Nhiều khoa điện tử – viễn thông muốn mở học phần Internet vạn vật (IoT) nhưng vướng cùng một chỗ: giảng viên phải tự soạn bài giảng, tự làm bo thực hành và tự viết hướng dẫn đo. Theo Keysight, riêng khâu soạn nội dung cho một học phần mới có thể mất tới sáu tháng. Bộ kit giảng dạy IoT Keysight U3810A được làm ra để rút ngắn khâu đó: một bo phát triển dùng chung, kèm bài thực hành và (tùy mã) bài giảng soạn sẵn, chia thành ba học phần. Bài viết này dựa trên data sheet Keysight 3120-1243 và hướng dẫn khởi động U3810-90002 để giúp trường chọn đúng mã U3813A–U3818A và đúng thiết bị đo đi kèm cho phòng thí nghiệm IoT.
Bộ kit giảng dạy IoT Keysight U3810A là gì?
Keysight U3810A Advanced IoT Teaching Lab Solution là một bộ học liệu “sẵn để dạy” dành cho bậc đại học. Phần cứng chung là bo phát triển U3810A IoT Educational Kit: một bo mạch lớn gắn trên đế đen, dùng máy tính nhúng BeagleBone Green (vi xử lý ARM Cortex-A8 1 GHz, 512 MB DDR3, 4 GB eMMC, chạy Debian Linux), có sẵn Wi-Fi 802.11b/g/n 2,4 GHz và Bluetooth 4.1/BLE. Quanh bo là các module thu phát XBee (Zigbee), module LoRa, bộ chia công suất RF, cảm biến nhiệt độ tương tự và số, cảm biến áp suất, cảm biến quán tính (IMU), cảm biến dòng, rơ-le và màn hình LCD. Kích thước bo khoảng 45 × 25 × 5 cm, cấp nguồn qua cổng USB hoặc adapter 6–12 V.
Theo data sheet, bộ kit được thiết kế cho trọn một học kỳ và xây quanh năm giá trị mà Keysight gọi là “5C” của IoT: Connectivity (kết nối), Compliance (tuân thủ), Co-existence (cùng tồn tại), Cybersecurity (an ninh mạng) và Continuity (liên tục về nguồn năng lượng). Điểm đáng chú ý với trường ở Việt Nam: Việt Nam nằm trong danh sách quốc gia mà bộ kit được giao kèm sẵn BeagleBone Green; ở các nước ngoài danh sách, trường phải tự mua bo này.
Ba học phần U3813A/14A, U3815A/16A và U3817A/18A khác nhau thế nào?
Mỗi học phần có hai mã. Mã lẻ (U3813A, U3815A, U3817A) gồm bộ kit và bài thực hành; mã chẵn (U3814A, U3816A, U3818A) có thêm bộ slide bài giảng PowerPoint chỉnh sửa được. Bài thực hành là file Word kèm đáp án mẫu và bài tập theo hướng giải quyết vấn đề.
Học phần 1 — Thiết kế và kiểm chứng hệ thống IoT (U3813A/U3814A). Dành cho sinh viên năm hai đến năm cuối, chỉ cần biết lập trình cơ bản. Data sheet ghi bộ slide phủ hơn 75 giờ lên lớp và phần thực hành hơn 50 giờ. Bảy bài lab đi từ cài đặt bo, GPIO/PWM/rơ-le/LCD, giao tiếp I2C–SPI–ADC với cảm biến, tới Zigbee, Bluetooth Low Energy, đo công suất nút cảm biến và bảo mật mạng – đám mây; thêm hai bài tập ứng dụng đám mây và tự động hóa Công nghiệp 4.0.
Học phần 2 — Truyền thông không dây và tuân thủ (U3815A/U3816A). Dành cho năm ba đến năm cuối, cần nền tảng tín hiệu – hệ thống và trường điện từ. Data sheet ghi bộ slide phủ hơn 90 giờ lên lớp. Tám bài lab lần lượt thiết kế, kiểm chứng, đo tiền hợp chuẩn (pre-conformance) và tiền tuân thủ (pre-compliance) cho BLE, Zigbee, WLAN và LoRa, rồi phân tích điều chế nâng cao, thử cùng tồn tại (coexistence) và bảo mật thiết bị – mạng. Lưu ý: data sheet nói rõ phần LoRa và Zigbee chạy ở chế độ có dây; theo hướng dẫn khởi động, tín hiệu đi qua cáp đồng trục và bộ chia công suất trên bo (suy hao 27–31 dB giữa hai cổng bất kỳ), không phát ra không gian.
