TRƯỜNG CAO ĐẲNG CN VIỆT – HÀN BẮC GIANG
KHOA ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP
----------
TÀI LIỆU HỌC TẬP
NHẬP MÔN IOT
Bắc Giang, tháng 04 năm 2024
1
MỤC LỤC
CHƯƠNG 1 ..................................................................................................................................... 3
TỔNG QUAN IoT .......................................................................................................................... 3
1.1. IoT là gì? .................................................................................................... 3
1.1.1. Giới thiệu ............................................................................................. 3
1.1.2. Một số định nghĩa về IoT .................................................................... 8
1.1.3. Các đặc tính cơ bản của IoT ................................................................ 9
1.2. Kiến trúc IoT ............................................................................................ 10
1.2.1. Kiến trúc phân lớp ............................................................................. 10
1.2.2. Một số kiến trúc IoT thông dụng ...................................................... 13
1.4. Một số ứng dụng tiêu biểu của IoT ...................................................... 19
1.5. Cơ hội và thách thức ............................................................................ 21
CHƯƠNG 2 ................................................................................................................................... 25
PHẦN CỨNG IoT ......................................................................................................................... 25
2.1. Giới thiệu .................................................................................................. 25
2.2. Kiến trúc “Things” trong IoT ................................................................... 25
2.3. Đặc tính kỹ thuật mà “Things” cần có ..................................................... 26
2.4. Các nền tảng phần cứng IoT tiêu biểu ..................................................... 27
2.5. Các yêu cầu phần cứng IoT để triển khai một dự án ............................... 29
2.6. ĐỌC THÊM ............................................................................................. 31
CHƯƠNG 3 ................................................................................................................................... 28
GIAO THỨC MẠNG TRONG IoT VÀ DỊCH VỤ ĐIỆN TOÁN ............................................... 28
3.1. Mô hình phân cấp ..................................................................................... 28
3.2. Giao thức truyền nhận dữ liệu .................................................................. 28
3.3. Một số mạng tiêu biểu trong IoT ............................................................. 32
3.4. IoT Gateway ............................................................................................. 34
3.5. Nguyên tắc thiết kế kết nối thiết bị .......................................................... 36
3.6. Các thách thức trong kết nối mạng .......................................................... 37
3.7. Ứng dụng và dịch vụ điện toán ................................................................ 37
3.7.1. Giao thức lập trình ứng dụng ............................................................ 37
3.7.2. Điện toán biên ................................................................................... 44
3.7.3. Điện toán đám mây ........................................................................... 49
3.8. Xử lý dữ liệu lớn ...................................................................................... 52
3.9. Ứng dụng AI/ML trong IoT ..................................................................... 57
CHƯƠNG 4 ................................................................................................................................... 61
2
THIẾT KẾ ỨNG DỤNG IoT ........................................................................................................ 61
4.1. Giới thiệu chung ...................................................................................... 61
4.2. Nguyên tắc thiết kế ứng dụng IoT .......................................................... 61
4.2.1. Phân tích yêu cầu kỹ thuật ................................................................ 61
4.2.2. Lựa chọn phần cứng IoT ................................................................... 62
4.2.3. Lựa chọn giao thức kết nối................................................................ 63
4.2.4. Lựa chọn nơi phân tích, xử lý và lưu trữ dữ liệu (IoT edge hay IoT
cloud) ................................................................................................................... 63
4.2.5. Thiết kế và kiểm chứng thực nghiệm ................................................ 64
4.3. THIẾT KẾ MỘT SỐ ỨNG DỤNG IOT ................................................. 65
4.3.1 Tích hợp thư viện hỗ trợ ESP8266 NodeMCU .................................. 65
4.3.2. BẬT TẮT ĐÈN QUA WEB VỚI ESP8266 ..................................... 70
4.3.3. WEBSERVER THU THẬP DỮ LIỆU DHT11 VỚI ESP8266 ....... 72
4.3.4. ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ TỪ XA ..................................................... 78
4.4. ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ DÙNG BLYNK IOT VÀ NODEMCU ESP8266
................................................................................................................................. 97
4.5. GIẢI PHÁP QUẢN LÝ BẾN XE ĐIỆN TỬ......................................... 112
4.5.1 Hiện trạng ......................................................................................... 112
4.5.2. Tổng quan hệ thống ......................................................................... 113
4.5.4. Các tính năng chính ......................................................................... 114
4.6. GIẢI PHÁP AN NINH CÔNG CỘNG - PUBLIC SECURITY ........... 115
4.7. GIẢI PHÁP CẢNH BÁO XE LÊN XUỐNG TẠI HẦM XE CỦA CÁC
TÒA NHÀ CAO TẦNG ....................................................................................... 117
3
CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN IoT
1.1. IoT là gì?
1.1.1. Giới thiệu
Thuật ngữ IoT hay Internet vạn vật đề cập đến mạng lưới tập hợp các thiết bị
thông minh và công nghệ tạo điều kiện thuận lợi cho hoạt động giao tiếp giữa thiết bị
và đám mây cũng như giữa các thiết bị với nhau. Nhờ sự ra đời của chip máy tính giá
rẻ và công nghệ viễn thông băng thông cao, ngày nay, chúng ta có hàng tỷ thiết bị được
kết nối với internet. Điều này nghĩa là các thiết bị hàng ngày như bàn chải đánh răng,
máy hút bụi, ô tô và máy móc có thể sử dụng cảm biến để thu thập dữ liệu và phản hồi
lại người dùng một cách thông minh.
