Báo cáo môn học: Đồ án công nghệ 4.0 đề tài: thiết kế ngôi nhà thông minh | Trường đại học kinh doanh và công nghệ Hà Nội

lOMoAR cPSD| 48302938
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KINH DOANH VÀ CÔNG NGHỆ HÀ NỘI BÁO CÁO
MÔN HỌC: ĐỒ ÁN CÔNG NGHỆ 4.0
ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ NGÔI NHÀ THÔNG MINH
SINH VIÊN THỰC HIỆN: BÙI HOÀNG HIỆP LỚP: TH 26.09 MÃ SINH VIÊN: 2621211179 Hà nội 2024 lOMoAR cPSD| 48302938
Chương 1. Tổng quan về công nghệ 4.0
Khái niệm Cuộc cách mạng công nghiệp (CMCN) lần thứ 4 được GS. Klaus Schwab, người
Đức, Chủ tịch Diễn đàn Kinh tế Thế giới Davos đưa ra và đó cũng là chủ đề chính của diễn
đàn kinh tế lớn nhất thế giới năm 2016.
Khái niệm của cuộc Cách mạng công nghiệp 4.0
Thuật ngữ "Cách mạng công nghiệp lần thứ tư" đã được áp dụng cho sự phát triển công
nghệ quan trọng một vài lần trong 75 năm qua, và là để thảo luận về học thuật. Khái niệm
Công nghiệp 4.0 hay nhà máy thông minh lần đầu tiên được đưa ra tại Hội chợ công nghiệp
Hannover tại Cộng hòa Liên bang Đức vào năm 2011. Công nghiệp 4.0 nhằm thông minh
hóa quá trình sản xuất và quản lý trong ngành công nghiệp chế tạo. Sự ra đời của Công
nghiệp 4.0 tại Đức đã thúc đẩy các nước tiên tiến khác như Mỹ, Nhật, Trung Quốc, Ấn Độ
thúc đẩy phát triển các chương trình tương tự nhằm duy trì lợi thế cạnh tranh của mình.
Năm 2013, một từ khóa mới là "Công nghiệp 4.0" (Industrie 4.0) bắt đầu nổi lên xuất phát
từ một báo cáo của chính phủ Đức đề cập đến cụm từ này nhằm nói tới chiến lược công
nghệ cao, điện toán hóa ngành sản xuất mà không cần sự tham gia của con người. Tại Diễn
đàn Kinh tế Thế giới (WEF) lần thứ 46 đã chính thức khai mạc tại thành phố
Davos-Klosters của Thụy Sĩ, với chủ đề “Cuộc CMCN lần thứ 4”, Chủ tịch Diễn đàn Kinh
tế Thế giới đã đưa ra một định nghĩa mới, mở rộng hơn khái niệm Công nghiệp 4.0 của
Đức. Nhân loại đang đứng trước một cuộc cách mạng công nghiệp mới, có thể thay đổi
hoàn toàn cách chúng ta sống, làm việc và quan hệ với nhau. Quy mô, phạm vi và sự phức
tạp của lần chuyển đổi này không giống như bất kỳ điều gì mà loài người đã từng trải qua.
Cụ thể, đây là “một cụm thuật ngữ cho các công nghệ và khái niệm của tổ chức trong chuỗi
giá trị” đi cùng với các hệ thống vật lý trong không gian ảo, Internet kết nối vạn vật (IoT)
và Internet của các dịch vụ (IoS).
Hiện nay, Công nghiệp 4.0 đã vượt ra khỏi khuôn khổ dự án của Đức với sự tham gia của
nhiều nước và trở thành một phần quan trọng của cuộc cách mạng công nghiệp lần thứ tư.
Bản chất của CMCN lần thứ 4 là dựa trên nền tảng công nghệ số và tích hợp tất cả các công
nghệ thông minh để tối ưu hóa quy trình, phương thức sản xuất; nhấn mạnh những công
nghệ đang và sẽ có tác động lớn nhất là công nghệ in 3D, công nghệ sinh học, công nghệ
vật liệu mới, công nghệ tự động hóa, người máy,...
