Đồ án Thiết kế và thi công hệ thống giám sát chung cư thông qua internet (Phần 1)

Nội dung text: Đồ án Thiết kế và thi công hệ thống giám sát chung cư thông qua internet (Phần 1)

1. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO NGÀNH ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐỀ TÀI: HIẾT KẾ VÀ THI CÔNG HỆ THỐNG GIÁM SÁT CHUNG CƯ THÔNG QUA INTERNET GVHD : TS. NGUYỄN THANH HẢI SVTH : HUỲNH QUỐC HOÀNG MSSV : 13141492 SVTH : HỒ NHÂN BẢO MSSV : 13141454 Khoá : 2013-2017 S K L 0 0 4 9 7 1 Tp. Hồ Chí Minh, tháng 07/2017
2. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Đề tài: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG HỆ THỐNG GIÁM SÁT CHUNG CƯ THÔNG QUA INTERNET SVTH : HUỲNH QUỐC HOÀNG MSSV : 13141492 SVTH : HỒ NHÂN BẢO MSSV : 13141454 Khóa : 2013 Ngành : ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP GVHD: TS. NGUYỄN THANH HẢI Tp. Hồ Chí Minh, tháng 7 năm 2017
3. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Đề tài: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG HỆ MÔ HÌNH GIÁM SÁT CHUNG CƯ THÔNG QUA INTERNET SVTH : HUỲNH QUỐC HOÀNG MSSV : 1314192 SVTH : HỒ NHÂN BẢO MSSV : 13141454 Khóa : 2013 Ngành : ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP GVHD: TS. NGUYỄN THANH HẢI Tp. Hồ Chí Minh, tháng 7 năm 2017
4. LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành đồ án tốt nghiệp này, lời đầu tiên chúng em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến thầy TS. Nguyễn Thanh Hải, đã tận tình hướng dẫn trong suốt quá trình chúng em thực hiện đồ án. Chúng em cũng xin chân thành cảm ơn quý thầy, cô trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM, đặc biệt là các thầy cô trong khoa Đào tạo chất lượng cao, đã nhiệt tình giúp đỡ, truyền đạt kiến thức trong suốt quá trình học tập của nhóm tại trường. Vốn kiến thức được tiếp thu trong quá trình học tập không chỉ là nền tảng cho quá trình thực hiện đồ án tốt nghiệp mà còn là hành trang quý báu cho sự nghiệp của nhóm sau này. Bên cạnh đó, chúng tôi xin cảm ơn sự hỗ trợ và giúp đỡ của bạn bè trong thời gian học tập tại Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh và trong quá trình hoàn thành luận văn tốt nghiệp này. Cuối cùng, chúng con chân thành cảm ơn sự động viên và hỗ trợ của gia đình trong suốt thời gian học tập. Đặc biệt, chúng con xin gửi lời cảm ơn trân trọng nhất đến cha mẹ, người đã sinh ra và nuôi dưỡng chúng con nên người. Sự quan tâm, lo lắng và hy sinh lớn lao của cha mẹ luôn là động lực cho chúng con cố gắng phấn đấu trên con đường học tập của mình. Xin chân thành cảm ơn! Người thực hiện đề tài Huỳnh Quốc Hoàng Hồ Nhân Bảo iv
