Giới thiệu về IoT

0
1642

Các nội dung sẽ được đề cập trong bài:

‘Internet of Things’ là gì?

Các thiết bị IoT

Thiết lập thiết bị

Các ứng dụng của IoT

1. ‘Internet of Things’ là gì?

Thuật ngữ ‘Internet of Things’ được Kevin Ashton đưa ra vào năm 1999, để chỉ việc kết nối Internet với thế giới vật chất thông qua các cảm biến. Kể từ đó, thuật ngữ này đã được sử dụng để mô tả bất kỳ thiết bị nào tương tác với thế giới vật lý xung quanh nó, bằng cách thu thập dữ liệu từ các cảm biến hoặc cung cấp các tương tác trong thế giới thực thông qua bộ truyền, thường được kết nối với các thiết bị khác hoặc Internet.

Cảm biến thu thập thông tin từ thế giới, như đo tốc độ, nhiệt độ hoặc vị trí.

Bộ truyền động chuyển đổi tín hiệu điện thành các tương tác trong thế giới thực như kích hoạt công tắc, bật đèn, tạo âm thanh hoặc gửi tín hiệu điều khiển đến phần cứng khác, như để bật ổ cắm điện.

IoT với tư cách là một lĩnh vực công nghệ không chỉ là các thiết bị – nó bao gồm các dịch vụ dựa trên đám mây có thể xử lý dữ liệu cảm biến hoặc gửi yêu cầu đến các thiết bị truyền động được kết nối với các thiết bị IoT. Nó cũng bao gồm các thiết bị không có kết nối Internet, thường được gọi là thiết bị xử lý tại biên. Những thiết bị này có thể tự xử lý và phản hồi dữ liệu cảm biến, thường sử dụng các mô hình AI được đào tạo trên đám mây.

IoT là lĩnh vực công nghệ đang phát triển nhanh chóng. Ước tính đến cuối năm 2020, 30 tỷ thiết bị IoT đã được triển khai và kết nối Internet, đến năm 2025, các thiết bị IoT sẽ thu thập gần 80 zettabyte dữ liệu hoặc 80 nghìn tỷ gigabyte.

Dữ liệu này là chìa khóa thành công của IoT. Để trở thành một nhà phát triển IoT thành công, bạn cần hiểu dữ liệu bạn cần thu thập, cách thu thập, cách đưa ra quyết định dựa trên dữ liệu đó và cách sử dụng những quyết định đó để tương tác với thế giới vật lý.

2. Thiết bị IoT

Chữ T trong IoT là viết tắt của Things – các thiết bị tương tác với thế giới vật chất xung quanh bằng cách thu thập dữ liệu từ các cảm biến hoặc cung cấp các tương tác trong thế giới thực thông qua bộ truyền động.

Các thiết bị để sản xuất hoặc sử dụng thương mại, như bộ theo dõi sức khỏe hoặc bộ điều khiển máy công nghiệp thường được sản xuất theo yêu cầu. Họ sử dụng bảng mạch tùy chỉnh hay bộ xử lý tùy chỉnh, thiết kế để đáp ứng nhu cầu của tác vụ cụ thể như để vừa với cổ tay hoặc đủ chắc chắn để làm việc trong môi trường nhà máy nhiệt độ cao, căng thẳng cao hoặc rung động cao.

Dù là nhà phát triển đang tìm hiểu về IoT hay đang chế tạo một thiết bị thử nghiệm cũng cần bắt đầu với bộ công cụ dành cho nhà phát triển. Đây là các thiết bị IoT có mục đích chung được thiết kế cho các nhà phát triển sử dụng, thường có các tính năng mà trên thiết bị sản xuất không có, như một chân cắm bên ngoài để kết nối cảm biến hoặc bộ truyền động; phần cứng để hỗ trợ gỡ lỗi hoặc các tài nguyên bổ sung.

Các bộ công cụ dành cho nhà phát triển thường chia thành hai loại: bộ vi điều khiển và máy tính một bảng mạch.

Điện thoại cũng được coi là một thiết bị IoT có mục đích chung, với các cảm biến và thiết bị truyền động được tích hợp sẵn, sử dụng các ứng dụng khác nhau với các dịch vụ đám mây khác nhau.

