Khóa luận tốt nghiệp: Nghiên cứu hệ điều hành Windows 10 Iot Core trên Raspberry Pi 2 và xây dựng ứng dụng minh họa
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (4.29 MB, 114 trang )
ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HỒ CHÍ MINH
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN
KHOA CÔNG NGHỆ PHẦN MỀM
NGUYỄN QUỐC THẮNG
HUỲNH HỒ THỊ MỘNG TRINH
KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP
NGHIÊN CỨU HỆ ĐIỀU HÀNH
WINDOWS 10 IOT CORE TRÊN RASPBERRY PI 2
VÀ XÂY DỰNG ỨNG DỤNG MINH HỌA
KỸ SƯ NGÀNH KỸ THUẬT PHẦN MỀM
TP. HỒ CHÍ MINH, 2016
ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HỒ CHÍ MINH
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN
KHOA CÔNG NGHỆ PHẦN MỀM
NGUYỄN QUỐC THẮNG – 11520364
HUỲNH HỒ THỊ MỘNG TRINH - 11520431
KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP
NGHIÊN CỨU HỆ ĐIỀU HÀNH
WINDOWS 10 IOT CORE TRÊN RASPBERRY PI 2
VÀ XÂY DỰNG ỨNG DỤNG MINH HỌA
KỸ SƯ NGÀNH KỸ THUẬT PHẦN MỀM
GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN
Ths. PHẠM THI VƯƠNG
TP. HỒ CHÍ MINH, 2016
DANH SÁCH HỘI ĐỒNG BẢO VỆ KHÓA LUẬN
Hội đồng chấm khóa luận tốt nghiệp, thành lập theo Quyết định số
…………………… ngày ………………….. của Hiệu trưởng Trường Đại học Công
nghệ Thông tin.
1. …………………………………………. – Chủ tịch.
2. …………………………………………. – Thư ký.
3. …………………………………………. – Ủy viên.
4. …………………………………………. – Ủy viên.
ĐHQG TP. HỒ CHÍ MINH CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
TRƯỜNG ĐẠI HỌC
Độc Lập – Tự Do – Hạnh Phúc
CÔNG NGHỆ THÔNG TIN
TP. HCM, ngày……tháng……năm 2016
NHẬN XÉT KHOÁ LUẬN TỐT NGHIỆP
(CỦA CÁN BỘ PHẢN BIỆN)
Tên khoá luận:
NGHIÊN CỨU HỆ ĐIỀU HÀNH WINDOWS 10 IOT CORE
TRÊN RASPBERRY PI 2
VÀ XÂY DỰNG ỨNG DỤNG MINH HỌA
Nhóm SV thực hiện:
Nguyễn Quốc Thắng
Cán bộ phản biện:
11520364
…
Huỳnh Hồ Thị Mộng Trinh 11520431
Đánh giá khoá luận:
1. Về cuốn báo cáo:
Số trang
_______
Số chương
_______
Số bảng số liệu
_______
Số hình vẽ
_______
Số tài liệu tham khảo
_______
Sản phẩm
_______
Một số nhận xét về hình thức cuốn báo cáo:
······························································································
······························································································
······························································································
2. Về nội dung nghiên cứu
································································································
································································································
································································································
································································································
3. Về chương trình ứng dụng
································································································
································································································
································································································
································································································
4. Về thái độ làm việc của sinh viên
································································································
································································································
································································································
Đánh giá chung:
································································································
································································································
································································································
································································································
Điểm từng sinh viên:
Nguyễn Quốc Thắng
:………/10
Huỳnh Hồ Thị Mộng Trinh
:………/10
Người nhận xét
(Ký tên và ghi rõ họ tên)
ĐHQG TP. HỒ CHÍ MINH CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
TRƯỜNG ĐẠI HỌC
Độc Lập – Tự Do – Hạnh Phúc
CÔNG NGHỆ THÔNG TIN
TP. HCM, ngày……tháng……năm 2016
NHẬN XÉT KHOÁ LUẬN TỐT NGHIỆP
(CỦA CÁN BỘ HƯỚNG DẪN)
Tên khoá luận:
NGHIÊN CỨU HỆ ĐIỀU HÀNH WINDOWS 10 IOT CORE
TRÊN RASPBERRY PI 2
VÀ XÂY DỰNG ỨNG DỤNG MINH HỌA
Cán bộ hướng dẫn:
Nhóm SV thực hiện:
Nguyễn Quốc Thắng
11520364
Ths. Phạm Thi Vương
Huỳnh Hồ Thị Mộng Trinh 11520431
Đánh giá khoá luận:
1. Về cuốn báo cáo:
Số trang
_______
Số chương
_______
Số bảng số liệu
_______
Số hình vẽ
_______
Số tài liệu tham khảo
_______
Sản phẩm
_______
Một số nhận xét về hình thức cuốn báo cáo:
······························································································
······························································································
······························································································
2. Về nội dung nghiên cứu
································································································
································································································
································································································
································································································
3. Về chương trình ứng dụng
································································································
································································································
································································································
································································································
4. Về thái độ làm việc của sinh viên
································································································
································································································
································································································
Đánh giá chung:
································································································
································································································
································································································
································································································
Điểm từng sinh viên:
Nguyễn Quốc Thắng
:………/10
Huỳnh Hồ Thị Mộng Trinh
:………/10
Người nhận xét
(Ký tên và ghi rõ họ tên)
Phạm Thi Vương
LỜI CẢM ƠN
Khóa luận tốt nghiệp là bước cuối cùng đánh dấu sự trưởng thành của một sinh
viên ở giảng đường đại học. để trở thành một kỹ sư đóng góp những gì mình đã học
được cho sự phát triển của đất nước.
