Arduino và lập trình IoT : Internet of thing IoT

Internet ©f Thing

ESP-01

n # #

ESP-02 ESP-03 ESP-04 A_DH Quy Nhơn > Thư viện - ĐH Quy Nhơn

;_

l i i n i l

V V D .0 1 4 6 6 5

NHÀ X U Ấ T BẢN

THANH NIÊN

ESP-08

I®

pụthon

TS. NGUYỄN TẤT BẢO THIỆN

KS. PHẠM QUANG HUY

VÀ LẬ P TRÌNH IOT

0 NHÀ XUẴTIẢN thanhniên

6101 THIỆU ARDUINO VÀ LẬP TRÌNH IOT

TẨI LIỆU THAM KHẢO

1. LẬP TRÌNH ĐIỂU KHIỂN TRÊN ARDUINO CHO HỆ VẠN VẬT KẾT NỖI loT

Hà Quang Phúc - Phạm Quang Huy

Nhà xuất bản Thanh Niên - 2020

2. STEM V0IARDUINO - HtfflNG DẪN sử DỤNG ARDUINO

Trương Đình Nhơn - Lê Thị Hồng Nhung - Phạm Quang Huy

Nhà xuất bản Thanh Niên - 2020

3. LẬP TRÌNH loT V0IARDUINO

Lê Mỹ Hà - Phạm Quang Huy

Nhà xuất bản Thanh Niên - 2019

4. GIÁO TRÌNH DO LtftfNG CẢM BIẾN

Lê Chí Kiên

Nhà xuất bản Đại học Quốc gia TP.HCM - 2013

5. ESPB2B6 INTERNET OF THINGS COOKBOOK

Marco Schwartz

Nhà xuất bản Packt - 2017

6. INTERNET OF THINGS WITH ARDUINO COOKBOOK

Marco Schwartz

Nhà xuất bản Packt - 2016

7. INTERNET OF THINGS WITH ARDUINO

Marco Schwartz

Nhà xuất bản Open Home Automation - 2014

8 . CÁC TRANG W EB

http://www.ladyada.net/learn/arduino/

https://circuitdigest.com/search/node/arduino

https://www.allaboutcircuits.com/search7qsARDUINO

https://www.electronicshub.org

https://www.sparkfun.com

https://www.instructables.c0m/howto/ARDUINO/

https:// teachmemicro.com

I

ARDUINO VÀ LẬP TRÌNH IOT GIÚI TRIỆU

GIÚI THIỆU

Chúc mừng các bạn đến với họ sách thực hành Arduino một bo

mạch có giá rẻ, dễ sử dụng, ứng dụng trong nhiều ngành nghề. Arduino

là một kit được dùng để lập trình tưdng tác với các thiết bị phần cứng,

bo mạch (phần cứng) được thiết kế có mã nguồn mở cho cả phần cứng

lẫn phần mềm với ngôn ngữ rất dễ học (C, c++), có thể liên kết với các

chương trình như Labview, Matlab... để tận dụng sức mạnh của các

chương trình này trong lập trình, mô phỏng...

Các phần tử ngoại vi trên bo mạch Arduino đều đã được chuẩn

hóa, với giá thành rẻ phù hợp với túi tiền cho người dùng.

• Arduino có thể dễ dàng phát triển nhiều chức năng hơn qua các

bo mạch mở rộng có tên chung là Shields. Bo mạch Arduino có

thể được lắp ráp với các linh kiện điện tử, thiết bị điện khác nhưng

vẫn đủ linh hoạt để cho các chuyên gia phát triển các dự án từ

đơn giản cho đến phức tạp của các chuyên gia.

• Arduino rất thích hợp với người dùng có trình độ trải rộng từ bậc phổ

thông lên đến đại học đã làm cho ngay cả những người tạo ra

chúng phải ngạc nhiên về mức độ phổ biến.

Đây là tập 9 trong bộ sách học, khai thác sử dụng Arduino trong

lập trình điều khiển các thiết bị dân dụng và công nghiệp.

1. LẬP TRÌNH ĐIỀU KHIỂN VỚI ARDUINO.

2. ARDUINO DÀNH CHO NGƯỜI T ự HỌC.

3. STEM VỚI ARDUINO - HƯỚNG DẪN s ử d ụ n g ARDUINO.

4. LẬP TRÌNH loT VỚI ARDUINO.

5. LẬP TRÌNH loT VÓI ARDUINO, ESP8266 & X B E E .

6. LẬP TRINH ĐIỀU KHIEN x a v ớ i ESP8266, ESP32 VÀ ARDUINO.

7. ĐIỀU KHIỂN XA VỚI ARDUINO VÀ ESP32.