* Bộ vi điều khiển

Bộ vi điều khiển (viết tắt là MCU) là một máy tính nhỏ bao gồm:

– Một hoặc nhiều đơn vị xử lý trung tâm (CPU) – ‘bộ não’ của bộ vi điều khiển chạy chương trình.

– Bộ nhớ (RAM và bộ nhớ chương trình) – nơi lưu trữ chương trình, dữ liệu và các biến.

– Kết nối đầu vào/ đầu ra (I/O) có thể lập trình – để giao tiếp với các thiết bị ngoại vi (thiết bị được kết nối) như cảm biến và thiết bị truyền động

Bộ vi điều khiển thường là các thiết bị tính toán có chi phí thấp, với giá trung bình cho các thiết bị được sử dụng trong phần cứng tùy chỉnh có giá khoảng US$ 0,50 hay US$ 0,03. Bộ dụng cụ dành cho nhà phát triển có giá ở mức thấp nhất là US$ 4, khi thêm nhiều tính năng hơn thì chi phí tăng lên. Wio Terminal- bộ công cụ dành cho nhà phát triển vi điều khiển từ Seeed studio có cảm biến, thiết bị truyền động, WiFi và màn hình có giá khoảng US$ 30.

 Khi tìm kiếm về vi điều khiển trên Internet, nên chú ý vì nếu chỉ sử dụng thuật ngữ MCU đôi khi sẽ cho cho kết quả khác như Marvel Cinematic Universe.

Các bộ vi điều khiển được thiết kế để lập trình nhằm thực hiện một số tác vụ cụ thể thay vì trở thành các máy tính có mục đích chung như PC hoặc Mac. Bình thường các bộ vi điều khiển không thể kết nối màn hình, bàn phím, chuột.

Bộ dụng cụ dành cho nhà phát triển vi điều khiển thường đi kèm với các cảm biến và bộ truyền động bổ sung trên bo mạch. Hầu hết các bo mạch sẽ có một hoặc nhiều đèn LED có thể lập trình, cùng với các thiết bị khác như phích cắm tiêu chuẩn để thêm nhiều cảm biến hoặc bộ truyền động sử dụng hệ sinh thái của các nhà sản xuất khác nhau hoặc cảm biến tích hợp (thường là những thiết bị phổ biến nhất như cảm biến nhiệt độ). Một số vi điều khiển tích hợp kết nối không dây như Bluetooth hoặc WiFi hoặc có thêm vi điều khiển trên bo mạch.

– Vi điều khiển thường được lập trình bằng C / C ++.

* Máy tính một bảng mạch

Máy tính một bảng mạch là một thiết bị máy tính nhỏ chứa tất cả các yếu tố của một máy tính hoàn chỉnh trên một bảng mạch duy nhất. Đây là những thiết bị có thông số kỹ thuật gần với máy tính để bàn, máy tính xách tay hoặc máy tính Mac, chạy hệ điều hành đầy đủ, nhưng nhỏ, sử dụng ít năng lượng hơn và rẻ hơn đáng kể.

Raspberry Pi là một trong những máy tính một bảng mạch phổ biến nhất.

Giống như một bộ vi điều khiển, máy tính một bảng mạch có CPU, bộ nhớ và các chân đầu vào/đầu ra nhưng có các tính năng bổ sung như chip đồ họa cho phép bạn kết nối màn hình, đầu ra âm thanh và cổng USB để kết nối chuột bàn phím và các thiết bị USB tiêu chuẩn khác như webcam hoặc bộ nhớ ngoài. Các chương trình không lưu trên chip nhớ được tích hợp trong bo mạch mà được lưu trữ trên thẻ SD hoặc ổ cứng cùng với hệ điều hành.

Có thể coi máy tính một bảng mạch như một phiên bản nhỏ hơn, rẻ hơn của PC hoặc Mac được bổ sung các chân GPIO (đầu vào/đầu ra đa năng) để tương tác với các cảm biến và bộ truyền động.

Máy tính một bảng mạch có đầy đủ tính năng, vì vậy có thể được lập trình bằng bất kỳ ngôn ngữ nào. Các thiết bị IoT thường được lập trình bằng Python.

* Lựa chọn phần cứng

Các bài học tiếp theo gồm các bài tập sử dụng thiết bị IoT để tương tác với thế giới vật lý và giao tiếp với đám mây. Mỗi bài học hỗ trợ 3 thiết bị – Arduino (sử dụng Thiết bị đầu cuối Seeed Studios Wio) hoặc máy tính một bo mạch, thiết bị vật lý (Raspberry Pi 4) hoặc máy tính một bảng mạch ảo chạy trên PC hoặc Mac.

