu bây giờ, ngoài việc chỉ điều khiển các thiết bị điện từ xa?
Vậy có bao giờ bạn phải đau đầu tự hỏi tháng này hóa đơn tiền điện nước lại tăng lên
trong khi bạn nghĩ là đã sử dụng chúng một cách hợp lý và tiết kiệm chưa? Chẳng lẽ
đồng hồ lại báo số sai? cũng có thể. Như vậy, bạn cần phải có một ứng dụng để có thể
giám sát thơng số điệnnước mà gia đình bạn sử dụng hàng ngày; đến cuối tháng, bạn tổng
kết lại, đối chiếu với hóa đơn điện-nước trong tháng này, chứ khơng cịn phụ thuộc vào
hóa đơn của cơng ty điện nước như trước kia nữa. Thực ra, trên thị trường đã có những
thiết bị như thế này rồi, với độ chính xác cao, nhưng giá thành lại rất mắc, vả lại không
thể giám sát được từ xa. Nắm bắt được điều này, vận dụng kiến thức đã học, nhóm em đã
tiến hành thực hiện đề tài với tên “ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ IOT GIÁM SÁT MỨC
TIÊU THỤ ĐIỆN - NƯỚC”, thực hiện công việc đo và giám sát, hiển thị và cập nhật lên
màn hình thiết bị và trên web, giúp cho người sử dụng có thể dễ dàng quan sát cũng như
thống kê được lượng điện - nước mà họ đã và đang sử dụng. Với đề tài này, nhóm hy
vọng sẽ làm cơ sở nghiên cứu để các nhóm sau có thể phát triển và cải tiến thêm nữa

5


NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN

............................................................................................................................................
............................................................................................................................................
............................................................................................................................................
............................................................................................................................................
............................................................................................................................................
............................................................................................................................................
............................................................................................................................................
............................................................................................................................................
............................................................................................................................................
............................................................................................................................................
............................................................................................................................................
............................................................................................................................................
............................................................................................................................................
............................................................................................................................................
Điểm đồ án: .......................................................................................................................
............................................................................................................................................
............................................................................................................................................
............................................................................................................................................
TPHCM, Ngày …… tháng …… năm
Giáo viên hướng dẫn
(Ký tên, đóng dấu)

Chương I: Khái niệm, cấu trúc và yêu cầu của một hệ thống IoT
1)Khái niệm IoT

6


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.
Có thể hiểu một cách đơn giản, bạn chỉ cần có một thiết bị có kết nối mạng là hồn tồn
có thể điều khiển, kiểm tra toàn bộ các thiết bị trong nhà: từ TV, máy giặt, tủ lạnh, máy
tính… bất kể bạn đang ở đâu. Vấn đề chỉ là đưa tất cả vào một giao thức chung và giao
thức đó là IoT

Hình 1.1
2)Cấu trúc, yêu cầu của hệ thống IoT
Kiến 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).

7


Hình 1.2
-

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):
8


o 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 thông và cũng được kết nối đến mạng lưới viễn
thông và cáp - được triển khai bởi các nhà cung cấp dịch vụ.
o 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.
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.

3) Các yêu cầu của một hệ thống IoT
Các yêu cầu để có thể trở thiết lập một IoT sẽ rất cao và khắt khe với các tiêu chí như
sau:


Có kết nối dựa trên sự nhận diện: Các đồ vật, máy móc, thiết bị thường gọi chung
là “Things” phải có tên hay địa chỉ IP riêng biệt. Hệ thống IoT cần hỗ trợ các kết nối

9


giữa các “Things” và kết nối được thiết lập dựa trên định danh IP của Things.