Cuộc CMCN thứ 4 hay Công nghiệp 4.0, là xu hướng hiện tại của tự động hóa và trao đổi
dữ liệu trong công nghệ sản xuất. Nó bao gồm các hệ thống mạng vật lý, mạng Internet kết
nối vạn vật và điện toán đám mây.
Cuộc CMCN lần thứ 4 không chỉ là về các máy móc, hệ thống thông minh và được kết nối,
mà còn có phạm vi rộng lớn hơn nhiều. Đồng thời là các làn sóng của những đột phá xa
hơn trong các lĩnh vực khác nhau từ mã hóa chuỗi gen cho tới công nghệ nano, từ các năng
lượng tái tạo tới tính toán lượng tử.
Công nghiệp 4.0 tạo điều kiện thuận lợi cho việc tạo ra các "nhà máy thông minh" hay “nhà
máy số”. Trong các nhà máy thông minh này, các hệ thống vật lý không gian ảo sẽ giám
sát các quá trình vật lý, tạo ra một bản sao ảo của thế giới vật lý. Với IoT, các hệ thống vật
lý không gian ảo này tương tác với nhau và với con người theo thời gian thực, và thông
qua IoS thì người dùng sẽ được tham gia vào chuỗi giá trị thông qua việc sử dụng các dịch vụ này.
Nhìn lại các cuộc cách mạng công nghiệp trong lịch sử
Cuộc cách mạng công nghiệp lần thứ nhất: 1 lOMoAR cPSD| 48302938
Nổ ra vào khoảng năm 1784. Đặc trưng của cuộc cách mạng công nghiệp lần thứ nhất này
là việc sử dụng năng lượng nước, hơi nước và cơ giới hóa sản xuất. Cuộc cách mạng công
nghiệp này được đánh dấu bởi dấu mốc quan trọng là việc James Watt phát minh ra động
cơ hơi nước năm 1784. Phát minh vĩ đại này đã châm ngòi cho sự bùng nổ của công nghiệp
thế kỷ 19 lan rộng từ Anh đến châu Âu và Hoa Kỳ.
Cuộc cách mạng công nghiệp đầu tiên đã mở ra một kỷ nguyên mới trong lịch sử nhân loại
– kỷ nguyên sản xuất cơ khí, cơ giới hóa. Cuộc cách mạng công nghiệp lần thứ nhất đã
thay thế hệ thống kỹ thuật cũ có tính truyền thống của thời đại nông nghiệp (kéo dài 17 thế
kỷ), chủ yếu dựa vào gỗ, sức mạnh cơ bắp (lao động thủ công), sức nước, sức gió và sức
kéo động vật bằng một hệ thống kỹ thuật mới với nguồn động lực là máy hơi nước và
nguồn nguyên, nhiên vật liệu và năng lượng mới là sắt và than đá. Nó khiến lực lượng sản
xuất được thúc đẩy phát triển mạnh mẽ, tạo nên tình thế phát triển vượt bậc của nền công
nghiệp và nền kinh tế. Đây là giai đoạn quá độ từ nền sản xuất nông nghiệp sang nền sản
xuất cơ giới trên cơ sở khoa học. Tiền đề kinh tế chính của bước quá độ này là sự chiến
thắng của các quan hệ sản xuất tư bản chủ nghĩa, còn tiền đề khoa học là việc tạo ra nền
khoa học mới, có tính thực nghiệm nhờ cuộc cách mạng trong khoa học vào thế kỷ XVII.
Cuộc cách mạng công nghiệp lần thứ 2 ra đời từ khoảng năm 1870 đến khi Thế Chiến I
nổ ra. Đặc trưng của cuộc cách mạng công nghiệp lần này là việc sử dụng năng lượng điện
và sự ra đời của các dây chuyền sản xuất hàng loạt trên quy mô lớn. Cuộc cách mạng công
nghiệp lần thứ hai diễn ra khi có sự phát triển của ngành điện, vận tải, hóa học, sản xuất
thép, và (đặc biệt) là sản xuất và tiêu dùng hàng loạt. Cuộc CMCN lần thứ 2 đã tạo nên
những tiền đề mới và cơ sở vững chắc để phát triển nền công nghiệp ở mức cao hơn nữa.