Trong quá trình thực hiện khóa luận tốt nghiệp, chúng em đã nhận được sự
giúp đỡ, hướng dẫn, hỗ trợ và động viên từ gia đình, quý thầy cô cũng các bạn. Nhờ
đó mà chúng em đã hoàn thành được luận văn như mong muốn. Nay chúng em xin
được gửi lời cám ơn sâu sắc và chanh thành đến:
Các thầy cô trong khoa Công nghệ phần mềm trường đại học công nghệ thông
tin đã truyền đạt những kiến thức quý báu để từ đó chúng em có cơ hội phát triển
thêm vốn hiểu biết của mình vận dụng trong công việc sau này. Quý ban giám hiệu
trường đại học công nghệ thông tin Tp. Hồ chí minh đã tạo mọi điều kiện thuận lợi
giúp đỡ chúng em trong quá trình học tập và hoàn thành luận văn.
Đặc biệt, chúng em xin gửi lời tri ân sâu sắc đến Ths. Phạm Thi Vương, người
đã trực tiếp hướng dẫn khóa luận. Trong suốt quá trình thực hiện, thầy đã tận tình
hướng dẫn, giúp nhóm giải quyết các vấn đề nảy sinh trong quá trình làm luận văn và
hoàn thành luận văn đúng định hướng ban đầu.
Chúng em cũng chân thành cảm ơn các thầy cô trong hội đồng chấm luận văn
đã cho chúng em những đóng góp quý báu để luận văn thêm hoàn thiện hơn.
Cuối cùng, chúng em xin được gửi lời cám ơn tới gia đình, bạn bè là những
người đã động viên, tiếp thêm động lực và hỗ trợ giúp chúng em trong những lúc khó
khăn.
Sinh viên
Huỳnh Hồ Thị Mộng Trinh
Nguyễn Quốc Thắng
ĐHQG TP. HỒ CHÍ MINH CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
TRƯỜNG ĐẠI HỌC
Độc Lập – Tự Do – Hạnh Phúc
CÔNG NGHỆ THÔNG TIN
ĐỀ CƯƠNG CHI TIẾT
TÊN ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU HỆ ĐIỀU HÀNH WINDOWS 10 IOT CORE
TRÊN RASPBERRY PI 2 VÀ XÂY DỰNG ỨNG DỤNG MINH HỌA
Cán bộ hướng dẫn: ThS. Phạm Thi Vương
Thời gian thực hiện: Từ ngày……………….. đến ngày………………..
Sinh viên thực hiện:
Nguyễn Quốc Thắng
11520364
Huỳnh Hồ Thị Mộng Trinh
11520431
Nội dung đề tài:
Nghiên cứu hệ điều hành Windows 10 IoT Core trên Raspberry Pi 2 và xây dựng
ứng dụng minh họa. Ứng dụng minh họa cho kết quả nghiên cứu trong khóa luận là ứng
dụng dùng để điều khiển và quản lí chế độ bật tắt của các thiết bị trong gia đình. Song
song đó nhóm có triển khai thử nghiệm ứng dụng vào thực tế với mô hình nhà siêu mini.
Mô hình nhà thể hiện được các chức năng bật tắt thiết bị dùng điều khiển hoặc tự động
theo từng thiết bị riêng biệt hoặc theo nhóm, điều khiển cửa cuốn.
Để thực hiện được đề tài nhóm đã tìm hiểu về hệ điều hành Windows 10 IoT Core,
Raspberry Pi 2, Microsoft Azure, các thiết bị cảm biến và điều khiển, các loại sóng truyền
thông không dây như rf, sóng hồng ngoại, mô hình mạng zigbee,…
Kết quả nhóm đã lập trình được một ứng dụng chạy trên Raspberry Pi 2, thực hiện
chức năng cơ bản bật tắt thiết bị trong mô hình nhà thông minh. Tìm hiểu được thêm
được một sống chức năng như remote máy lạnh, các chức năng liên quan đến bảo mật
nhưng vì điều khiện thực tế không cho phép nên mọi thứ gần như chỉ dừng lại ở mức độ
tìm hiểu, chưa thử nghiệm được.