Hình 1.3: Các yêu cầu của Internet of things (IoT)

Khả năng quản lý
Hệ thống IoT cần phải hỗ trợ tính năng quản lý các “Things” để đảm bảo được
network hoạt động bình thường. Ứng dụng IoT thường làm việc tự động mà không
cần con người tam gia. Tuy nhiên tồn bộ q trình hoạt động của họ nên được
quản lý bởi các bên có liên quan.
Khả năng bảo mật
Trong hệ thống IoT, rất nhiều “Things” sẽ được kết nối với nhau. Chính vì vậy mà
làm tăng mối nguy trong bảo mật. Điển hình những thơng tin mật bị tiết lộ, xác
thực sai hay dữ liệu bị thay đổi, làm giả. Ngoài ra, tất cả các “Things” đều có chủ
sở hữu và người sử dụng của nó. Các dữ liệu thu thập được từ các “Things” có thể
chứa thơng tin cá nhân liên quan tới chủ sở hữu hoặc người sử dụng nó. Các hệ

10

thống IoT cần phải bảo vệ sự riêng tư trong quá trình truyền dữ liệu, tập hợp, khai
thác, lưu trữ và xử lý.
Dịch vụ thỏa thuận
Dịch vụ thỏa thuận được cung cấp bằng cách thu thập, giao tiếp và xử lý tự động
các dữ liệu giữa các “Things” dựa trên các quy tắc được thiết lập bởi người vận
hành hoặc được tùy chỉnh bởi người dùng.
Khả năng cộng tác
Khả năng này cho phép hệ thống IoT có thể tương tác qua lại giữa các network và
Things một cách dễ dàng.
Khả năng tự quản của network
Khả năng tự quản của network bao gồm tự quản lý, tự cấu hình, tự khắc phục lỗi
sai, tự tối ưu hóa và tự có cơ chế bảo vệ. Điều này vô cùng cần thiết để network có
thể thích ứng với các tên mền, ứng dụng, môi trường truyền thông và nhiều loại
thiết bị khác nhau…
Các khả năng dựa vào vị trí (location – based capabilities)
Các thông tin liên lạc hoặc các dịch vụ liên quan đến một cái gì đó sẽ phụ thuộc
nhiều vào thơng tin vị trí của các thiết và người sử dụng. Hệ thống IoT có thể biết
được và theo dõi vị trí một cách tự động. Các dịch vụ dựa trên vị trí có thể bị hạn
chế bởi luật pháp hay các quy định và chúng phải tuân thủ các yêu cầu an ninh.
Plug and play
Hệ thống IoT bắt buộc các “Things” phải được plug – and – play một cách dễ
dàng và thuận tiện. Điều này giúp cho việc sử dụng lần đầu được dễ dàng hơn.

11


Chương II: Các đặc trưng cơ bản của IoT, ưu và nhược điểm của
IoT

1)Các đặc trưng cơ bản của IoT
Hệ thống IoT sẽ bao gồm các đặc trưng như sau:


Không đồng nhất: Các thiết bị trong IoT thường không đồng nhất vì sở hữu phần
cứng, cũng như hệ thống khác nhau và có thể tương tác với nhau nhờ vào sự liên kết
của các hệ thống.



Kết nối liên thông (Interconnectivity): Đối với hệ thống IoT, các vật dụng, thiết
bị đa dạng đều có thể kết nối với nhau thơng qua mạng lưới thông tin và cơ sở hạ tầng
liên lạc tổng thể.



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 thiết bị vật
lý (Physical Thing) và phần mềm (Virtual Thing).



Có quy mơ lớn: Số lượng rất lớn các thiết bị, máy móc sẽ được quản lý và giao
tiếp với nhau với quy mô lớn hơn nhiều so với số lượng máy tính kết nối Internet hiện
nay. Số lượng thông tin được truyền bởi các thiết bị sẽ lớn hơn nhiều so với con người
thực hiện.



Có thể thay đổi linh hoạt: Các trạng thái của các thiết bị điện tử, máy móc có thể

tự động thay đổi như tắt và bật, kết nối hoặc ngắt, truy xuất vị trí,…

2)Ưu và nhược điểm của hệ thống IoT
2.1

Ưu điểm của hệ thống IoT
- Giao tiếp: IoT khuyến khích giao tiếp giữa các thiết bị, còn được gọi là
giao tiếp Machine-to-Machine (M2M). Các thiết bị vật lý có thể duy trì kết
nối do đó sẽ đem đến việc kết hợp nhuần nhuyễn giữa chúng giúp đạt chất
-

