Thiết kế chế tạo bộ điều khiển hệ thống chiếu sáng giảng đường g7 từ xa qua mạng internet

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG
KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ
----------

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
THIẾT KẾ CHẾ TẠO BỘ ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG CHIẾU SÁNG
GIẢNG ĐƯỜNG G7 TỪ XA QUA MẠNG INTERNET

Giảng viên hướng dẫn: ThS. Nhữ Khải Hồn
Sinh viên thực hiện:
Mã số sinh viên:

Hà Minh Tú
56131929

Khánh Hịa - 2018



BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG
KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ
----------

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
THIẾT KẾ CHẾ TẠO BỘ ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG CHIẾU SÁNG
GIẢNG ĐƯỜNG G7 TỪ XA QUA MẠNG INTERNET

Giảng viên hướng dẫn: ThS. Nhữ Khải Hoàn
Sinh viên thực hiện: Hà Minh Tú
Mã số sinh viên: 56131929

Khánh Hòa – 2018



LỜI CAM ĐOAN
Tên đề tài: Thiết kế chế tạo bộ điều khiển hệ thống chiếu sáng giảng đƣờng G7 từ xa
qua mạng internet.
Giảng viên hƣớng dẫn: ThS. Nhữ Khải Hoàn
Sinh viên thực hiện: Hà Minh Tú
Mã số sinh viên: 56131929
Lớp: 56DDT
Ngành: Công Nghệ Kĩ Thuật Điện – Điện Tử
Số điện thoại liên lạc: 0969381323
Email:
Ngày nộp đồ án tốt nghiệp: 03/07/2018
Lời cam đoan:
 Em xin cam đoan đồ án tốt nghiệp này là cơng trình do chính em nghiên cứu
và thực hiện dƣới sự hƣớng dẫn và cố vấn của thầy Nhữ Khải Hoàn.
 Các nội dung tham khảo sử dụng trong đồ án này đƣợc trích dẫn nguồn gốc
cụ thể rõ ràng.
 Em không sao chép từ bất kỳ một bài viết nào đã đƣợc cơng bố mà khơng
trích dẫn nguồn gốc.
 Nếu có bất kỳ một vi phạm nào, em xin chịu hồn tồn trách nhiệm.

Khánh Hịa, ngày 3 tháng 7 năm 2018
Sinh viên thực hiện

Hà Minh Tú

i


LỜI CẢM ƠN
Trong suốt thời gian học tập cũng nhƣ rèn luyện tại trƣờng, đƣợc sự hƣớng dẫn,
giảng dạy của thầy cô trong trƣờng và các thầy cô trong Khoa Điện – Điện Tử. Đến nay
em đã hoàn thành gần hết chƣơng trình học và đang trong giai đoạn thực hiện đồ án tốt
nghiệp đại học.
Em xin gửi lời cám ơn chân thành đến ban giám hiệu nhà trƣờng và các thầy cô
trong trƣờng đã tạo điều kiện và hƣớng dẫn em trong suốt thời gian bốn năm học đại học
tại trƣờng đại học Nha Trang.
Em xin gửi lời cảm ơn đến các thầy cô bộ môn trong Khoa Điện – Điện Tử đã
truyền dạy các kiến thức chuyên ngành giúp em có đầy đủ kiến thức và kĩ năng để vận
dụng thực hiện đồ án này.
Em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc nhất đến thầy Nhữ Khải Hoàn đã trực tiếp hƣớng dẫn
và chỉ dẫn tận tình cũng nhƣ tạo mọi điều kiện tốt nhất để giúp em nghiên cứu, thực hiện
và hoàn thành đồ án này.
Qua đây em cũng xin cảm ơn tất cả bạn bè đã động viên giúp đỡ em trong suốt quá
trình học tập cũng nhƣ góp ý cho em ý kiến trong suốt khoảng thời gian thực hiện đồ án.
Em xin chân thành cảm ơn!

Khánh Hòa, ngày 3 tháng 7 năm 2018
Sinh viên thực hiện
Hà Minh Tú

ii

TĨM TẮT ĐỒ ÁN
Sau thời gian 4 tháng tìm hiểu nghiên cứu thực hiện đồ án: ―Thiết kế chế tạo bộ
điều khiển hệ thống chiếu sáng giảng đƣờng G7 từ xa qua mạng internet‖, cuối cùng
em cũng đã hoàn thành đồ án với các nội dung đƣợc tóm tắt nhƣ sau:
Mở đầu: Giới thiệu sơ lƣợc về đồ án, tính cấp thiết đề tài, lý do chọn đề tài, mục tiêu,
đối tƣợng, phạm vi, phƣơng pháp nghiên cứu và ý nghĩa thực tiễn của đề tài.
Chƣơng 1: Cơ sở lí thuyết
Nội dung chƣơng này bao gồm: lí thuyết về internet, bộ giao thức truyền nhận liên
mạng, giới thiệu về Firebase.
Chƣơng 2: Hệ thống chiếu sáng giảng đƣờng G7
Nội dung chƣơng này bao gồm: giới thiệu về khu giảng đƣơng G7, tình trạng, bố trí
chiếu sáng và phƣơng án thiết kế.
Chƣơng 3: Giới thiệu các công cụ phần mềm và linh kiện sử dụng trong mạch
Nội dung chƣơng này bao gồm: giới thiệu một số công cụ phần mềm hỗ trợ thực hiện
đồ án và các linh kiện điện tử chính sử dụng trong đồ án.
Chƣơng 4: Thiết kế mạch, sơ đồ giải thuật và lập trình
Nội dung chƣơng này bao gồm: các bƣớc thiết kế mạch, sơ đồ giải thuật và cách thức
lập trình.
Chƣơng 5: Thi cơng mạch và hồn thiện mơ hình
Nội dung chƣơng này bao gồm: các bƣớc thi cơng mạch điện tử và mơ hình.
Kết ln và kiến nghị: Nêu ra kết luận và kiến nghị về kết quả đạt đƣợc sau khi thực
hiện đề tài, đánh giá hƣớng phát triển cho đồ án.

