Hệ thống nhúng và IoT là gì? Khái niệm, đặc điểm và ứng dụng

Hệ thống nhúng và IoT là xu hướng công nghệ mới có ảnh hưởng sâu rộng đến lĩnh vực sản xuất hiện đại. Vậy hệ thống nhúng và IoT là gì? Đâu là cách thức tăng giá trị doanh nghiệp nhờ ứng dụng IoT và hệ thống nhúng?

Hệ thống nhúng và IoT là gì?

Hệ thống nhúng

• Khái niệm

Theo wikipedia, Hệ thống nhúng là một hệ thống máy tính — sự kết hợp của bộ xử lý máy tính, bộ nhớ máy tính và các thiết bị ngoại vi đầu vào / đầu ra — có chức năng chuyên dụng trong một hệ thống cơ hoặc điện tử lớn hơn. Nó được nhúng như một phần của một thiết bị hoàn chỉnh, thường bao gồm phần cứng điện hoặc điện tử và các bộ phận cơ khí. Hệ thống nhúng điều khiển nhiều thiết bị đang được sử dụng phổ biến hiện nay. Người ta ước tính rằng 98%phần trăm của tất cả các bộ vi xử lý được sản xuất đã được sử dụng trong các hệ thống nhúng

• Đặc điểm

Hệ thống nhúng chỉ thực hiện được 1 số nhiệm vụ chuyên dụng chứ không dùng cho chung cho mục đích phổ biến hay hoạt động đa chức năng. Hệ thống nhúng không phải khối biệt lập. Ngược lại, đấy là một hệ thống phức tạp nằm trong thiết bị mà nó điều khiển. Hệ thống nhúng hầu hết đều cần 1 bộ xử lý (processor) và phần mềm (firmware). Firmware được lưu trữ trong những chip bộ nhớ ROM hoặc tương đương. Không những thế hệ thống nhúng còn đựng phần giao tiếp vào/ra với bộ xử lý và thường được xem như là ngoại vi. Hệ thống nhúng có giới hạn về tài nguyên.

• Ứng dụng

Hiện nay hệ thống nhúng có mặt trong rất nhiều các sản phẩm gần gũi với cuộc sống con người như các hệ thống dẫn đường trong không lưu, hệ thống định vị toàn cầu, vệ tinh; các thiết bị gia dụng: tủ lạnh, lò vi sóng, lò nướng,… hay các thiết bị kết nối mạng: router, hub, gateway,… 

Xem thêm: Thị giác máy tính – Computer Vision là gì? Các ứng dụng của thị giác máy tính trong sản xuất

Hệ thống IoT

• Khái niệm

IoT ( Internet of Things – IIoT) là tập hợp các cảm biến, công cụ và thiết bị được kết nối thông qua internet với các ứng dụng công nghiệp, áp dụng trong một số ngành như sản xuất, hậu cần, dầu khí, giao thông vận tải, năng lượng, khai thác mỏ và kim loại, hàng không và các lĩnh vực công nghiệp khác.

• Đặc điểm của hệ thống IoT

Công nghệ này kết nối các thiết bị và kết hợp với các công nghệ khác như điện toán đám mây, phân tích dữ liệu, AI để số hóa và cải thiện năng suất của các quy trình công nghiệp, chuyển đổi mô hình kinh doanh, đồng thời giảm thiểu lãng phí trong sản xuất và vận hành. Một số doanh nghiệp lớn tại Việt Nam đã áp dụng các công nghệ IoT mới nhất để vận hành tự động tối đa các khâu sản xuất và tối ưu hiệu suất của nhà máy.