lượng sản phẩm cao hơn.
Tự động hóa giúp giám sát thiết bị tốt hơn: IoT cho phép bạn tự động
hóa và kiểm sốt các nhiệm vụ được thực hiện hàng ngày. Không cần đến
sự can thiệp của con người, các máy móc có thể giao tiếp với nhau giúp gia
tăng tốc độ cũng như chất lượng sản phẩm. Giao tiếp giữa máy với máy
giúp duy trì tính minh bạch trong các quy trình. Nó cũng tạo ra sự đồng đều
12


trong các nhiệm vụ hay cơng việc. Nó cũng có thể duy trì chất lượng dịch
vụ. Hiện nay, nhiều nhà máy đã áp dụng tự động hóa vào máy móc để điều
-

khiển hoạt động sản xuất. Đây là ưu điểm vượt trội của IoT.
Thơng tin: Rõ ràng việc có nhiều thông tin giúp đưa ra quyết định tốt hơn.
Các cuộc cách mạng công nghiệp đã phát triển nhiều hơn về đầu mối cũng
như nguồn thông tin về mọi thứ. Doanh nghiệp bạn chỉ cần chuẩn bị những

-

thứ cần thiết và tra cứu thơng tin để có thể ra quyết định ngay tập tức.
Màn hình, máy quan sát: Ưu điểm rõ ràng của IoT là giám sát. Nó biết
chính xác số lượng vật tư hoặc chất lượng khơng khí, sản phẩm trong nhà
bạn và cũng có thể cung cấp thêm thơng tin mà trước đây bạn gặp khó khăn
khi thu thập. Hơn nữa, giám sát hết hạn sản phẩm có thể sẽ cải thiện sự an

-

toàn vệ sinh thực phẩm một cách tốt nhất.
Tiết kiệm thời gian: Sự tương tác giữa máy với máy mang lại hiệu quả tốt
hơn và cho kết quả chính xác. Thay vì phí thời gian để lặp lại các nhiệm vụ
tương tự mỗi ngày, nó cho phép mọi người thực hiện các công việc sáng tạo
khác. Cách mạng công nghiệp đem đến những công nghệ mới với nhiều

-

lợi ích lớn về thời gian.
Tiết kiệm tiền bạc: Ưu điểm lớn nhất của IOT là tiết kiệm tiền. IoT rất
hữu ích khi giúp cho thói quen hàng ngày của mọi người bằng cách làm cho
các thiết bị giao tiếp với nhau hiệu quả. Chúng sẽ cảnh báo kịp thời những
vấn đề, sự cố phát sinh. Vì vậy, bạn có thể tiết kiệm năng lượng cũng như
chi phí sửa chữa, duy trì nhiều sản phẩm.

2.2

Nhược điểm của hệ thống IoT
- Khả năng tương thích: Vì các thiết bị từ các nhà sản xuất khác nhau sẽ
được kết nối với nhau, vấn đề tương thích giữa chúng vẫn gặp khó khăn
Hiện tại, khơng có tiêu chuẩn quốc tế về khả năng tương thích cho các thiết

bị theo dõi, giám sát. Đây là nhược điểm IoT dễ khắc phục nhất. Tất cả các
nhà sản xuất có thể đồng tạo ra một tiêu chuẩn chung và tuân thủ theo tiêu
chuẩn đó cho mọi thiết bị.

13


-

Độ phức tạp: IoT là một mạng lưới đa dạng và phức tạp, vì vậy với bất kỳ
lỗi hoặc lỗi trong phần mềm hoặc phần cứng có thể gây ra hậu quả nghiêm
trọng. Khi mất điện cũng có thể gây ra nhiều bất tiện trong các hệ thống và

-

thao tác của nhiều thiết bị vì chúng được kết nối với nhau.
Quyền riêng tư / Bảo mật: Cuộc sống của chúng ta sẽ ngày càng được
kiểm sốt bởi cơng nghệ, và sẽ phụ thuộc vào nó. Nếu tất cả dữ liệu IoT
này được truyền đi, nguy cơ mất quyền riêng tư sẽ tăng lên. Cách mạng
cơng nghiệp đã cơng nghệ hố cho tất cả mọi thứ nhỏ nhặt. Đây là
một nhược điểm lớn của IoT vì nó gián tiếp làm mất đi nhiều quyền lợi

