Tài liệu: Đồ án học phần thiết kế ổ cắm tiện ích cho hộ

Tìm hiểu đồ án thiết kế ổ cắm tiện ích thông minh cho hộ gia đình tích hợp ứng dụng Blink với các tính năng điều khiển từ xa hiện đại.

• Trường học: Trường Đại Học Công Nghiệp Quảng Ninh
• Chuyên ngành: Kỹ Thuật Tự Động Hóa
• Đề tài: Thiết Kế Ổ Cắm Tiện Ích Cho Gia Đình Trên Ứng Dụng Blink
• Loại tài liệu: Đồ Án Học Phần
• Năm xuất bản: 2063
• Địa điểm: Quảng Ninh

Tóm tắt

I. Giới thiệu về Đồ án Thiết kế Ổ Cắm Thông minh IoT

Đồ án học phần thiết kế ổ cắm là một dự án học tập quan trọng trong lĩnh vực tự động hóa và IoT. Đây là một ứng dụng thực tế của công nghệ Internet of Things (IoT) nhằm nâng cao chất lượng cuộc sống gia đình hiện đại. Dự án này được thực hiện tại Trường Đại học Công nghiệp Quảng Ninh, Khoa Điện - Bộ môn Tự động hóa, dành cho sinh viên ngành Công nghệ kỹ thuật tự động hóa. Mục tiêu chính của đồ án là thiết kế và chế tạo một hệ thống ổ cắm điện thông minh có khả năng điều khiển thiết bị điện trong gia đình thông qua ứng dụng Blynk. Đây là một bước tiến quan trọng trong việc ứng dụng công nghệ IoT vào đời sống hàng ngày.

1.1. Khái niệm về IoT và Ổ cắm thông minh

IoT (Internet of Things) là công nghệ kết nối các thiết bị qua internet, cho phép trao đổi dữ liệu tự động. Ổ cắm thông minh là thiết bị cắm điện có tích hợp công nghệ IoT, cho phép người dùng điều khiển và theo dõi tiêu thụ điện năng từ xa thông qua điện thoại thông minh hoặc ứng dụng web.

1.2. Tầm quan trọng của dự án

Dự án thiết kế ổ cắm thông minh giúp nâng cao hiệu quả sử dụng điện trong gia đình, tiết kiệm năng lượng và tăng cường an toàn. Ngoài ra, đó là cơ hội để sinh viên học tập và áp dụng các kiến thức về lập trình nhúng, thiết kế mạch điện và công nghệ IoT vào một sản phẩm thực tế có ích cho xã hội.

II. Cơ sở lý thuyết và Công nghệ sử dụng

Đồ án thiết kế ổ cắm sử dụng nhiều công nghệ hiện đại để xây dựng hệ thống điều khiển thông minh. Thành phần quan trọng nhất là chip ESP8266, một vi điều khiển được tích hợp sẵn module WiFi, cho phép kết nối internet mà không cần thêm phần cứng bổ sung. Phần mềm Arduino IDE được sử dụng để lập trình cho ESP8266. Ngoài ra, dự án sử dụng ứng dụng Blynk - một nền tảng IoT cloud cho phép xây dựng giao diện điều khiển trên điện thoại một cách dễ dàng. Hệ thống bao gồm các linh kiện như rơ le trung gian, cảm biến, board test và các linh kiện điện tử khác để tạo thành một hệ thống IoT hoàn chỉnh.

2.1. Vi điều khiển ESP8266 và đặc tính

ESP8266 là vi điều khiển mạnh mẽ với tích hợp module WiFi, bộ nhớ đủ để chạy ứng dụng IoT phức tạp. Nó hỗ trợ lập trình bằng Arduino IDE, có chi phí thấp, tiêu thụ điện năng hiệu quả và kích thước nhỏ gọn, làm cho nó trở thành lựa chọn lý tưởng cho các dự án IoT thông minh.

2.2. Nền tảng Blynk và ứng dụng

Blynk là nền tảng IoT cloud miễn phí cho phép tạo giao diện điều khiển trên điện thoại hoặc web. Nó cung cấp các widget điều khiển như nút bấm, bộ trượt, màn hình hiển thị và cảm biến ảo. Người dùng có thể dễ dàng kết nối ESP8266 với ứng dụng Blynk để điều khiển thiết bị từ bất kỳ đâu có kết nối internet.