iii


MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN .................................................................................................................. i
LỜI CẢM ƠN .......................................................................................................................ii
TÓM TẮT ĐỒ ÁN ............................................................................................................. iii

MỤC LỤC ........................................................................................................................... iv
DANH MỤC HÌNH ...........................................................................................................vii
DANH MỤC BẢNG ............................................................................................................ x
DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT ............................................................................................ x
MỞ ĐẦU .............................................................................................................................. 1
CHƢƠNG 1: CƠ SỞ LÝ THUYẾT ..................................................................................... 3
1.1

Internet ................................................................................................................. 3

1.1.1. Khái niệm về mạng internet ............................................................................. 3
1.1.2. Lịch sử ra đời và phát triển mạng internet ....................................................... 3
1.1.3. Các giao thức truyền thông trong mạng internet.............................................. 5
1.1.4. Ứng dụng và lợi ích của internet ...................................................................... 5
1.1.5. Hoạt động của internet ..................................................................................... 6
1.2

Bộ giao thức TCP/IP............................................................................................ 8

1.2.1. Định nghĩa bộ TCP/IP ...................................................................................... 8
1.2.2. Lịch sử ra đời và phát triển của bộ giao thức TCP/IP ...................................... 9
1.2.3. Ƣu điểm và cấu trúc của bộ giao thức TCP/IP .............................................. 11
1.3

Firebase .............................................................................................................. 13

CHƢƠNG 2: HỆ THỐNG CHIẾU SÁNG GIẢNG ĐƢỜNG G7 ..................................... 16
2.1.

Giới thiệu giảng đƣờng G7 ................................................................................ 16

2.2.

Hiện trạng và cách bố trí chiếu sáng khu vực giảng đƣờng G7 ........................ 17

2.2.1. Hiện trạng ....................................................................................................... 17
iv


2.2.2. Cách bố trí chiếu sáng .................................................................................... 19
2.3.

Phƣơng án thiết kế chiếu sáng ........................................................................... 20

2.3.1. Yêu cầu thiết kế chiếu sáng ............................................................................ 20
2.3.2. Phƣơng án thiết kế chiếu sáng........................................................................ 20
2.3.3. Phƣơng án thiết kế hệ thống điều khiển chiếu sáng qua internet cho giảng
đƣờng G7 ..................................................................................................................... 21
CHƢƠNG 3: GIỚI THIỆU CÁC CÔNG CỤ PHẦN MỀM VÀ LINH KIỆN SỬ DỤNG
TRONG MẠCH ................................................................................................................. 23
3.1.

Arduino IDE ...................................................................................................... 23

3.1.1. Khái niệm Arduino ......................................................................................... 23
3.1.2. Mơi trƣờng phát triển tích hợp Arduino IDE ................................................. 24
3.2.

Cơng cụ lập trình MIT App Inventor ................................................................ 25

3.2.1. Giới thiệu về MIT App Inventor .................................................................... 25
3.2.2. Các giai đoạn phát triển của MIT App Inventor ............................................ 25
3.2.3. Sử dụng MIT App Inventor............................................................................ 26
3.3.

Module wifi ESP8266 ....................................................................................... 28

3.3.1. IC Esp8266 ..................................................................................................... 28
3.3.2. Module WiFi ESP-12E .................................................................................. 29
3.4.

Vi điều khiển ATMEGA 328P .......................................................................... 32

3.5.

Các linh kiện khác ............................................................................................. 34

3.5.1. Nguồn AC-DC 5V 700 mA............................................................................ 34
3.5.2. IC ổn áp AMS1117- 3.3V SOT223 ............................................................... 35
3.5.3. Opto ................................................................................................................ 36
3.5.4. IC thời gian thực Ds1307 ............................................................................... 37
3.5.5. Relay 5v.......................................................................................................... 39
v


CHƢƠNG 4: THIẾT KẾ MẠCH, SƠ ĐỒ GIẢI THUẬT VÀ LẬP TRÌNH .................... 40
4.1.

Yêu cầu thiết kế và sơ đồ khối hệ thống............................................................ 40

4.1.1. Yêu cầu thiết kế .............................................................................................. 40
4.1.2. Phƣơng án thiết kế .......................................................................................... 40
4.1.3. Sơ đồ khối thống ............................................................................................ 40
4.2.

Thiết kế mạch .................................................................................................... 42

4.2.1. Thiết kế mạch nguyên lí ................................................................................. 42
4.2.2. Các linh kiện sử dụng ..................................................................................... 44
4.2.3. Thiết kế mạch in ............................................................................................. 46
4.3.

Sơ đồ giải thuật .................................................................................................. 47

4.3.1. Sơ đồ giải thuật chính cho vi điều khiển ATMEGA 328P ............................ 48
4.3.2. Sơ đồ giải thuật chính cho module wifi ESP-12E.......................................... 50
4.4.

Lập trình ............................................................................................................ 52

4.4.1. Lập trình cho vi điều khiển ATMEGA328P .................................................. 52
4.4.2. Lập trình cho module wifi ESP-12E .............................................................. 53
4.4.3. Lập trình App điều khiển trên App Inventor.................................................. 54
CHƢƠNG 5: THI CƠNG MẠCH VÀ HỒN THIỆN MƠ HÌNH ................................... 56
5.1.

Thi cơng mạch ................................................................................................... 56

5.2.

Nạp code và kiểm tra chay thử .......................................................................... 57

5.2.1. Nạp code ......................................................................................................... 57
5.2.2. Kiểm tra và chạy thử ...................................................................................... 59
5.3.

