Những năm gần đây, STEM và IoT (Internet of Things) đã trở thành xu hướng giáo dục hiện đại, giúp học sinh học đi đôi với hành, hiểu công nghệ thông qua các sản phẩm thực tế. Đặc biệt ở bậc THCS, những dự án IoT đơn giản – dễ làm sẽ giúp học sinh tiếp cận công nghệ một cách tự nhiên, không áp lực. Cùng inteX tìm hiểu Top 5 sản phẩm STEM IoT đơn giản cho học sinh THCS trong bài viết dưới đây.
Bảng tổng hợp các sản phẩm IoT cho học sinh THCS:
| Tên Sản Phẩm | Nguyên Lý Hoạt Động | Giá Trị & Kiến Thức Nhận Được | Độ Khó |
| Báo Động Cửa | Cảm biến từ phát hiện mở cửa, gửi tin nhắn Wi-Fi. | Cảm biến từ, Thông báo đẩy. | ⭐ |
| Thùng Rác Thông Minh | Sóng siêu âm đo khoảng cách, điều khiển Servo. | Sóng siêu âm, Động cơ Servo. | ⭐⭐⭐ |
| Nhà Thông Minh | Hệ thống nhúng điều khiển thiết bị qua Smartphone. | Quản lý hệ thống, Giao diện Dashboard. | ⭐⭐⭐⭐ |
| Tưới Cây Tự Động | Đo điện trở đất để tự động kích hoạt máy bơm. | Tín hiệu Analog, Liên môn Sinh – Lý. | ⭐⭐⭐ |
| Đèn Đường IoT | Quang trở nhận diện ánh sáng, giám sát qua Web. | Hiệu ứng quang điện, Quản lý dữ liệu Web. | ⭐⭐ |
1. Báo động mở cửa qua điện thoại
Đây là giải pháp an ninh thông minh giúp bảo vệ tài sản cá nhân. Thay vì những bộ chuông báo động đắt tiền, học sinh sẽ tự tạo ra một hệ thống “mắt thần” canh gác cửa phòng hoặc tủ đồ lớp học, có khả năng gửi tin nhắn cảnh báo đi khắp thế giới miễn là có Internet.
1.1. Nguyên lý hoạt động
Dự án dựa trên nguyên lý ngắt kết nối từ trường.
Cảm biến từ (Reed Switch) gồm hai phần: một thanh nam châm và một công tắc từ tính.
- Khi cửa đóng, nam châm làm công tắc đóng lại, tạo thành một mạch kín.
- Khi cửa mở, mạch bị hở, vi điều khiển ESP8266 phát hiện sự thay đổi điện áp ngay lập tức và kích hoạt lệnh gửi dữ liệu qua giao thức Wifi tới máy chủ Cloud.
1.2. Kiến thức STEM đạt được
- Nguyên lý cảm biến (cảm biến từ cửa)
- Kết nối Internet và truyền dữ liệu
- Lập trình điều kiện IF – THEN
- Ứng dụng IoT trong an ninh đời sống
2. Thùng rác thông minh tự động mở nắp và báo đầy
Thùng rác có khả năng tự mở nắp khi đưa tay lại gần và gửi cảnh báo khi đầy. Đây là sản phẩm STEM rất trực quan, thường thu hút sự chú ý tại các ngày hội STEM.
2.1. Nguyên lý hoạt động:
Sử dụng sóng siêu âm để xác định vị trí.
Cảm biến phát ra một chùm sóng âm tần số cao
- Khi gặp vật cản (tay người hoặc rác), sóng sẽ phản xạ lại. Vi điều khiển đo thời gian từ lúc phát đến lúc thu để tính khoảng cách.
- Nếu khoảng cách phía trước ngắn (có người), nó điều khiển động cơ Servo quay để mở nắp. Nếu khoảng cách bên trong ngắn (rác đầy), nó gửi cảnh báo lên hệ thống.