Cuộc cách mạng này được chuẩn bị bằng quá trình phát triển 100 năm của các lực lượng
sản xuất trên cơ sở của nền sản xuất đại cơ khí và bằng sự phát triển của khoa học trên cơ
sở kỹ thuật. Yếu tố quyết định của cuộc cách mạng này là chuyển sang sản xuất trên cơ sở
điện – cơ khí và sang giai đoạn tự động hóa cục bộ trong sản xuất, tạo ra các ngành mới
trên cơ sở khoa học thuần túy, biến khoa học thành một ngành lao động đặc biệt. Cuộc cách
này đã mở ra kỷ nguyên sản xuất hàng loạt, được thúc đẩy bởi sự ra đời của điện và dây
chuyền lắp ráp. Công nghiệp hóa thậm chí còn lan rộng hơn tới Nhật Bản sau thời Minh
Trị Duy Tân, và thâm nhập sâu vào nước Nga, nước đã phát triển bùng nổ vào đầu Thế
Chiến I. Về tư tưởng kinh tế – xã hội, cuộc cách mạng này tạo ra những tiền đề thắng lợi
của chủ nghĩa xã hội ở quy mô thế giới.
Cuộc cách mạng công nghiệp lần thứ 3 xuất hiện vào khoảng từ 1969, với sự ra đời và
lan tỏa của công nghệ thông tin (CNTT), sử dụng điện tử và công nghệ thông tin để tự động
hóa sản xuất. Cuộc cách mạng này thường được gọi là cuộc cách mạng máy tính hay cách
mạng số bởi vì nó được xúc tác bởi sự phát triển của chất bán dẫn, siêu máy tính, máy tính
cá nhân (thập niên 1970 và 1980) và Internet (thập niên 1990).
Cuộc cách mạng này đã tạo điều kiện tiết kiện các tài nguyên thiên nhiên và các nguồn lực
xã hội, cho phép chi phí tương đối ít hơn các phương tiện sản xuất để tạo ra cùng một khối
lượng hàng hóa tiêu dùng. Kết quả, đã kéo theo sự thay đổi cơ cấu của nền sản xuất xã hội
cũng như những mối tương quan giữa các khu vực I (nông - lâm - thủy sản), II (công nghiệp
và xây dựng) và III (dịch vụ) của nền sản xuất xã hội. Làm thay đổi tận gốc các lực lượng
sản xuất, cuộc Cách mạng KH&CN hiện đại đã tác động tới mọi lĩnh vực đời sống xã hội
loài người, nhất là ở các nước tư bản chủ nghĩa phát triển vì đây chính là nơi phát sinh của cuộc cách mạng này. 2 Downloaded by Tran Anh (anhtran1406@gmail.com) lOMoAR cPSD| 48302938
Chương 2. Công cụ cài đặt
Để thiết kế ngôi nhà thông minh em đã quyết định chọn công cụ Cisco Packet Tracer vì
đặc tính dễ sử dụng và hiệu quả mà công cụ này mang lại.
Cisco Packet Tracer là một phần mềm mô phỏng mạng mạnh mẽ do Cisco phát triển.
Công cụ này cung cấp các mô phỏng mạng từ cơ bản đến phức tạp, nhằm giúp sinh viên
học và nắm vững các nguyên tắc mạng qua trải nghiệm thực tế, đồng thời phát triển kỹ
năng về công nghệ Cisco.
Các tính năng của Cisco Packet Tracer
• Thiết bị không giới hạn: Tính năng này cho phép người dùng tạo và cấu hình số lượng
thiết bị mạng không giới hạn trong một mô phỏng, rất hữu ích khi thiết kế và thử nghiệm các mạng phức tạp.
