Xây dựng hệ thống hỗ trợ nuôi trồng thủy sản theo mô hình IoT

………………………………………

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

ẠI HỌC ĐÀ NẴNG

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

KHOA ………………………………………

TÓM TẮT
Mục tiêu của đề tài là xây dựng hệ thống cảm biến để:
 Giám sát nhiệt độ trong hồ nuôi.
 Giám sát độ pH trong hồ nuôi.
 Đưa ra cảnh báo và hướng xử lý khi các điều kiện môi trường vượt quá mức
cảnh báo.
 Hệ thống cảm biến gửi dữ liệu về web server để người dùng có thể giám sát
được trạng thái của hồ nuôi ở bất kì nơi nào có internet.


LỜI NÓI ĐẦU
Trước hết em xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành đến Th.S Nguyễn Văn
Nguyên người đã tận tình hướng dẫn, giúp đỡ và tạo điều kiện thuận lợi cho chúng
em trong thời gian thực hiện đề tài. Xin gửi lời cảm ơn chân thành tới các thầy cô,
và các bạn trong khoa Công Nghệ Thông Tin - ĐH Bách Khoa Đà Nẵng đã tận tình
giúp đỡ, động viên và tạo điều kiện để em thực hiện tốt đề tài này.

Mặc dù đã hết sức cố gắng xong chắc chắn không tránh khỏi những thiếu sót.
Chúng em rất mong nhận được sự thông cảm và chỉ bảo tận tình của quý thầy cô,
các anh chị và tất cả các bạn.

Đà Nẵng, ngày tháng năm 2018.


LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan:
Những nội dung trong Khóa Luận Tốt Nghiệp này là do chúng tôi thực hiện
dưới sự hướng dẫn trực tiếp của thầy giáo Th.S Nguyễn Văn Nguyên.
Mọi tham khảo dùng trong khóa luận tốt nghiệp này đều được trích dẫn rõ
ràng và trung thực tên tác giả, tên công trình, thời gian, địa điểm công bố.
Mọi sao chép không hợp lệ, vi phạm quy chế đào tạo, hay gian trá, tôi xin
chịu hoàn toàn trách nhiệm.

Đà Nẵng, ngày tháng năm 2018
Sinh viên thực hiện

Nguyễn Công Được


MỤC LỤC

Tóm tắt...................................................................................................................i
Nhiệm vụ đồ án.....................................................................................................ii
Lời nói đầu và cảm ơn..........................................................................................iii
Lời cam đoan........................................................................................................iv
Mục lục.................................................................................................................v

Danh sách các bảng biểu, hình vẽ và sơ đồ..........................................................vi
Danh sách các cụm từ viết tắt..............................................................................vii
PHẦN 1. MỞ ĐẦU.............................................................................................. 1
1.1. Lý do chọn đề tài.......................................................................................... 1
1.2. Mục tiêu........................................................................................................ 1
1.3. Đối tượng nghiên cứu................................................................................... 2
1.4. Phạm vi nghiên cứu...................................................................................... 2
1.5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn...................................................................... 2
1.6. Bố cục báo cáo.............................................................................................. 2
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ IOT............................................................... 4
1.1. IoT (Internet of Things) là gì?....................................................................... 4
1.1.1. Định nghĩa.................................................................................................. 4
1.1.2. Khái niệm................................................................................................... 4
1.2. Lịch sử phát triển của IoT............................................................................. 5
1.2.1. Lịch sử sự phát triển của IoT qua từng giai đoạn....................................... 5
1.2.2. IoT trong tương lai..................................................................................... 6
1.3. Kiến trúc của IoT.......................................................................................... 7


1.3.1. Hệ thống cơ bản......................................................................................... 7
1.3.2. Công nghệ không dây................................................................................. 7
1.3.3. Hệ thống điều khiển.................................................................................... 7
1.3.4. Cổng Internet.............................................................................................. 8
1.3.5. Cảm biến thông minh.................................................................................. 8
1.4. Vấn đề bảo mật trong IoT............................................................................. 8
1.4.1. Giao diện web bảo mật kém........................................................................ 8
1.4.2. Cơ chế xác thực chưa đảm bảo an toàn...................................................... 8
1.4.3. Các dịch vụ mạng không an toàn................................................................ 9
1.4.4. Thiếu cơ chế mã hoá truyền tin................................................................... 9
1.4.5. Nếu cấu hình an ninh không đủ.................................................................. 9

1.4.6. Bảo mật vật lý kém..................................................................................... 9
1.4.7. Phần mềm không an toàn........................................................................... 9
1.5. Các lĩnh vực ứng dụng của IoT................................................................... 10
1.5.1. Quản lý hạ tầng........................................................................................ 10
1.5.2. Y tế............................................................................................................ 10
1.5.3. Xây dựng và tự động hóa nhà................................................................... 10
1.5.4. Giao thông................................................................................................ 10
1.5.5. Nông nghiệp.............................................................................................. 11
CHƯƠNG 2: LẬP TRÌNH VỚI BOARD MẠCH ARDUINO ĐỂ XÂY
DỰNG HỆ THỐNG IOT.................................................................................. 12
2.1. Giới thiệu về Arduino................................................................................. 12
2.1.1. Giới thiệu.................................................................................................. 12
2.1.2. Các loại board mạch Arduino................................................................... 12
2.1.3. Môi trường lập trình board mạch Arduino................................................ 12
2.1.4. Các ứng dụng của board mạch Arduino.................................................... 13


