BỘ CÔNG THƯƠNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI
------------------
ĐẶNG XUÂN HOÀNG
NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ IOT VÀ ỨNG DỤNG TRONG
HỆ THỐNG GIÁM SÁT CHẤT LƯỢNG KHÔNG KHÍ
HÀ NỘI
ĐỀ ÁN TỐT NGHIỆP THẠC SĨ NGÀNH HỆ THỐNG THÔNG TIN
Hà Nội - 2024
BỘ CÔNG THƯƠNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI
ĐẶNG XUÂN HOÀNG
NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ IOT VÀ ỨNG DỤNG TRONG
HỆ THỐNG GIÁM SÁT CHẤT LƯỢNG KHÔNG KHÍ
HÀ NỘI
Ngành Hệ Thống Thông Tin
Mã số : 8480104
ĐỀ ÁN TỐT NGHIỆP THẠC SĨ HỆ THỐNG THÔNG TIN
NGƯỜI HƯỚNG DẪN: TS. HÀ MẠNH ĐÀO
Hà Nội – 2024
i
MỤC LỤC
MỤC LỤC .............................................................................................................. i
MỤC LỤC CÁC HÌNH ....................................................................................... iii
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT ...................................................................... v
LỜI CAM ĐOAN ................................................................................................. vi
MỞ ĐẦU ............................................................................................................... 1
CHƯƠNG 1 - TỔNG QUAN VỀ Ô NHIỄM KHÔNG KHÍ VÀ CÁC CÔNG
NGHỆ NỀN TẢNG .............................................................................................. 3
1.1. Mức độ quan trọng việc giám sát chất lượng không khí .......................... 3
1.1.1. Hiện trạng ô nhiễm không khí hiện nay ............................................. 3
1.1.2. Hiện trạng hệ thống giám sát chất lượng không khí của Hà Nội ....... 4
1.2. Cấu trúc chung của hệ thống giám sát chất lượng không khí hiện đại..... 5
1.3. Các công nghệ trong các hệ thống giám sát chất lượng không khí ........ 7
1.3.1. Công nghệ IoT .................................................................................... 7
1.3.2. Công nghệ Điện toán đám mây (Cloud Computing) ....................... 13
1.3.3. Phát triển hệ thống IoT với điện toán đám mây ............................... 17
1.3.4. Các công nghệ khác .......................................................................... 26
1.4. Kết luận chương 1................................................................................... 26
CHƯƠNG 2 THIẾT KẾ HỆ THỐNG GIÁM SÁT CHẤT LƯỢNG KHÔNG
KHÍ 27
2.1. Mô hình hệ thống ...................................................................................... 27
2.2. Thiết kế hệ thống ....................................................................................... 27
2.2.1. Thiết kế phần cứng .............................................................................. 27
2.2.2. Phần mềm ............................................................................................ 39
2.2.3. Server .................................................................................................. 40
2.2.4. Cơ sở dữ liệu ....................................................................................... 41
ii
2.3. Thiết kế phần mềm .................................................................................... 43
2.3.1. Mô đun thu thập dữ liệu của hệ thống giám sát thông số môi trường 43
2.4. Thiết kế điện toán đám mây Thingspeak .................................................. 49
2.5. Kết luận chương 2 ..................................................................................... 55
CHƯƠNG 3. THỬ NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ ................................................. 56
3.1. Mô hình thử nghiệm .................................................................................. 56
3.2. Các kịch bản thử nghiệm .......................................................................... 58
3.2.1. Bảng các kịch bản thử nghiệm ............................................................ 58
3.2.2. Một số kịch bản thử nghiệm ............................................................... 58
3.3. Đánh giá thực nghiệm ............................................................................... 65
3.4. Kết Luận chương 3 .................................................................................... 65
KẾT LUẬN ......................................................................................................... 66
DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................ 67
iii
MỤC LỤC CÁC HÌNH
Hình 1.1. Bảng trạm kiểm sát ................................................................................ 4
Hình 1.2 Ví dụ một hệ thông GSCLKK ................................................................ 7
Hình 1.3: Kiến trúc IoT chuẩn .............................................................................. 7
Hình 1.4. Các kiến trúc phân tầng của IoT ........................................................... 8
Hình 1.5. Ví dụ các thành phần của giao thức MQTT ........................................ 10
Hình 1.6. Giao thức thông điệp nâng cao AMQP ............................................... 10
Hình 1.7. Mô hình IoT sử dụng giao thức DDS.................................................. 11
Hình 1.8. Mô hình IoT với giao thức XMPP ...................................................... 12
Hình 1.9. Mô hình IoT sử dụng giao thức CoAP ................................................ 12
Hình 1.10. Quá trình phát triển điện toán đám mây ............................................ 13
Hình 1.11. Mô hình điện toán đám mây (NIST) theo nguyên tắc 5-4-3 ............. 14
Hình 1.12. Mô hình kinh doanh của điện toán đám mây .................................... 14
Hình 1.13. Mô hình triển khai của điện toán đám mây ....................................... 15
Hình 1.14. a) Đám mây Google; b) Đám mây AWS của Amazon; .................... 16
c) Đám mây Azure của Microsoft ....................................................................... 16
Hình 1.15. Mô hình điện toán đám mây di động ................................................ 16
Hình 1.16. Nền tảng đám mây của Google (PaaS) ............................................. 17
Hình 1.17. Mô hình GCIoTCore ......................................................................... 18
Hình 1.18. Hệ thống IoT sử dụng IoT core của Google. .................................... 19
Hình 1.19. AWS IoT ........................................................................................... 20
Hình 1.20. Hoạt động của AWS IoT ................................................................... 20
Hình 1.21. Các thành phần AWS IoT ................................................................. 21
Hình 1.22. Kiến trúc các thành phần AWS IoT core .......................................... 22
Hình 1.23. Các dịch vụ của AWS IoT cốt lõi ..................................................... 23
Hình 1.24. Công nghệ, dịch vụ, giải pháp của Azure ......................................... 24
Hình 1.25. Mô hình của ThingSpeak .................................................................. 25
Hình 2.1 Mô hình hệ thống giám sát chất lượng không khí ............................... 27
Hình 2.2. Cấu trúc của nút thiết bị đầu cuối ....................................................... 28
Hình 2.3. Mô đun ESP32 .................................................................................... 29
Hình 2.4. Sơ đồ chân mô đun ESP32 .................................................................. 29
Hình 2.5. Cấu trúc của mô đun ESP32 ............................................................... 29
Hình 2.6. Mô đun và chân của DHT11 ............................................................... 32
Hình 2.7. Sơ đồ kết nối điện tử của mô đun DHT11 với ESP32 ........................ 33
Hình 2.8. Quá trình truyền thông của DHT11 .................................................... 34
Hình 2.9. Mô đun MQ135 và các chân tín hiệu .................................................. 35
Hình 2.10. kết nối MQ135 với ESP32 ................................................................ 36
Hình 2.11 Cảm biến BME280 ............................................................................. 36