Thi công và lắp ráp mơ hình .............................................................................. 60

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ............................................................................................ 62
TÀI LIỆU THAM KHẢO .................................................................................................. 64
PHỤ LỤC ........................................................................................................................... 66
vi


DANH MỤC HÌNH
Hình 1.1 Internet ................................................................................................................... 3
Hình 1. 2 Ứng dụng của internet .......................................................................................... 6
Hình 1. 3 Cách thức hoạt động của internet [2] ..................................................................... 7
Hình 1. 4 Cách thức hoạt động của internet dƣới góc nhìn vật lí [2]..................................... 8
Hình 1. 5 Bộ giao thức TCP/IP ............................................................................................ 9
Hình 1. 6 Cấu trúc của bộ giao thức TCP/IP ...................................................................... 13
Hình 1. 7 Giao diện cấu trúc của Firebase.......................................................................... 14
Hình 1. 8 Giao diện trang web cung cấp dịch vụ Firebase ................................................. 15
Hình 2. 1 Giảng đƣờng G7 ................................................................................................. 16
Hình 2. 2 Một góc phịng học của giảng đƣờng G7 ........................................................... 17
Hình 2. 3 Bộ đèn trong 1 phịng học của giảng đƣờng G7 ................................................. 18
Hình 2. 4 Phần mềm đo độ rọi Light Meter ....................................................................... 18
Hình 2. 5 Bộ đèn chỉ cịn 1 bóng đèn ................................................................................. 19
Hình 2. 6 Sơ đồ bố trí chiếu chiếu sáng tại 1 phịng học .................................................... 19
Hình 2. 7 Bố trí chiếu sáng tại 1 phịng học ....................................................................... 20

Hình 2. 8 Bóng đèn tp LED ............................................................................................ 21
Hình 2. 9 Sơ đồ khối hệ thống điều khiển chiếu sáng qua internet cho giảng đƣờng G7 .. 22
Hình 3. 1 Mạch Arduino R3 UNO ..................................................................................... 23
Hình 3. 2 Giao diện phần mềm Arduino IDE ..................................................................... 24
Hình 3. 3 Giao diện trang quản lí project của App Inventor .............................................. 26
Hình 3. 4 Giao diện Designer của App Inventor ................................................................ 27
Hình 3. 5 Giao diện phần Block của App Inventor ............................................................ 27
Hình 3. 6 Module wifi ESP-12E......................................................................................... 30
vii


Hình 3. 7 Sơ đồ chân của module wifi ESP-12E ............................................................... 30
Hình 3. 8 Vi điều khiển ATMEGA 328P ........................................................................... 33
Hình 3. 9 Sơ đồ chân vi điều khiển ATMEGA 328P ......................................................... 34
Hình 3. 10 Nguồn AC-DC 5V 700 ..................................................................................... 35
Hình 3. 11 Sơ đồ chân IC ổn áp AMS1117 ........................................................................ 35
Hình 3. 12 IC ổn áp AMS1117 ........................................................................................... 36
Hình 3. 13 Cấu tạo của opto ............................................................................................... 36
Hình 3. 14 Hình dạng của opto ........................................................................................... 37
Hình 3. 15 Sơ đồ tổ chức thanh ghi của DS1307 ............................................................... 37
Hình 3. 16 Sơ đồ chân của DS1307.................................................................................... 38
Hình 3. 17 Hình dạng của DS1307 ..................................................................................... 39
Hình 3. 18 Hình dạng của DS1307 ..................................................................................... 39
Hình 4. 1 Sơ đồ khối hệ thống của bộ điều khiển .............................................................. 41
Hình 4. 2 Mạch ngun lí khối nguồn ................................................................................ 42
Hình 4. 3 Mạch ngun lí khối module wifi và khối mạch bàn phím ................................ 42
Hình 4. 4 Mạch nguyên lí khối vi điều khiển và khối thời gian thực ................................. 43
Hình 4. 5 Mạch ngun lí khối Relay................................................................................. 44
Hình 4. 6 Giao diện phần mềm thiết kế mạch in Sprin Layout .......................................... 46
Hình 4. 7 Mạch in 1 (phía trên). ......................................................................................... 46

Hình 4. 8 Mạch in 2 (phía dƣới). ........................................................................................ 47
Hình 4. 9 Sơ đồ giải thuật tổng quát ................................................................................... 47
Hình 4. 10 Sơ đồ giải thuật hẹn giờ .................................................................................... 48
Hình 4. 11 Sơ đồ giải thuật nhận dữ liệu qua cổng Serial .................................................. 49
Hình 4. 12 Sơ đồ giải thuật nút nhấn .................................................................................. 50
viii


Hình 4. 13 Sơ đồ giải thuật nhận dữ liệu từ Firebase ......................................................... 51
Hình 4. 14 Giao diện lập trình cho vi điều khiển ATMEGA 328P .................................... 52
Hình 4. 15 Giao diện lập trình cho module ESP-12E ........................................................ 53
Hình 4. 16 Thiết kế giao diện app ...................................................................................... 54
Hình 4. 17 Lập trình app bằng phƣơng pháp kéo thả ......................................................... 54
Hình 4. 18 Giao diện chính của app trên điện thoại ........................................................... 55
Hình 4. 19 Giao diện hẹn giờ trên app ............................................................................... 55
Hình 5. 1 Mạch in 1 (lớp trên). ........................................................................................... 56
Hình 5. 2 Mạch in 1 (lớp dƣới).......................................................................................... 56
Hình 5. 3 Mạch in 2 (lớp trên). ........................................................................................... 57
Hình 5. 4 Mạch in 2 (lớp dƣới)........................................................................................... 57
Hình 5. 5 Giao diện nạp code cho module ESP-12E.......................................................... 58
Hình 5. 6 Nạp code cho module ESP-12E ......................................................................... 58
Hình 5. 7 Giao diện phần mềm Progisp 1.72 ..................................................................... 59
Hình 5. 8 Nạp code cho vi điều khiển ATMEGA328P ...................................................... 59
Hình 5. 9 Kiểm tra và chạy thử .......................................................................................... 60
Hình 5. 10 Thi cơng mơ hình.............................................................................................. 60
Hình 5. 11 Nắp hộp nổi đơn chứa mạch điều khiển ........................................................... 61
Hình 5. 12 Mơ hình hồn thành .......................................................................................... 61