5. TÓM TẮT Hiện nay, điện thoại đi động thông minh ( Smart Phone) đang ngày càng phát triển và phổ biến trên thế giới. Việc áp dụng điện thoại thông minh trong việc quản lý chung cư ở Việt Nam chưa phát triển mạnh; thêm vào đó việc lập trình ứng dụng trên điện thoại vào các sản phâm IoTs ngày càng phổ biến và dễ tiếp cận hơn bao giờ hết. Với mục đích muốn tiếp cận với công nghệ IoTs cũng như mảng lập trình ứng dụng trên điện thoại di động chúng em mong muốn tự tạo một ứng dụng giúp người sử dụng có thể nhận biết người quen đến nhà của mình, sử dụng các kiến thức đã học trên môn lập trình Android và dựa trên nền tảng của các mã nguồn mở lập trình ứng dụng, em đã tạo thành công ứng dụng giám sát chung cư thông qua Internet. Trong quá trình thực hiện đề tài Thiết kế và thi công mô hình giám sát chung cư thông qua Internet, mặc dù nhóm thực hiện đề tài đã cố gắng hoàn thành nhiệm vụ đặt ra và đúng thời hạn nhưng do còn hạn chế về kiến thức nên chắc chắn sẽ không tránh khỏi những thiếu sót, hạn chế, mong quý Thầy/Cô và các bạn sinh viên thông cảm. Nhóm rất biết ơn và mong nhận được những ý kiến đóng góp của quý Thầy/Cô và các bạn sinh viên về đề tài này. v
6. MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN IV TÓM TẮT V CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1 1.1. Đặt vấn đề: 1 1.2. Lý do chọn đề tài: 1 1.3. Mục tiêu: 1 1.4. Nội dung nghiên cứu: 2 1.5. Giới hạn: 2 1.6. Bố cục: 2 CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 4 2.1. Giới thiệu về Raspberry Pi: 4 2.1.1. Giới thiệu về bo mạch Raspberry Pi 3: 4 2.1.2. Cấu hình Raspberry Pi 3: 5 2.2. Tổng quan MQTT: 7 2.2.1. Giới thiệu MQTT: 7 2.2.2. Đặc điểm giao thức MQTT: 8 2.2.3. Cấu trúc giao thức MQTT: 8 2.2.4. Tầng ứng dụng( qualities of server): 9 2.2.5. Bảo mật: 9 2.3. Tổng quan M-JPEG: 10 2.3.1. Giới thiệu M-JPEG: 10 2.3.2. Đặc điểm M-JPEG: 10 2.3.3. Cấu trúc M-JPEG: 10 2.4. Gstreamer: 11 2.4.1. Giới thiệu Gstreamer: 11 2.4.2. Tính năng Gstreamer: 12 vi
7. 2.4.3. Cấu trúc Gstreamer: 12 2.5. Tổng quan ngôn ngữ lập trình Python: 15 2.5.1. Giới thiệu ngôn ngữ Python: 15 2.5.2. Đặc điểm của ngôn ngữ Python: 16 2.5.3. Đa luồng trong Python: 17 2.6. Android Studio: 22 2.6.1: Giới thiệu về Android Studio: 22 2.6.2. Cấu trúc Android Studio: 23 2.6.3. Service trong Android: 27 2.6.3.1. Giới thiệu: 27 2.6.3.2. Tạo một dịch vụ cơ bản: 28 2.6.3.3. Quản lý vòng đời của một dịch vụ: 29 2.6.4. Tạo một file trong project: 32 CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG 36 3.1. Giới thiệu hệ thống: 36 3.2. Sơ đồ khối toàn hệ thống: 36 3.3. Tính toán và thiết kế hệ thống: 37 3.3.1. Khối thu thập dữ liệu: 37 3.3.1.1. Lựa chọn camera: 37 a. Giới thiệu Webcam E-Blue: 37 b. Cấu hình webcam E-Blue Lente: 37 3.3.1.2. Keypad 4x4: 38 3.3.1.3. Thiết kế: 39 3.3.2. Khối hiển thị và cảnh báo: 39 3.3.2.1. Giới thiệu LCD16x2: 39 3.3.2.2. Thiết kế: 40 3.3.3. Khối điều khiển trung tâm: 41 3.3.3.1. Phần cứng: 41 vii