2.2. Kiến trúc của Arduino................................................................................. 13
2.2.1. Phần cứng của Arduino Uno R3............................................................... 14
2.4. Lập trình với mạch Arduino cho dự án IoT................................................. 18
2.4.1. Cấu trúc của một chương trình trên Arduino............................................ 19
2.4.2. Lập trình với mạch Arduino...................................................................... 20
CHƯƠNG 3: XÂY DỰNG VÀ TRIỂN KHAI HỆ THỐNG GIÁM SÁT CÁC
THÔNG SỐ KỸ THUẬT TRONG HỒ NUÔI THỦY SẢN DỰA TRÊN IOT
31
3.1. Phân tích và thiết kế hệ thống..................................................................... 31
3.1.1. Yêu cầu của đề tài..................................................................................... 31
3.1.2. Phân tích đề tài......................................................................................... 31
3.2. Triển khai hệ thống..................................................................................... 32
3.2.1. Thiết kế hệ thống...................................................................................... 32

3.2.2. Thông số kỹ thuật của các cảm biến trong mạch...................................... 34
3.3. Thử nghiệm và đánh giá kết quả của hệ thống............................................ 38
3.3.1. Thử nghiệm hệ thống................................................................................ 38
3.3.2. Đánh giá kết quả của hệ thống................................................................. 42
KẾT LUẬN........................................................................................................ 43
1. Những vấn đề đạt được qua đề tài:.............................................................. 43
2. Hạn chế trong đề tài...................................................................................... 43
3. Hướng phát triển........................................................................................... 43
TÀI LIỆU THAM KHẢO............................................................................................................ 44


DANH MỤC CÁC BẢNG, HÌNH V
Hình 1.1. Khái niệm IoT....................................................................................................4
Hình 1.2. Kevin Ashton.....................................................................................................6
Hình 1.3. Kiến trúc của IoT...............................................................................................7
Hình 1.4. IoT trong nông nghiệp.....................................................................................11
Hình 2.1. Kiến trúc mạch Arduino...................................................................................14
Hình 2.2. Mạch Arduino Uno..........................................................................................14
Hình 2.3. Các chân vào ra của Arduino Uno...................................................................17
Bảng 1.1. Một số thông số của Arduino Uno R3.............................................................17
Hình 2.4. Ví dụ về 1 void setup.......................................................................................19
Hình 2.5. Ví dụ về 1 void loop........................................................................................19
Hình 2.6. Sơ đồ minh họa cấu trúc chương trình trên arduino........................................20
Hình 2.7. Trang chủ của Arduino....................................................................................22
Hình 2.8. Màn hình của phần download..........................................................................22
Hình 2.9. File chạy phần mềm sau khi download về.......................................................23
Hình 2.10. Thông báo về điều khoản phần mềm.............................................................23
Hình 2.11. Các lựa chọn khi cài đặt.................................................................................24
Hình 2.12. Chọn đường dẫn cho phần mềm....................................................................24
Hình 2.13. Quá trình cài đặt đang được thực hiện...........................................................25

Hình 2.14. Cài đặt driver USB cho IDE..........................................................................25
Hình 2.15. Phần mềm đã được cài đặt xong....................................................................26
Hình 2.16. Kết nối arduino uno r3 với máy tính.............................................................26
Hình 2.17. Tìm cổng COM kết nối với arduino uno r3..................................................27
Hình 2.18. Arduino uno r3 được kết nối với COM3.......................................................27
Hình 2.19. Chọn đúng board ardunio mình sử dụng.......................................................28
Hình 2.20. Chọn cổng COM cho arduino IDE................................................................28
Hình 2.21. Xác nhận cổng COM.....................................................................................28


Hình 2.22. Lưu ý các bạn phải chọn AVR ISP...............................................................29
Hình 2.23. Mở chương trình mẫu của arduino IDE.........................................................29
Hình 2.24. Cửa sổ chương trình "Blink" hiện ra.............................................................30
Hình 2.25. Đúp chuột vào chổ chỉ của dấu mũi tên.........................................................30
Hình 3.1. Sơ đồ thiết kế của hệ thống IoT.......................................................................33
Hình 3.2. Cấu tạo của cảm biến nhiệt độ nước DS18B20...............................................34
Hình 3.3. Bộ cảm biến đo pH của nước...........................................................................35
Hình 3.4. Cảm biến độ hòa tan oxy trong nước...............................................................36
Hình 3.5. Cảm biến độ đục của nước..............................................................................36
Hình 3.6. Giao diện đăng nhập........................................................................................38
Hình 3.7. Trang chủ.........................................................................................................39
Hình 3.8. Giao diện xem nhật ký theo dõi.......................................................................39
Hình 3.9. Bản đồ thể hiện sự thay đổi của nhiệt độ.........................................................40
Hình 3.10. Bản đồ thể hiện sự thay đổi trạng thái của các thiết bị..................................40
Hình 3.11. Điều khiển bật/tắt đèn led............................................................................411
Y