Kế hoạch thực hiện:
Khóa luận được thực hiện trong 15 tuần, với những nội dung và thời gian thực
hiện như bảng bên dưới:
STT
1
Nội dung thực hiện
Nghiên cứu Raspberry Pi 2 và hệ
điều hành Windows 10 IoT Core
Thời gian thực hiện
Người thực hiện
21/09 – 21/10/2015
Trinh + Thắng
15/10 – 10/11/2015
Trinh
25/10 – 10/11/2015
Thắng
21/09 – 20/10/2015
Trinh
20/11 – 31/12/2015
Trinh
15/10 – 31/12/2015
Thắng
21/10 – 31/12/2015
Trinh + Thắng
21/10 – 20/11/2015
Trinh
01/12 – 31/12/2015
Trinh + Thắng
21/10 – 31/12/2015
Trinh + Thắng
Tìm hiểu Azure và kết nối Azure
2
với Raspberry chạy Windows 10
IoT Core
3
Nghiên cứu Azure và kết nối Azure
với thiết bị android
Nghiên cứu IC PT2262/ PT2272
4
và điều khiển không dây tắt mở
thiết bị bằng sóng rf sử dụng IC
PT2262/PT2272
5
6
7
Tìm hiểu và ứng dụng mạng không
dây Zigbee vào đề tài
Xây dựng ứng dụng smarthome
trên android
Xây dựng ứng dụng smarthome
trên Windows 10 IoT Core
Nghiên cứu và áp dụng các loại
8
cảm biến và thiết bị điều khiển vào
mô hình
9
10
Thiết kế và xây dựng mô hình nhà
minh họa
Viết báo cáo
Xác nhận của CBHD
TP.HCM, ngày…tháng 01 năm 2016
(Ký tên và ghi rõ họ tên)
Sinh viên 1
(Ký tên và ghi rõ họ tên)
Phạm Thi Vương
Nguyễn Quốc Thắng
Sinh viên 2
(Ký tên và ghi rõ họ tên)
Huỳnh Hồ Thị Mộng Trinh
MỤC LỤC
MỞ ĐẦU .....................................................................................................................1
GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI..........................................................................3
TỔNG QUAN VỀ RASPBERRY PI 2 ...............................................6
2.1. Raspberry Pi và ứng dụng của Raspberry .....................................................6
2.2. Cấu tạo phần cứng Raspberry ......................................................................10
2.2.1.
Raspberry Pi model A và Raspberry Pi model A+............................12
2.2.2.
Raspberry Pi model B và Raspberry Pi model B+ ............................13
2.2.3.
Raspberry Pi 2 ...................................................................................15
2.2.3.1. Thông số kĩ thuật: ..........................................................................15
2.2.3.2. Chân pin out của Raspberry Pi 2: ..................................................16
2.3. Các hệ điều hành chạy trên Raspberry Pi ....................................................18
WINDOWS 10 IOT CORE TRÊN RASPBERRY PI 2 ...................38
3.1. Windows 10 IoT Core và ứng dụng ............................................................38
3.1.1.
Tương tác với Windows 10 IoT Core trên Raspberry .......................39
3.1.2.
Ứng dụng Universal cho Windows 10 IoT Core...............................44
3.2. Phân biệt hệ Windows 10 IoT Core với một vài phiên bản hệ điều hành khác
.....................................................................................................................46
3.2.1.
Phiên bản Windows 10 cho IoT với Windows 10 trên PC và Mobile ..
...........................................................................................................46
3.2.2.
Phiên bản Windows 10 IoT Core với Raspbian trên Raspberry .......47
ĐIỆN TOÁN ĐÁM MÂY TRÊN MICROSOFT AZURE ...............49
4.1. Azure và ứng dụng của Azure .....................................................................49
4.2. Các thành phần trong Microsoft Azure .......................................................50
4.3. Azure Service Bus .......................................................................................51
MÔ HÌNH NHÀ THÔNG MINH .....................................................53
5.1. Giới thiệu nhà thông minh của BKAV ........................................................53
5.2. Các thiết bị phần cứng được sử dụng trong mô hình nhà thông minh ........55
5.2.1.
IC PT2262/PT2272 và mạch thu - phát sóng rf ................................55
5.2.1.1. Giới thiệu .......................................................................................55
5.2.1.2. Mạch thu – phát sóng rf – ưu nhược điểm:....................................58
5.2.2.
Xbee ...................................................................................................59
5.2.3.