III. Thiết kế và Chế tạo Hệ thống

Quá trình thiết kế và chế tạo ổ cắm thông minh bao gồm nhiều bước quan trọng. Đầu tiên, sinh viên phải thiết kế sơ đồ nguyên lý toàn bộ hệ thống, bao gồm các linh kiện như ESP8266, rơ le điều khiển, mạch cấp nguồn và bảng điều khiển. Tiếp theo là chế tạo mạch in bằng cách hàn các linh kiện lên board test 2 mặt. Quá trình hàn đòi hỏi kỹ năng cao để đảm bảo chất lượng kết nối điện và an toàn. Sau đó, sinh viên phải lập trình phần mềm cho ESP8266 sử dụng Arduino IDE và thư viện Blynk. Cuối cùng là kiểm tra và thử nghiệm hệ thống để đảm bảo hoạt động chính xác.

3.1. Thiết kế mạch điện và sơ đồ nguyên lý

Sơ đồ nguyên lý hệ thống bao gồm ESP8266 như bộ não, rơ le trung gian để chuyển mạch tải, mạch cấp nguồn ổn định và các linh kiện bảo vệ. Thiết kế phải đảm bảo an toàn điện và hiệu suất hoạt động cao. Mỗi linh kiện được chọn lựa kỹ lưỡng dựa trên yêu cầu kỹ thuật của dự án.

3.2. Lập trình phần mềm và tích hợp Blynk

Phần mềm điều khiển được lập trình trên Arduino IDE để xử lý kết nối WiFi, giao tiếp với Blynk và điều khiển rơ le. Sinh viên phải cài đặt thư viện Blynk, kấu hình chứng chỉ xác thực và viết mã chương trình để đồng bộ hoá giao diện ứng dụng với phần cứng thực tế.

IV. Kết quả và Ứng dụng thực tế

Sau khi hoàn thành chế tạo, sinh viên sẽ có được một hệ thống ổ cắm thông minh hoàn chỉnh có khả năng điều khiển thiết bị điện trong gia đình từ xa. Sản phẩm cuối cùng bao gồm ổ cắm có tích hợp rơ le điều khiển, ứng dụng Blynk trên điện thoại và chương trình firmware trên ESP8266. Người dùng có thể bật/tắt thiết bị qua ứng dụng, theo dõi trạng thái hoạt động và lên lịch tự động. Dự án này mở ra nhiều hướng phát triển tiếp theo như thêm cảm biến nhiệt độ, cảm biến ánh sáng, tính năng lập lịch nâng cao hoặc tích hợp với các nền tảng IoT khác. Đây là ứng dụng IoT thực tế hữu ích cho gia đình thông minh hiện đại.

4.1. Thử nghiệm và đánh giá hiệu suất

Quá trình thử nghiệm bao gồm kiểm tra kết nối WiFi, độ ổn định kết nối, tốc độ phản hồi và an toàn điện. Sinh viên thực hiện các bài kiểm tra chức năng để xác nhận toàn bộ tính năng hoạt động đúng. Hiệu suất hệ thống được đánh giá dựa trên độ tin cậy, tiêu thụ điện và độ chính xác điều khiển.

4.2. Hướng phát triển và cải tiến tương lai

Hướng phát triển tiếp theo có thể bao gồm tích hợp cảm biến thông minh để giám sát năng lượng, tạo giao diện web ngoài ứng dụng di động, kết nối với voice assistant như Alexa, hoặc xây dựng hệ thống nhà thông minh toàn bộ. Các cải tiến này sẽ tạo nên một giải pháp IoT hoàn chỉnh cho gia đình thông minh.

Nội dung chính

Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Sự phát triển mạnh mẽ của cuộc Cách mạng công nghiệp 4.0 đã đưa Internet Vạn Vật (IoT - Internet of Things) trở thành một trong những lĩnh vực công nghệ trọng tâm trên toàn cầu. Xu hướng tự động hóa nhà ở (Smart Home) và điều khiển thiết bị từ xa qua các giao thức truyền thông không dây như Wi-Fi, Bluetooth, RF ngày càng thay thế các hệ thống kết nối dây cáp phức tạp vốn gặp nhiều trở ngại tại những không gian chật hẹp hoặc khoảng cách xa.