• Ứng dụng của hệ thống IoT

Nhà thông minh: Các thiết bị IoT có thể góp mặt trong hệ thống chiếu sáng, sưởi ấm và điều hòa không khí, phương tiện và hệ thống an ninh và hệ thống camera. Lợi ích lâu dài có thể bao gồm tiết kiệm năng lượng bằng cách tự động đảm bảo tắt đèn và thiết bị điện tử. Nhà máy thông minh: IoT đóng vai trò là trung gian thu thập dữ liệu về hoạt động của máy móc (thời gian chạy, thời gian nghỉ, sản lượng trên từng máy…) theo thời gian thực. Tất cả dữ liệu được thu thập bởi các thiết bị IoT cung cấp cái nhìn sâu sắc về quá trình sản xuất.Ứng dụng IIoT đã là giải pháp lý tưởng cho các nhà sản xuất trong nhiều lĩnh vực – từ điện tử, hóa chất đến các sản phẩm thông thường để nâng cao hiệu quả, năng suất, chất lượng. Theo thống kê từ Forbes gần đây, số lượng thiết bị được kết nối tăng lên 30,7 tỷ vào năm 2020 và các khoản đầu tư vào IoT sẽ đạt con số khổng lồ 1,29 nghìn tỷ đô la. Internet of Medical Things ( IoMT) là một ứng dụng của IoT cho các mục đích liên quan đến y tế và sức khỏe. IoMT được gọi là “Chăm sóc sức khỏe thông minh”, là công nghệ tạo ra một hệ thống chăm sóc sức khỏe số hóa. Các thiết bị IoT có thể được sử dụng để kích hoạt hệ thống theo dõi sức khỏe từ xa và thông báo khẩn cấp . Các thiết bị theo dõi sức khỏe này có thể bao gồm từ máy đo huyết áp và nhịp tim đến các thiết bị tiên tiến có khả năng theo dõi các thiết bị cấy ghép chuyên dụng, chẳng hạn như máy tạo nhịp tim, thiết bị đeo tay điện tử Fitbit hoặc máy trợ thính tiên tiến. Thu thập dữ liệu thời gian thực: Các thiết bị IoT có khả năng giao tiếp máy móc – máy móc (M2M: Machine to Machine) và các dữ liệu thu thập từ cảm biến… Điều này giúp doanh nghiệp có thể cập nhật dữ liệu theo thời gian thực một cách tổng quan hơn về toàn bộ hoạt động trong nhà máy. Bảo trì dự đoán: IoT kết nối và thu thập dữ liệu về nhiệt độ, độ rung, điện áp, dòng điện, … Loại dữ liệu này phép dự đoán trước tình trạng của máy móc, xác định các dấu hiệu cảnh báo, truyền cảnh báo và kích hoạt các quy trình sửa chữa tương ứng. Bằng cách này, IoT biến bảo trì thành một hoạt động tự động với tốc độ cập nhật cao, có thể dự báo trước một thời gian dài trước khi lỗi phát sinh, giúp tiết kiệm chi phí so với các biện pháp phòng ngừa truyền thống. Giám sát tài sản: Cảm biến môi trường được kết nối với IoT giúp doanh nghiệp giám sát các điều kiện như rung động, nhiệt độ, độ ẩm… Chính vì vậy, ngay khi có các tác động tiêu cực đến hoạt động hoặc gây hao mòn quá mức cho thiết bị, IIoT sẽ lập tức phát ra cảnh báo tới bộ phận quản lý sản xuất nhằm có phương án xử lý tức thời. Giám sát quá trình và hành vi: Dữ liệu được thu thập từ các thiết bị và phần mềm hỗ trợ IoT cho phép người quản lý nắm bắt chặt chẽ hơn về hiệu suất của nhân viên. 

Đọc thêm: Phân biệt IoT và IIoT

Phân biệt hệ thống nhúng và IoT

Nội dung so sánh	Hệ thống nhúng	IoT
Tổng quan	Hệ thống nhúng được hiểu đơn giản là một tập con của IoT và nằm trong mạng lưới các thiết bị kết nối của IoT.	IoT là tổng hợp của nhiều yếu tố cấu thành với hệ thống nhúng để tạo ra một mạng lưới thống nhất trên internet.
Phân loại	Giải pháp kỹ thuật	Hệ thống điều khiển để xử lý các giao tiếp trong tổ chức
Cấu trúc	Tham gia giao tiếp vật lý với các thiết bị khác thông qua công cụ kết nối.	Khung kiến trúc với nhiều yếu tố cấu thành, bao gồm hệ thống nhúng.
Tiềm năng	Đối với các ngành công nghiệp sản xuất và chế tạo, hệ thống nhúng là biện pháp đầy tiềm năng trong xu hướng số hoá để thực thi các chức năng sáng tạo hóa, chuyên biệt hoá trong các hệ thống. Hệ thống nhúng càng ngày càng được áp dụng nhiều để thực thi từ cấp thấp nhất là cơ cấu chấp hành, tới các cấp cao hơn như giám sát điều khiển.	IoT đã và đang phát triển vô cùng mạnh mẽ hứa hẹn đáp ứng nhu cầu không ngừng về tự động hoá trong đời sống hiện nay.