Bảng 1.1. Một số thông số của Arduino Uno R3................................................. 17

DANH SÁCH CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT
Từ viết tắt
IoT

Tiếng anh

Tiếng việt

Internet of Things

Kết nối vạn vật

CSDL
SNMP
IP
IDE
MEMS
PWM

Cơ sở dữ liệu
Simple Network

tập hợp các giao

Management Protocol

thức

International Protocol

Giao thức IP

Integrated Development

Môi trường phát

Environment

triển tích hợp

Micro Electro
Mechanical Systems
Pulse Width Modulation

Hệ vi điện cơ


Xây dựng hệ thống hỗ trợ nuôi trồng thủy sản dựa trên mô hình IoT

PHẦN 1. MỞ ĐẦU

1.1. Lý do chọn đề tài
Trước kia khi khoa học kỹ thuật chưa phát triển, chưa được ứng dụng vào nuôi
trồng thủy sản, người nuôi phải giám sát các điều kiện như nhiệt độ, độ PH, hòa tan
oxy... của hồ bằng thủ công như dùng nhiệt kế, bút đo PH.... đã làm mất thời gian,
sức lực và kinh phí của người nuôi. Cùng với đó là diện tích nuôi trồng thủy sản ở
ta ngày càng lớn và phát triển đi kèm với nó là công nghệ kĩ thuật cần phát triển
theo để đáp ứng được nhu cầu của người nông dân, người nông dân thường ít tiếp
xúc được với các công nghệ mới. Là sinh viên năm cuối với những kiến thức đã
được học em mong muốn tạo ra một hệ thống tự động áp dụng trong nuôi trồng

thủy sản nên em chọn đề tài “Xây dựng hệ thống hỗ trợ nuôi trồng thủy sản theo mô
hình IoT” để người nông dân có thể dễ dàng quản lí khu vực nuôi thủy sản của mình
một cách dễ dàng nhất, đạt hiệu quả đáng kể, giúp cho người nuôi biết được các
trạng thái của môi trường ao hồ nuôi để kịp thời xử lý, giảm thiểu rủi ro và tăng
năng suất nuôi thủy sản.
1.2. Mục tiêu
Mục tiêu của đề tài là xây dựng hệ thống IoT để:
-

Giám sát nhiệt độ trong hồ nuôi

-

Giám sát độ PH trong hồ nuôi

-

Giám sát độ Oxy hòa tan trong hồ

-

Giám sát độ đục của nước trong hồ

-

Đưa ra cảnh báo và hướng xử lý khi các điều kiện môi trường vượt quá mức
cảnh báo

-

Thiết lập chế độ điều khiển tùy chọn để người dùng có thể dễ dàng thiết lập

Sinh viên thực hiện: Nguyễn Công Được

GV Hướng dẫn: Th.S Nguyễn Văn Nguyên

1


Xây dựng hệ thống hỗ trợ nuôi trồng thủy sản dựa trên mô hình IoT

các yếu tố và điều kiện cảnh báo phù hợp với loại thủy sản.
-

Điều khiển các thiết bị như máy bơm, máy sục thông qua smartphone tại bất
kì đâu có kết nối mạng.

1.3. Đối tượng nghiên cứu
Áp dụng IoT vào mô hình nuôi trồng thủy sản.
1.4. Phạm vi nghiên cứu
Phạm vi đề tài:
-

Nghiên cứu về Internet of Things

-

Nghiên cứu lập trình trên các thiết bị cảm biến, mạch điều khiển thu nhận và
phát tín hiệu về trung tâm xử lý, điều khiển tự động hóa

-

Xây dựng ứng dụng quản lý thông tin về các thông số kỹ thuật của hồ nuôi
thủy sản trên môi trường internet

Giới hạn của đề tài:
Đề tài chỉ xây dựng một hệ thống IoT để thu tập các thông tin của hồ để đưa ra
các cảnh báo và điều khiển một số thiết bị tự động qua môi trường Internet, đề tài
không tính đến độ bền của các thiết bị cảm biến, vì giới hạn về kinh phí nên đề tài
chỉ sử dụng các thiết bị cảm biến và các board điều khiển rẻ tiền nên dễ hỏng
1.5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn
Ngày nay với sự phát triển của Internet và công nghệ mạng cảm biến, vì vậy
IoT là một lĩnh vực được nước ta quan tâm và có nhiều đầu tư để ứng dụng vào thực
tiễn. Chính vì vậy, đề tài này sẽ có một ý nghĩa khoa học rất lớn, kết quả của đề tài
sẽ góp phần xây dựng các hệ thống nuôi trồng thủy sản thông minh, mang lại nhiều
lợi ích kinh tế.