Học phần 3 — Đo công suất chính xác và cảm biến MEMS (U3817A/U3818A). Dành cho năm hai đến năm cuối, cần mạch điện tử và mạch số. Tám bài lab gồm giao tiếp Serial/SPI/USB, cảm biến MEMS quán tính và áp suất, đo công suất tĩnh và động, đánh giá dòng tiêu thụ động và tuổi thọ pin, đặc tính tấm pin mặt trời, tối ưu công suất cảm biến và đo công suất theo sự kiện RF. Data sheet ghi bộ slide phủ hơn 90 giờ lên lớp và phần thực hành hơn 75 giờ; trang sản phẩm U3818A của Keysight thì ghi 50 giờ thực hành — Techmaster khuyên lấy con số thấp hơn khi xếp thời khóa biểu.
Phòng thí nghiệm IoT cần thêm thiết bị đo nào cho từng học phần?
Bộ kit giảng dạy IoT chỉ là “đối tượng đo”; phòng thí nghiệm IoT hoàn chỉnh còn cần thiết bị đo. Để sinh viên học đúng cách ngành công nghiệp làm, mỗi học phần có danh sách thiết bị khuyến nghị riêng trong data sheet:
- Học phần 1: đồng hồ vạn năng Truevolt 34465A và máy hiện sóng Keysight DSOX1204G (4 kênh, 70/100/200 MHz, có sẵn bộ phát sóng). Keysight ghi rằng các DMM 34460 khác vẫn dùng được, nhưng 34465A được khuyến nghị vì có tùy chọn số hóa cần cho học phần 3.
- Học phần 2: máy phân tích tín hiệu Keysight N9000B CXA — cấu hình tối thiểu 3 GHz, kèm tùy chọn băng thông phân tích 25 MHz (B25); phần mềm 89600 VSA (bản giáo dục 89600EDU-E15 gồm 15 license nổi cho sinh viên và 1 license cho giảng viên, chỉ bán cho đơn vị giáo dục đủ điều kiện); các ứng dụng đo WLAN (N9077EM0E), Bluetooth (N9081EM0E), EMI (N6141EM0E); và một buồng chống phản xạ cỡ nhỏ hoặc tương đương.
- Học phần 3: 34465A có tùy chọn số hóa và bộ nhớ, DSOX1204G, máy phân tích nguồn DC N6705C (600 W, 4 khe) với hai module SMU Keysight N6781A cho phân tích dòng xả pin, bộ dò sự kiện RF X8712AD và phần mềm PathWave Event Based Power Analysis (KS833A2A, license thuê bao).
Nếu trường đã có sẵn một phần thiết bị, bài viết đánh giá Keysight DSOX1204G và đánh giá máy phân tích nguồn DC N6705C sẽ giúp kiểm tra máy hiện có có đáp ứng bài lab hay không. Về chính kỹ thuật đo dòng tiêu thụ động mà học phần 3 dạy, xem thêm bài đo dòng IoT cho thiết bị dùng pin.
Vì sao sinh viên nên học đo tiền tuân thủ và tuổi thọ pin ngay trên giảng đường?
Một thiết bị IoT “chạy được” trên bàn lab vẫn có thể trượt ở hai chỗ khi ra thị trường: không đạt chuẩn vô tuyến, hoặc hết pin sớm hơn nhiều so với tính toán. Ở Việt Nam, ví dụ, thiết bị mạng diện rộng công suất thấp (LPWAN) băng 920–923 MHz thuộc phạm vi quy chuẩn kỹ thuật quốc gia QCVN 122:2020/BTTTT. Học phần 2 dạy sinh viên đo trước các tham số vô tuyến ngay trong quá trình thiết kế để phát hiện sớm vấn đề, thay vì đợi tới phòng thử nghiệm hợp chuẩn.
Về pin, học phần 3 cho sinh viên đo dòng ở cả trạng thái ngủ lẫn lúc phát sóng, rồi gắn từng xung dòng với sự kiện RF gây ra nó — cùng cách tiếp cận với giải pháp tối ưu tuổi thọ pin X8712A mà Keysight cung cấp cho thiết bị IoT. Theo quan sát của Techmaster, đây là hai kỹ năng cần thiết bị đo chuyên dụng nên chưa phổ biến trong phòng lab đại học. Để hiểu thêm các khía cạnh này, xem bài giả lập pin IoT và kiểm thử bảo mật IoT.
Bối cảnh chính sách cũng đáng chú ý. Quyết định 1017/QĐ-TTg ngày 21/9/2024 đặt mục tiêu đào tạo ít nhất 50.000 nhân lực trình độ đại học trở lên cho ngành công nghiệp bán dẫn tới năm 2030, trong đó ít nhất 35.000 người ở công đoạn sản xuất, đóng gói, kiểm thử. Bộ kit U3810A là học liệu IoT và hệ thống nhúng, không phải học liệu bán dẫn; nhưng theo nhận định của Techmaster, xu hướng đưa thiết bị đo chuẩn công nghiệp vào giảng đường mà quyết định này thúc đẩy cũng là lý do để các khoa điện tử cân nhắc một phòng lab IoT thực hành. Bài nhân lực bán dẫn Việt Nam phân tích kỹ hơn các con số này.