Xu hướng phát triển của hệ thống nhúng thông minh và IoT

IoT phát triển mạnh mẽ

Các thiết bị kết nối đã được nâng cấp và phát triển ngày càng mạnh mẽ nhờ các công nghệ 5G, WiFi 7, LPWAN,… Trong khi đó, hệ thống nhúng đóng vai trò là nền tảng điều khiển, giúp các thiết bị trao đổi dữ liệu với nhau được liền mạch. Sự phát triển của các công nghệ truyền dẫn giúp hệ thống nhúng thu thập dữ liệu nhanh chóng và nâng cao khả năng tự động hoá vận hành trong các lĩnh vực ô tô, nhà thông minh, dây chuyền sản xuất tự động. Cùng với đó, các thiết bị Internet of things (IoT) không chỉ cho phép khả năng kết nối từ xa mà còn thúc đẩy sự phối hợp tự động giữa các máy móc, thiết bị. Điều này giúp người dùng có thể điều khiển các thiết bị tự động từ xa và nâng cao khả năng tự động hoá trong các doanh nghiệp.

Tích hợp công nghệ AI

Xu hướng tích hợp AI vào hệ thống nhúng đã mang đến những bước phát triển mới trong việc phân tích và ra quyết định chính xác. Tích hợp AI cho phép hệ thống nhúng có khả năng nhận diện hình ảnh, cảm nhận những thay đổi của môi trường. Từ đó, hệ thống có thể phát hiện ra những bất thường và phản ứng kịp thời theo thời gian thực một cách chính xác. Đây chính là công nghệ vận hành chính trong các mô hình nhà máy thông minh, hệ thống giám sát tự động, robot thông minh,… Bên cạnh đó AI giúp hệ thống nhúng ngày càng trở nên thông minh hơn nhờ khả năng tự học từ dữ liệu. Điều này giúp hệ thống hoạt động chính xác và mang lại hiệu suất cao hơn.

Nâng cấp bảo mật trong IoT

Khả năng bảo mật là một trong những xu hướng phát triển trọng tâm của hệ thống nhúng thông minh và IoT thế hệ mới. Ngoài các tính năng bảo mật như mã hoá hoặc xác thực đa yếu tố, các hệ thống còn được tích hợp:

• Secure Boot và Root of Trust để đảm bảo firmware không bị thay đổi.
• Cập nhật OTA (Over-the-air) an toàn để xử lý lỗ hổng kịp thời.
• Hệ thống phát hiện xâm nhập (IDS/IPS) dành riêng cho thiết bị IoT.

Trong xu hướng tự động hoá, sự gia tăng kết nối ngày càng cao khi các thiết bị kết nối và điều khiển tự vận hành và ra quyết định. Chỉ cần một sai sót nhỏ cũng có thể dẫn đến thiết bị vận hành sai hoặc gây ảnh hưởng đến chất lượng. Do đó, những xu hướng bảo mật được nâng cấp này giúp hệ thống nhúng IoT vận hành một cách an toàn và có khả năng tự bảo vệ trước những cuộc tấn công dữ liệu.

Khả năng tích hợp

Nền tảng IoT đang có xu hướng chuyển sang các giao thức kết nối chuẩn mở như Matter, OPC-UA, MQTT… giúp các thiết bị kết nối với nhau một cách dễ dàng. Xu hướng này giúp tăng khả năng mở rộng hệ thống, giảm chi phí tích hợp và nâng cao sự linh hoạt trong vận hành của các lĩnh vực như sản xuất ô tô, sản xuất linh kiện điện tử,… Trên đây là những kiến thức cơ bản giới thiệu về hệ thống nhúng và IoT là gì. Sự phát triển của hệ thống nhúng thông minh và IoT đã mang đến nhiều bước tiến mới trong tự động hoá sản xuất và công nghiệp. Nếu doanh nghiệp của bạn cần tư vấn thêm ứng dụng của IoT vào hoạt động quản lý sản xuất,  hãy liên hệ với các chuyên gia của chúng tôi qua số hotline: 092.6886.855 Xem thêm thông tin tại:

• Facebook: https://www.facebook.com/itgtechnology.vn
• Youtube: https://www.youtube.com/c/ITGTechnology