Sinh viên thực hiện: Nguyễn Công Được

GV Hướng dẫn: Th.S Nguyễn Văn Nguyên

2


Xây dựng hệ thống hỗ trợ nuôi trồng thủy sản dựa trên mô hình IoT

1.6. Bố cục báo cáo
Đề tài gồm 3 chương:
Chương 1: Tổng quan về IoT.
Trong chương này trình bày về định nghĩa, khái niệm và lịch sử phát triển của

IoT. Bên cạnh đó, trình bày về kiến trúc của IoT, các vấn đề bảo mật của IoT và các
lĩnh vực ứng dụng của IoT tại Việt Nam.
Chương 2: Lập trình với Board mạch Arduino để xây dựng hệ thống IoT
Trong chương này trình bày và giới thiệu về mạch Arduino: kiến trúc, ưu
nhược điểm của mạch và cách lập trình với mạch.
Chương 3: Xây dựng và triển khai hệ thống giám sát các thông số kỹ thuật trong hồ
nuôi thủy sản dựa trên IoT.
Trong chương này trình bày về việc phân tích, thiết kế hệ thống và triển khai
hệ thống IoT hỗ trợ trong nuôi trồng thủy sản

Sinh viên thực hiện: Nguyễn Công Được

GV Hướng dẫn: Th.S Nguyễn Văn Nguyên

3


Xây dựng hệ thống hỗ trợ nuôi trồng thủy sản dựa trên mô hình IoT

Sinh viên thực hiện: Nguyễn Công Được

GV Hướng dẫn: Th.S Nguyễn Văn Nguyên

4


Xây dựng hệ thống hỗ trợ nuôi trồng thủy sản dựa trên mô hình IoT

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ IOT
1.1. IoT (Internet of Things) là gì?

1.1.1. Định nghĩa
Thiết bị (device): Đối với Internet of Things, đây là một phần của cả hệ thống
với chức năng bắt buộc là truyền thông và chức năng không bắt buộc là: cảm biến,
thực thi, thu thập dữ liệu, lưu trữ và xử lý dữ liệu.
Internet of Things: Là một cơ sở hạ tầng mang tính toàn cầu cho xã hội thông
tin, mang đến những dịch vụ tiên tiến bằng cách kết nối các “Things” (cả physical
lẫn virtual) dựa trên sự tồn tại của thông tin, dựa trên khả năng tương tác của các
thông tin đó và dựa trên các công nghệ truyền thông.
Things: Đối với Internet of Things, “Things” là đối tượng của thế giới vật
chất (physical things) hay thế giới thông tin ảo (virtual things). “Things” có khả
năng được nhận diện, và “Things” có thể được tích hợp vào trong mạng lưới thông
tin liên lạc.
1.1.2. Khái niệm
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 ngoài
để thực hiện một công việc nào đó.

Sinh viên thực hiện: Nguyễn Công Được

GV Hướng dẫn: Th.S Nguyễn Văn Nguyên

5


Xây dựng hệ thống hỗ trợ nuôi trồng thủy sản dựa trên mô hình IoT

Hình 1.1. Khái niệm IoT

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 thông minh, máy
pha cafe, máy giặt, tai nghe, bóng đèn, và nhiều thiết bị khác

1.2. Lịch sử phát triển của IoT
1.2.1. Lịch sử sự phát triển của IoT qua từng giai đoạn.
Thời kì trước, khái niệm nhà thông minh với khả năng điều khiển từ xa, điều
khiển bằng nút bấm chỉ xuất hiện trong phim ảnh. Ngày nay, với sự vững mạnh của
khoa học kỹ thuật và các ứng dụng côn nghệ, nhà thông minh không còn xa vời .
Chúng ta hãy đi tìm hiểu lịch sử của IoT qua từng giai đoạn.
Năm 1990, John Romkey đã tạo ra một máy nướng bánh mì có thể được bật và
tắt trên Internet cho hội nghị INTEROP tháng 10 năm 1989 và đây cũng được coi là
thiết bị IoT đầu tiên. Dan Lynch, Chủ tịch Interop đã hứa với Romkey rằng, nếu
Romkey có thể "nướng bánh mỳ của mình trên mạng", máy sẽ được đặt trong các
nhà triển lãm tại hội nghị. Máy nướng bánh mỳ được kết nối với một máy tính có
kết nối mạng TCP / IP. Sau đó sử dụng một cơ sở thông tin (SNMP MIB) để bật
nguồn.
Năm 1993, Quentin Stafford-Fraser và Paul Jardetzky đã tạo ra một phòng
Cây trồng được đặt trong “Phòng Trojan” trong Phòng Thí nghiệm Máy tính của
Đại học Cambridge và được sử dụng để theo dõi nối với một hình ảnh được cập
nhật khoảng 3 phút Và gửi đến các máy chủ của tòa nhà. Sau đó nó gửi lên trình

Sinh viên thực hiện: Nguyễn Công Được

GV Hướng dẫn: Th.S Nguyễn Văn Nguyên

6

Xây dựng hệ thống hỗ trợ nuôi trồng thủy sản dựa trên mô hình IoT

duyệt để có thể hiển thị hình ảnh.
Năm 1999 là một năm quan trọng của IoT, trong năm này khái niệm IoT
(Internet of Things) đã được đặt ra bởi Kevin Ashton (một trong những người sáng
lập của Trung tâm Auto ID ban đầu) xem như là điều kiện tiên quyết cho IoT thời
điểm đó.