ix

DANH MỤC BẢNG
Bảng 3. 1 Chức năng các chân của module ESP-12E ........................................................ 31
Bảng 3. 2 Cấu hình chế độ hoạt động của module ESP-12E ............................................. 32
Bảng 4. 1 Danh sách các linh kiện sử dụng ........................................................................ 44

DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT
STT

Từ viết tắt

Ý nghĩa của từ viết tắt

1

IP

Giao thức Internet (Internet Protocol)

2

TCP

Giao thức điều khiển truyền vận (Transmission Control Protocol)

3

CSDL

Cơ sở dữ liệu

4

I/O

INPUT/OUTPUT

5

AC

Điện xoay chiều (Alternating Current)

6

DC

Điện một chiều (Direct Current)

7

IC

Vi mạch tích hợp (Integrated Circuit)

8

IDE

Mơi trƣờng phát triển tích hợp (Integrated Development

Environment)

9

LAN

Mạng máy tính cục bộ (Local Area Network)

10

ISP

Nhà cung cấp dịch vụ Internet (Internet Service Provider)

x


MỞ ĐẦU
Trong suốt quá trình lịch sử phát triển của con ngƣời, những cuộc cách mạng khoa
học kĩ thuật đóng một vai trị rất quan trọng, nó ảnh hƣởng trực tiếp đến cuộc sống của
con ngƣời trên nhiều linh vực và luôn luôn phát triển theo hƣớng hiện đại hơn. Đi đơi với
q trình phát triển của con ngƣời, những thay đổi do chính tác động của con ngƣời trong
tự nhiên, trong môi trƣờng sống cũng đang diễn ra, tác động trở lại chúng ta, nhƣ ơ nhiễm
mơi trƣờng, khí hậu thay đổi, ... Dân số càng tăng, nhu cầu cũng tăng theo, các dịch vụ,
các tiện ích từ đó cũng đƣợc hình thành và phát triển nhanh chóng.
Với tốc độ phát triển nhanh chóng của tiến bộ của khoa học kĩ thuật hiện đại, cùng
với đó sự phát triển bùng nổ của mạng lƣới internet toàn cầu giúp thu hẹp khoảng cách
tiếp cận với tri thức, dẫn đến hàng loạt các công nghệ mới ra đời gây ảnh hƣởng không
nhỏ đến cuộc sống sinh hoạt hàng ngày của con ngƣời. Cuộc sống của con ngƣời trở nên
bận rộn hơn địi hỏi cần giải pháp để giải quyết các cơng việc nhanh hơn. Do đó các giải

pháp tự động hóa và điều khiển từ xa ra đời và đƣợc quan tâm phát triển. Những ứng
dụng kết hợp internet và tự động hóa xuất hiện ngày càng nhiều, các hệ thống điều khiển
từ xa qua mạng internet đang là chủ đề đƣợc nhiều ngƣời chú ý.
Khi cả thế giới đang chuẩn bị cho giai đoan đầu của cuộc cách mạng 4.0 về khoa
học kĩ thuật thì việc nghiên cứu phát triển, các ứng dụng về hệ thống điều khiển từ xa qua
mạng internet là vấn đề cấp thiết cần đƣợc quan tâm. Ở các trƣờng đại học tại Việt Nam,
việc quản lí điều khiển các hệ thống, thiết bị phục vụ việc học tập vẫn còn đang đƣợc điều
khiển bằng tay, vì việc nghiên cứu áp dụng tự động hóa và điều khiển từ xa qua mạng
internet cho trƣờng Đại học là một yêu cầu thực tiễn cần đƣợc quan tâm góp phần theo
kịp sự phát triển và xu thế của thế giới.
Từ những yêu cầu trên, với những kiến thức đã đƣợc học tại trƣờng trong suốt 4
năm qua về chuyên ngành Điện – Điện Tử em đã chọn đề tài ―Thiết kế chế tạo bộ điều
khiển hệ thống chiếu sáng giảng đƣờng G7 từ xa qua mạng internet " để hồn thành
đồ án tốt nghiệp ra trƣờng và góp phần tạo tiền đề cho phát triển những ứng dụng trong
tƣơng lai.
1


Mục tiêu của đề tài:
 Hiểu đƣợc nguyên lí hoạt động của hệ thống điều khiển từ xa qua mạng
internet.
 Nắm đƣợc các phƣơng pháp thiết kế chiếu sáng.
 Chế tạo thành công bộ điều khiển.
 Xây dựng ứng dụng điều khiển trên android.
 Củng cố lại những kiến thức đã đƣợc học tập tại trƣờng và trao dồi, bổ sung
thêm kiến thức mới.
Đối tƣợng nghiên cứu:
 Nghiên cứu về phƣơng thức dữ liệu qua mạng Internet.
 Cách thức lập trình cũng nhƣ ngun lí làm việc của các linh kiện.
 Cách thức lập trình xây dựng ứng dụng trên android.