Cảm biến quang trở ...........................................................................59
5.2.4.
Cảm biến nhiệt...................................................................................60
5.2.5.
Mạch Relay 1 kênh 5V ......................................................................60
5.3. Xbee .............................................................................................................61
5.3.1.
Giới thiệu Xbee .................................................................................61
5.3.2.
Sơ đồ chức năng các chân Xbee ........................................................62
5.3.3.
Xbee với mô hình mạng Zigbee ........................................................65
5.3.4.
Một vài ứng dụng của Xbee ..............................................................67
5.4. Phân tích, thiết kế ứng dụng ........................................................................70
5.4.1.
Sơ đồ người dùng ..............................................................................70
5.4.1.1. Đối với ứng dụng trên raspberry....................................................70
5.4.1.2. Đối với ứng dụng trên android: .....................................................71
5.4.1.
Sơ đồ hoạt động .................................................................................72
5.4.1.1. Chức năng bật tắt thiết bị ...............................................................72
5.4.1.2. Chức năng quản lí kịch bản ...........................................................73
5.4.1.3. Chức năng cài đặt thông tin thiết bị ...............................................74
5.4.1.4. Chức năng cài đặt thông tin kết nối ...............................................75
5.4.1.5. Chức năng đăng nhập ....................................................................76
5.4.2.
Sơ đồ tuần tự......................................................................................77
5.4.2.1. Chức năng bật – tắt thiết bị ............................................................77
5.4.2.2. Chức năng quản lí kịch bản ...........................................................79
5.4.2.3. Chức năng cài đặt thông tin thiết bị ...............................................80
5.4.2.4. Chức năng cài đặt thông tin kết nối ...............................................81
5.4.2.5. Chức năng đăng nhập ....................................................................82
5.4.3.
Sơ đồ thành phần ...............................................................................82
5.4.4.
Kiến trúc cơ bản của hệ thống ...........................................................83
5.4.5.
Thiết kế giao diện ..............................................................................84
5.4.5.1. Sơ đồ liên kết các giao diện ...........................................................84
5.4.5.2. Giao diện quản lí phòng .................................................................85
5.4.5.3. Giao diện quản lí thiết bị ...............................................................86
5.4.5.4. Giao diện thêm phòng ....................................................................88
5.4.5.5. Giao diện sửa phòng ......................................................................89
5.4.5.6. Giao diện thêm thiết bị ..................................................................90
5.4.5.7. Các giao diện khác: ........................................................................91
KẾT QUẢ VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ...........................................92
6.1. Kết quả đạt được ..........................................................................................92
6.2. Hướng phát triển ..........................................................................................93
TÀI LIỆU THAM KHẢO .........................................................................................94
DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 1 - Sản phẩm Beatbox của Scott Garner, New York .........................................3
Hình 2.1 - Bộ RasPiLapse của Rick Adam .................................................................7
Hình 2.2 - Hệ thống máy tính Raspberry Pi trên xe ô tô của Suzuki Swift ................7
Hình 2.3 – Máy pha café tự động ................................................................................8
Hình 2.4 – Quang phổ kế ............................................................................................8
Hình 2.5 – Bé Robin (8 tuổi) lập trình bằng công cụ Scratch trên Raspberry Pi ........9
Hình 2.6 - Mô hình kiến trúc phần cứng Raspberry Pi .............................................10
Hình 2.7 - Mạch Raspberry Pi model A và Raspberry Pi model A+ ........................12
Hình 2.8 - Mạch Raspberry Pi model B và Raspberry Pi model B+ ........................13
Hình 2.9 - Mạch Raspberry Pi 2................................................................................15
Hình 2.10 – Sơ đồ chân pin out của Raspberry Pi 2 .................................................16
Hình 2.11 - Giao diện hệ điều hành Raspbian ..........................................................18
Hình 2.12 - Giao diện hệ điều hành Ubuntu MATE .................................................19