8. 3.3.3.2. Phần mềm: 42 3.3.4. Khối nguồn: 50 3.3.5. Khối nhận dữ liệu và điều khiển: 51 3.3.6. Sơ đồ nguyên lý toàn mạch: 52 3.4. Thiết kế mô hình: 53 3.5. Thi công PCB: 53 3.6. Lưu đồ và chương trình vi xử lý: 54 3.7. Lưu đồ và chương trình trên ứng dụng trên Android Studio: 56 3.7.1. Lưu đồ cho úng dụng giám sát chung cư: 56 3.7.2. Thiết kế ứng dụng giám sát chung cư: 57 CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 60 4.1. Ứng dụng giám sát chung cư trên SmartPhone: 60 4.2. Thiết kế mô hình: 61 4.3. Sơ đồ mạch in: 63 4.4. Hoạt động của toàn hệ thống: 65 CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 68 5.1. Kết luận: 68 5.2. Hướng phát triển: 68 TÀI LIỆU THAM KHẢO 69 PHỤ LỤC 1: CODE PYTHON TRÊN RASPBERRY 70 PHỤ LỤC 2: CODE ANDROID 80 1. CHƯƠNG TRÌNH CHÍNH: 80 2. CHƯƠNG TRÌNH CON APP CHẠY NGẦM: 86 viii
9. DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 2 - 1: Bo mạch Raspberry Pi 3 5 Hình 2 - 8: Cơ chế giao thức MQTT 8 Hình 2 - 9: Cấu trúc Gstreamer(*) 11 Hình 2 - 10: Element trong Gstreamer(*) 12 Hình 2 - 11: Các trạng thái của elements 13 Hình 2 - 12: Pads liên kết các element lại với nhau(*) 13 Hình 2 - 13: Mô hình của Element, Bin và Pipeline 14 Hình 2 - 14: Cơ chế giao tiếp giữa các ứng dụng và pipeline(*) 15 Hình 2 - 15: Tổ chức bộ nhớ trong Python(*) 17 Hình 2 - 16: Giao diện làm việc của phần mềm Android Studio 23 Hình 2 - 17: Vùng làm việc thứ 1 24 Hình 2 - 18: Vùng làm việc thứ 2 25 Hình 2 - 19: Vùng làm việc thứ 3 25 Hình 2 - 20: Vùng làm việc số 4 26 Hình 2 - 21: Vùng làm việc số 5 26 Hình 2 - 22: Vùng làm việc thứ 6 27 Hình 2 - 23: Vòng đời của Service 30 Hình 2 - 24: Đặt tên cho Project trong Android studio 32 Hình 2 - 25: Chọn phiên bản Android mà ứng dụng sẽ chạy 33 Hình 2 - 26: Chọn loại Activity xuất hiện ban đầu 34 Hình 2 - 27: Đặt tên cho Activity và Layout 34 Hình 3 - 1: Sơ đồ khối của hệ thống 36 Hình 3 - 2: Bàn phím ma trận 4x4 38 Hình 3 - 3: Sơ đồ bàn phím ma trận 38 Hình 3 - 4: Sơ đồ nguyên lý kết nối ma trận phím 39 Hình 3 - 5: LCD16x2 39 Hình 3 - 6: Sơ đồ kết nối LCD 16 2 40 Hình 3 - 7: Sơ đồ nguyên lý kết nối Raspberry Pi 41 Hình 3 - 8: Cập nhật phần mềm cho Raspberry Pi3 42 Hình 3 - 9: Cài đặt xrdp cho Raspberry Pi3 42 Hình 3 - 10: Ứng dụng Remote Desktop 43 Hình 3 - 11: Thông báo truy cập được Raspberry Pi 43 Hình 3 - 12: Giao diện Raspberry Pi 44 Hình 3 - 13:Download gói MQTT vè 44 Hình 3 - 14: Giải nén gói tập tin MQTT 45 ix
10. Hình 3 - 15: Cài đặt MQTT 45 Hình 3 - 16: Khởi động server MQTT 45 Hình 3 - 17: Cài đặt MQTT Client 46 Hình 3 - 18: Cài đặt User và password để kết nối với server 46 Hình 3 - 19: Cài đặt gói phần mềm Gstreamer cho Raspberry Pi 47 Hình 3 - 20: Cài đặt driver camera cho Raspberry Pi 47 Hình 3 - 21: Cấu hình file wpa.conf 48 Hình 3 - 22: Sửa file cấu hình network cho Raspberry Pi 49 Hình 3 - 23: Khởi động kết nối wifi cho Raspberry Pi 49 Hình 3 - 24: Kết nối wifi cho Raspberry Pi 50 Hình 3 - 25: Cài đặt threading cho Pywhon3 trong Raspberry Pi 50 Hình 3 - 26: Adapter cho Raspberry Pi3 51 Hình 3 - 27: Sơ đồ nguyên lý toàn mạch Error! Bookmark not defined. Hình 3 - 28: Chi tiết mô hình 53 Hình 3 - 29: Chi tiết của mô hình (2) 53 Hình 3 - 30: Lưu đồ chương trình vi xử lý 55 Hình 3 - 31: Lưu đồ chương trình android 56 Hình 3 - 32: Thiết kế Layout cho ứng dụng 57 Hình 3 - 33: Giao diện của ứng dụng sau khi thiết kế 57 Hình 3 - 34: Thư viện sử dụng 58 Hình 4 - 1: Giao diện giám sát chung cư 60 Hình 4 - 2: Các thiết bị được sử dụng trong mô hình 61 Hình 4 - 3: Phần mặt trước của mô hình 62 Hình 4 - 4: Phần mặt sau của mô hình 62 Hình 4 - 5: Sơ đồ mạch in lớp dưới 63 Hình 4 - 6: Sơ đồ mạch in lớp trên 64 Hình 4 - 7: Sơ dồ mặt trên của mạch có gắn linh kiện 64 Hình 4 - 8: Điện thoại khi nhận được yêu cầu từ người đến chung cư 65 Hình 4 - 9: Bật camera qua sát để nhận biết khách đến 65 Hình 4 - 10: Cho phép khách vào 66 Hình 4 - 11: Hệ thống không cho phép khách vào 66 x
11. DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 2 - 1: Cấu hình phần cứng Raspberry Pi 3 5 Bảng 2 - 2: Chân Raspberry Pi3 6 Bảng 3 - 1: Thông số kỹ thuật webcam E-Blue lente 38 Bảng 3 - 2: Chức năng các chân LCD 16 2. 40 Bảng 3 - 3: Các linh kiện sử dụng trong mạch vi xử lý 53 Bảng 3 - 4: Các phương thức kết nối: 59 Bảng 4 - 1: Kết quá thực nghiệm đối với các mạng wifi khác nhau 67 xi
12. DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT MQTT: Message Queuing Telemetry Transport xii
13. CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1. Đặt vấn đề: Ngày nay, những công nghệ tiên tiến giúp cho cuộc sống thuận tiện hơn, cùng với sự phát triển của khoa học và công nghệ, các thiết bị điện tử thông minh được ứng dụng ngày càng rộng rãi và mang lại hiệu quả trong hầu hết các lĩnh vực khoa học kỹ thuật cũng như trong đời sống xã hội. Bên cạnh đó, chung cư được xây dựng ngày càng nhiều do nhu cầu tiện lợi và an toàn của mọi người, nhưng lại ít được áp dụng các công nghệ tự động để tiết kiệm thời gian trong việc đưa đón người quen vào chung cư. Từ nhu cầu trên nhóm em đã bắt tay tìm hiểu và thực hiện đề tài “Thiết kế và thi công mô hình giám sát chung cư thông qua internet”. 1.2. Lý do chọn đề tài: Maṇ g Internet ngày càng phát triển rôṇ g rãi gắn liền với công viêc̣ và cuôc̣ sống hằng ngày của con người. Sử duṇ g Internet đa ̃ và đang trở thành môṭ thói quen không thể thiếu trong cuôc̣ sống, từ hoc̣ tâp̣ , công viêc̣ đến giải trí. Với sư ̣ xuất hiêṇ của các thiết bi ṭ hông minh như smartphone, máy tính bảng viêc̣ truy câp̣ Internet trở nên dê ̃ dàng và tiêṇ lơị hơn rất nhiều. Để thực hiện các tính năng tự động hóa thông qua Internet giúp cho cuộc sống tiện lợi hơn thì các KIT nhúng xuất hiêṇ với nhiêṃ vu ̣hỗ trơ ̣ hoc̣ tâp̣ , nghiên cứ u ngày càng nhiều. Trong đó Raspbery Pi là một board mạch vi điều khiển với những tính năng mạnh mẽ và cho phép người lập trình có thể dễ dàng tiếp cận internet thông qua wifi. Dùng Raspbery Pi đưa các dữ liệu lên mạng sẽ dễ dàng hơn rất nhiều vì có kết nối mạng LAN hoặc thu sóng wifi trực tiếp. Với nhu cầu tìm hiểu về lĩnh vực điều khiển từ xa thông minh ứng dụng trong cuộc sống cùng với mong muốn tạo ra một sản phẩm có giá trị ứng dụng cao, nhóm em xin thực hiện đề tài “Thiết kế và thi công mô hình giám sát chung cư thông qua internet”. 