• Học trực tuyến: Packet Tracer đi kèm với nhiều tài nguyên học tập, bao gồm mô hình,
bài tập và bài giảng, giúp người dùng học về các khái niệm và thiết bị mạng khác nhau.
• Tùy chỉnh hoạt động người dùng: Packet Tracer cho phép tạo và tùy chỉnh các hoạt
động học tập cho cả một người hoặc nhiều người dùng, hỗ trợ giáo viên và giảng viên
tạo bài học và bài tập thực hành phù hợp với nhu cầu học sinh.
• Môi trường tương tác: Giao diện người dùng trực quan và tương tác của Packet Tracer
giúp dễ dàng tạo, cấu hình và theo dõi các mạng mô phỏng.
• Trực quan hóa mạng: Packet Tracer cung cấp nhiều công cụ trực quan giúp hiểu rõ cách
thức hoạt động của mạng, như xem luồng dữ liệu, thông tin bảng định tuyến và chuyển
mạch, theo dõi hiệu suất mạng.
• Chế độ thời gian thực và mô phỏng: Packet Tracer có hai chế độ hoạt động: thời gian
thực và mô phỏng. Chế độ thời gian thực cho phép tương tác với mạng mô phỏng như
mạng thực, trong khi chế độ mô phỏng cho phép chạy các mô phỏng mạng với tốc độ
cao hơn hoặc chậm hơn thực tế.
• Tự học theo nhịp độ: Packet Tracer là công cụ tự học, cho phép học tập và thực hành
các kỹ năng mạng theo tốc độ cá nhân.
• Hỗ trợ phần lớn giao thức mạng: Packet Tracer hỗ trợ hầu hết các giao thức mạng phổ
biến như IP, TCP, UDP, ICMP, RIP, OSPF và EIGRP, giúp người dùng thực hành các
kỹ năng mạng với nhiều giao thức khác nhau.
• Hỗ trợ đa ngôn ngữ: Packet Tracer hỗ trợ nhiều ngôn ngữ như tiếng Anh, tiếng Pháp,
tiếng Đức, tiếng Trung Quốc và tiếng Nhật, làm cho nó trở thành công cụ học tập hiệu
quả cho người dùng toàn cầu.
• Khả năng tương thích đa nền tảng: Packet Tracer có thể chạy trên nhiều hệ điều hành
khác nhau, bao gồm Windows, macOS và Linux, giúp người dùng sử dụng trên bất kỳ thiết bị nào họ có.
Lợi ích của Cisco Packet Tracer là gì? •
Kiểm tra mạng và lỗi: Packet Tracer cho phép bạn dễ dàng kiểm tra mạng và phát hiện
các vấn đề cũng như lỗi trong mạng. Điều này giúp bạn phát triển kỹ năng sửa lỗi và
tối ưu hóa mạng của mình. 3 lOMoAR cPSD| 48302938 •
Giảm chi phí: Packet Tracer là một công cụ miễn phí, giúp giảm chi phí đào tạo mạng
cho cá nhân và doanh nghiệp. •
Tiết kiệm thời gian: Bằng cách sử dụng Packet Tracer, bạn có thể thực hành các kỹ
năng mạng một cách hiệu quả mà không cần phải sử dụng các thiết bị mạng thực tế,
giúp tiết kiệm thời gian và tài nguyên. •
Thực hành trong môi trường an toàn: Packet Tracer cung cấp một môi trường an toàn
và ảo để bạn thực hành và thử nghiệm các kỹ thuật mạng. Bạn có thể xây dựng và kiểm
tra các mạng phức tạp mà không cần sử dụng các thiết bị vật lý thực sự, giảm thiểu rủi ro và chi phí. •
Chuẩn bị cho các chứng chỉ mạng: Packet Tracer là một công cụ quan trọng trong việc
chuẩn bị cho các chứng chỉ Cisco như CCNA (Cisco Certified Network Associate)
và CCNP (Cisco Certified Network Professional). Việc thực hành và kiểm tra kiến
thức trong môi trường thực tế giúp bạn chuẩn bị tốt cho các kỳ thi chứng chỉnày.
Ứng dụng của Cisco Packet Tracer là gì?