Tại thị trường Việt Nam, phần lớn các thiết bị điều khiển không dây phục vụ dân dụng vẫn phụ thuộc vào nguồn hàng nhập khẩu với giá thành tương đối cao, gây khó khăn cho việc tiếp cận của đại đa số hộ gia đình. Xuất phát từ thực tiễn đó, đồ án học phần tập trung vào nhiệm vụ tự thiết kế và chế tạo một bộ sản phẩm ổ cắm điện thông minh có giá thành hợp lý, tận dụng phần cứng mã nguồn mở và nền tảng điều khiển sẵn có.

Mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu của đề tài bao gồm:

1. Thiết kế và phát triển sản phẩm ổ cắm điện thông minh có kết nối Internet thông qua sóng Wi-Fi, cho phép điều khiển bật/tắt thiết bị gia dụng từ xa qua ứng dụng trên điện thoại thông minh (smartphone).
2. Đảm bảo mạch điện hoạt động chính xác, ổn định dưới tác động biến thiên của các điều kiện môi trường như nhiệt độ và độ ẩm.
3. Xây dựng giao diện phần mềm trực quan, dễ cấu hình và thao tác trên nền tảng ứng dụng Blynk.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

• Đối tượng nghiên cứu: Hệ thống phần cứng điều khiển đóng cắt tải điện dân dụng sử dụng vi điều khiển ESP8266, khối chấp hành rơ le trung gian và giao diện điều khiển qua nền tảng Blynk.
• Phạm vi thực hiện: Đề tài được thực hiện bởi sinh viên ngành Công nghệ Kỹ thuật Tự động hóa (lớp Tự động hóa K13), Khoa Điện - Bộ môn Tự động hóa, Trường Đại học Công nghiệp Quảng Ninh, hoàn thành vào tháng 9 năm 2023.

---

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Đồ án ứng dụng khung lý thuyết kiến trúc phân tầng của hệ thống IoT chuẩn (IoT Reference Architecture), bao gồm các phân lớp chức năng:

• Lớp kết nối và thu thập thiết bị (Device Connectivity).
• Lớp xử lý dữ liệu, phân tích và quản trị (Data Processing, Analytics and Business Management).
• Lớp hiển thị và kết nối người dùng cuối (Presentation and Connectivity).

Nền tảng phần cứng trung tâm là vi mạch SoC ESP8266 (sản xuất bởi Espressif Systems), tích hợp nhân xử lý 32-bit Tensilica L106 Diamond, xung nhịp cấu hình 80 MHz hoặc 160 MHz, bộ nhớ RAM 50 KB, cùng khối phần cứng thu phát RF tần số 2.4 GHz hỗ trợ đầy đủ chuẩn kết nối Wi-Fi 802.11 b/g/n và ngăn xếp giao thức TCP/IP. Khối đóng cắt sử dụng rơ le trung gian điện từ nhằm cách ly an toàn giữa mạch vi điều khiển điện áp một chiều thấp (5 VDC) với mạch động lực điện xoay chiều dân dụng (220 VAC).

Phương pháp nghiên cứu được triển khai đồng bộ qua các bước:

• Phương pháp phân tích - tổng hợp tài liệu: Thu thập và đánh giá các dữ liệu công nghệ từ báo cáo Hype Cycle (Gartner, 2018), số liệu thống kê kết nối toàn cầu từ Cisco, báo cáo thị trường nhà thông minh của McKinsey và tài liệu kỹ thuật phần cứng của hãng Espressif Systems, AI-Thinker.
• Phương pháp thiết kế kỹ thuật: Tính toán tham số nguồn cấp, sơ đồ chân GPIO, thiết kế sơ đồ nguyên lý toàn mạch và đấu nối trên bo mạch thử nghiệm sợi thủy tinh hai mặt.
• Phương pháp thực nghiệm và tích hợp hệ thống: Lập trình nhúng mã nguồn C/C++ trên môi trường Arduino IDE, biên dịch và nạp firmware cho ESP8266 NodeMCU; cấu hình giao tiếp mạng qua thư viện Blynk, kiểm tra thực tế hoạt động đóng cắt của tải qua thiết bị đo và mô hình hộp cầu nối điện.

---

Thiết kế và triển khai

Cấu trúc phần cứng và lựa chọn linh kiện

Hệ thống điều khiển được cấu thành từ ba khối chức năng chính: Khối nguồn và giao tiếp cổng Micro USB, Khối xử lý trung tâm NodeMCU ESP8266, và Khối chấp hành rơ le trung gian.