Hình 2.13 - Giao diện hệ điều hành Archlinux ARM ...............................................20
Hình 2.14 - Giao diện hệ điều hành OSMC ..............................................................22
Hình 2.15 - Giao diện hệ điều hành OpenELEC.......................................................24
Hình 2.16 - Giao diện hệ điều hành RISC OS ..........................................................26
Hình 2.17 - Giao diện hệ điều hành PiNet ................................................................28
Hình 2.18 - Giao diện hệ điều hành Xbian ...............................................................29
Hình 2.19 - Giao diện hệ điều hành openSUSE ........................................................30
Hình 2.20 - Giao diện hệ điều hành Raspberry Pi Fedora Remix .............................30
Hình 2.21 - Giao diện hệ điều hành Slackware ARM ..............................................31
Hình 2.22 - Giao diện hệ điều hành FreeBSD ..........................................................31
Hình 2.23 - Giao diện hệ điều hành Plan 9 from Bell Labs ......................................32
Hình 2.24 - Giao diện hệ điều hành Moebius ...........................................................32
Hình 2.25 - Giao diện hệ điều hành OpenWrt ..........................................................33
Hình 2.26 - Giao diện hệ điều hành Kali Linux ........................................................33
Hình 2.27 - Giao diện hệ điều hành Instant WebKiosk ............................................34
Hình 2.28 - Giao diện hệ điều hành Ark OS .............................................................34
Hình 2.29 - Giao diện hệ điều hành Minepion ..........................................................35
Hình 2.30 - Giao diện hệ điều hành Kano OS ..........................................................35
Hình 2.31 - Giao diện hệ điều hành Sailfish OS .......................................................36
Hình 2.32 - Giao diện hệ điều hành Tiny Core Linux ..............................................36
Hình 2.33 - Giao diện hệ điều hành IPFire ...............................................................37
Hình 3.1 - Giao diện hệ điều hành Windows 10 IoT Core .......................................38
Hình 3.2 - Giao diện đăng nhập Windows 10 IoT Core trên web ............................40
Hình 3.3 - Giao diện hệ quản lí Windows 10 IoT Core trên web .............................40
Hình 3.4 - Giao diện kết nối Windows 10 IoT Core qua PowerShell ......................41
Hình 3.5 - Giao diện đăng nhập Windows 10 IoT Core trên PowerShell ................42
Hình 3.6 - Giao diện điều khiển Windows 10 IoT Core qua PowerShell .................43
Hình 3.8 - Giao diện Properties của Project ..............................................................45
Hình 3.9 - Giao diện Windows IoT Core Watcher ...................................................45
Hình 4 – Các thành phần trong Microsoft Azure ......................................................50
Hình 5.1 – Sơ đồ kết nối hệ thống của Bkav Smarthome .........................................53
Hình 5.2 – Cặp IC PT2262 và PT2272 .....................................................................55
Hình 5.3 – Datasheet của IC PT2262 ........................................................................55
Hình 5.4 – Datasheet của IC PT2272 ........................................................................57
Hình 5.5 – Mạch thu (phải) – phát (trái) sóng rf .......................................................58
Hình 5.6 – Cảm biến quang trở .................................................................................59
Hình 5.7 – Cảm biến nhiệt độ DS18B20 ..................................................................60
Hình 5.8 – Mạch relay 1 kênh 5V .............................................................................60
Hình 5.9 – Xbee SMT ...............................................................................................62
Hình 5.10 – Sơ đồ chân thực của thiết bị Xbee.........................................................62
Hình 5.11 – Sơ đồ chân dưới dạng schematic ...........................................................63
Hình 5.12 – Mô hình mạng Zigbee ...........................................................................66
Hình 5.13 – Ứng dụng của Xbee vào nhà thông minh ..............................................67
Hình 5.14 – Ứng dụng của Xbee vào quản lí vận tải ................................................68
Hình 5.15 – Ứng dụng của Xbee vào hệ thống đèn đường .......................................69
Hình 5.16 – Ứng dụng của Xbee vào hệ thống giám sát thiên tai ............................70
Hình 5.17 – Sơ đồ người dùng sử dụng cho ứng dụng trên raspberry ......................70
Hình 5.18 – Sơ đồ người dùng sử dụng cho ứng dụng trên android .........................71
Hình 5.19 – Sơ đồ hoạt động thể hiện chức năng bật tắt thiết bị ..............................72
Hình 5.20 – Sơ đồ hoạt động thể hiện chức năng quản lí kịch bản ..........................73
Hình 5.21 – Sơ đồ hoạt động thể hiện chức năng cài đặt thông tin thiết bị ..............74
Hình 5.22 – Sơ đồ hoạt động thể hiện chức năng cài đặt thông tin kết nối ..............75
Hình 5.23 – Sơ đồ hoạt động thể hiện chức năng đăng nhập....................................76