Có thể hoàn thành bài tập bằng cách sử dụng một máy tính một bảng mạch ảo do đó không cần phải sử dụng phần cứng IoT.

Nên chọn phần cứng dựa vào những gì sẵn có ở nhà hay trường học và ngôn ngữ lập trình bạn biết hoặc dự định học. Cả hai phiên bản phần cứng sẽ sử dụng cùng một hệ sinh thái cảm biến, vì vậy có thể thay đổi phần cứng mà không cần phải thay thế hầu hết các bộ kit. Học trên máy tính một bảng mạch ảo sẽ tương đương với việc học trên Raspberry Pi, với hầu hết mã có thể chuyển sang khi được triển khai trên thiết bị và cảm biến thật.

* Bộ công cụ dành cho nhà phát triển Arduino

Nếu quan tâm đến việc học phát triển vi điều khiển thì có thể hoàn thành bài tập bằng thiết bị Arduino. Bạn cần có hiểu biết cơ bản về lập trình C/C ++, vì các bài học chỉ dạy mã liên quan đến framework trong Arduino, các cảm biến và bộ truyền động đang được sử dụng cũng như các thư viện tương tác với đám mây.

Các bài tập sẽ sử dụng Visual Studio Code với phần mở rộng PlatformIO để phát triển vi điều khiển. Ngoài ra, có thể sử dụng Arduino IDE.

* Bộ công cụ dành cho nhà phát triển máy tính một bảng mạch

Nếu quan tâm đến việc học phát triển IoT bằng máy tính một bảng mạch, có thể hoàn thành bài tập bằng Raspberry Pi hoặc thiết bị ảo chạy trên PC hoặc Mac. Bạn cần có hiểu biết cơ bản về lập trình Python.

Các bài tập sẽ sử dụng Visual Studio Code.

Nếu đang sử dụng Raspberry Pi, có thể chạy Pi bằng phiên bản máy tính sử dụng Hệ điều hành Raspberry Pi và mã hóa trực tiếp trên Pi bằng cách sử dụng phiên bản Hệ điều hành Raspberry Pi của VS Code hoặc chạy Pi với mã từ PC hoặc Mac bằng VS Code với tiện ích mở rộng SSH từ xa cho phép kết nối với Pi và chỉnh sửa, gỡ lỗi và chạy mã giống như đang viết mã trực tiếp trên đó.

Nếu sử dụng thiết bị ảo, người học sẽ viết mã trực tiếp trên máy tính của mình. Thay vì truy cập các cảm biến và bộ truyền động, người học sẽ sử dụng một công cụ để mô phỏng phần cứng này, cung cấp các giá trị cảm biến có thể xác định và hiển thị kết quả của bộ truyền động trên màn hình.

3. Thiết lập thiết bị

Trước khi bắt đầu lập trình thiết bị IoT, cần thực hiện một số thiết lập.

– Nếu chưa có thiết bị, hãy tham khảo hướng dẫn phần cứng để lựa chọn thiết bị sẽ sử dụng. Không cần mua phần cứng, vì tất cả các dự án đều có thể chạy trên phần cứng ảo.

Những hướng dẫn này bao gồm các liên kết đến các trang web của bên thứ ba từ những người tạo ra phần cứng hoặc công cụ mà bạn sẽ sử dụng. Điều này nhằm đảm bảo luôn sử dụng các hướng dẫn cập nhật mới nhất cho các công cụ và phần cứng khác nhau.

Truy cập các link bên dưới để được hướng dẫn cài đặt thiết bị và chạy ví dụ “Hello world”. Đây là bước đầu tiên trong việc thiết kế một đèn ngủ IoT sẽ được trình bày ở các bài sau.

Arduino – Wio Terminal  

Máy tính một bảng mạch – Raspberry Pi

Máy tính một bảng mạch – Thiết bị ảo

– Sử dụng VS code cho cả máy tính Arduino và máy tính một bảng mạch. Đọc thêm thông tin trên trang VS Code.