8. Tự HỌC ARDUINO BẰNG HÌNH ẢNH.

9. ARDUINO VÀ LẬP TRÌNH loT.

10. LẬP TRÌNH loT CHO NHÀ VÀ NÔNG TRẠI THÔNG MINH VỚI ARDUINO..

11. VI ĐIỂU KHIỂN VÀ ƯNG DỤNG-ARDUINO VÀ CẢM BIỂN.

12. LẬP TRÌNH WIFI VỔI ARDUINO.

13. LẬP TRÌNH VỚI ARDUINO-ESP8266 TOÀN TẬP.

I

tlểlTIIỆU AHDUIHO VÀ LẬP TBÌHMIOT

14. LẬP TRÌNH VỚ ĨARDUIN O -ESP32 TOÀN TẬP.

15. LẬP TRÌNH IOT VỚI ARDUINO VÀ R A S P B E R R Y .

16. ARDUINO VÀ TH IẾT BỊ BAY.

17. LẬP TRÌNH ARDUINO VỚI MATLAB.

18. LẬP TRÌNH ARDUINO VỔI LABVIEW .

19. XỬ KÝ ẢNH VỒI ARDUINO VÀ R A S P B E R R Y .

20. T ự HỌC R A S P B E R R Y BẰNG HÌNH ẢNH.

21. ARDUINO TOÀN TẬ P.

22. ARDUINO DÀNH CHO NGƯỒI BẮT ĐẦU.

23. ỨNG DỤNG ARDUINO TRONG GIÁO DỤC STEM .

24. ARDUINO VÀ MÀN HÌNH HIỂN THỊ.

25. ARDUINO VÀ CẢM BIỂN (LÝ TH U YỂT-TH ựC HÀNH) .

Nếu tập 1, 2 và 3 chủ yếu giới thiệu tới bạn đọc các kiến thức cơ

bản về phần cứng, phần mềm của bo mạch Arduino. Lập trình điều khiển

các thành phần cơ bản của mạch điện tử như:

> Điều khiển LED đơn, LED 7 đoạn, LED ma trận, LCD.

> Điểu khiển động cơ DC, động cơ servo, động cơ bước.

> Điểu khiển ngõ ra theo yêu cầu với đầu vào là các cảm biến

nhiệt độ, áp suất, độ ẩm, hổng ngoại, quang trở, âm thanh, siêu

âm, dịch chuyển...

> Nhiều ứng dụng khác nữa...

Thì các tập 4, 5, 6. 7, 8, 9 hướng đến bạn đọc lập trình điều khiển

xa qua mạng có dây và không dây (Wifi) qua 4 linh kiện chủ yếu là bo

mạch Arduino, bo mạch mở rộng Ethernet (Shield Ethernet) và ba bo

mạch chuyên dùng trong Wifi là Xbee, ESP8266 và ESP32. Thực chất

các bài tập này hưống bạn đọc tới việc thiết kế hệ thống nhúng và làm

quen vổi việc lập trình IOT cho nhà và nông trại thông minh sẽ được trình

bày chi tiết trong tập 10.

Phần trình bày trong tập 5 “LẬP TRÌNH IOT VỚI ARDUINO,

ESP8266 & X B E E ” có thể xem như là phần tiếp theo nâng cao của

tập 4 nhưng linh kiện sử dụng để lập trình truyền thông không dây (Wifi)

trong chuyên đề này chủ yêu là dùng ESP8266 có giá thành rẻ và rất dễ

mua so với việc dùng Xbee (trình bày trong tập 5) tuy phổ biến tại

phương Tây nhưng khó mua tại Việt Nam và có giá thành cao

hơn ESP8266.

4

ARDUINO VÀ LẬP THÌNH IOT 6101 THIỆU

Do lập trình hệ thống nhúng hay loT đều liên quan tới cảm biến

trong khi có rất nhiều loại cảm biến mà trong các tập từ 1-10 chưa trình

bày hay chưa chi tiết sẽ được tủ sách STK trình bày trong tập 11 “VI

ĐIỀU KHIỂN VÀ ỨNG DỤNG-ARDUINO VÀ CẢM BIỂN”. Ngoài ra

trong tập 11 bạn đọc còn được hướng dẫn chi tiết cách dùng màn hình

LCD và Oled để hiển thị các thông số ngõ vào cũng như ngõ ra của

cảm biến.

Tập 12-20 có thể xem như là chuyên đề ứng dụng Arduino và

Raspberry nâng cao trong lập trình điều khiển.