Phạm vi nguyên cứu:
 Nghiên cứu lý thuyết
 Xây dựng mơ hình thử nghiệm.
Phƣơng pháp ngun cứu:
 Tìm kiếm và nghiên cứu lý thuyết liên quan.
 Vận dụng tham khảo kế thừa các đồ án liên quan.
 Nghiên cứu chế tạo mơ hình.
Ý nghĩa thực tiễn của đề tài:
 Làm quen với các phƣơng thức điều khiển thiết bị từ xa qua mạng internet.
 Ứng dụng thực tiễn vào việc điều khiển chiếu sáng từ xa qua mạng internet.
 Tạo tiền đề cho việc nghiên cứu phát triển các sản phẩm liên quan trong
tƣơng lai.
2


CHƢƠNG 1: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
1.1 Internet
1.1.1.

Khái niệm về mạng internet

Internet là một hệ thống thơng tin tồn cầu có thể đƣợc truy nhập cơng cộng gồm
các mạng máy tính đƣợc liên kết với nhau. Hệ thống này truyền thông tin theo kiểu nối
chuyển gói dữ liệu (packet switching) dựa trên một giao thức liên mạng đã đƣợc chuẩn
hóa (giao thức IP).
Hệ thống này bao gồm hàng ngàn mạng máy tính nhỏ hơn của các doanh nghiệp,
của các viện nghiên cứu và các trƣờng đại học, của ngƣời dùng cá nhân và các chính phủ
trên tồn cầu.

[1]

Hình 1.1 Internet

1.1.2.

Lịch sử ra đời và phát triển mạng internet

Tiền thân của mạng Internet ngày nay là mạng ARPANET. Cơ quan quản lý dự án
nghiên cứu phát triển ARPA thuộc bộ quốc phòng Mỹ liên kết 4 địa điểm đầu tiên
vào tháng 7 năm 1969 bao gồm: Viện nghiên cứu Stanford, Đại học California, Los

3


Angeles, Đại học Utah và Đại học California, Santa Barbara. Đó chính là mạng liên khu
vực (Wide Area Network - WAN) đầu tiên đƣợc xây dựng.
Thuật ngữ "Internet" xuất hiện lần đầu vào khoảng năm 1974. Lúc đó mạng vẫn
đƣợc gọi là ARPANET. Năm 1983, giao thức TCP/IP chính thức đƣợc coi nhƣ một chuẩn
đối với ngành quân sự Mỹ và tất cả các máy tính nối với ARPANET phải sử dụng chuẩn
mới này. Năm 1984, ARPANET đƣợc chia ra thành hai phần: phần thứ nhất vẫn đƣợc gọi
là ARPANET, dành cho việc nghiên cứu và phát triển; phần thứ hai đƣợc gọi là MILNET,
là mạng dùng cho các mục đích quân sự.
Giao thức TCP/IP ngày càng thể hiện rõ các điểm mạnh của nó, quan trọng nhất là
khả năng liên kết các mạng khác với nhau một cách dễ dàng. Chính điều này cùng với các
chính sách mở cửa đã cho phép các mạng dùng cho nghiên cứu và thƣơng mại kết nối
đƣợc với ARPANET, thúc đẩy việc tạo ra một siêu mạng (SuperNetwork). Năm 1980,
ARPANET đƣợc đánh giá là mạng trụ cột của Internet.
Mốc lịch sử quan trọng của Internet đƣợc xác lập vào giữa thập niên 1980 khi tổ
chức khoa học quốc gia Mỹ NSF thành lập mạng liên kết các trung tâm máy tính lớn với
nhau gọi là NSFNET. Nhiều doanh nghiệp đã chuyển từ ARPANET sang NSFNET và do

đó sau gần 20 năm hoạt động, ARPANET khơng cịn hiệu quả đã ngừng hoạt động vào
khoảng năm 1990.
Sự hình thành mạng xƣơng sống của NSFNET và những mạng vùng khác đã tạo ra
một môi trƣờng thuận lợi cho sự phát triển của Internet. Tới năm 1995, NSFNET thu lại
thành một mạng nghiên cứu cịn Internet thì vẫn tiếp tục phát triển.
Với khả năng kết nối mở nhƣ vậy, Internet đã trở thành một mạng lớn nhất trên thế
giới, mạng của các mạng, xuất hiện trong mọi lĩnh vực thƣơng mại, chính trị, quân sự,
nghiên cứu, giáo dục, văn hố, xã hội... Cũng từ đó, các dịch vụ trên Internet không
ngừng phát triển tạo ra cho nhân loại một thời kỳ mới: kỷ nguyên thƣơng mại điện tử trên
Internet. [1]

4


1.1.3.

Các giao thức truyền thơng trong mạng internet

Có nhiều giao thức đƣợc sử dụng để giao tiếp hoặc truyền đạt thông tin trên Internet,
dƣới đây là một số các giao thức tiêu biểu:
 Control Protocol): thiết lập kết nối giữa các máy tính để truyền dữ liệu. Nó chia
nhỏ dữ liệu ra thành những gói (packet) và đảm bảo việc truyền dữ liệu thành công.
 IP (Internet Protocol): định tuyến (route) các gói dữ liệu khi chúng đƣợc truyền
qua Internet, đảm bảo dữ liệu sẽ đến đúng nơi cần nhận.
 HTTP (HyperText Transfer Protocol): cho phép trao đổi thông tin (chủ yếu ở
dạng siêu văn bản) qua Internet.
 FTP (File Transfer Protocol): cho phép trao đổi tập tin qua Internet.
 SMTP (Simple Mail Transfer Protocol): cho phép gởi các thông điệp thƣ điện
tử (e-mail) qua Internet.
 POP3 (Post Office Protocol, phiên bản 3): cho phép nhận các thông điệp thƣ điện

tử qua Internet.
 MIME (Multipurpose Internet Mail Extension): một mở rộng của giao thức
SMTP, cho phép gởi kèm các tập tin nhị phân, phim, nhạc,... theo thƣ điện tử.
 WAP (Wireless Application Protocol): cho phép trao đổi thông tin giữa các thiết
bị không dây, nhƣ điện thoại di động. [1]
1.1.4.