Hình 5.24 – Sơ đồ tuần tự thể hiện chức năng bật – tắt thiết bị sử dụng ứng dụng trên
android .......................................................................................................................77
Hình 5.25 – Sơ đồ tuần tự thể hiện chức năng bật – tắt thiết bị sử dụng ứng dụng trên
raspberry ....................................................................................................................78
Hình 5.26 – Sơ đồ tuần tự thể hiện chức năng quản lí kịch bản ...............................79
Hình 5.27 – Sơ đồ tuần tự thể hiện chức năng cài đặt thông tin thiết bị ...................80
Hình 5.28 – Sơ đồ tuần tự thể hiện chức năng cài đặt thông tin kết nối ...................81
Hình 5.29 – Sơ đồ tuần tự thể hiện chức năng đăng nhập ........................................82
Hình 5.30 – Sơ đồ thành phần ...................................................................................82
Hình 5.31 – Kiến trúc cơ bản của hệ thống...............................................................83
Hình 5.32 – Sơ đồ liên kết các giao diện ứng dụng trên raspberry ...........................84
Hình 5.33 – Giao diện quản lí phòng trên ứng dụng raspberry ................................85
Hình 5.34 – Giao diện quản lí thiết bị trên ứng dụng raspberry ...............................86
Hình 5.35 – Giao diện quản lí thiết bị trên ứng dụng raspberry ...............................87
Hình 5.36 – Giao diện thêm phòng mới trên raspberry ............................................88
Hình 5.37 – Giao diện chỉnh sửa thông tin phòng trên raspberry .............................89
Hình 5.38 – Giao diện thêm thiết bị mới trên raspberry ...........................................90
DANH MỤC BẢNG
Bảng 2.1 - Bảng so sánh các thông số kĩ thuật giữa Raspberry Pi model A và
Raspberry Pi model A+ .............................................................................................13
Bảng 2.2 - Bảng so sánh các thông số kĩ thuật giữa Raspberry Pi model B và
Raspberry Pi model B+ .............................................................................................14
Bảng 2.3 - Bảng các thông số kĩ thuật của Raspberry Pi 2 .......................................16
Bảng 3.1 - Bảng so sánh một vài thuộc tính của hệ điều hành Windows 10 trên ba nền
tảng PC, Mobile và thiết bị IoT .................................................................................47
Bảng 3.2 - Bảng so sánh một vài thuộc tính của hai hệ điều hành Windows 10 IoT
Core và Raspbian trên Raspberry..............................................................................48
Bảng 5.1 – Bảng mô tả chức năng các chân của Xbee .............................................64
Bảng 5.2 – Bảng mô tả thiết kế giao diện quản lí phòng trên raspberry ...................85
Bảng 5.3 – Bảng mô tả thiết kế giao diện quản lí thiết bị trên raspberry .................87
Bảng 5.4 – Bảng mô tả thiết kế giao diện hiển thị thông tin thiết bị trên raspberry .88
Bảng 5.5 – Bảng mô tả thiết kế giao diện thêm phòng trên raspberry ......................88
Bảng 5.6 – Bảng mô tả thiết kế giao diện chỉnh sửa thông tin phòng trên raspberry
...................................................................................................................................89
Bảng 5.7 – Bảng mô tả thiết kế giao diện thêm thiết bị mới thiết bị trên raspberry .91
DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT
MỞ ĐẦU
Những dự án phát triển Internet of Things đang nổi lên ở rất nhiều công ty
công nghệ trên toàn thế giới. Hiện tại chỉ có khoảng 300 nghìn lập trình viên tham
gia IoT nhưng đến 2020, thế giới sẽ cần tới 4.5 triệu lập trình viên.
Một sản phẩm của Internet of Things đang phổ biến hiện nay đó là Raspberry
Pi 2. Một thiết bị phần cứng có chức năng tương tự như một chiếc máy tính thu nhỏ,
phục vụ cho nhiều nhu cầu khác nhau như: học tập, giải trí, điều khiển các thiết bị
phần cứng khác,… Song song với đó là sự ra đời của hệ điều hành Microsoft
Windows 10. Với mục đích phát triển hệ điều hành Windows 10 trở thành hệ điều
hành đa thiết bị, Microsoft đã đưa ra nhiều phiên bản khác nhau dùng để chạy trên
các thiết bị từ desktop cho đến smartphone và cả các thiết bị điện tử trong gia đình.
Và phiên bản mới nhất chính là là Windows 10 IoT Core, dùng để chạy trên các thiết
bị như Raspberrry Pi 2 và Minnowboard Max.
Việc Microsoft phát triển hệ điều hành Windows 10 IoT Core cho Raspberry
Pi 2 đã đem lại sự thu hút lớn và giúp Raspberry Pi 2 cũng như các dự án Internet of
Things trở nên gần gũi hơn với người dùng. Do đó, việc phát triển các ứng dụng đáp
ứng nhu cầu hằng ngày của con người dựa trên dự án Internet Of Things trở thành
một vấn đề thực tế và cần thiết. Xuất phát từ thực tế đó, nhóm chúng em đã chọn đề
tài “Tìm hiểu về Windows 10 IoT Core trên Raspberry Pi 2” làm đề tài cho khóa luận
của mình. Và để hiện thực những kiến thức đã tìm hiểu được về Windows 10 IoT
Core cũng như Raspberry Pi 2, nhóm chúng em sẽ thực hiện ứng dụng để demo cho
một vài chức năng cơ bản của các dự án nhà thông minh hiện tại đang có mặt trên thị
trường, đây cũng là ứng dụng cần thiết, là đề đề tài đang được quan tâm và đầu tư
trong thời kì phát triển của nền khoa học công nghệ ở thời điểm hiện tại cũng như
trong tương lai.