Tập 20-25 dành cho đối tượng người học không được học chuyên

ngành điện tử và thậm chí là các học sinh cấp 3 chưa biết gì về điện tử

vẫn có thể khai thác, ứng dụng Arduino trong điều khiển nhiều thiết bị có

ích trong cuộc sống giúp các em học sinh làm quen dần với khoa học kỹ

thuật từ những năm học trung học.

Đây cũng là các tập khó biên soạn nhất đối với tủ sách STK. Làm

thế nào hướng dẫn, giải thích các mạch điện lý thú trong cuộc sống thực

tế mà các em học sinh, cũng như các chuyên viên kỹ thuật khác ngành

nghề như Công nghệ thực phẩm, Vật lý, Hóa học, Sinh học, Kiến trúc,

Xây dựng và nhiều hơn nữa vẫn có thể hiểu và lập trình được với Arduino

cũng như lắp ráp ra sản phẩm cụ thể ứng dụng ngay trong đời thường.

Ngôn ngữ để lập trình Arduino là c, tuy nhiên người thiết kế vẫn

có thể tận dụng sức mạnh của các chương trình khác như Matlab và

Labview để lập trình. Việc tận dụng các công cụ mô phỏng của Matlab

cũng như lập trình đồ họa của Labview giúp cho người thiết kế có thêm

công cụ thiết kê mà nếu lập trình trực tiếp trên Arduino sẽ gặp rất nhiều

khó khăn. Phần hướng dẫn liên kết cũng như khai thác Matlab và

Labview trong thiết kế dân dụng cũng như công nghiệp và các phần ứng

dụng nâng cao với Arduino sẽ được trình bày trong tập 20-25.

• ĐỐI TƯỢNG SỬ DỤNG SÁCH

Sách được biên soạn cho người đã làm quen với Arduino, qua

các bài tập thực hành cơ bân điều khiển Led đơn, LCD, Led ma trận,

động cơ DC, động cơ servo, động cơ bước nay muốn lập trình hệ thống

nhúng cũng như lập trình loT nâng cao qua những ứng dụng điều khiển

và thu nhận dữ liệu từ xa qua truyền không dây (Wifi).

s

t lổ l T IIỆD ABBU1H0 VÀ LẬ PTRÌH IIO T

Tương ứng với từng bài tập đều có mã (code) chương trình với

những giải thích giúp người học dễ theo dõi, cho phép một người có

kiến thức cơ bản về Điện-Điện tử có thể từ ba tới năm ngày thực hành

là bắt đầu khai thác và sử dụng Arduino trong lập trình IOT. Từ ý tưởng

trình bày trong sách, bạn đọc có thể sáng tạo thiết kế nhiều mạch hơn

nữa ứng dụng thực tế vào cuộc sống.

Nội dung sách gồm 3 phần với 10 chương và 1 phụ lục.

PHẦN 1: GIỚI THIỆU

Chương 1:

> Tổng quan về hệ thống nhúng.

> Tổng quan về IOT.

> Tổng quan về Ardulno.

> Arduino và Raspberry.

> Serlal monitor.

> Các linh kiện thực hành.

PHẦN 2: ARDUINO VÀ CẢM BIẾN

Chương 2: Tổng quan về cảm biến.

Chương 3: Thực hành với Ardulno.

> Bài tập 1: Đọc giá trị điện áp ngõ vào Analog.

> Bài tập 2: Điểu khiển tốc độ sáng tắt với biến trở.

> Bài tập 3: Lập trình với ngõ vào (Input).

> Bài tập 4: Mạch sử dụng hal nút nhấn và một Led.

> Bài tập 6: Điều khiển Led RGB.

> Bài tập 7: Điều khiển Led cầu vòng.

> Bài tập 8: Điều khiển Led sáng dạng thanh.

Chương 4: Arduino và cảm biến.

> Arduino và cảm biến Nhiệt độ-ĐỘ ẩm.

^ Cảm biến tiệm cận.

^ Arduino và cảm biến hồng ngoại.

^ Cảm biến Quang.

>• Cảm biến khói - đầu dò khói.

I

AIDDIHO VÁ LẬP TRÌNH IOT 6101 THIỆU

> Arduino và cảm biến dịch chuyển PIR.

> Đo nhiệt độ, độ ẩm từ xa với bo thu phát cao tần.

PHẦN 3: LẬP TRÌNH IOT VỚI ARDUINO VÀ ESP8266

Chương 5: Truyền thông có dây và không dây.

Chương 6: Cấu hình cho ESP8266.