Mô hình hóa mạng: Packet Tracer là công cụ lý tưởng để thiết kế và mô hình hóa các mạng
trước khi triển khai thực tế, giúp đảm bảo rằng mạng được thiết kế sẽ hoạt động như dự kiến.
Tìm hiểu và thử nghiệm các giao thức: Packet Tracer hỗ trợ một loạt các giao thức mạng,
cho phép bạn thử nghiệm và hiểu rõ cách chúng hoạt động, đặc biệt hữu ích khi bạn muốn
nghiên cứu về các giao thức mạng cụ thể.
Nghiên cứu và phát triển dự án: Công cụ này là lựa chọn hàng đầu để thực hiện nghiên cứu
và phát triển các dự án mạng. Bạn có thể tạo các mô hình mạng phức tạp để thử nghiệm
các ý tưởng và giải pháp mạng.
Hỗ trợ giảng dạy từ xa: Trong bối cảnh học tập từ xa, Packet Tracer là công cụ không thể
thiếu để tạo bài giảng và hoạt động học trực tuyến trong môi trường giảng dạy từ xa.
Tạo môi trường thử nghiệm IoT: Packet Tracer cung cấp khả năng tích hợp các thiết bị IoT,
giúp bạn tạo và thử nghiệm các ứng dụng và kịch bản IoT một cách dễ dàng.
Tích hợp phát triển ứng dụng: Bạn có thể sử dụng Packet Tracer để tích hợp mã Python và
tự động hóa mạng, từ đó phát triển các ứng dụng và kịch bản tùy chỉnh một cách hiệu quả.
Hướng dẫn sử dụng Cisco Packet Tracer
Để biết cách dùng Cisco Packet Tracer là gì, hãy xem phần dưới đây:
Bước 1: Tải và cài đặt Packet Tracer: Truy cập trang web chính thức của Cisco để tải và
cài đặt Packet Tracer miễn phí tại link này. Packet Tracer có sẵn dưới dạng phần mềm miễn
phí cho sinh viên và giáo viên. 4 Downloaded by Tran Anh (anhtran1406@gmail.com) lOMoAR cPSD| 48302938
Bước 2: Mở giao diện Packet Tracer: Sau khi cài đặt, mở Packet Tracer và trải nghiệm giao
diện với các công cụ và thanh công cụ hiển thị ở phía trên màn hình.
Bước 3: Tạo mạng mới: Bắt đầu bằng việc tạo một mạng mới bằng cách nhấn vào biểu
tượng “New” hoặc “Create a New Blank Workspace”.
Bước 4: Thêm thiết bị mạng: Bạn có thể thêm các thiết bị mạng như như máy tính, router,
switch, firewall,… bằng cách nhấn vào biểu tượng “End Devices” hoặc “Routers” ở thanh
công cụ và kéo thiết bị vào mô hình mạng của bạn.
Bước 5: Kết nối thiết bị: Sử dụng công cụ “Copper Straight-Through Cable” hoặc “Fiber
Straight-Through Cable” để kết nối các thiết bị mạng. Kéo và thả cáp từ một cổng của thiết
bị đến cổng của thiết bị khác để thiết lập kết nối.
Bước 6: Cấu hình thiết bị: Điều chỉnh cài đặt của các thiết bị bằng cách nhấp đúp vào thiết
bị và cấu hình các thông số như địa chỉ IP, subnet mask và các cài đặt khác.
Bước 7: Thực hiện kịch bản mạng: Sử dụng Packet Tracer để tạo và thử nghiệm các tương
tác giữa các thiết bị mạng, như gửi dữ liệu giữa các máy tính hoặc cấu hình routing trên router.
Bước 8: Kiểm tra mạng và sửa lỗi: Sử dụng chức năng “Simulation” để kiểm tra mạng và
xác định lỗi, xem cách các gói dữ liệu di chuyển và xử lý các tình huống lỗi.
Bước 9: Lưu và chia sẻ mô hình mạng: Khi hoàn thành, lưu mô hình mạng của bạn để có
thể truy cập lại sau này và chia sẻ nó với người khác.