4. Các ứng dụng của IoT

– IoT cho người dùng cá nhân

– IoT trong kinh doanh

– IoT trong công nghiệp

– IoT trong cơ sở hạ tầng

* IoT cho người dùng cá nhân

Consumer IoT đề cập đến các thiết bị IoT mà người dùng sẽ sử dụng xung quanh căn nhà của họ. Những thiết bị này cực kỳ hữu ích, như loa thông minh, hệ thống sưởi thông minh và robot hút bụi. Một số người dùng còn nghi ngờ về tính hữu dụng của một số thiết bị, ví dụ như đôi khi người dùng không thể điều khiển bằng giọng nói vì không thể nghe thấy qua tiếng nước chảy.

Các thiết bị IoT đang dần trao quyền cho người dùng đặc biệt là rất hữu ích với 1 tỷ người khuyết tật trên thế giới. Máy hút bụi robot làm sạch sàn nhà đặc biệt hữu dụng cho những người khó khăn di chuyển không thể tự hút bụi; lò nướng điều khiển bằng giọng nói giúp những người có tầm nhìn hạn chế hoặc khó di chuyển có thể làm nóng lò chỉ bằng giọng nói; máy theo dõi sức khỏe cho phép bệnh nhân tự theo dõi tình trạng bệnh mãn tính, được cập nhật thường xuyên và chi tiết về các tình trạng của họ. Các thiết bị này đang trở nên phổ biến đến mức ngay cả trẻ nhỏ cũng đang sử dụng như một phần trong cuộc sống hàng ngày, chẳng hạn như học sinh học qua mạng trong thời gian diễn ra đại dịch COVID có thể đặt hẹn giờ trên thiết bị nhà thông minh để theo dõi bài tập ở trường hoặc báo thức để nhắc chúng về các buổi họp lớp sắp tới.

* IoT trong kinh doanh

IoT thương mại là việc sử dụng IoT tại nơi làm việc. Trong môi trường văn phòng, có thể sử dụng các cảm biến và máy dò chuyển động để quản lý ánh sáng và hệ thống sưởi để giữ đèn và tắt nhiệt khi không cần thiết, giúp giảm chi phí và lượng khí thải carbon. Trong nhà máy, các thiết bị IoT có thể giám sát các mối nguy về an toàn như công nhân không đội mũ cứng hoặc tiếng ồn đến mức nguy hiểm. Trong bán lẻ, các thiết bị IoT có thể đo nhiệt độ của kho lạnh, cảnh báo cho chủ cửa hàng nếu nhiệt độ tủ lạnh hoặc tủ đông nằm ngoài phạm vi yêu cầu hoặc giám sát các mặt hàng trên kệ để chỉ đạo nhân viên bổ sung sản phẩm đã được bán. Ngành vận tải ngày càng ứng dụng nhiều IoT để giám sát vị trí phương tiện, theo dõi quãng đường di chuyển để tính phí cho người sử dụng đường bộ, theo dõi giờ của người lái xe hoặc thông báo cho nhân viên khi xe đang đến kho để chuẩn bị xếp hoặc dỡ hàng.

* IoT trong công nghiệp (IIoT)

IoT công nghiệp hoặc IIo, là việc sử dụng các thiết bị IoT để điều khiển và quản lý máy móc trên quy mô lớn, bao gồm một loạt các trường hợp sử dụng, từ nhà máy đến nông nghiệp kỹ thuật số.

Các nhà máy sử dụng các thiết bị IoT theo nhiều cách khác nhau. Máy móc có thể được giám sát bằng nhiều cảm biến để theo dõi nhiệt độ, độ rung và tốc độ quay. Dữ liệu này giúp cho phép dừng máy nếu nó nằm ngoài một số dung sai nhất định, như khi máy chạy quá nóng và bị tắt hoặc được thu thập và phân tích theo thời gian để dự đoán bảo trì, trong đó các mô hình AI sẽ xem xét dữ liệu dẫn đến lỗi và sử dụng dữ liệu đó để dự đoán các lỗi khác trước khi chúng xảy ra.