Chương 7: Các bài tập cơ bản dùng ESP8266.

Chương 8: Một số tính năng khác của ESP8266

Chương 9: sử dụng Micro Python trong ESP8266.

Chương 10: Lập trình với G PS, GSM và G PRS

• Hệ thống định vị toàn cầu (GPS).

• Bảng thông báo không dây sử dụng GSM và Arduino.

• Gửi dữ liệu qua G PRS Sim800l đến Thingspeak.

• Khắc phục sự cố khi sử dụng Sim800i.

• Lập trình G PS với STM32.

PHỤ LỤC: GIỚI THIỆU SÁCH MỚI

Một số điểm cần lưu ý khi sử dụng sách:

• Tài liệu biên soạn trên phiên bản Arduino chạy trên nền Windows,

nếu máy tính các bạn dùng hệ điều hành Linus hay Mac vẫn có thể

thực hành các bài tập trong sách mà không ảnh hưởng nhiều đến

việc thực hành (tham khảo thêm trong trang web:

http://www.arduino.cc/). Bo mạch Arduino sử dụng trong sách là

Arduino UNO, người học vẫn có thể dùng các bo mạch Arduino có

cổng USB khác để thực hành.

• Chuyên đề này được biên soạn lại dựa trên sách “LẬP TRÌNH

loT VỒI ARDUINO, ESP8266 & X B E E ” vởi chương 10 trong sách

“LẬP TRÌNH loT VỚI ARDUINO VÀ XBEE” được các tác giả thay

thế bằng chương “Lập trình với G PS, GSM và G P R S” do bo Wifi

Xbee có giá thành cao và khó mua (phản ảnh từ nhiều bạn đọc).

Chương thay thê sẽ giới thiệu tới bạn đọc hệ thống định vị toàn

cầu (GPS) và các mạch điều khiển mà hiện chưa có sách tiếng

Việt trình bày. Bạn đọc cần lưu ý ở bài tập 5 trong chương này,

hướng dẫn bạn đọc lập trình trên vi điều khiển STM32.

7

tlứlTIIỆU ARDWHOVfl LẬP m ui IBT

Các tác giả xem như bạn đọc đã biết qua và sử dụng những lệnh

cơ bản của vi điều khiển này.

Phần lý thuyết và bài tập cho vi điều khiển này có thể tham khảo

từ các sách liên quan đến STM 8 và STM 32 cũng do tủ sách STL

biên soạn. Ngoài ra các tác giả còn biên soạn bổ xung nhiều bài

tập ở các chương 3, chương 7.

• Các chương từ 5-10 là những phần khó đòi hỏi bạn đọc đã làm

quen với Ardulno và có kiến thực lập trình (C). Nhiều bài tập trong

sách được các tác giả tham khảo trên các trang Web (Tài liệu

tham khảo), bạn đọc nên tham khảo các trang web này để có

thêm nhiều bài tập thực hành Arduino, Raspberry... cũng như các

vi điểu khiển khác.

• Trong quá trình biên soạn không thể tránh khỏi thiếu sót, chúng

tôi mong được các bạn đọc góp ý, trao đổi để nội dung biên soạn

ngày càng tốt hơn. Hy vọng các bạn sẽ nhanh chóng khai thác có

hiệu quả bo mạch Arduino trong công việc của mình.

Mọi thắc mắc, góp ý xin gửi về địa chỉ sau:

TS. NGUYỄN TẤT BẢO THIỆN

Đ T :0966685030

Email: nguyentatbaothien @gmail.com

KS. PHẠM QUANG HUY

9 0903728344

Email: [email protected]

Rất mong nhận dupe nhiều ý kiến đóng góp, nhất là ý kiến của

các thầy, cô có nhiều kinh nghiệm giảng dạy các chủ đề liên quan

trong sách. Chúng tôi tin rằng việc học lý thuyết Điện-Điện tử trở nên

thú vị hơn sau khi bạn đã xây dung các thiết bị chức năng. VỚI các

thông tin phản hổi, sách sẽ được hoàn thiện hơn trong những lần tái

bản sau.

TP.HCM 28-3-2020

Các tác giả

I

CHITONS 1

TONG QUAN

Trước khi thực hành lập trình loT với Arduino, E*sp8266 chúng ta

sẽ tìm hiểu những phần sau để hiểu rõ hơn những gì sẽ thực hiện trong

các chương kế tiếp.

1. TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG NHÚNG.

2. TỔNG QUAN VỀ loT.

3. TỔNG QUAN VỀ ARDUINO

4. ARDUINO VÀ R A SP B ER R Y .

5. SERIA L MONITOR.

6. CÁC LINH KIỆN THỰC HÀNH

1. TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG NHÚNG

Hệ thống nhúng là môn học đã và đang được giảng dạy tại nhiều

bộ môn chuyên ngành Điện tử, Điện tử công nghiệp, Tự động hóa, Viễn

thông... Nhiều sinh viên và thậm chí giáo viên còn mơ hồ chưa hiểu rõ hệ

thống nhúng là gì. Nếu dùng các công cụ dò tìm trên mạng như Yahoo,

Google... cho các từ khóa như “Hệ thống nhúng”, “Embedded System”

bạn sẽ tìm được rất nhiều bài báo, Ebook, giáo trình cả tiếng Anh lẫn

tiếng Việt nói về chủ đề này và có cả những định nghĩa sẽ làm bạn rối

rắm hơn nữa. Phần trình bày sau giải thích bạn đọc thuật ngữ này theo

cách gián tiếp nhưng các tác giả nghĩ rằng bạn sẽ hình dung được thuật

ngữ này. Một trong những mục tiêu mà người học Điện-Điện tử cần phải

thực hiện là điều khiển, tự động hóa một quá trình nào đó trong dân dụng

cũng như công nghiệp. Tùy vào thời điểm mà các linh kiện sử dụng khác

nhau. Vào những năm 1975-1985 linh kiện sử dụng chủ yếu là Op-Amp,

các mạch sô và linh kiện điện tử cống suất. Từ những năm 1985-1995 tại

Việt Nam đã bắt đầu sử dụng vi xử lý, vi điều khiển trong thiết kế. Máy

tính đã được sử dụng trong điều khiển nhiều lĩnh vực khác nhau.

Một hệ thông máy tính tất nhiên sẽ có đầy đủ những thiết bị theo

sau tạo một hệ thống hoàn chỉnh như Vi xử lý, ROM, RAM, chuột, bàn

phím, màn hình...

I

C IÍ0NG1: T0NG • • ARDUIHO MÀ LẬP TBÌHII l l ĩ

Với máy tính ta có thể điều khiển rất nhiều đối tượng khác nhau,

đây cũng là một hệ thống kinh điển mà các kỹ sư khi ra trường cần thực

hiện. Tùy theo người thiết kế dùng vi xử lý hay vi điều khiển nào (phần

cứng) mà sẽ có các chương trình tương ứng (phần mềm) để lập trình cho

vi xử lý đó. Trong thực tế, rất nhiều hệ thống điều khiển không cần phải

dùng tới máy tính điều khiển vì sẽ phải dùng nhiều thiết bị cồng kềnh

(bàn phím, chuột...), các tập lệnh có dung lượng nhỏ không cần phải dùng

nhiều bộ nhớ (ROM, RAM...), bộ vi xử lý hay vi điểu khiển không cần quá

nhanh cũng như xử lý quá nhiều dữ liệu, dùng màn hình không cần lớn.

Một số thiết bị điều khiển trong dân dụng mà ta sử dụng hàng ngày như:

Điều khiển máy lạnh, máy giặt, thậm chí là nồi cơm điện cũng đã

dược các hãng sản xuất tích hợp vào trong một thiết bị (remote) thông

qua vài nút nhấn có thể điều khiển thiết bị theo yêu cầu đề ra như đặt

nhiệt độ, độ ẩm, hẹn giờ, chuyển kênh... không cần phải dùng tới hệ

thống máy tính để điều khiển. Sự phát triển mạnh công nghệ ô tô dẫn

đến việc phát triển mạnh hệ thống này. Một hệ thống như vậy chính là hệ

thống nhúng. Khái niệm thiết bị thông minh, tủ lạnh thông minh, tivi

thông minh... được sử dụng rộng rãi trong thế giới công nghệ ngày nay.

Các bạn có thể điều khiển một chiếc tivi bằng điều hướng bàn tay,

giọng nói,... bằng công nghệ smart tivi, máy lạnh tự động điểu chỉnh

nhiệt độ theo thời tiết,... hay như xe ô tô tích hợp chức năng chống sốc

tự động, tự động báo cho người sử dụng khi lốp xe bị xẹp hay báo trước

khi có vật cản phía trước trong khoảng bao nhiêu mét chẳng hạn.