Chương 3. Thiết kế và chạy thử
Sau khi cài Cisco em bắt đầu thực hiện làm bài:
- Thiết kế nhà thông minh với diện tích là 100 m² bao gồm 6 không gian là hai phòng ngủ
một nhà tắm,1 nhà bếp, 1 phòng khách và sân nhà
- Các thiết bị được điều khiển cho ngôi nhà là hai cửa sổ, bốn cửa chính, bốn cái đèn, bốn
cái quạt, 1 webcame và một thiết bị tưới sân nhà 5 lOMoAR cPSD| 48302938
- Trong căn nhà sẽ sử dụng hai HomeGateway và được điều khiển bởi smartphone
Bây giờ em sẽ dùng Smartphone0 để điều khiển các thiết bị có trong HomeGateway 1
- Bật đèn ở nhà bếp và bật nhanh quạt trần ở phòng ngủ 1
- Đóng cửa sổ ở phòng ngủ 2 6 Downloaded by Tran Anh (anhtran1406@gmail.com) lOMoAR cPSD| 48302938
- Ảnh ở trên cho ta thấy là cửa ở phòng ngủ 2 đang mở, giờ em sẽ thực hiện đóng - Chỉ
cần thao tác như vậy là đã đóng được cửa sổ ở phòng ngủ số 2 7 lOMoAR cPSD| 48302938
Tiếp tục em sẽ điều khiển các thiết bị kết nối với HomeGateway2 thông qua Smartphone1
- Hình ảnh này cho ta thấy webcam đang hoạt động, giờ em sẽ tắt webcam.
Vậy là em đã tắt thành công webcam.
Tiếp theo em thực hiện thao tác tắt thiết bị tưới sân nhà 8 Downloaded by Tran Anh (anhtran1406@gmail.com) lOMoAR cPSD| 48302938
Hình ảnh trên cho ta thấy thiết bị tưới sân nhà đang được bật, bây giờ em sẽ tắt nó đi.
Chỉ cần thao tác như vậy là đã tắt thành công thiết bị tưới sân nhà
Như vậy em đã hoàn thành chạy thử một số thiết bị có trong bài báo cáo của mình. Lời kết
Cuộc cách mạng công nghiệp 4.0 đang mở ra một kỷ nguyên mới với sự bùng nổ của công nghệ
số và tự động hóa. Qua báo cáo này, chúng ta đã thấy rõ tiềm năng và tác động sâu rộng của các 9 lOMoAR cPSD| 48302938
công nghệ như Internet vạn vật (IoT), trí tuệ nhân tạo (AI), và điện toán đám mây. Những tiến bộ
này không chỉ thúc đẩy hiệu quả sản xuất và quản lý mà còn tạo ra các mô hình kinh doanh mới,
đem lại nhiều cơ hội và thách thức cho các doanh nghiệp và toàn xã hội.
Chúng ta đứng trước ngưỡng cửa của những thay đổi lớn lao, đòi hỏi sự chuẩn bị kỹ lưỡng và đầu
tư đúng mức vào nghiên cứu và phát triển. Việc nắm bắt và triển khai hiệu quả các công nghệ của
Công nghiệp 4.0 sẽ là chìa khóa để duy trì và nâng cao năng lực cạnh tranh trong thời đại số hóa.
Hy vọng rằng, với sự nỗ lực và hợp tác từ tất cả các bên liên quan, chúng ta sẽ tận dụng được tối
đa những lợi ích mà cuộc cách mạng này mang lại, đồng thời vượt qua những thách thức để xây
dựng một tương lai bền vững và thịnh vượng. Do còn nhiều hạn chế về mặt kiến thức cũng như
kinh nghiệm nên sẽ không tránh khỏi những thiếu sót trong bài báo cáo, rất mong thầy cô chỉ bảo
thêm để em có thể tiến bộ hơn trong những bài sau.
Em xin chần thành cảm ơn! 10 Downloaded by Tran Anh (anhtran1406@gmail.com)