Hình 1.2. Kevin Ashton
Năm 2008, IoT được công nhận của EU và hội nghị IoT châu Âu lần đầu tiên
được tổ chức.
Trong khoảng từ năm 2008-2009, IoT ra đời theo nhóm giải pháp kinh doanh
của Cisco.
Năm 2011, Khởi động công khai IPV6- Giao thức mới cho phép 2128(khoảng
340 undecillion hoặc 340,282,366,920,938,463,463,374,607,431,768,211,456) địa
chỉ.
Vào năm 2013, Internet of Things đã phát triển thành một hệ thống sử dụng
nhiều công nghệ, từ Internet đến truyền thông không dây và từ các hệ thống cơ điện
vi mô (MEMS) sang các hệ thống nhúng. Các lĩnh vực truyền thống của tự động
hóa (bao gồm tự động hóa các tòa nhà và gia đình), các mạng cảm biến không dây,
GPS, các hệ thống điều khiển, và các thiết bị khác đều hỗ trợ IoT.

Sinh viên thực hiện: Nguyễn Công Được

GV Hướng dẫn: Th.S Nguyễn Văn Nguyên

7

Xây dựng hệ thống hỗ trợ nuôi trồng thủy sản dựa trên mô hình IoT

1.2.2. IoT trong tương lai
Những con số khẳng định IoT là xu hướng của tương lai:
Internet of Things đến năm 2020:
 4 tỷ người kết nối với nhau
 4 ngàn tỷ USD doanh thu
 Hơn 25 triệu ứng dụng
 Hơn 25 tỷ hệ thống nhúng và hệ thống thông minh
 50 ngàn tỷ Gigabytes dữ liệu
Vì thế, Internet of Things đang là chìa khóa của thành công trong tương lai.
1.3. Kiến trúc của IoT

Hình 1.3. Kiến trúc của IoT
Một kiến trúc IoT điển hình bao gồm các yếu tố sau đây:
1.3.1. Hệ thống cơ bản
Nó đề cập đến các thiết bị cổ điển, thực hiện nhiệm vụ được xác định của nó
như đồ gia dụng, điện chiếu sáng, đo năng lượng, truyền hình v.v.v.

Sinh viên thực hiện: Nguyễn Công Được

GV Hướng dẫn: Th.S Nguyễn Văn Nguyên

8


Xây dựng hệ thống hỗ trợ nuôi trồng thủy sản dựa trên mô hình IoT

1.3.2. Công nghệ không dây

Công nghệ không dây kết nối hệ thống cơ sở để các thiết bị khác, mạng nội bộ
hoặc đám mây. Nó cho phép giám sát và kiểm soát các hệ thống cơ bản từ xa. Công
nghệ không dây khác nhau phổ biến là Bluetooth, Bluetooth Smart, Zigbee, subGhz,
Wi-Fi, v.v.
1.3.3. Hệ thống điều khiển
Thiết bị hệ thống điều khiển được sử dụng để giám sát các hệ thống cơ bản
bằng cách sử dụng công nghệ không dây. Nó hoặc có thể là một thiết bị chuyên
dụng như điều khiển từ xa hoặc điện thoại thông minh và máy tính bảng. Điện thoại
thông minh và máy tính bảng rất dễ dàng để tích hợp các thiết bị IoT.
1.3.4. Cổng Internet
Gateway là cửa sổ của hệ thống IoT nội bộ với thế giới bên ngoài. Nó hoặc có
thể là một cửa ngõ nhà chuyên dụng hoặc một điện thoại thông minh. Các công
nghệ khác nhau được sử dụng như là cửa ngõ là GSM, GPRS, cáp quang hoặc
đường dây internet khác.
1.3.5. Cảm biến thông minh.
Cảm biến thông minh đã nổi lên như là một trình điều khiển rất quan trọng đối
với sự phát triển của hệ thống IoT. Cảm biến đã làm cho nó có thể để theo dõi
chuyển động, môi trường và các thông số khác từ xa và chuyển giao cho các hệ
thống điều khiển hoặc cổng thông qua công nghệ không dây. Nó đã làm thay đổi
cuộc sống của con người và thực hiện các thiết bị hiện có thông minh hơn.