1.3. Mục tiêu: Thiết kế và thi công luận văn này sẽ cung cấp cho người sử dụng giao diện trên điện thoại android để thấy người ra vào chung cư thông qua internet khi có yêu cầu. Giao diện dễ sử dụng và thuận tiện trong việc cho phép người quen qua cửa an ninh của chung cư mà không cần phải đưa đón. Hệ thống sử dụng module camera, LCD được điều khiển bởi module Raspbery Pi. 1
14. CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN 1.4. Nội dung nghiên cứu: - Tìm hiểu cách viết ứng dụng cho Raspberry pi và app android. - Thiết kế giao diện giám sát và điều khiển trên điện thoại android bằng android studio. - Thiết kế, lập trình và thi công giao tiếp giữa Raspberry pi và module camera. - Thiết kế, thi công và lập trình khối giao tiếp giữa Raspberry pi và wifi. - Thiết kế, thi công và lập trình khối giao tiếp giữa app android với Raspberry qua wifi. - Thiết kế, thi công mô hình giám sát chung cư qua camera. - Lắp ráp các khối điều khiển vào mô hình. - Chạy thử nghiệm hệ thống giám sát nhà ở. - Viết báo cáo kết quả đạt được sau khi thực hiện đồ án. 1.5. Giới hạn: - Thiết kế mô hình giám sát khách ra vào chung cư thông qua camera do người sử dụng quan sát. - Sử dụng module Raspberry Pi làm vi điều khiển trung tâm. - Sử dụng module camera với độ phân giải 640x480p tối thiểu 28 khung hình/giây. - Giám sát chung cư bằng điện thoại android. - Điều khiển khiển cảnh báo thông qua tùy chỉnh trong app trên điện thoại android. - Đề tài chỉ áp dụng ở nơi có kết nối wifi hoặc 3G. 1.6. Bố cục: - Chương 1: Tổng quan đề tài: Trình bày về sự cần thiết đề tài, vai trò của đề tài trong cuộc sống. Đồng thời nêu ra được các phương pháp tiếp cận và thực hiện đề tài theo từng bước. - Chương 2: Cơ sở lý thuyết liên quan. Nêu khái quát về công nghệ Internet, giới thiệu kit Raspberry Pi 3 với hệ điều hành Rasbian. Nêu lên các đặc điểm, giao thức truyền nhận dữ liệu, các thông số liên quan là cơ sở cho việc chọn thiết bị. giới thiệu phần mềm lập trình cho Raspberry Pi và điện thoại Android. - Chương 3: Thiết kế hệ thống. Trình bày về thiết kế ứng dụng giám sát chung cư gồm sơ đồ khối, sơ đồ nguyên lý toàn hệ thống của module vi xử lý và trên điện thoại. Đưa ra lưu đồ giải thuật cho ứng dụng và chương trình vi xử lý. - Chương 4: Kết quả so sánh, thực nghiệm, phân tích, tổng hợp. Chương này đưa ra các kết quả kiểm ra thực tế vào nhiều thời điểm trong ngày hoặc hoạt động trong các môi trường khác nhau. 2
15. CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN - Chương 5: Kết luận và hướng phát triển: Chương này sẽ đưa ra các kết quả đạt được sau khi thực hiện đồ án, các hướng phát triển và mở rộng của đồ án. 3
16. CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1. Giới thiệu về Raspberry Pi: Hiện tại ở Việt Nam và trên thế giới có rất nhiều KIT điện tử được sử dụng phổ biến như: Raspberry Pi, Arduino, STM32F103, Mini 2440, Trong đó, Raspberry Pi và Arduino là 2 KIT được sử dụng phổ biến nhất với giá thành vừa phải và có thể đáp ứng được yêu cầu đặt ra cho việc thực hiện điều khiển các thiết bị và truyền thông tin qua Internet. Arduino thường áp dụng với hệ thống linh hoạt với các khả năng giao tiếp với hầu hết các thiết bị đồng thời cũng là hệ thống lý tưởng để học tập lần đầu và nhiều dự án nhỏ hơn. Raspberry Pi thích hợp cho những dự án lớn hơn với yêu cầu cần hiển thị hay cần kết nối mạng. Với các chức năng tương tự như một máy tính mini chạy hệ điều hành Linux, cùng với việc thực hiện được nhiều dự án lớn, Raspberry Pi sẽ là lựa chọn hợp lý cho nhóm nghiên cứu để thực hiện đề tài “THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MÔ HÌNH GIÁM SÁT CHUNG CƯ THÔNG QUA INTERNET”. 2.1.1. Giới thiệu về bo mạch Raspberry Pi 3: Raspberry Pi – Chiếc máy tính mini bắt đầu được sản xuất bởi Quỹ Raspberry Pi vào tháng 12/2011. Chiếc máy tính này chỉ có kích cỡ bằng một chiếc thẻ tín dụng với đầy đủ các kết nối và tuỳ dung lượng RAM mà người mua lựa chọn. Được phát triển bởi Raspberry Pi Foundation là tổ chức phi lợi nhuận với tiêu chí xây dựng hệ thống mà nhiều người có thể sử dụng được trong những công việc tùy biến khác nhau. Raspberry Pi sản xuất bởi 3 OEM: Sony, Qsida, Egoman. Và được phân phối chính bởi Element14, RS Components và Egoman Đặc tính của Raspberry Pi xây dựng xoay quanh bộ xử lí SoC Broadcom BCM (là chip xử lí mobile mạnh mẽ có kích thước nhỏ hay được dùng trong điện thoại di động) bao gồm CPU, GPU, bộ xử lí âm thanh /video, và các tính năng khác tất cả được tích hợp bên trong chip có điện năng thấp này. Raspberry Pi không thay thế hoàn toàn hệ thống để bàn hoặc máy xách tay. Không thể chạy Windows trên Raspberry Pi vì BCM2837 dựa trên cấu trúc ARM nên không hỗ trợ mã x86/x64, nhưng vẫn có thể chạy bằng Linux với các tiện ích như lướt web, môi trường Desktop và các nhiệm vụ khác. Tuy nhiên Raspberry Pi là một thiết bị đa năng đáng ngạc nhiên với nhiều phần cứng có giá thành rẻ nhưng rất hoàn hảo cho những hệ thống điện tử, những dự án DIY, thiết lập hệ thống tính toán rẻ tiền cho những bài học trải nghiệm lập trình. 4
17. CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT Hình 2 - 1: Bo mạch Raspberry Pi 3 2.1.2. Cấu hình Raspberry Pi 3: Raspberry Pi 3 Model B là thế hệ thứ 3 và mới nhất tính đến thời điểm hiện tại dòng Raspberry Pi, được ra đời vào tháng 2 năm 2016. Cấu hình Raspberry Pi 3: Bảng 2 - 1: Cấu hình phần cứng Raspberry Pi 3 Stt Chức năng Phần cứng 1 CPU (Centra Broadcom BCM 2837 64bit ARMv8 Cortex A53 Process Unit) Quad Core, tốc độ 1.2GH 2 Bộ nhớ microSD 3 RAM 1GB LPDDR2 (900 MHz) 4 GPU Broadcom VideoCore IV 3D 4 USB 2.0, ngõ ra HDMI, ngõ ra RCA, 1 audio 6 Kết nối 3.5mm, Camera Serial Interface(CSI), 10/100 Ethernet, 2.4GHz 802.11n wireless, hỗ trợ Display Serial Interface(DSI), Tích hợp Bluetooth 4.1, 40 GPIO,2 SPI BUS 7 Nguồn 5V qua cổng Micro USB – dòng 2500 mA (12.5 W) 5
18. CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT Bảng 2 - 2: Chân Raspberry Pi3 Pin Tên chân 1 3.3v DC Power 2 DC Power 5v 3 GPI002 (SDA1 , PC) 4 DC Power 5v 5 GPI003 (SCL1 , I2C) 6 Ground 7 GPI004 (GPIO_GCLK) 8 (TXDO) GPI014 9 Ground 10 (RXDO) GPI015 11 GPI017 (GPIO_GENO) 12 (GPI0_GEN1) GPI018 13 GPI027 (GPIO_GEN2) 14 Ground 15 GPI022 (GPIO_GEN3) 16 (GPIO_GEN4) GPI023 17 3.3v DC Power 18 (GPIO_GEN5) GPI024 19 GPIOIO (SPI_MOSI) 20 Ground 21 GPI009 (SPI_MISO) 22 (GPIO_GEN6) GPI025 23 GPIO11 (SPI_CLK) 24 (SPI_CE0_N) GPI008 6
19. CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT 25 Ground 26 (SPI_CE1_N) GPI007 27 ID_SD (I2C ID EEPROM) 28 (PC I2C EEPROM) ID_SC 29 GPI005 30 Ground 31 GPI006 32 GPI012 33 GPI013 34 Ground 35 GPI019 36 GPI016 37 GPI026 38 GPI020 39 Ground 40 GPI021 2.2. Tổng quan MQTT: Để giao tiếp với Raspberry Pi qua Internet có rất nhiều cách, nhưng thông dụng nhất gồm có các giao thức và framework sau: MQTT, CoAP, WebblOPi. Trong đó MQTT là 1 giao thức đơn giản, sử dụng băng thông thấp trong môi trường có độ trễ cao và được sử dụng trong môi trường không ổn định nên nó là một giao thức lý tưởng cho các ứng dụng M2M. 2.2.1. Giới thiệu MQTT: MQTT (Message Queuing Telemetry Transport) là một giao thức gởi dạng publish/subscribe sử dụng cho các thiết bị Internet of Things, là một chuẩn giao thức nhắn tin dựa trên tiêu chuẩn ISO (ISO / IEC PRF 20922). Nó được thiết kế cho các kết nối với các địa điểm từ xa, nơi cần phải có một "dấu vết mã nhỏ" hoặc băng thông mạng bị giới hạn. 7
20. CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.2.2. Đặc điểm giao thức MQTT: Đặc điểm MQTT: - Là các chuẩn mở - Phù hợp hơn HTTP đối với các môi trường bị hạn chế - Cung cấp cơ chế truyền tin không đồng bộ - Chạy trên IP (Internet Protocol) 2.2.3. Cấu trúc giao thức MQTT: MQTT có mô hình client/server, nơi mà mỗi cảm biến là một khác hàng (client) và kết nối đến một máy chủ, có thể hiểu như một nhà môi giới (broker), thông qua giao thức TCP (Transmission Control Protocol) MQTT là giao thức định hướng bản tin. Mỗi bản tin là một đoạn rời rạc của tín hiệu và broker không thể nhìn thấy. Mỗi bản tin được publish một địa chỉ, có thể hiểu như một kênh. Client đăng kí vào một vài kênh để nhận/gửi dữ liệu, gọi là đăng ký. Máy con có thể đăng ký vào nhiều kênh. Mỗi máy con sẽ nhận được dữ liệu khi bất kì trạm nào khác gửi dữ liệu vào kênh đã đăng kí. Khi một client gửi một bản tin đến một kênh vào đó, gọi là publish. Ví dụ: một mạng đơn giản gồm 2 máy con, 1 điện thoại và một broker trung tâm. Cả 3 mở kết nối TCP với Broker. Điện thoại đăng kí tới kênh của máy con 1 và 2 topic 1 và topic 2. Từ đó server sẽ thông báo data từ máy con 1 và máy con 2 cho điện thoại. Hình 2 - 2: Cơ chế giao thức MQTT 8
21. S K L 0 0 2 1 5 4