Ví dụ đơn giản như sau: Chiếc máy lạnh hay tủ lạnh thông thường

của bạn không được kết nối với thiết bị nào khác. Nếu muốn ghi lại nhiệt độ

ở từng thời điểm, chúng ta chỉ có cách ghi lại thủ công rồi nhập vào một máy

tính hay thiết bị lưu trữ nào đó để xử lý sau này. Hay như bóng đèn nhà,

phân xưởng hay một đoạn đường chẳng hạn, chúng ta muốn thu thập, điều

chỉnh độ sáng của nó thì phải đo thủ công rồi ghi lại. Trong khi đó máy tính

có khả năng giúp con người thu thập tất cả những dữ liệu về mọi thứ xung

quanh, chúng ta có thể theo dõi và đêm mọi thứ, giúp giảm hao phí và chi

phí sản xuất. Chúng ta sẽ biết chính xác khi nào các vật dụng cần phải sửa

chữa, thay thế, khi nào chúng còn mới và khi nào thì chúng tiết hạn sử dụng.

Hay như một hệ thống tưới nước tự động cây cối trong gia đình, bạn cần

được tích hợp công nghệ loT. Hệ thống này giúp bạn diều khiển qui trình

chăm sóc cây, tưới nước cây, thậm chí là bắt sâu bọ...

II

ABDUING VÀ LẬP TRÌNH lo ĩ CBƯ0N61: TỔNG QUAN

Khi bạn có chuyến đi công tác xa vài ngày hay vài tháng mà

không thể thực hiện được các chức năng đó. Điều này sẽ trở nên rất đơn

giản khi hệ thống tưới cây tự động và điện thoại hoặc laptop, PC... của

bạn được kết nối vào mạng lưới Internet và qua đó có thể trao đổi thông

tin cũng như thực thi các câu lệnh mà bạn mong muốn. Điều đó thật mới

mẻ và tiện dụng phải không nào? Chúng ta có thể tiết kiệm được rất

nhiều thời gian cũng như tránh gặp phải những trường hợp khó khăn khi

không làm chủ và quản lý được tất cả mọi vật xung quanh ta. Chưa kể

đến việc chúng ta có thể kiểm soát chúng mọi lúc mọi nơi. loT có tiềm

năng thay đổi thế giới, giống như cách mà Internet đã thay đổi cuộc

sống của chúng ta. Thậm chí là ngôi nhà - nơi chúng ta đang sống

cũng đang tiến tới thiết kế lã ngôi nhà thông minh với rất nhiều ứng

dụng công nghệ hiện đại. Ngôi nhà thông minh với các bóng đèn thông

minh, máy giặt thông minh, tủ lạnh thông minh,... có thể xem là bước

đầu của loT bởi chúng đều được liên kết với nhau và/hoặc liên kết vào

Internet. Rất và rất nhiều những ứng dụng trong Internet Of Things đã

được các công ty công nghệ khai thác vấn đề này. Chúng ta sẽ tìm hiểu

nhiều hơn nữa loT qua phần trình bày tiếp theo.

2. TỔNG QUAN VỀ loT

Khái niệm vể loT là từ viết tắt Internet Of Things được định nghĩa

chính là mạng lưới vạn vật kết nối internet hoặc mạng lưới kết nối thiết

bị Internet, được đưa ra lần đầu tiên vào năm 1999 do kỹ sư đến từ

nước Anh là Kevin Ashton. Lúc này, Internet đang phát triển mạnh mẽ

cả về chiều rộng (được tính bằng khoảng cách địa lý có thể kết nối dữ

liệu) và chiều sâu (khả năng hỗ trợ kết nối của mạng internet). Tuy

nhiên, lúc này, mạng internet vẫn còn phụ thuộc quá nhiều vào khả

năng nhập dữ liệu của con người. Vì lúc này, tất cả mọi thứ đểu do con

người cung cấp chứ không thể tự mình thu thập cũng như sinh ra dữ

liệu. Một hệ thống điện toán có khả năng tự thu thập dữ liệu từ môi

trường hay những thiết bị xung quanh, có khả năng tự trao đổi thông tin

với nhau và chính hệ thống sẽ cung cấp thông tin cũng như kết quả tìm

kiếm cho người dùng - đó là hệ thống mà Ashton tưởng tượng ra để

tăng tốc độ cập nhật thông tin và tăng độ chính xác cho tin tức, dữ liệu.

Theo Wiki, loT là một kịch bản của thẽ giới, khi mà mỗi đồ vật, con người

được cung cấp một định danh riêng của nó và tất cả có khả năng truyền

tải, trao đổi thông tin, dữ liệu qua một mạng duy nhất mà không cần đến

sự tương tác trực tiếp giữa người với người hay người với máy tính.