1.4. Vấn đề bảo mật trong IoT
IoT được coi là giai đoạn phát triển kế tiếp của Internet, mở ra một cuộc cách
mạng trong việc giao tiếp giữa con người - đồ vật và giữa các đồ vật với nhau. Tuy
nhiên, để có thể khai thác được những tiềm năng lớn mà IoT mang lại, còn nhiều
vấn đề cần phải giải quyết, trong đó có vấn đề bảo mật cho các thiết bị và hệ thống

Sinh viên thực hiện: Nguyễn Công Được

GV Hướng dẫn: Th.S Nguyễn Văn Nguyên

9


Xây dựng hệ thống hỗ trợ nuôi trồng thủy sản dựa trên mô hình IoT

IoT. Sau đây là các vấn đề bảo mật phổ biến nhất.
1.4.1. Giao diện web bảo mật kém
Giao diện web bảo mật kém có thể dẫn tới việc dữ liệu bị mất, bị sửa đổi nội
dung, hoặc có thể gây ra tình trạng từ chối truy nhập dịch vụ hay thậm chí là thiết bị
bị chiếm quyền điều khiển hoàn toàn.
1.4.2. Cơ chế xác thực chưa đảm bảo an toàn
Nếu cơ chế xác thực là không đủ an toàn, kẻ tấn công có thể khai thác đó để
truy cập trái phép các tài khoản người dùng và ăn cắp dữ liệu nhạy cảm. Kẻ tấn
công có thể sử dụng các mật khẩu kém bảo mật hoặc cơ chế phục hồi mật khẩu kém
bảo mật, các chứng thư bảo vệ yếu hoặc việc thiếu quyền điều khiển truy nhập chi
tiết để truy nhập vào giao diện cụ thể. Lỗ hổng này có thể làm mất, sai lệch dữ liệu,
hoặc từ chối truy nhập dịch vụ và thậm chí có thể dẫn tới việc chiếm quyền thiết bị
hoàn toàn.
1.4.3. Các dịch vụ mạng không an toàn
Kẻ tấn công sử dụng các dịch vụ mạng dễ bị tấn công để tấn công vào thiết bị.
Lỗ hổng này có thể làm tràn bộ nhớ đệm, gây ra tình trạng từ chối dịch vụ, khiến
người dùng không thể truy cập vào thiết bị. Dạng tấn công này có thể dẫn tới việc
làm mất dữ liệu, thay đổi nội dung dữ liệu hoặc tạo điều kiện thuận lợi cho việc tấn
công vào các thiết bị khác.
1.4.4. Thiếu cơ chế mã hoá truyền tin
Nếu dữ liệu trong quá cảnh không được mã hóa đúng cách, kẻ tấn công có thể
tận dụng lợi thế đó để ăn cắp dữ liệu nhạy cảm.Thông thường, lưu lượng mạng của
thiết bị IoT không được tiếp xúc với bên ngoài mạng. Nhưng, nếu các mạng không
dây không được cấu hình đúng cách, nó có thể làm cho người trên mạng internet có

thể nhìn thấy bất cứ ai trong phạm vi của mạng không dây. Và, có thể dẫn đến sự
thỏa hiệp hoàn thành của các thiết bị hoặc tài khoản người dùng.

Sinh viên thực hiện: Nguyễn Công Được

GV Hướng dẫn: Th.S Nguyễn Văn Nguyên

10


Xây dựng hệ thống hỗ trợ nuôi trồng thủy sản dựa trên mô hình IoT

1.4.5. Nếu cấu hình an ninh không đủ
Lỗ hổng này tồn tại nếu các thiết bị hạn chế hoặc không có khả năng làm thay
đổi kiểm soát an ninh hoặc các giao diện web không có tùy chọn để tạo quyền sử
dụng và không thể thực thi sử dụng mật khẩu mạnh. Những kẻ tấn công có thể lợi
dụng điều này để khai thác các lỗ hổng trong các thiết bị để ăn cắp dữ liệu nhạy cảm
hoặc làm cho các cuộc tấn công nhiều hơn.
1.4.6. Bảo mật vật lý kém
Những kẻ tấn công có thể khai thác truy cập vật lý của hệ thống cũng làm phát
sinh bạo tấn công. Họ có thể sử dụng cổng USB, thẻ SD hoặc lưu trữ khác có nghĩa
là để truy cập vào hệ điều hành và dữ liệu được lưu trữ trong các thiết bị và khai
thác đó cho mục đích xấu.
1.4.7. Phần mềm không an toàn
Thiết bị IoT nên có khả năng sẽ được cập nhật khi lỗ hổng được phát hiện.
Nhưng, nếu các tập tin cập nhật không được bảo vệ, nó có thể bị bắt bởi những kẻ
tấn công và khai thác cho mục đích xấu. Những kẻ tấn công có thể chụp các tập tin
cập nhật không được mã hóa hoặc có thể thực hiện cập nhật độc hại của riêng mình.
1.5. Các lĩnh vực ứng dụng của IoT
1.5.1. Quản lý hạ tầng