2.2. Kiến thức đạt được
- Cảm biến siêu âm đo khoảng cách
- Servo motor và điều khiển chuyển động
- Tư duy tự động hóa
- Mở rộng: gửi dữ liệu lên điện thoại
3. Mô hình Nhà thông minh (Smart Home) đa năng
Học sinh xây dựng mô hình nhà thông minh thu nhỏ, tích hợp nhiều chức năng như: Bật/tắt đèn từ xa, cảnh báo mở cửa, theo dõi nhiệt độ – độ ẩm, điều khiển thiết bị bằng điện thoại…
3.1. Nguyên lý hoạt động:
Đây là một hệ thống nhúng tập trung.
Mạch ESP32 đóng vai trò “bộ não”, kết nối Wi-Fi để tạo ra một Web Server nhỏ hoặc kết nối với Broker (trung gian dữ liệu).
Người dùng gửi lệnh từ điện thoại, ESP32 tiếp nhận và đóng/ngắt Relay (công tắc điện tử) để điều khiển thiết bị 220V (mô phỏng bằng LED) hoặc đọc dữ liệu từ cảm biến môi trường để hiển thị ngược lại lên màn hình điện thoại.
3.2. Kiến thức đạt được:
- Tổng hợp kiến thức IoT
- Lập trình điều khiển nhiều thiết bị
- Tư duy hệ thống và làm việc nhóm
Tìm hiểu thêm: Dự án nhà thông minh – Ứng dụng STEM IoT
4. Dự án STEM IoT: Hệ thống tưới cây thông minh
Hệ thống tự động tưới nước cho cây khi đất khô, giúp tiết kiệm nước và công chăm sóc. Hệ thống sử dụng cảm biến IoT nhận diện khi đất thiếu độ ẩm cần thiết, tự động bơm nước tưới cây.
4.1. Nguyên lý hoạt động
Dựa trên điện trở của đất.
Đất càng ẩm thì khả năng dẫn điện càng tốt (điện trở thấp) và ngược lại.
Cảm biến độ ẩm đất gửi một mức điện áp (Analog) về vi điều khiển. ESP8266 sẽ so sánh mức điện áp này với một con số “ngưỡng” đã lập trình sẵn.
Nếu điện áp vượt ngưỡng (đất khô), mạch kích hoạt Relay bật máy bơm nước.
4.2. Kiến thức STEM đạt được:
- Cảm biến độ ẩm đất
- Lập trình điều kiện IF – ELSE
- Kết hợp STEM liên môn (Sinh học – Công nghệ – Tin học)
5. Đèn tự động bật khi trời tối
Đèn sẽ tự động bật khi trời tối và tắt khi trời sáng, mô phỏng hệ thống chiếu sáng thông minh ngoài đời thực.
5.1. Nguyên lý hoạt động
Sử dụng hiệu ứng quang điện.
Linh kiện chính là quang trở (LDR) có điện trở thay đổi theo cường độ ánh sáng chiếu vào.
Khi trời tối, điện trở LDR tăng cao, làm thay đổi điện áp tại chân tín hiệu của vi điều khiển.
Hệ thống sẽ tự động kích hoạt đèn LED.
Khác với đèn thường, dữ liệu về thời gian bật/tắt và điện năng tiêu thụ (ước tính) được đẩy lên Dashboard để quản lý từ xa.
5.2. Kiến thức STEM đạt được
- Cảm biến ánh sáng
- Nguyên lý tiết kiệm năng lượng
- Lập trình điều kiện đơn giản
Tìm hiểu thêm: Ứng dụng IoT trong ngôi nhà – thành phố – nông nghiệp thông minh
Kết luận:
Trên đây là Top 5 sản phẩm STEM IoT đơn giản giúp học sinh THCS dễ dàng hiện thực hóa ý tưởng công nghệ với chi phí tối ưu. Những dự án này không chỉ khơi gợi đam mê sáng tạo mà còn trang bị cho các em tư duy giải quyết vấn đề thực tế trong thời đại 4.0.