-

quan trọng của con người trong các hoạt động hàng ngày.
An toàn: Tất cả các thiết bị gia dụng, máy móc cơng nghiệp, dịch vụ khu
vực cơng và nhiều thiết bị khác đều được kết nối với Internet. Vì vậy, nó đã
tạo ra một kho thơng tin khổng lồ có sẵn trên các thiết bị đó và những thông
tin này dễ bị tấn công bởi tin tặc. Sẽ rất nghiêm trọng nếu thông tin cá nhân
cũng như bí mật của riêng bạn những kẻ xâm nhập trái phép lan truyền.

Chương III: Vai trò, ứng dụng của IoT trong đời sống
1)Vai trò của IoT trong đời sống
Trong thời gian gần đây, internet vạn vật (IoT) là cụm từ được nhắc đến thường xuyên.
Chúng gắn liền với những đột phá quan trọng của Cuộc Cách mạng công nghiệp lần thứ
4. Các công nghệ này đang chứng minh tiềm năng ưu việt của nó trong việc xây dựng nền
tảng cho nhiều ứng dụng thơng minh. Nhiều quy trình cơng việc sẽ được thay đổi theo
hướng tự động hóa giúp tăng khả năng hoạt động và vận hành của hệ thống, nâng cao
chất lượng cuộc sống của con người. Theo các chuyên gia nghiên cứu, thời gian tới đây,
dữ liệu được tạo ra từ IoT sẽ vượt xa nhiều lần dữ liệu IoP. Dữ liệu gia tăng cùng với tiêu
chuẩn hóa, cá nhân hóa sản phẩm và dịch vụ đặt ra những yêu cầu đòi hỏi AI phải khai
thác dữ liệu số cả từ con người lẫn đồ vật để tự động hóa và hỗ trợ hiệu quả cho việc làm
hiện tại, cũng như tìm ra cách làm mới cho tương lai. Tiềm năng kinh tế của IoT vào năm
2025 được ước tính đạt đến 6.200 tỷ USD.
14


Những ngành chịu tác động lớn nhất là lĩnh vực chăm sóc sức khỏe và sản xuất chế tạo.
Lợi ích IoT mang lại trong ngành chăm sóc y tế là giúp nâng cao chất lượng điều trị cho
bệnh nhân mãn tính với mức chi phí giảm xuống chỉ cịn từ 10% đến 20% giá trị thực.
Trong sản xuất chế tạo, công nghệ IoT sẽ cải thiện được hiệu suất làm việc theo nhiều
cách. Thiết bị cảm biến có thể theo dõi, cung cấp thông tin ở thời gian thực mới nhất về
trạng thái thiết bị, có thể giảm thời gian chết, giám sát lưu lượng hàng hóa tồn kho trong
sản xuất.
Ngồi ra, IoT cịn là cơng cụ có khả năng quản lý tốt hơn hệ thống kết cấu hạ tầng và dịch
vụ thành thị, bao gồm cả các hệ thống giao thơng, nước sạch, nước thải và an tồn cơng
cộng. Trong nơng nghiệp, thiết bị cảm biến lá cây có thể đo được ứng suất trong thân cây
dựa vào các cấp độ hơi ẩm; cảm biến đất có thể tập hợp thông tin chung về lượng nước
điều tiết vào đồng ruộng… giúp người nơng dân tối ưu hóa điều kiện canh tác, tránh được
những thiệt hại về mùa màng; IoT có nhiều tiềm năng tạo ra giá trị gia tăng đáng kể..