Có dạy từ xa được với Keysight U3810A không?
Có, nhưng cần thêm phần cứng. Mỗi bộ kit phải gắn một bộ phụ kiện U3810REM (bo giao tiếp, bo chia và cáp); giải pháp từ xa còn cần một hub USB lập trình được (mua riêng). Ngoài ra cần hệ chuyển mạch U3900DAQ — gồm máy thu thập dữ liệu DAQ970A với ba module DAQM901A, DAQM903A và DAQM905A, cấu hình mà data sheet ghi dùng cho cả ba học phần — cùng bộ phần mềm PW9112EDU và PW9111EDU. Theo data sheet, cấu hình này cho sinh viên trải nghiệm gần như khi ngồi tại phòng lab. Với trường muốn chia ca thực hành hoặc dùng chung thiết bị đắt tiền (như máy phân tích tín hiệu của học phần 2) giữa nhiều lớp, đây là phương án đáng tính.
Một lưu ý vận hành từ hướng dẫn khởi động: tài liệu này viết cho người quản lý phòng lab và khuyên đưa bộ kit về cấu hình gốc vào đầu mỗi học kỳ trước khi giao cho sinh viên. Keysight chỉ chứng nhận BeagleBone Green; Raspberry Pi và BeagleBone Black Wireless đã được thử nhưng chưa được chứng nhận. Ngoài ra, data sheet (2021) mô tả một chương trình chứng nhận sinh viên của Keysight: trường đưa bộ kit vào chương trình đào tạo có thể đăng ký, và khi được công nhận, giảng viên được đề cử sinh viên xuất sắc để nhận giấy xác nhận từ Keysight.
Nên bắt đầu với mã nào?
Với khoa mới mở học phần IoT và lần đầu dựng phòng thí nghiệm IoT, Techmaster khuyên bắt đầu bằng U3814A: học phần nền tảng, yêu cầu thiết bị đo gọn nhất (một DMM và một máy hiện sóng) và có slide bài giảng để giảng viên dùng ngay. Khi đã có máy phân tích tín hiệu, thêm U3816A cho môn truyền thông không dây; khi đã có máy phân tích nguồn DC, thêm U3818A cho môn quản lý năng lượng. Nếu giảng viên đã có bài giảng riêng, các mã lẻ U3813A/U3815A/U3817A (không kèm slide) là lựa chọn tiết kiệm hơn. Danh mục đầy đủ các dòng máy có tại trang Keysight tại Techmaster.
Liên hệ Techmaster. Techmaster là nhà phân phối ủy quyền Keysight tại Việt Nam. Nếu khoa của bạn đang lên kế hoạch cho một phòng thí nghiệm IoT — chọn học phần nào trước, dùng lại được thiết bị đo nào đang có và cần thêm gì — hãy gửi cho chúng tôi số nhóm sinh viên mỗi ca và danh sách thiết bị hiện có. Đội ngũ kỹ thuật của Techmaster hỗ trợ tư vấn cấu hình bộ kit giảng dạy IoT, trình diễn thiết bị và dịch vụ hiệu chuẩn cho thiết bị Keysight. Liên hệ Techmaster để nhận báo giá.
Câu hỏi thường gặp
U3814A khác U3813A ở điểm nào?
Cả hai đều là học phần Thiết kế và kiểm chứng hệ thống IoT, gồm bộ kit và bài thực hành. U3814A có thêm bộ slide bài giảng PowerPoint chỉnh sửa được; U3813A thì không. Quy tắc này áp dụng tương tự cho cặp U3815A/U3816A và U3817A/U3818A.
Bộ kit Keysight U3810A hỗ trợ những chuẩn không dây nào?
Theo tài liệu Keysight, bo có Wi-Fi 802.11b/g/n 2,4 GHz và Bluetooth Low Energy qua BeagleBone Green, module XBee cho Zigbee và module LoRa. Trong học phần 2, LoRa và Zigbee chạy ở chế độ có dây qua cáp đồng trục, không phát ra không gian.
Mua bộ kit ở Việt Nam có cần mua thêm BeagleBone không?
Theo data sheet Keysight (2021) thì không: Việt Nam nằm trong nhóm quốc gia được giao bộ kit kèm sẵn BeagleBone Green — nên xác nhận lại với Techmaster khi đặt hàng. Tuy vậy, các thiết bị đo khuyến nghị như máy hiện sóng, DMM hay máy phân tích tín hiệu không nằm trong bộ kit và cần trang bị riêng.
Học phần nào cần ít thiết bị đo nhất?
Học phần 1 (U3813A/U3814A): Keysight chỉ khuyến nghị đồng hồ vạn năng 34465A và máy hiện sóng DSOX1204G. Học phần 2 cần máy phân tích tín hiệu cùng phần mềm; học phần 3 cần máy phân tích nguồn DC N6705C với hai module SMU N6781A.