Khối chức năng	Tên linh kiện / Thông số kỹ thuật	Vai trò trong hệ thống
Xử lý trung tâm	NodeMCU ESP8266-12E (Tensilica 32-bit, Flash 4MB, Wi-Fi 2.4GHz)	Nhận lệnh qua Wi-Fi, xử lý logic và xuất tín hiệu điều khiển GPIO
Giao tiếp nạp / nguồn	Module đế ra chân Micro USB (15.6 x 13.3 mm, 5 chân: Vbus, GND, D+, D-, ID)	Tiếp nhận nguồn cấp 5VDC từ adapter sạc tiêu chuẩn
Đóng cắt công suất	Rơ le trung gian điện từ (Cuộn hút 5VDC, tiếp điểm NO/NC)	Cách ly mạch điều khiển và mạch động lực 220VAC, đóng cắt nguồn thiết bị
Mạch liên kết	Bản mạch hàn sợi thủy tinh hai mặt (Test board 6x8 cm, dày 1.6 mm)	Gắn kết cố định linh kiện, đi dây mạch nguyên lý
Vỏ bảo vệ	Hộp cầu nối điện nhựa cách điện chuyên dụng	Chứa toàn bộ mạch phần cứng, đảm bảo an toàn vận hành

Đồ án cũng tiến hành so sánh đặc tính kỹ thuật giữa các module ESP8266 phổ biến của hãng AI-Thinker để lựa chọn phương án tối ưu:

Tiêu chí	ESP-01	ESP-07	NodeMCU (ESP-12E/F)
Loại ăng-ten	PCB Antenna tích hợp	Chip Antenna + cổng IPEX ngoài	PCB Antenna tích hợp
Số chân GPIO	3 chân (GPIO0, GPIO2, GPIO16)	9 chân GPIO, 1 ADC	11 chân I/O (10 GPIO đa năng, 1 ADC)
Giao tiếp nạp code	Cần mạch nạp UART ngoài	Cần mạch nạp UART ngoài	Tích hợp sẵn cổng Micro USB và chip CH340
Dung lượng Flash SPI	4 MByte	4 MByte	4 MByte
Mức độ tích hợp	Kích thước rất nhỏ, ít chân	Cần hàn thêm mạch phụ trợ	Đầy đủ nút Flash/Reset, cắm nạp trực tiếp

Thiết kế phần mềm và lưu đồ điều khiển

Môi trường phát triển tích hợp Arduino IDE được cấu hình thông qua việc khai báo đường dẫn quản lý bo mạch: http://arduino.esp8266.com/stable/package_esp8266com_index.json. Phần mềm nạp code sử dụng driver giao tiếp USB-UART (CH340/dpinst).

Đoạn mã lập trình kiểm tra cổng xuất tín hiệu vi điều khiển được triển khai theo cấu trúc ngôn ngữ C/C++ tiêu chuẩn:

int pin = 2;

void setup() {
  // Khoi tao chan GPIO 2 la ngo ra
  pinMode(pin, OUTPUT);
}

// Ham loop chay lap di lap lai mai mai
void loop() {
  digitalWrite(pin, HIGH); // Bat LED sang voi muc logic CAO
  delay(1000);              // Delay 1s
  digitalWrite(pin, LOW);  // Cho LED tat voi muc logic THAP
  delay(1000);              // Delay 1s
}

Trên ứng dụng Blynk, hệ thống thiết lập cơ chế kết nối qua mã thông thực (Auth Token), cấu hình hai nút nhấn ảo (Button Widget) tương ứng điều khiển hai đầu ra GPIO kích hoạt cuộn dây rơ le trung gian để đóng/ngắt các cổng ổ cắm điện.