Nội dung của khóa luận được chia là 6 chương:
-
Chương 1: Giới thiệu đề tài
-
Chương 2: Tổng quan về Raspberry Pi
1
-
Chương 3: Windows 10 IoT Core trên Raspberry Pi 2
-
Chương 4: Điện toán đám mây trên Microsoft Azure
-
Chương 5: Mô hình nhà thông minh
-
Chương 6: Kết quả và hướng phát triển
Chi tiết nội dung cho từng chương sẽ được cụ thể hóa ở bên dưới.
2
GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI
Chính thức ra đời từ tháng 4/2012 nhưng theo thống kê của tổ chức Raspberry
Pi thì tính đến đầu năm 2015, họ đã bán được hơn 5 triệu sản phẩm (The Verge).
Mục đích ban đầu của Raspberry Pi là hướng tới việc giáo dục cho trẻ em về phát
triển phần mềm, tạo sự thích thú về công nghệ máy tính, cũng như có thể sử dụng
Raspberry Pi thay cho một máy vi tính thông thường. Tuy nhiên, với kích thước
nhỏ gọn, giá thành rẻ và một cấu hình ổn định, Raspberry Pi đã thu hút sự chú ý của
các lập trình viên. Từ đó ngoài những mục đích ban đầu như giải trí, học tập như
một chiếc máy vi tính, giờ đây Raspberry Pi còn có thể dùng để điều khiển các thiết
bị phần cứng. Điển hình như sản phẩm Beatbox của Scott Garner, New York. Sản
phẩm này cho phép người dùng có thể chơi trống bằng cách chạm vào củ cải đường.
Beatbox được trang bị một Raspberry Pi và một bộ cảm biến diện dung và bộ
khuếch đại âm thanh.
Hình 1 - Sản phẩm Beatbox của Scott Garner, New York
3
Sau khi phiên bản Raspberry Pi 2 được đưa ra thị trường, Microsoft đã bày tỏ
sự ủng hộ của mình bằng cách cung cấp một phiên bản Windows 10 hoàn toàn miễn
phí cho các lập trình viên mua thiết bị này. Microsoft từng cam kết sẽ ủng hộ cộng
đồng Internet Of Things và Raspberry Pi chính là một trong số những sản phẩm như
thế. Việc đưa Windows 10 vào Raspberry Pi của Microsoft khiến cho các lập trình
viên thích thú và nhiều ý tưởng về việc phát triển các sản phẩm phục vụ cho nhu
cầu trong cuộc sống qua việc kết hợp giữa Raspberry Pi 2 và Windows 10 IoT Core
đã xuất hiện.
Cũng qua việc tìm kiếm một sản phẩm đáp ứng nhu cầu của người dùng trong
thời đại công nghệ tiên tiến như hiện nay, nhóm nhận thấy sự phát triển và nhu cầu
của các thiết bị thông minh trong đời sống con người ngày một tăng. Điển hình tại
Việt Nam có SmartHome Bkav, đây là công ty đầu tiên và duy nhất đã và đang triển
khai mô hình nhà thông minh cho đến thời điểm này, với đội ngũ kĩ sư có trình độ
cao, Bkav trực tiếp sản xuất các thiết bị linh kiện thông minh riêng cho mình, đồng
thời xây dựng ứng dụng 3D riêng cho từng nhà, đảm bảo thao tác trực quan, dễ sử
dụng với đầy đủ chức năng rất hiện đại và thiết thực, sử dụng công nghệ cực kì tiên
tiến. Mặc dù gọi là smarthome giá rẻ nhưng so với mặt bằng chung tại Việt Nam
thì nó vẫn còn khá là đắc. Vì vậy nhóm chúng em đã chọn đề tài “Smarthome” làm
đề tài để phát triển minh họa cho sự hoạt động của Windows 10 IoT Core trên thiết
bị Raspberry Pi 2. Vừa để tiếp cận xu hướng, công nghệ mới, vừa với hy vọng từ
những công nghệ mới này, ta có thể xây dựng được một smarthome giá rẻ hơn nữa
góp phần làm thay đổi cuộc sống con người hiện đại.