Ứng dụng quang trọng của IoT là quản lý cơ sở hạ tầng, với IoT có thể giám
sát và kiểm soát các hoạt động của cơ sở hạ tầng đô thị và nông thôn như cầu,
đường ray tàu hỏa và trang trại…, IoT có thể được sử dụng để theo dõi bất kỳ sự
kiện hoặc những thay đổi trong điều kiện cơ cấu mà có thể ảnh hưởng đến sự an
toàn và sự nguy hiểm đến hạ tầng. Nó cũng có thể được sử dụng để lập kế hoạch
hoạt động sửa chữa và bảo trì một cách hiệu quả
1.5.2. Y tế
Thiết bị IoT có thể được sử dụng để cho phép theo dõi sức khỏe từ xa và hệ
thống thông báo khẩn cấp. Các thiết bị theo dõi sức khỏe có thể đo huyết áp và nhịp
tim với các thiết bị tiên tiến có khả năng giám sát cấy ghép đặc biệt, chẳng hạn như

Sinh viên thực hiện: Nguyễn Công Được

GV Hướng dẫn: Th.S Nguyễn Văn Nguyên

11


Xây dựng hệ thống hỗ trợ nuôi trồng thủy sản dựa trên mô hình IoT

máy điều hòa nhịp hoặc trợ thính tiên tiến. Cảm biến đặc biệt cũng có thể được
trang bị trong không gian sống để theo dõi sức khỏe của người già.
1.5.3. Xây dựng và tự động hóa nhà
Với các thiết bị IoT có thể được sử dụng để giám sát và kiểm soát các hệ thống
cơ khí, điện và điện tử được sử dụng trong nhiều loại hình tòa nhà. Hệ thống tự
động hóa, như các tòa nhà tự động hóa hệ thống, thường được sử dụng để điều
khiển chiếu sáng, sưởi ấm, thông gió, điều hòa không khí, thiết bị, hệ thống thông
tin liên lạc, giải trí và các thiết bị an ninh gia đình để nâng cao sự tiện lợi, thoải mái,
hiệu quả năng lượng và an ninh.
1.5.4. Giao thông

Các sản phẩm IoT có thể hỗ trợ trong việc tích hợp các thông tin liên lạc, kiểm
soát và xử lý thông tin qua nhiều hệ thống giao thông vận tải. Ứng dụng của IoT mở
rộng đến tất cả các khía cạnh của hệ thống giao thông, tức là xe, cơ sở hạ tầng, và
người lái xe hoặc sử dụng. Tương tác giữa các thành phần của một hệ thống giao
thông vận tải cho phép điều khiển giao thông thông minh, bãi đậu xe thông minh, hệ
thống thu phí điện tử, quản lý đội xe, điều khiển xe, an toàn và hỗ trợ đường bộ.
1.5.5. Nông nghiệp

Hình 1.4. IoT trong nông nghiệp
Với các thiết bị của IoT có thể hỗ trợ người nông dân giám sát thông số về

Sinh viên thực hiện: Nguyễn Công Được

GV Hướng dẫn: Th.S Nguyễn Văn Nguyên

12


Xây dựng hệ thống hỗ trợ nuôi trồng thủy sản dựa trên mô hình IoT

nhiệt độ, độ ẩm không khí, độ ẩm đất, áp suất, ánh sáng, gió, mưa và độ ẩm của đất
trồng v.v. giúp người nông dân giảm thời gian lao động, tăng năng suất cây trồng…

CHƯƠNG 2: LẬP TRÌNH VỚI BOARD MẠCH ARDUINO ĐỂ XÂY
DỰNG HỆ THỐNG IOT.

2.1.

Giới thiệu về Arduino

2.1.1. Giới thiệu
Arduino là một board mạch vi điều khiển do một nhóm giáo sư và sinh viên Ý
thiết kế và đưa ra đầu tiên vào năm 2005. Mạch Arduino được sử dụng để cảm nhận
và điều khiển nhiều đối tượng khác nhau. Nó có thể thực hiện nhiều nhiệm vụ từ lấy
tín hiệu từ cảm biến đến điều khiển đèn, động cơ, và nhiều đối tượng khác. Ngoài ra
mạch còn có khả năng liên kết với nhiều module khác nhau như module đọc thẻ từ,
Ethernet Shield, SIM900A…, để tăng khả ứng dụng của mạch. Phần cứng bao gồm
một board mạch nguồn mở được thiết kế trên nền tảng vi xử lý AVR Atmel 8bit,
hoặc ARM, Atmel 32-bit… Hiện phần cứng của Arduino có tất cả 6 phiên bản, Tuy