---

Nội dung chính theo từng chương

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN

Chương 1 trình bày tổng quan về cuộc cách mạng công nghệ IoT, phân tích tầm quan trọng và sự hình thành của mạng lưới vạn vật kết nối. Tác giả trích dẫn các mốc lịch sử phát triển quan trọng:

• 1990: John Romkey kết nối máy nướng bánh mì vào mạng Internet đầu tiên trên thế giới.
• 1999: Kevin Ashton đưa ra thuật ngữ "Internet of Things" trong bài thuyết trình về nhận dạng tần số vô tuyến (RFID).
• 2000: LG giới thiệu chiếc tủ lạnh đầu tiên có kết nối Internet với giá 20.000 USD.
• 2008: Hội nghị quốc tế đầu tiên về IoT diễn ra tại Zurich (Thụy Sĩ).
• 2009: Cisco nhận định IoT chính thức khai sinh khi số lượng thiết bị kết nối vượt qua tổng dân số toàn cầu.
• 2013: Thuật ngữ IoT chính thức được đưa vào Từ điển Oxford.
• 2020: Số lượng thiết bị IoT toàn cầu vượt mốc 20 tỷ (theo Gartner ước tính đạt 26 tỷ thiết bị), dự báo đến năm 2025 sẽ đạt 75 tỷ thiết bị.

Theo biểu đồ Gartner Hype Cycle (2018), công nghệ IoT nằm ở đỉnh cao của kỳ vọng phát triển. Số liệu từ McKinsey cũng cho thấy số lượng nhà thông minh tại Mỹ đã tăng từ 17 triệu (năm 2015) lên 29 triệu (năm 2017), và người tiêu dùng Tây Âu chi khoảng 12 tỷ euro cho thiết bị thông minh vào năm 2020. Chương 1 khẳng định các đặc trưng cốt lõi của IoT gồm: khả năng định danh độc nhất (QR, barcode, NFC, IP), tính thông minh, tính phức tạp liên kết và quy mô mở rộng lên tới 50–100 nghìn tỷ đối tượng. Từ khảo sát thị trường ổ cắm thông minh, tác giả xác định mục tiêu nghiên cứu và bố cục tổng thể gồm 4 chương.

CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT

Chương 2 đi sâu vào cấu trúc phần cứng và nguyên lý hoạt động của các khối linh kiện điện tử:

• Khối xử lý trung tâm ESP8266 NodeMCU: Khảo sát chi tiết cấu trúc vi mạch SoC 32-bit Tensilica L106, bộ nhớ RAM 50 KB, bộ nhớ chương trình SPI Flash 4 MB ngoài, dải điện áp làm việc 5 VDC qua cổng Micro USB, tích hợp 11 chân I/O (hỗ trợ Interrupt, PWM, I2C, One-wire trên các chân, ngoại trừ D0) và 1 chân Analog Input (điện áp vào tối đa 3.3V).
• Các phiên bản module: Phân tích cấu trúc của ESP-01 (3 chân GPIO, ăng-ten PCB), ESP-07 (9 chân GPIO, tích hợp đầu nối IPEX cho ăng-ten rời ngoài) và NodeMCU ESP-12E.
• Môi trường lập trình Arduino IDE: Hướng dẫn đầy đủ quy trình tải bản cài đặt, thiết lập cấu hình Board Manager, cài đặt Driver giao tiếp máy tính (Windows x86/x64), quản lý các vùng chức năng (nút biên dịch kiểm tra lỗi, nút nạp chương trình, màn hình Serial Monitor).
• Khối đế ra chân Micro USB: Kích thước chi tiết 15.60 mm x 13.30 mm, lỗ bắt vít đường kính 3 mm, trọng lượng 5 g, cung cấp 5 chân ra chuẩn gồm Vbus, GND, D+, D-, ID.
• Khối rơ le trung gian: Trình bày cấu tạo gồm lõi thép động, lõi thép tĩnh, lò xo phản hồi, vít điều chỉnh và cuộn dây kích từ. Phân tích nguyên lý tạo lực điện từ để chuyển mạch cặp tiếp điểm thường mở (NO) sang đóng và tiếp điểm thường đóng (NC) sang mở. Khẳng định 2 chức năng trọng yếu: cách ly an toàn mạch điều khiển với mạch lực và khuếch đại tín hiệu điều khiển dòng điện nhỏ sang điều khiển thiết bị công suất cao.
• Bản mạch thử nghiệm: Khảo sát thông số board sợi thủy tinh 2 mặt kích thước 6x8 cm, độ dày 1.6 mm.