2) Ứng dụng của IoT trong đời sống
2.1. Nhà thông minh (Smart Home)
Smart Home là ứng dụng của IoT quan trọng và thành cơng nhất tính đến thời điểm
hiện tại. Thơng qua IoT, bạn có thể điều khiển bật, tắt các thiết bị trong gia đình ngay cả
khi khơng có ở nhà và quan sát, điều khiển chúng từ xa. Điều này mang lại cho con người
sự thuận tiện tối đa và tiết kiệm thời gian hiệu quả, nâng cao những trải nghiệm về chất
lượng cuộc sống trong chính ngơi nhà của mình.
Smart Home mang đến một khơng gian sống có tiện nghi và có độ an tồn cao, tuy nhiên
chi phí phải bỏ ra để xây dựng một mơ hình nhà ở thơng minh là khơng hề nhỏ. Cùng
điểm qua một số thiết bị nổi bật được trang bị trong Smart Home.

15


Hình 2.1
2.2. Hệ thống đèn chiếu sáng
Đèn LED là một thiết bị rất quen thuộc trong mọi gia đình, trong Smart Home, người ta
sẽ lắp đặt hệ thống đèn thông minh, giúp tiết kiệm thời gian và điện năng hiệu quả.
 Hệ thống đèn LED thơng minh có thể được điều khiển bật, tắt từ xa, rất tiện lợi
nếu bạn quên tắt đèn mỗi khi ra khỏi nhà.
 Trang bị chức năng hẹn giờ, giúp đèn có thể tự động tắt mỗi khi đến hẹn.
 Lắp đặt hệ thống cảm biến, giúp đèn tự động bật mỗi khi bạn về đến nhà, giúp cho
ngôi nhà của bạn luôn được đầy đủ ánh sáng.
2.3. Thành phố thông minh (Smart City)
Thành phố thông minh là một trong những ứng dụng của IoT nổi bật nhất. Khi thời kỳ
cơng nghiệp hóa đang diễn ra mạnh mẽ như ngày nay, việc xây dựng thành phố theo mô
16


hình Smart City sẽ tạo được rất nhiều điều kiện thuận lợi cho người dân và các doanh

nghiệp, đây cũng là một cơ hội vô cùng lớn cho các nhà sản xuất thuộc lĩnh vực công
nghệ.
Một thành phố thông minh sẽ thông qua IoT để kết nối vạn vật với nhau, từ đó dễ dàng
quan sát, điều khiển, kiểm sốt hoạt động của tồn khu vực.

Hình 2.3
2.4. Tiết kiệm nước
Tiết kiệm nước là ưu điểm đầu tiên mà tất cả mọi người nghĩ đến khi nói về một thành
phố thơng minh. Nước là một nguồn tài nguyên vô cùng quý giá, việc lắp đặt các đồng hồ
thông minh để thông báo, phân tích dữ liệu về nguồn nước sẽ hạn chế tối đa tình trạng rị

17


rỉ nước, giải quyết kịp thời các vấn đề liên quan đến nguồn cung cấp nước, từ đó tiết
kiệm nước hiệu quả.
Ngồi ra, người dân có thể cập nhật thường xuyên tình trạng sử dụng nước của gia đình
mình bằng các đồng hồ thông minh được kết nối với smartphone, thơng qua đó giảm
đáng kể lượng nước tiêu thụ của cả thành phố.

2.5. Lưới điện thông minh (Smart grid)
Lưới điện thông minh là ứng dụng của IoT tiếp theo cần được nhiều người lưu ý. Điện
năng là yếu tố không thể thiếu trong cuộc sống của con người, vậy làm thế nào để sử
dụng điện đúng cách và giảm tối đa những tổn thất, sự cố về điện, mang lại sự an toàn
cho cuộc sống của người dân? Internet vạn vật chính là câu trả lời chính xác nhất cho
những vấn đề trên.

