Đồng hồ để bàn thông minh hỗ trợ học tập - một sáng kiến tuổi học trò

Sau một thời gian tìm tòi, nghiên cứu, trên nền tảng các ứng dụng dịch vụ IoT và thiết bị đầu cuối là chip vi điều khiển ESP 8266, ngôn ngữ lập trình arduino... Nhóm tác giả Hoàng Gia Bảo, lớp 11B1 (nhóm trưởng) Phạm Nữ Nguyệt Minh, lớp 12 C3, Hồ Hoàng Huy, lớp lớp 11B1 Đinh Hoàng Gia Linh, lớp 12C3, Bạch Thị Mai Uyên, lớp 10 A9, trường Phổ thông Trung học Phan Bội Châu (TP. Plei Ku, tỉnh Gia Lai) với sự hướng dẫn, bảo trợ của giáo viên Bùi Thị Hồng Thu, trong 2 cuộc thi: Khoa học kỹ thuật cấp tỉnh do Sở Giáo dục và Đào tạo Gia Lai phát động và “Học sinh, sinh viên với ý tưởng khởi nghiệp” do Bộ Giáo dục và Đào tạo phát động, đã thiết kế và chế tạo thành công chiếc đồng hồ để bàn thông minh, có thể tự kết nối vào mạng Internet thông qua mạng WiFi để hiệu chuẩn về thời gian, nhận các thông tin về dự báo thời tiết và những tính năng khác để giúp cho việc học tập được thuận lợi hơn, sắp xếp được thời gian cụ thể trong việc học, nhắc học sinh về thời khóa biểu học tập trong ngày.

Chiếc đồng hồ được hoàn thiện và trải nghiệm

Về phương pháp lý thuyết, nhóm tác giả đã vận dụng kiến thức vật lý, công nghệ, toán học... để thiết kế sơ đồ nguyên lý hoạt động của thiết bị, xây dựng sơ đồ mạch in cho thiết bị dựa trên sơ đồ nguyên lý, viết phần mềm để điều khiển thiết bị.

Về phương pháp thực nghiệm, hàn và lắp ráp linh kiện điện tử lên bo mạch theo sơ đồ mạch in, xây dựng thuật toán cho thiết bị, lập trình thiết bị theo lưu đồ thuật toán đã xây dựng, sử dụng một số loại đồng hồ đo điện, bút thử điện để kiểm tra mạch điện, cài đặt, vận hành thử nghiệm sản phẩm và hoàn thiện sản phẩm, phân tích yêu cầu thực tế, xác định quy trình xử lí sự cố thường gặp vận hành và đánh giá tính khả thi của thiết bị tại một số cơ sở.

Về nguyên lý hoạt động thì ESP8266 sẽ kết nối với mạng wifi với các thông số được thiết lập sẵn. Sau khi kết nối thành công, ESP8266 sẽ truy cập các máy chủ về thời gian NTP (Network Time Protocol) để lấy về thời gian chính xác ở múi giờ mà chúng ta cài đặt sẵn.

Ngoài ra ESP8266 cũng kết nối đến các máy chủ thời tiết (Weather Server) để lấy thông tin về thời tiết tại thành phố mà ta đang sinh sống. Mỗi thành phố sẽ được gắn một mã (code) đặc trưng, chúng ta sẽ khai báo mã code này cho phần mềm điều khiển để có thể lấy chính xác thông tin thời tiết về thành phố của mình.

NTP là một giao thức dùng để kết nối và đồng bộ giữa các máy chủ với nhau từ những năm 1980. Nhiệm vụ của NTP là đơn giản đồng bộ tất cả các thành phần trong mạng với giờ UTC trong thời gian lên tới từng giây.

Vì mỗi thành phần có những sai số khác nhau nên để làm được điều này cần thông qua thuật toán gọi là “intersection algorithm” của Keith Marlzullo. Với việc đồng bộ thời gian nhanh chóng như vậy thì đồng hồ thời gian thực của chúng ta gần như chính xác tuyệt đối. Làm sao để có thể dùng NTP Server? Có bao giờ bạn tự hỏi thời gian của máy tính/ laptop của mình được lấy từ đâu không? Nó chính được lấy từ server NTP đấy. Thông thường NTP Server sẽ mở một kết nối UDP, sau đó gửi và nhận các gói tin UDP trong cùng một mạng với các máy chủ, thông tin của gói UDP sẽ là thời gian, độ chính xác, độ trễ, múi giờ và nhiều phương thức khác để có thể trích xuất ra sử dụng cho mình.

Phần mềm điều khiển cho đồng hồ: Sau khi đồng hồ khởi động thì sẽ hiển thị một thông báo về địa chỉ IP của đồng hồ khi nó kết nối vào mạng wifi thành công, ví dụ trong trường hợp này là 192.168.1.16.

Ta sử dụng 1 trình duyệt web bất kỳ để truy cập vào phần mềm điều khiển bằng cách gõ vào địa chỉ IP này. Kết nối thành công thì trình duyệt sẽ hiển thị thông tin Trang chủ của phần mềm như Error! Reference source not found. Để hiển thị thời khóa biểu cho từng ngày, học sinh sẽ nhập các môn học theo từng ngày tương ứng. Tùy theo ngày hiện tại mà đồng hồ sẽ chạy các môn học tương ứng với ngày đó.

Những điều đáng chú ý khác là chiếc đồng hồ thông minh này được chế tạo với các vật tư thiết bị đều có sẵn ở thị trường, dễ mua và vì thế giá thành rẻ, đồng thời đã được thực nghiệm ở một số địa phương trong tỉnh, kể cả vùng sâu, vùng xa và hoạt động hiệu quả, chính xác như các chức năng đã có.

Đề tài này cũng đã được Sở Khoa học và Công nghệ Gia Lai đánh giá thể hiện sự sáng tạo trong tư duy của học sinh, vận dụng linh hoạt các ngôn ngữ để lập trình cho ý tưởng, phù hợp với đối tượng học sinh, sinh viên, có tính khả thi, có thể thực hiện về mặt kỹ năng, áp dụng vào được thực tiễn. Trường Cao đẳng Sư phạm Gia Lai cũng có những đánh giá tương tự như trên về đề tài…