Ứng dụng và lợi ích của internet

Mạng Internet mang lại rất nhiều tiện ích hữu dụng cho ngƣời sử dụng, một trong
các tiện ích phổ thơng của Internet là hệ thống thƣ điện tử (email), trị chuyện trực
tuyến (chat), cơng cụ tìm kiếm (search engine), các dịch vụ thƣơng mại và chuyển ngân
và các dịch vụ về y tế giáo dục nhƣ là chữa bệnh từ xa hoặc tổ chức các lớp học ảo.
Chúng cung cấp một khối lƣợng thông tin và dịch vụ khổng lồ trên Internet.
Nguồn thông tin khổng lồ kèm theo các dịch vụ tƣơng ứng chính là hệ thống
các trang Web liên kết với nhau và các tài liệu khác trong WWW (World Wide Web).
5


Trái với một số cách sử dụng thƣờng ngày, Internet và WWW không đồng nghĩa. Internet
là một tập hợp các mạng máy tính kết nối với nhau bằng dây đồng, cáp quang, v.v.; còn
WWW, hay Web, là một tập hợp các tài liệu liên kết với nhau bằng các siêu liên
kết (hyperlink) và các địa chỉ URL và nó có thể đƣợc truy nhập bằng cách sử dụng
Internet. Trong tiếng Anh, sự nhầm lẫn của đa số dân chúng về hai từ này thƣờng đƣợc
châm biếm bằng những từ nhƣ "the intarweb". Tuy nhiên việc này khơng có gì khó hiểu
bởi vì Web là mơi trƣờng giao tiếp chính của ngƣời sử dụng trên Internet. Đặc biệt
trong thập kỷ đầu của thế kỷ 21 nhờ sự phát triển của các trình duyệt web và hệ quản trị
nội dung nguồn mở đã khiến cho website trở nên phổ biến hơn, thế hệ web 2.0 cũng góp
phần đẩy cuộc cách mạng web lên cao trào, biến web trở thành một dạng phần mềm trực
tuyến hay phần mềm nhƣ một dịch vụ. [1]

Hình 1. 2 Ứng dụng của internet

1.1.5.

Hoạt động của internet

Các máy tính giao tiếp với nhau qua mạng internet thơng qua các giao thức và bộ
giao thức liên mạng (TCP/IP). Các máy tính kết nối với nhau qua mạng internet thơng qua
các các thiết bị cung cấp đƣờng truyền mạng và dịch vụ của nhà mạng. Để các máy tính
có thể kết nối với nhau thì mỗi máy tính trong mạng cần một địa chỉ riêng biệt theo dạng
xxx.xxx.xxx.xxx đƣợc gọi là địa chỉ IP. Địa chi IP đƣợc cung cấp bởi nhà cung cấp dịch
6


vụ mạng có 2 loại là địa chỉ IP động và địa chỉ IP tĩnh, địa chỉ IP động thay đổi theo mỗi
lần đăng nhập còn địa chỉ IP tĩnh thì khơng. Trên thực tế ngƣời ta mã hóa cá địa chỉ IP
theo dạng tên miền.

Hình 1. 3 Cách thức hoạt động của internet [2]

Hoạt động của internet dƣới góc nhìn vật lý: Máy tính chuyển những dữ liệu đƣợc
lên mạng thành những dãy số 0 và 1, sau đó đƣợc chuyển thành những tín hiệu điện tử
7


truyền qua các kết nối có dây (LAN) và khơng dây (WIFI) đến ISP. Từ ISP tiếp tục truyền
theo hệ thống cáp quang dƣới dạng ánh sáng, ở đầu nhận ánh sáng đƣợc chuyển về lại tín
hiệu điện tử rồi về dạng 0 và 1 sau đó đƣợc chuyền về thành dữ liệu ban đầu.

Hình 1. 4 Cách thức hoạt động của internet dưới góc nhìn vật lí [2]

1.2 Bộ giao thức TCP/IP
1.2.1.

Định nghĩa bộ TCP/IP

Bộ giao thức TCP/IP, bộ giao thức liên mạng), là một bộ các giao thức truyền
thông cài đặt chồng giao thức mà Internet và hầu hết các mạng máy tính thƣơng mại đang
chạy trên đó.
Bộ giao thức này đƣợc đặt tên theo hai giao thức chính của nó là TCP (Giao thức
Điều khiển Giao vận) và IP (Giao thức Liên mạng). Chúng cũng là hai giao thức đầu tiên
đƣợc định nghĩa.
Nhƣ nhiều bộ giao thức khác, bộ giao thức TCP/IP có thể đƣợc coi là một tập hợp
các tầng, mỗi tầng giải quyết một tập các vấn đề có liên quan đến việc truyền dữ liệu, và
cung cấp cho các giao thức tầng cấp trên một dịch vụ đƣợc định nghĩa rõ ràng dựa trên
việc sử dụng các dịch vụ của các tầng thấp hơn. Về mặt logic, các tầng trên gần với ngƣời
dùng hơn và làm việc với dữ liệu trừu tƣợng hơn, chúng dựa vào các giao thức tầng cấp
8


dƣới để biến đổi dữ liệu thành các dạng mà cuối cùng có thể đƣợc truyền đi một cách vật
lý. [3]

Hình 1. 5 Bộ giao thức TCP/IP

1.2.2.