Hình 2.5
18

2.6. Công dụng của lưới điện thông minh đối với người dân
Đối với hầu hết các người dân sử dụng điện, tiết kiệm chính là mục tiêu hàng đầu. Với
lưới điện thơng minh, bạn hồn tồn có thể kiểm sốt hoạt động của các thiết bị gia dụng
trong ngôi nhà của mình thơng qua smartphone. Cụ thể, việc hẹn giờ bật, tắt cho máy
điều hòa của bạn sẽ giúp tiết kiệm một lượng điện năng đáng kể khi bạn đang ngủ say,
điều khiển bình nước nóng, lạnh từ xa thơng qua lưới điện thông minh sẽ giúp tiết kiệm
thời gian khởi động thiết bị.
Ngoài ra, với các cảm biến từ hệ thống chiếu sáng, các thiết bị đèn LED thông minh hồn
tồn có thể tự động bật, tắt khi cần thiết, đảm bảo không gian sống luôn đầy đủ ánh sáng
nhưng vẫn tiết kiệm điện năng.
2.7. Công dụng của lưới điện thông minh đối với cơ quan quản lý điện
Đối với những cơ quan quản lý điện, ngoài mục tiêu tiết kiệm điện năng thì sự an tồn
cũng là ưu tiên hàng đầu. Thông qua các cảm biến thông minh, lưới điện tại nhiều khu
vực có thể được kết nối với nhau một cách chặt chẽ, từ đó những người quản lý có thể
theo dõi tình hình sử dụng điện trong toàn thành phố. Ngoài ra, các dữ liệu sẽ liên tục
được cập nhật, giúp các cơ quan phát hiện được các sự cố đang xảy ra và đưa ra những
giải pháp kịp thời, hạn chế tối đa những tai nạn liên quan đến điện.
2.8. Y tế kết nối (Connected health)
Y tế kết nối là một ứng dụng của IoT rất quan trọng trong cuộc sống. Hiện nay, ngành
y tế đã có những bước phát triển đột phá nhờ vào Internet vạn vật.
 IoT cung cấp các ứng dụng để bệnh nhân có thể truy cập, cập nhật các dữ liệu về
bệnh án và theo dõi tình hình sức khỏe của bản thân.
 Các ứng dụng thông minh sẽ gửi các dữ liệu theo mốc thời gian thực tế về sức
khỏe của bệnh nhân thông qua những cảm biến trên các thiết bị đeo tay, thiết bị
chăm sóc sức khỏe đến các bệnh viện, bác sĩ.
19


 Việc xuất hiện các thiết bị có thể mang theo trong lĩnh vực chăm sóc sức khỏe sẽ

giúp nhiều người nâng cao tinh thần luyện tập thể dục thể thao, nâng cao thể chất
của cơ thể.
 Thông qua những bệnh án được lưu trữ trên hệ thống đám mây, bệnh nhân có thể
được nhận những hướng dẫn chăm sóc và theo dõi sức khỏe từ xa, từ đó làm giảm
đáng kể chi phí về y tế. Ngồi ra, việc di chuyển dữ liệu khi bệnh nhân chuyển
việc sẽ giúp hạn chế tiền chụp X-quang, xét nghiệm lại.
 Chai thuốc không dây là một ứng dụng tuyệt vời của IoT đối với lĩnh vực y tế. Với
thiết bị này, bệnh nhân sẽ được nhắc nhở uống thuốc đúng giờ và yêu cầu bổ sung
khi hết liều thuốc, đây là một sản phẩm chuyên dụng để chăm sóc các bệnh nhân
bị bệnh mãn tính.
 Hiện nay, cơng nghệ IoT cịn được trang bị cho các thiết bị quan trọng của ngành y
tế như máy trợ thính, xe lăn,…

20


Hình 2.8
2.9. Mạng lưới nước thơng minh
Việc đưa cơng nghệ IOT vào máy lọc nước sẽ có thêm những tính năng vơ cùng tuyệt
vời. Nhờ đó có thể giám sát và theo dõi thời hạn sử dụng của các lõi lọc nước. Ứng dụng
này sẽ được cài đặt trên điện thoại cho phép kết nối với máy lọc nước qua Wifi, có thể
xem thơng tin của máy lọc nước và hỗ trợ nhà sản xuất tương tác với khách hàng.

21


Hình 2.9

Chương IV: Mơ hình thiết kế hệ thơng IoT điều khiển thiết bị điện,
nước

1.Thiết kế sơ đồ khối hệ thống
Sơ đồ khối của hệ thống thu thập chỉ số nước tự động ứng dụng công nghệ truyền thông
LoRa được trình bày ở Hình 4.1. Hệ thống bao gồm 3 phần chính: các bộ cảm biến và
truyền dữ liệu lắp đặt tích hợp vào các đồng hồ nước, trạm truyền dữ liệu trung gian
(gateway) và máy chủ trung tâm với phần mềm quản lý.