Internet vạn vật tích hợp “vạn vật” với Internet mỗi ngày. Các kỹ sư máy tính đã
và đang thêm các cảm biến và bộ xử lý vào các vật dụng hàng ngày kể từ những năm
90. Tuy nhiên, tiến độ ban đầu rất chậm vì các con chip còn to và cồng kềnh. Loại chip
máy tính công suất thấp gọi là thẻ tag RFID, lần đầu tiên được sử dụng để theo dõi các
thiết bị đắt đỏ. Khi kích cỡ của các thiết bị điện toán dần nhỏ lại, những con chip này
cũng trở nên nhỏ hơn, nhanh hơn và thông minh hơn theo thời gian.
Chi phí tích hợp công suất điện toán vào trong các vật dụng nhỏ bé hiện nay đã
giảm đáng kể. Ví dụ: bạn có thể thêm khả năng kết nối với các tính năng của dịch vụ
giọng thoại Alexa vào các MCU tích hợp sẵn RAM chưa đến 1 MB, chẳng hạn như
cho công tắc đèn. Nguyên cả một ngành công nghiệp đã bất ngờ xuất hiện với trọng
tâm xoay quanh việc trang bị các thiết bị IoT khắp mọi ngóc ngách căn nhà, doanh
nghiệp và văn phòng của chúng ta. Những vật dụng thông minh này có thể tự động
truyền và nhận dữ liệu qua Internet. Tất cả những “thiết bị điện toán vô hình” này và
công nghệ liên quan được gọi chung là Internet vạn vật.
IoT hoạt động như thế nào?
Một hệ thống IoT thông thường hoạt động thông qua việc thu thập và trao đổi dữ
liệu theo thời gian thực. Một hệ thống IoT có ba thành phần:
Thiết bị thông minh
Đây là một thiết bị, giống như tivi, camera an ninh hoặc thiết bị tập thể dục đã
được trao cho khả năng điện toán. Thiết bị này thu thập dữ liệu từ môi trường xung
quanh, thao tác nhập liệu của người dùng hoặc mô thức sử dụng và truyền cũng như
nhận dữ liệu qua Internet từ ứng dụng IoT của nó.
Ứng dụng IoT
Ứng dụng IoT là một tập hợp các dịch vụ và phần mềm có chức năng tích hợp dữ
liệu nhận được từ các thiết bị IoT khác nhau. Ứng dụng này sử dụng công nghệ máy
học hoặc trí tuệ nhân tạo (AI) để phân tích dữ liệu và đưa ra các quyết định sáng suốt.
Những quyết định này được truyền trở lại thiết bị IoT và sau đó, thiết bị IoT đó sẽ phản
hồi lại dữ liệu đầu vào một cách thông minh.
Giao diện đồ họa người dùng
4
Một hoặc một nhóm các thiết bị IoT có thể được quản lý thông qua giao diện đồ
họa người dùng. Các ví dụ phổ biến bao gồm một ứng dụng di động hoặc trang web có
thể được sử dụng để đăng ký và kiểm soát các thiết bị thông minh.
Một vài ví dụ về các thiết bị IoT?
Ô tô thông minh
Những phương tiện, chẳng hạn như ô tô, có thể kết nối với Internet bằng rất nhiều
cách. Có thể là thông qua camera hành trình thông minh, hệ thống tin học giải trí hoặc
thậm chí qua cổng kết nối của phương tiện. Chúng thu thập dữ diệu từ chân ga, phanh,
đồng hồ đo tốc độ, đồng hồ đo quãng đường, bánh xe và bình xăng để giám sát cả hiệu
suất của người lái và tình trạng phương tiện. Ô tô thông minh được sử dụng cho hàng
loạt mục đích:
• Giám sát đội xe ô tô cho thuê để tăng cường hiệu quả sử dụng nhiên liệu và
giảm chi phí.
• Giúp cha mẹ theo dõi hành vi lái xe của con cái.
• Tự động thông báo cho bạn bè và người thân trong trường hợp xảy ra tai
nạn xe.
• Dự đoán và hạn chế nhu cầu bảo dưỡng xe.
Nhà thông minh
Các thiết bị gia đình thông minh tập trung chủ yếu vào hoạt động cải thiện hiệu
quả và độ an toàn của ngôi nhà, cũng như mạng lưới kết nối trong nhà. Các thiết bị như
ổ điện thông minh có thể giám sát mức sử dụng điện và bộ điều nhiệt thông minh có
thể cung cấp khả năng kiểm soát nhiệt độ tốt hơn. Các hệ thống thủy canh có thể sử
dụng cảm biến IoT để quản lý khu vườn, trong khi đó, máy báo khói IoT có thể phát
hiện khói thuốc lá. Các hệ thống an ninh gia đình như khóa cửa, camera an ninh và
máy phát hiện rò nước có thể phát hiện và ngăn chặn các mối nguy hiểm, đồng thời gửi
cảnh báo tới chủ nhà.