Lịch sử ra đời và phát triển của bộ giao thức TCP/IP

Bộ giao thức liên mạng xuất phát từ cơng trình DARPA, từ những năm đầu thập
niên kỷ 1970. Sau khi đã hoàn thành việc xây dựng ARPANET tiên phong, DARPA bắt
đầu công việc trên một số những kỹ thuật truyền thông dữ liệu khác. Vào năm
1972, Robert E. Kahn đã đƣợc thuê vào làm việc tại Văn phòng kỹ thuật điều hành tin
tức (Information Processing Technology Office) của DARPA, phịng có chức năng liên
quan đến mạng lƣới truyền thông dữ liệu thông qua vệ tinh và mạng lƣới truyền thơng
bằng sóng radio trên mặt đất. Trong quá trình làm việc tại đây Kahn đã phát hiện ra giá trị
của việc liên thông giữa chúng. Vào mùa xuân năm 1973, Vinton Cerf, kỹ sƣ thiết kế bản
giao thức NCP hiện dùng (chương trình ứng dụng xử lý mạng lưới truyền thông - nguyên
tiếng Anh là "Network Control Program"), đƣợc phân công cùng làm việc với Kahn trên
9


các mơ hình liên kết nối kiến trúc mở (open-architecture interconnection models) với
mục đích thiết kế giao thức sắp tới của ARPANET.
Vào mùa hè năm 1973, Kahn và Cerf đã nhanh chóng tìm ra một phƣơng pháp tái
hội nhập căn bản, mà trong đó những khác biệt của các giao thức liên kết mạng đƣợc che
lấp đi bằng một giao thức liên kết mạng chung, và thay vì mạng lƣới truyền thơng phải
chịu trách nhiệm về tính đáng tin cậy, nhƣ trong ARPANET, thì các máy chủ (hosts) phải
chịu tránh nhiệm (Cerf ghi công của Hubert Zimmerman và Louis Pouzin (thiết kế viên
của mạng lƣới truyền thông CYCLADES) là những ngƣời có ảnh hƣởng lớn trong bản
thiết kế này.)
Với nhiệm vụ là một mạng lƣới truyền thông bị hạ cấp tới mức cơ bản tối thiểu,
khiến việc hội nhập với các mạng lƣới truyền thông khác trở nên hầu nhƣ bất khả thi, mặc
dầu đặc tính của chúng là gì, và vì thế, giải đáp nan đề đầu tiên của Kahn. Một câu nói
cửa miệng vì thế mà TCP/IP, sản phẩm cuối cùng do những cống hiến của Cerf và Kahn,
sẽ chạy trên "đƣờng dây nối giữa hai ống bơ rỉ", và quả nhiên nó đã đƣợc thực thi dùng
các con chim bồ câu đƣa thƣ (homing pigeons). Một máy vi tính đƣợc dùng là cổng
nối (gateway) (sau này đổi thành bộ định tuyến (router) để tránh nhầm với những
loại cổng nối khác) đƣợc thiết bị một giao diện với từng mạng lƣới truyền thơng, truyền

tải gói dữ liệu qua lại giữa chúng.
Ý tƣởng này đƣợc nhóm nghiên cứu mạng lƣới truyền thông của Cerf, tại Stanford,
diễn giải ra tỉ mỉ, cụ thể vào khoảng thời gian trong năm 1973-1974. (Những cơng trình
về mạng lƣới truyền thơng trƣớc đó tại Xerox PARC, nơi sản sinh ra bộ giao thức PARC
Universal Packet, phần lớn đƣợc dùng vào thời kỳ đó, cũng gây ảnh hƣởng về kỹ thuật
khơng ít; nhiều ngƣời nhảy qua nhảy lại giữa hai cái.)Sau đó DARPA ký hợp đồng với
BBN, Stanford, và Trƣờng đại học chuyên nghiệp Luân Đôn (The University College
London - viết tắt là UCL) kiến tạo một số phiên bản của giao thức làm việc đƣợc, trên các
nền tảng phần cứng khác nhau. Có bốn phiên bản đã đƣợc xây dựng—TCP v1, TCP v2.
Phiên bản 3 đƣợc tách ra thành hai phần TCP v3 và IP v3, vào mùa xuân năm 1978, và
sau đó ổn định hóa với phiên bản TCP/IP v4—giao thức tiêu chuẩn hiện dùng của Internet
ngày nay.
10


Vào năm 1975, cuộc thử nghiệm thông nối hai mạng lƣới TCP/IP, giữa Stanford và
UCL đã đƣợc tiến hành. Vào tháng 11 năm 1977, một cuộc thử nghiệm thông nối ba
mạng lƣới TCP/IP, giữa Mỹ, Anh và Na Uy đã đƣợc chỉ đạo. Giữa năm 1978 và 1983,
một số những bản mẫu của TCP/IP đã đƣợc thiết kế tại nhiều trung tâm nghiên cứu. Ngày
1 tháng 1 năm 1983, ARPANET đã hồn tồn đƣợc chuyển hóa sang dùng TCP/IP.
Vào tháng 3 năm 1982, Bộ Quốc phòng Mỹ chấp thuận TCP/IP thành một tiêu
chuẩn cho tồn bộ mạng lƣới vi tính truyền thơng quốc phịng. Vào năm 1985, Uỷ ban
kiến trúc Internet (Internet Architecture Board) đã dành 3 ngày hội thảo về TCP/IP cho
cơng nghiệp điện tốn, với sự tham dự của 250 đại biểu từ các công ty thƣơng mại. Cuộc
hội thảo này đã làm tăng thêm uy tín và sự nổi tiếng của giao thức, khiến nó ngày càng
phổ biến trên thế giới. [3]
1.2.3.