Sinh viên thực hiện: Nguyễn Công Được

GV Hướng dẫn: Th.S Nguyễn Văn Nguyên

13


Xây dựng hệ thống hỗ trợ nuôi trồng thủy sản dựa trên mô hình IoT

nhiên phiên bản thường được sử dụng nhiều nhất là Arduino Uno và Arduino Mega.
Arduino Uno được sử dụng rất rộng rãi trên thế giới.
2.1.2. Các loại board mạch Arduino
Về mặt chức năng, các board mạch Arduino được chia thành hai loại: loại
board mạch chính có chip Atmega và loại mở rộng thêm chức năng cho board mạch
chính (thường được gọi là shield). Các bo mạch chính về cơ bản là giống nhau về
chức năng, tuy nhiên về mặt cấu hình như số lượng I/O, dung lượng bộ nhớ, hay
kích thước có sự khác nhau. Một số bo có trang bị thêm các tính năng kết nối như
Ethernet và Bluetooth.
Các bo mở rộng chủ yếu mở rộng thêm một số tính năng cho board mạch
chính ví dụ như tính năng kết nối Ethernet, Wireless, điều khiển động cơ v.v.

2.1.3. Môi trường lập trình board mạch Arduino
Thiết kế bo mạch nhỏ gọn, trang bị nhiều tính năng thông dụng mang lại nhiều
lợi thế cho Arduino, tuy nhiên sức mạnh thực sự của Arduino nằm ở phần mềm.
Môi trường lập trình đơn giản dễ sử dụng, ngôn ngữ lập trình Wiring dễ hiểu và dựa
trên nền tảng C/C++ rất quen thuộc với người làm kỹ thuật. Và quan trọng là số
lượng thư viện code được viết sẵn và chia sẻ bởi cộng đồng nguồn mở là cực kỳ
lớn.
Môi trường lập trình Arduino IDE có thể chạy trên ba nền tảng phổ biến nhất
hiện nay là Windows, Macintosh OSX và Linux. Do có tính chất nguồn mở nên môi
trường lập trình này hoàn toàn miễn phí và có thể mở rộng thêm.
2.1.4. Các ứng dụng của board mạch Arduino
Arduino được chọn làm bộ não xử lý của rất nhiều thiết bị từ đơn giản đến
phức tạp. Trong số đó có một vài ứng dụng thực sự chứng tỏ khả năng vượt trội của
Arduino do chúng có khả năng thực hiện nhiều nhiệm vụ rất phức tạp, có thể kể đến
như
 Thiết bị in 3D

Sinh viên thực hiện: Nguyễn Công Được

GV Hướng dẫn: Th.S Nguyễn Văn Nguyên

14


Xây dựng hệ thống hỗ trợ nuôi trồng thủy sản dựa trên mô hình IoT

 Robot
 Các thiết bị bay không người lái
2.2. Kiến trúc của Arduino
Về cơ bản, bộ xử lý của board Arduino sử dụng kiến trúc Harvard, nơi mã

chương trình và dữ liệu chương trình có bộ nhớ riêng biệt. Nó bao gồm hai bộ nhớ:
bộ nhớ chương trình và bộ nhớ dữ liệu. Trong đó dữ liệu được lưu trữ trong bộ nhớ
dữ liệu và mã được lưu trữ trong bộ nhớ chương trình flash. Vi điều khiển
Atmega328 có 32kb bộ nhớ flash, 2kb SRAM 1kb của EPROM và hoạt động với
tốc độ đồng hồ 16MHz.

Hình 2.1. Kiến trúc mạch Arduino.
2.2.1. Phần cứng của Arduino Uno R3

Sinh viên thực hiện: Nguyễn Công Được

GV Hướng dẫn: Th.S Nguyễn Văn Nguyên

15


Xây dựng hệ thống hỗ trợ nuôi trồng thủy sản dựa trên mô hình IoT

Hình 2.2. Mạch Arduino Uno

2.2.1.1. Cáp USB
Đây là dây cáp thường được bán kèm theo bo, dây cáp dùng để cắm vào máy
tính để nạp chương trình cho bo và dây đồng thời cũng lấy nguồn từ nguồn usb của
máy tính để cho bo hoạt động. Ngoài ra cáp USB còn được dùng để truyền dữ liệu
từ bo Arduino lên máy tính. Dây cáp có 2 đầu, đầu 1a được dùng để cắm vào cổng
USB trên bo Arduino, đầu 1b dùng để cắm vào cổng USB trên máy tính
2.2.1.2. IC Atmega 16U2
IC này được lập trình như một bộ chuyển đổi USB –to-Serial dùng để giao
tiếp với máy tính thông qua giao thức Serial (dùng cổng COM).
2.2.1.3. Cổng nguồn ngoài

Cổng nguồn ngoài nhằm sử dụng nguồn điện bên ngoài như pin, bình acquy
hay các adapter cho bo Arduino hoạt động. Nguồn điện cấp vào cổng này là nguồn
DC có hiệu điện thế từ 6V đến 20V, tuy nhiên hiệu điện thế tốt nhất mà nhà sản xuất
khuyên dùng là từ 7 đến 12V.

Sinh viên thực hiện: Nguyễn Công Được

GV Hướng dẫn: Th.S Nguyễn Văn Nguyên

16