CHƯƠNG 3. THIẾT KẾ MẠCH IOT ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ ĐIỆN TRONG GIA ĐÌNH VÀ THIẾT KẾ CHƯƠNG TRÌNH PHẦN MỀM

Chương 3 trình bày toàn bộ giải pháp kỹ thuật kết hợp giữa phần cứng và phần mềm:

• Thiết kế phần cứng: Xây dựng sơ đồ khối và sơ đồ nguyên lý toàn mạch, xác định đường đi của tín hiệu điều khiển từ cổng GPIO của ESP8266 qua mạch kích rơ le trung gian nhằm đóng ngắt tiếp điểm cấp nguồn cho ổ cắm.
• Thiết kế phần mềm:
  • Phân tích hai chế độ kết nối không dây của ESP8266: Chế độ WiFi Station (STA - kết nối vào mạng router Wi-Fi có sẵn trong nhà) và Chế độ WiFi Access Point (AP / soft-AP - vi điều khiển tự phát Wi-Fi để thiết bị di động truy cập trực tiếp).
  • Khai thác nền tảng Blynk: Quy trình cài đặt thư viện Blynk trên Arduino IDE, thiết lập tài khoản quản lý trên ứng dụng di động (hệ điều hành iOS qua App Store hoặc Android), tạo giao diện người dùng với các khối chức năng nút ấn (Button Widget).
  • Biên dịch và nạp chương trình hoàn chỉnh cho vi điều khiển ESP8266, thiết lập liên kết thời gian thực giữa trạng thái nút bấm trên app với chân kích rơ le.

CHƯƠNG 4. CHẾ TẠO VÀ THỬ NGHIỆM THIẾT BỊ

Chương 4 mô tả quá trình gia công thực tế và kiểm thử thiết bị:

• Thống kê linh kiện: Tổng hợp danh mục vật tư gồm kit NodeMCU ESP8266, module rơ le trung gian, mạch đế Micro USB, board hàn sợi thủy tinh 6x8 cm, dây dẫn và các thiết bị phụ trợ.
• Lắp ráp mô hình: Tiến hành hàn linh kiện lên board mạch hai mặt, bố trí hệ thống gọn gàng bên trong hộp cầu nối điện cách điện để bảo đảm an toàn điện lưới.
• Thực nghiệm thiết bị: Sử dụng đồng hồ vạn năng đo kiểm điện áp cấp, kiểm tra tín hiệu logic tại các chân vi điều khiển. Tiến hành thử nghiệm thực tế tác động điều khiển đóng/cắt lần lượt thiết bị 1 và thiết bị 2 thông qua giao diện ứng dụng Blynk trên smartphone. Ghi nhận mạch đóng cắt dứt khoát, rơ le phản hồi tức thì theo lệnh truyền qua sóng Wi-Fi.

---

Kết quả và đóng góp

Đồ án hoàn thành việc thiết kế và chế tạo thành công sản phẩm ổ cắm điện thông minh điều khiển qua Wi-Fi với các kết quả cụ thể:

• Làm chủ quy trình tích hợp giữa vi điều khiển thu phát Wi-Fi ESP8266 (SoC Tensilica 32-bit) với rơ le trung gian trên nền tảng bo mạch sợi thủy tinh 6x8 cm dày 1.6 mm.
• Xây dựng thành công ứng dụng điều khiển hai kênh tải độc lập thông qua nền tảng Blynk, cho phép thao tác bật/tắt thiết bị điện từ xa thông qua mạng Wi-Fi và Internet.
• Đảm bảo tính an toàn vận hành nhờ nguyên lý cách ly điện từ giữa khối điều khiển 5 VDC và tải nguồn 220 VAC, gói gọn toàn bộ mạch trong hộp cầu nối điện tiêu chuẩn.
• Cung cấp một giải pháp thiết bị nhà thông minh tự chế tạo trong nước với giá thành linh kiện thấp, cấu trúc mạch đơn giản, dễ bảo trì và thay thế.

---

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Dựa trên nội dung tài liệu, đề tài còn một số điểm hạn chế và định hướng phát triển:

• Hạn chế: Thiết bị hiện dừng lại ở dạng mô hình chế tạo thủ công trên board hàn thử nghiệm (test board hàn hai mặt 6x8 cm), chưa được thiết kế thành bản mạch in thương mại (PCB chuyên dụng) tối ưu hóa kích thước; chưa tích hợp các khối cảm biến đo lường công suất tiêu thụ hoặc cảnh báo nhiệt độ quá tải.
• Hướng phát triển:
  • Thiết kế và gia công mạch in PCB công nghiệp nhiều lớp để nâng cao tính thẩm mỹ và độ bền cơ học.
  • Tích hợp thêm cảm biến dòng điện, điện áp nhằm giám sát lượng điện năng tiêu thụ của từng thiết bị gia dụng theo thời gian thực.
  • Mở rộng thêm tính năng tự động hẹn giờ bật/tắt theo lịch trình và liên kết điều khiển bằng giọng nói.