11

C lư đ H B I.ĩể N S qOAH ARDUINO VÀ LẬP TRÌNH lo ĩ

Hiện nay, với ngành công nghiệp sản xuất phần cứng và phần

mềm dành cho thiết bị phát triển mạnh, việc này đang dần trở thành

hiện thực và dần hình thành một mạng lưới, một hệ thống để phục vụ

và giúp đỡ con người một cách tốt nhất có thể.

Xét về bản chất, loT là mạng lưới internet để kết nối con người

với nhau bằng cách tích hợp những công cụ có thể tự động thu thập

thông tin, dữ liệu giữa những thiết bị VỚI nhau để truyền tải chúng tới

những người khác. Trong khi đó, nguồn dữ liệu hữu dụng nhất lại bắt

nguồn từ chính con người. Tuy nhiên, những dữ liệu thu thập được chưa

chắc đã có tác dụng khi chúng ta chưa có công cụ nào có thể xử lý dữ

liệu này một cách tốt nhất.

Theo cách thông thường, hiện nay những dữ liệu thu thập được sẽ

được lưu lại và gửi những số liệu thu thâp được tới máy chủ. Tạo ra một

mạng lưới thống nhất, nơi mà tất cả các thiết bị đều có thể giao tiếp và gửi

dữ liệu cho nhau, thu thập và trao đổi dữ liệu thông qua mạng internet là

việc rất khó có thể thực hiện trong ngày một, ngày hai. Tuy nhiên, khi mọi

việc được thống nhất, việc triển khai hệ thống này sẽ dễ dàng hơn rất

nhiều. Những thiết kế, những phần mềm để thiết bị có khả năng giao tiếp

với người sử dụng là chuyện không hề khó.

Tuy nhiên, việc giao tiếp giữa hai thiết bị với nhau thì lại khác. Khi

loT ngày càng được mỏ rộng thì mọi thứ cũng theo đó mà ngày càng phức

tạp, nhất là khi vướng phải rào cản giữa những nền tảng, những hệ điều

hành khác nhau của những thiết bị khác nhau. Tất cả mọi thứ đều phải

thật đơn giản. Hệ thống loT cần phải được dựng nên trên nền tảng mở,

một hệ thống đơn giản và thông minh. Như vậy khả năng giao tiếp cũng

như truyền tải thông tin giữa các thiết bị trở nên dễ dàng hơn. Hơn nữa,

việc này cũng giúp những công ty phát triển nền tảng và những người thiết

kế sản phẩm có thể tìm được một hướng đi chung cho tất cả thay vì

tự mình tìm tòi ra giải pháp. Nhờ vào khả năng, giao tiếp thông qua nền

tảng mở, mọi thiết bị đều có thể tái lập trình và mô tả lại chúng trong không

gian ảo và có thể điều khiển từ xa một cách dễ dàng. loT đang trở thành

trào lưu phát triển ứng dụng ngày nay, loT có ứng dụng rộng vô cùng,

có thể kể ra một sô' ứng dụng thấy rõ sau:

Internet of things giúp quản lý hạ tầng tốt nhất.

Internet of things sẽ giúp cho con người có thể giám sát, kiểm soát

các hoạt động liên quan đến cơ sở hạ tầng.

»

ARDUIHD VA LẬP TBlHH lo i CHƯƠNG 1: TÍN fi QUAN

NÓ giúp cho con người có thể theo dõi các sự kiện, các biến động,

giúp cho việc lập kế hoạch để đưa ra các phương án sửa chữa, bảo trì cơ

sở hạ tầng một cách hiệu quả nhất, tốn ít chi phí nhất thông qua việc kết

nối giữa các nhà cung cấp với nhau. Ngoài ra, cơ sỏ hạ tầng quan trọng có

thể được kiểm soát nhờ mạng lưới này như truy cập lộ trình chạy của tàu

điện... Bên cạnh đó là việc theo dõi hạ tầng các hoạt động từ đó giúp cho

việc quản lý tốt hơn, giảm thiểu sự cố, giải quyết tốt các trường hợp khẩn

cấp đem lại chất lượng dịch vụ gia tăng, chi phí giảm xuống. Kéo theo đó

là các lĩnh vực liên quan đến xử lý chất thải cũng được hưởng lợi theo

hướng tích cực.

Internet of things giúp ích rất nhiều trong nền y học hiện đại.