Nông nghiệp kỹ thuật số rất quan trọng, đặc biệt khi dân số ngày càng tăng và trong trường hợp 500 triệu hộ gia đình với 2 tỷ người sống bằng nghề nông tự cung tự cấp. Nông nghiệp kỹ thuật số có thể từ một vài cảm biến đơn giản đến các thiết lập thương mại lớn. Người nông dân có thể theo dõi nhiệt độ để dự đoán khi nào một loại cây trồng sẵn sàng cho thu hoạch. Họ có thể kết nối việc theo dõi độ ẩm của đất với hệ thống tưới nước tự động để cung cấp lượng nước cần thiết cho cây trồng mà không lãng phí nước. Nông dân thậm chí đang tiến xa hơn và sử dụng máy bay không người lái, dữ liệu vệ tinh và AI để theo dõi sự phát triển của cây trồng, dịch bệnh và chất lượng đất trên những diện tích đất nông nghiệp khổng lồ.

* IoT trong cơ sở hạ tầng

IoT trong cơ sở hạ tầng đang giám sát và kiểm soát cơ sở hạ tầng cục bộ và toàn cầu mà mọi người sử dụng hàng ngày.

Thành phố thông minh là các khu vực đô thị sử dụng các thiết bị IoT để thu thập dữ liệu về thành phố và sử dụng dữ liệu đó để cải thiện cách vận hành thành phố. Các thành phố này thường được điều hành với sự hợp tác giữa chính quyền địa phương, giới học thuật và doanh nghiệp địa phương, theo dõi và quản lý từ giao thông đến bãi đậu xe và ô nhiễm. Ví dụ, cư dân địa phương ở Copenhagen, Đan Mạch rất quan tâm đến vấn đề ô nhiễm không khí, vì vậy người ta đo lường để thu thập dữ liệu giúp cung cấp thông tin các tuyến đường đi xe đạp và chạy bộ sạch nhất.

Lưới điện thông minh cho phép phân tích nhu cầu điện năng tốt hơn bằng cách thu thập dữ liệu sử dụng ở cấp độ các ngôi nhà riêng lẻ. Dữ liệu này làm căn cứ cho các quyết định ở cấp quốc gia, bao gồm nơi xây dựng các trạm phát điện mới và ở cấp độ cá nhân bằng cách cung cấp cho người dùng thông tin chi tiết về lượng điện năng họ đang sử dụng, thời điểm họ sử dụng và thậm chí đề xuất về cách giảm chi phí, như như sạc xe điện vào ban đêm.

Ví dụ về các thiết bị IoT thực tế đang được sử dụng trong đời sống hàng ngày.

Trong đời sống gia đình xung quanh ta có rất nhiều thiết bị được kết nối với Internet với các tính năng thông minh như điều khiển ứng dụng, điều khiển bằng giọng nói hoặc khả năng gửi dữ liệu qua điện thoại như:

– Loa thông minh

– Tủ lạnh, máy rửa bát, lò nướng và lò vi sóng

– Màn hình điện cho các tấm pin mặt trời

– Phích cắm thông minh

– Chuông cửa có hình ảnh và camera an ninh

– Bộ điều nhiệt thông minh với nhiều cảm biến phòng thông minh

– Dụng cụ mở cửa nhà để xe

– Hệ thống giải trí gia đình và TV điều khiển bằng giọng nói

– Đèn chiếu sáng

– Theo dõi sức khỏe và thể dục

Tất cả các loại thiết bị này đều có cảm biến và/hoặc bộ truyền động và giao tiếp với Internet. Người dùng có thể nhận được thông tin qua điện thoại nếu cửa nhà để xe đang mở và yêu cầu loa thông minh đóng lại. Thậm chí có thể đặt bộ hẹn giờ để nếu cửa xe vẫn mở vào ban đêm, nó sẽ tự động đóng lại. Khi chuông cửa đổ chuông, dù đang ở đâu, qua điện thoại, người dùng có thể biết là ai và nói chuyện với họ qua loa và micrô được tích hợp sẵn trên chuông cửa. Người dùng cũng có thể theo dõi lượng đường trong máu, nhịp tim và mô hình giấc ngủ của mình, tìm kiếm các mẫu trong dữ liệu để cải thiện sức khỏe, có thể điều khiển đèn của mình qua đám mây và ngồi trong bóng tối khi kết nối Internet gặp sự cố.

Biên dịch: Bắc Đặng

Để cập nhật tin tức công nghệ mới nhất và các sản phẩm của công ty AIoT JSC, vui lòng truy cập link: http://aiots.vn hoặc linhkienaiot.com

1 1 Bỏ phiếu
Article Rating
Subscribe
Notify of
guest
0 Comments
Phản hồi nội tuyến
Xem tất cả các bình luận