22


Hình 4.1
A.Bộ cảm biến và truyền dữ liệu tại đồng hồ nước
Sơ đồ nguyên lý bộ cảm biến và truyền dữ liệu lắp đặt tại các đồng hồ nước được thể hiện
ở Hình 4.2. Trong nghiên
cứu này, một đồng hồ nước cơ học được gắn cảm biến từ trường để tạo ra một xung điện
ứng với mỗi 10 lít nước tiêu thụ
[3]. Xung điện ngõ ra của đồng hồ nước đồng thời cũng là tín hiệu ngắt giúp đánh thức
bộ xử lý MSP430G2553. Bộ xử lý
MSP430G2553 của hãng Texas Instruments [4] có mức tiêu thụ điện năng thấp và được
lập trình để hoạt động ở chế độ
ngủ (sleep mode) khi khơng có tín hiệu xung điện từ đồng hồ nước nhằm tiết kiệm năng
lượng. Khi nhận tín hiệu xung
điện từ đồng hồ nước, bộ vi điều khiển thực hiện lưu thông tin lượng nước tiêu thụ vào
bộ nhớ đồng thời gửi thông tin chỉ
số nước tiêu thụ và mã định danh đồng hồ nước dưới dạng gói tin JSON [5] về máy chủ
trung tâm thông qua kết nối không
dây nhờ module truyền dữ liệu LoRa Ra-02 hoạt động trên dải tần số 433 MHz [6]. Toàn
bộ mạch điện của phần này hoạt
động dựa trên năng lượng cung cấp bởi nguồn pin và vi mạch ổn định điện thế ASM1117
nên vấn đề tiết kiệm năng lượng
vô cùng quan trọng. Việc chọn sử dụng bộ vi xử lý MSP430G2553 cùng phương thức

truyền thông không dây LoRa đã
giúp giải quyết được vấn đề năng lượng ở phần này.

Hình 4.2. Sơ đồ khối mạch điện cảm biến tại các đồng hồ nước.

23


Hình 4.3. Bộ cảm biến và truyền dữ liệu tại đồng hồ nước: a) Mạch điện thực tế và b) lắp
đặt mạch điện vào đồng hồ nước
Hình ảnh của bộ cảm biến và truyền dữ liệu lắp đặt tại đồng hồ nước được trình bày ở
Hình 3. Ăng-ten của module
LoRa được đặt bên ngoài vỏ hộp để đảm bảo điều kiện truyền sóng tốt. Lưu đồ giải thuật
chương trình điều khiển viết cho
bộ xử lý MSP430G2553 được mô tả ở Hình 4 [7]. Trong chương trình này, việc đặt bộ xử
lý MSP430G2553 ở chế độ ngủ
giúp hệ thống tiết giảm điện năng tiêu thụ nhằm kéo dài thời gian sử dụng pin.
B. Trạm truyền dữ liệu trung gian (Gateway)
Trạm truyền dữ liệu trung gian Gateway thu nhận thông tin chỉ số nước tiêu thụ từ bộ
truyền dữ liệu của đồng hồ
nước và chuyển tiếp dữ liệu này về máy chủ trung tâm. Sơ đồ khối của mạch điện
Gateway được trình bày ở Hình 5. Hoạt
động của trạm Gateway được điều khiển bởi bộ vi xử lý ATMega328P [8] với nhiệm vụ
nhận các gói tin được gửi từ các
đồng hồ nước thông qua giao tiếp không dây LoRa nhờ module truyền nhận dữ liệu LoRa
Ra-02. Các gói tin này sau đó
tiếp tục được chuyển tiếp về máy chủ trung tâm thông qua kết nối internet Wi-Fi nhờ
module ESP8266 [9]. Hình ảnh thực
tế của mạch điện trạm truyền dữ liệu trung gian Gateway được mơ tả ở Hình 6. Lưu đồ
giải thuật chương trình điều khiển

viết cho bộ xử lý ATMega328P được trình bày trên Hình 4.4

24