Với mục đích trên nhóm đã tìm hiểu và xây dựng một ứng dụng đơn giản giúp
quản lý và điều khiển các thiết bị điện trong gia đình bằng smartphone dựa trên các
công nghệ, thiết bị hiện đại và phổ biến như Raspberry Pi 2, Windows 10 IoT Core,
Microsoft Azure, Zigbee. Cho phép người dùng thay đổi trạng thái của các thiết bị
điện như bóng đèn, máy lạnh, quạt máy, … bằng smartphone từ xa mà không cần
phải thao tác trực tiếp lên công tắc như hiện nay. Với sự giới hạn về kiến thức, kĩ
năng chuyên môn liên quan đến kĩ thuật phần cứng, điều kiện lúc báo cáo cũng như
4
điều kiện kinh tế hạn hẹp hiện tại của nhóm, nên mặc dù có nghiên cứu thêm các
chức năng khác như hệ thống bảo mật, báo cháy, phát hiện người,… nhưng hiện tại,
ứng dụng của nhóm chỉ dừng lại ở một số chức năng chính như:
-
Điều khiển một thiết bị tại một phòng nào đó trong ngôi nhà
-
Điều khiển một cụm các thiết bị (do người dùng tự tạo, tương tự như mở
một playlist bài hát)
-
Hẹn giờ điều khiển một cụm các thiết bị
-
Điều khiển một thiết bị, một cụm thiết bị bằng giọng nói
-
Điều khiển thiết bị bằng cảm biến ánh sáng, cảm biến nhiệt
-
Điều khiển các thiết bị trong gia đình dựa vào mô hình mạng Zigbee sử
dụng Xbee (công nghệ điều khiển không dây)
Smarthome được chưa làm 2 phần. Một ứng dụng chạy trên điện thoại android,
đóng vai trò như một chiếc remote dùng để người dùng thao tác với các thiết bị trong
nhà mình. Và một ứng dụng chạy trên Raspberry Pi 2, hệ điều hành Windows 10 IoT
Core, là một ứng dụng Universal, làm nhiệm vụ nhận thông tin từ ứng dụng trên
android và xử lý, sau đó trực tiếp điều khiển các thiết bị điện trong nhà theo yêu cầu
từ người dùng gửi đến. Việc liên kết giữa ứng dụng android và ứng dụng trên
Windows 10 IoT Core sẽ được thực hiện nhờ trung gian Microsoft Azure.
Nhóm hy vọng trong thời gian tới sẽ có nhiều điều kiện để nghiên cứu thêm
nhiều chức năng cũng như triển khai thử nghiệm được các chức năng đã và đang
nghiên cứu nhưng vì lí do nào đó mà chưa có thể thử nghiệm.
5
TỔNG QUAN VỀ RASPBERRY PI 2
Raspberry Pi Foundation là một tổ chức giáo dục phi lợi nhuận (số đăng kí
1129409) cơ sở tại Anh. Mục tiêu của tổ chức là tạo ra các sản phẩm dùng trong
giáo dục áp dụng cho người lớn cũng như trẻ em. Các sản phẩm của Raspberry Pi
Foundation thường hướng đến các sản phẩm vi tính và Raspberry Pi là một trong
các sản phẩm đó.
2.1. Raspberry Pi và ứng dụng của Raspberry
Raspberry Pi sản xuất bởi 3 OEM: Sony, Qsida, Egoman. Và được phân phối
chính bởi Element14, RS Components và Egoman. Glyn Moody đã miêu tả về dự
án Raspberry Pi tháng 5 năm 2011 như là một “potential BBC Micro 2.0”, nghĩa là
nó không thay thế máy tính nhưng sẽ bổ sung cho nó.
Raspberry Pi như là một máy tính có kích thước nhỏ (chỉ bằng một chiếc thẻ
credit-card), có giá thành thấp. Raspberry Pi có thể kết nối với màn hình máy tính,
hoặc tivi, có thể kết nối với các thiết bị đầu vào như camera, bàn phím, chuột như
một chiếc máy vi tính thông thường. Raspberry Pi thích hợp cho mọi người ở mọi
lứa tuổi để khám phá, tìm hiểu hoạt động của một máy tính và để học làm thế nào
tạo nên một chương trình bằng các ngôn ngữ như Python, Scratch. Với Raspberry
Pi, chúng ta có thể làm được mọi việc mà chúng ta mong muốn ở một chiếc máy
tính để bàn thực hiện, từ lướt web, nghe nhạc, xem phim với chất lượng cao, tạo
bảng tính, làm file word cũng như chơi game.
Ngoài ra, Raspberry còn có khả năng tương tác với các thiết bị ngoại vi khác
và đã được sử dụng trong các dự án phần cứng như máy nghe nhạc, thiết bị dự báo
thời tiết, thiết bị dò tìm cha mẹ, các dự án smarthouse với cảm biến hồng ngoại.
Hiện tại, Raspberry Pi đang được sử dụng khá phổ biến trên thế giới, với đối tượng
chủ yếu là các học sinh để tìm hiểu về lập trình cũng như cách thức làm việc của
máy tính.
Sau đây là một vài ứng dụng của Raspberry trong cuộc sống:
6