Hiện nay có nhiều thiết bị của loT có thể theo dõi được sức khỏe

của con người từ xa một cách chính xác, cùng với đó là các hệ thống

cảnh báo sức khỏe, các thông báo khẩn cấp đến con người về vấn đề

sức khỏe của họ. Các thiết bị loT thường liên quan đến bệnh huyết áp,

tim... Bên cạnh các thiết bị về cảnh báo sức khỏe thì hệ thống các thiết

bị tham gia điều trị sức khỏe như: máy giám sát cấy ghép, máy điều

hòa nhịp tim, trợ thính, cảm biến giọng nói.... Tất cả các thiết bị này đã

đưa nền y học tiến xa hơn hẳn so với thời kỳ trước đây khi chưa có loT.

Internet of things trong giao thông.

Lĩnh vực liên quan đến giao thông cũng được đầu tư khá nhiều

các sản phẩm loT. Các sản phẩm này giúp cho việc truyền tải thông tin

liên lạc, kiểm soát và xử lý của hệ thống giao thông vận tải được tốt

hơn, hiệu quả và nhanh chóng hơn. loT đã phát triển từ sự hội tụ

của công nghệ không dây, công nghệ vi cơ điện tử và Internet.

Nói đơn giản, loT là một tập hợp các thiết bị có khả năng kết

nối với nhau, với internet và với thế giới bên ngoài để thực hiện một

công việc nào đó. Một điều lạ mà chúng ta cần quan tâm vì thường hiểu

sai đó là: Sự thông minh và tự động trong điều khiển thực chất không

phải là một phần trong ý tưởng về loT.

Các máy móc có thể dễ dàng nhận biết và phản hổi !ại môi

trường xung quanh, chúng cũng có thể tự điều khiển bản thân

(autonomous control) mà không cần đến kết nối mạng. Tuy nhiên, trong

thời gian gần đây người ta bắt đầu nghiên cứu kết hợp hai khái niệm loT

và Autonomous Control lại với nhau.

CIIÍỮNG1: TỔNG QUAN • • ABBUIHO VÀ LẬP TBÌHH HT

Tương lai của loT có thể là một mạng lưới các thực thể

thông minh có khả năng tự tổ chức và hoạt động riêng lẻ tùy theo tình

huống, môi trường, đồng thời chúng cũng có thể liên lạc với nhau để

trao đổi thông tin, dữ liệu.

Việc tích hợp trí thông minh vào loT còn có thể giúp các thiết bị,

máy móc, phần mềm thu thập và phân tích các sự kiện. Con người khi

chúng ta tương tác với những thứ thông minh, từ đó phát hiện ra các tri

thức mới liên quan tới cuộc sống, môi trường, các mối tương tác xã hội

cũng như hành vi con người. Các thực thể, máy móc trong loT sẽ phản

hồi dựa theo các sự kiện diễn ra trong lúc chúng hoạt động theo thời

gian thực. Một số nhà nghiên cứu từng nói rằng một mạng lưới các

sensor chính là một thành phần của loT.

Mặc dầu những gì loT mang đến cho người dùng chúng ta

những tiện ích cả trong dân dụng cũng như công nghiệp không có gì

phải bàn cãi nhưng việc thiết kế, sản xuất và hoàn thiện một sản phẩm

loT, đặc biệt là những sản phẩm dân dụng đòi hỏi kinh nghiêm và sự

chú tâm cao độ đến từng công đoạn, từ tư duy thiết kế, thiết kế, lập

trình, thử nghiệm, xây dựng ứng dụng và trải nghiêm... chắc chắn bạn

sẽ gặp nhiều khó khăn nào trong việc xây dựng nhUng sản phẩm loT.

Ngay cả khi bạn đã phát triển một sản phẩm hoàn thiện VỚI chi

phí, rủi ro thấp và chất lượng cao trong phòng thí nghiệm nhưng khi áp

dụng ngoài đời (sản xuất hàng loạt) các bạn sẽ còn gặp không biết bao

nhiêu trở ngại cả về kinh tế và kỹ thuật.

Các bạn cần phải tìm hiểu về loT nhiều hơn nữa trước khi dấn

thân vào lĩnh vực đầy cam go này. Phần trình bày sau là tóm lược

những yếu tố cần có cho một hệ thống loT để bạn đọc có cái nhìn khái

quát về nó, ít nhiều giúp bạn đọc thích thú và đầu tư nhiều hơn nữa cho

lĩnh vực mới đầy năng động này.

Một hệ thống loT được tạo nên bởi 3 yếu tô sau:

❖ Cảm biến và cơ cấu tác động (Sensors & actuators).

❖ Sự kết nối (Connectivity).

❖ Con người và quá trình điều khiển (People & Processes).

Dưới đây là phần trình bày chi tiết về các yếu tô này.