Ƣu điểm và cấu trúc của bộ giao thức TCP/IP

Ƣu điểm:
 Có tính mở.
 Tính có thể định tuyến và mở rộng đƣợc.
 Là một chuẩn đã đƣợc kiểm nghiệm, mang tính ổn định.
 Tiêu chuẩn hóa mức cao, phù hợp với lợi ích của dịch vụ ngƣời dùng.
 Là giao thức mạng đƣợc sử dụng rộng rãi nhất trên thế giới.
Cấu trúc: Giao thức TCP/IP đƣợc chia thành bốn tầng: Truy nhập mạng (Network
Access), Liên mạng (Internet), Giao vận (Transport) và Ứng dụng (Application).
 Tầng Truy nhập mạng cung cấp một giao tiếp với mạng vật lý, khả năng kiểm
soát lỗi cho dữ liệu phân bố trên mạng vật lý. Các định dạng dữ liệu cho môi trƣờng
truyền và các địa chỉ dữ liệu cho mạng con (subnet) đƣợc dựa trên các địa chỉ vật lý. Tầng
này bao gồm cả các công nghệ LAN và WAN.Các chức năng của tầng Truy nhập mạng
bao gồm: ánh xạ địa chỉ IP sang địa chỉ vật lý và đóng gói dữ liệu IP vào khung. Dựa trên
kiểu phần cứng và giao diện mạng, tầng giao diện mạng sẽ xác định kết nối với phƣơng
tiện vật lý của mạng.
11


 Tầng Liên mạng là chọn đƣờng đi tốt nhất qua mạng cho các gói tin. Cơng việc
xác định đƣờng đi tốt nhất và chuyển gói đƣợc thực hiện nhờ sự trợgiúp của các giao
thức. Ví dụ một số giao thức hoạt động ở tầng này là: IP: cung cấp dịch vụ chuyển dữ liệu
nỗ lực tối đa (best-effort) và phi kết nối. Chức năng chính của IP là đánh địa chỉ logic (địa
chỉ IP) và định tuyến dữ liệu. ICMP: cung cấp khả năng thông báo lỗi và kiểm soát. ARP:
xác định địa chỉ vật lý (địa chỉ MAC) tƣơng ứng với một địa chỉ IP. RARP: xác định địa
chỉ IP tƣơng ứng với một địa chỉ MAC. Giao thức chính hoạt động tại tầng này là giao
thức IP.
 Tầng giao vận cung cấp dịch vụ truyền tải từ trạm nguồn đến trạm đích. Tầng này
thiết lập một kết nối logic giữa hai điểm cuối của mạng là trạm gửi và trạm nhận. Các
giao thức giao vận phân mảnh và ghép dữ liệu của các ứng dụng tầng trên vào trong một
luồng dữ liệu giữa các điểm cuối. Tại tầng giao vận có hai giao thức chính là TCP và

UDP. TCP là giao thức hƣớng kết nối. Để kiểm soát luồng cuối-cuối, TCP sử dụng cơ chế
cửa sổ trƣợt. Ngồi ra, nó cịn sử dụng số xác nhận và số trình tự để cung cấp tính tin cậy.
Khác với TCP, UDP là một giao thức phi kết nối và không tin cậy. Một số dịch vụ tầng
giao vận cung cấp gồm: Cả TCP và UDP Phân mảnh dữ liệu của ứng dụng tầng trên. Gửi
các phân đoạn dữ liệu từ thiết bị đầu cuối này tới thiết bị đầu cuối kia. Riêng TCP Thiết
lập kết nối cuối-cuối. Điều khiển luồng bằng cơ chế cửa sổ trƣợt. Cung cấp tính tin cậy
bằng cách sử dụng số trình tự và số xác nhận. [3]
 Tầng ứng dụng cung cấp các dịch vụ dƣới dạng các giao thức cho ứng dụng của
ngƣời dùng. Một số giao thức tiêu biểu tại tầng này gồm:
 FTP (File Transfer Protocol): Đây là một dịch vụ hƣớng kết nối và tin cậy, sử
dụng TCP để cung cấp truyền tệp giữa các hệ thống hỗ trợ FTP.
 Telnet (TERminaL NETwork): Cho phép các phiên đăng nhập từ xa giữa các máy
tính. Do Telnet hỗ trợ chế độ văn bản nên giao diện ngƣời dùng thƣờng ở dạng dấu nhắc
lệnh tƣơng tác. Chúng ta có thể đánh lệnh và các thông báo trả lời sẽ đƣợc hiển thị.
 HTTP (Hyper Text Transfer Protocol): Trao đổi các tài liệu siêu văn bản để hỗ trợ
WEB, SMTP (Simple Mail Transfer Protocol): Truyền thƣ điện tử giữa các máy tính. Đây
12


là dạng đặc biệt của truyền tệp đƣợc sử dụng để gửi các thông báo tới một máy chủ thƣ
hoặc giữa các máy chủ thƣ với nhau.
 POP3 (Post Office Protocol): Cho phép lấy thƣ điện tử từ hộp thƣ trên máy chủ.
 DNS (Domain Name System): Chuyển đổi tên miền thành địa chỉ IP. Giao thức
này thƣờng đƣợc sử dụng khi ngƣời dùng sử dụng dùng tên chứ không dùng địa chỉ IP.
 DHCP (Dynamic Host Configuration Protocol): Cung cấp các thơng tin cấu hình
động cho các trạm, chẳng hạn nhƣ gán địa chỉ IP.
 SNMP (Simple Network Management Protocol): Đƣợc sử dụng để quản trị từ xa
các thiết bị mạng chạy TCP/IP. SNMP thƣờng đƣợc thực thi trên các trạm của ngƣời quản
lý, cho phép ngƣời quản lý tập trung nhiều chức năng giám sát và điều khiển trong mạng.
[3]

Hình 1. 6 Cấu trúc của bộ giao thức TCP/IP

1.3 Firebase
Firebase là một nền tảng ứng dụng di động và web với các công cụ và hạ tầng đƣợc
thiết kế để giúp các lập trình viên xây dựng các ứng dụng chất lƣợng cao.
Firebase phát triển từ Evolve, một start up đƣợc thành lập vào năm 2011
bởi Andrew Lee và James Tamplin. Ban đầu, Evolve chỉ cung cấp cơ sở dữ liệu để các lập
13