---

Giá trị tham khảo

Tài liệu là nguồn tham khảo hữu ích cho sinh viên, giảng viên và kỹ sư thuộc các chuyên ngành Công nghệ Kỹ thuật Tự động hóa, Kỹ thuật Điện - Điện tử, Kỹ thuật Điều khiển và Công nghệ Thông tin (chuyên ngành IoT). Nội dung tài liệu cung cấp hướng dẫn có giá trị thực hành cao về:

• Quy trình cài đặt, cấu hình và nạp code cho vi điều khiển dòng ESP8266 trên môi trường Arduino IDE.
• Phương pháp sử dụng rơ le trung gian để cách ly an toàn mạch điều khiển điện tử với tải động lực điện áp cao.
• Cách thức xây dựng giao diện điều khiển phần cứng qua ứng dụng di động bằng nền tảng đám mây Blynk.

---

Câu hỏi thường gặp

1. Vi điều khiển trung tâm sử dụng trong đề tài có những thông số kỹ thuật chính nào?
Đề tài sử dụng module NodeMCU dựa trên chip ESP8266 của hãng Espressif Systems. Chip sở hữu nhân vi xử lý 32-bit Tensilica L106 Diamond (tốc độ xung nhịp 80 MHz hoặc 160 MHz), bộ nhớ RAM 50 KB, bộ nhớ SPI Flash ngoài 4 MB, tích hợp bộ thu phát Wi-Fi 2.4 GHz chuẩn 802.11 b/g/n, hỗ trợ 11 chân I/O và 1 chân Analog Input (tối đa 3.3V).

2. Đề tài khai thác những chế độ kết nối Wi-Fi nào của ESP8266?
Đề tài đề cập đến hai chế độ kết nối chính: chế độ WiFi Station (STA - module đóng vai trò là thiết bị client kết nối vào mạng Wi-Fi của hộ gia đình) và chế độ WiFi Access Point (AP / soft-AP - module tự phát mạng Wi-Fi riêng để điện thoại kết nối trực tiếp vào cấu hình/điều khiển).

3. Tại sao hệ thống cần sử dụng rơ le trung gian trong khối đóng cắt?
Rơ le trung gian thực hiện hai nhiệm vụ then chốt: (1) Cách ly hoàn toàn mạch điều khiển điện áp một chiều thấp (5 VDC) với mạch động lực điện xoay chiều công suất lớn (220 VAC) nhằm bảo vệ an toàn cho vi điều khiển; (2) Khuếch đại tín hiệu điều khiển logic dòng điện nhỏ từ chân GPIO để đóng/cắt tải điện gia dụng.

4. Quy trình cấu hình Arduino IDE để lập trình cho bo mạch ESP8266 gồm các bước nào?
Người dùng cần: (1) Thêm đường link quản lý gói board ESP8266 (http://arduino.esp8266.com/stable/package_esp8266com_index.json) vào mục Preferences; (2) Mở Boards Manager để tìm kiếm và cài đặt gói "esp8266 by ESP8266 Community"; (3) Cài đặt driver USB-UART (CH340/dpinst); (4) Chọn đúng tên board NodeMCU và cổng COM kết nối trong menu Tools.

5. Kích thước và thông số kết cấu của phần cứng được chế tạo là bao nhiêu?
Thiết bị sử dụng cổng cấp nguồn Micro USB kích thước 15.60 mm x 13.30 mm (lỗ vít 3 mm, trọng lượng 5 g), toàn bộ mạch được lắp ráp trên bản mạch hàn 2 mặt sợi thủy tinh kích thước 6x8 cm có độ dày 1.6 mm và đặt trong hộp cầu nối điện cách điện.

---

Kết luận

Đồ án "Thiết kế ổ cắm tiện ích cho hộ gia đình trên ứng dụng Blink" của sinh viên ngành Công nghệ Kỹ thuật Tự động hóa, Trường Đại học Công nghiệp Quảng Ninh đã giải quyết trọn vẹn bài toán điều khiển thiết bị điện gia dụng từ xa qua sóng Wi-Fi và Internet. Bằng việc kết hợp vi điều khiển ESP8266 NodeMCU, rơ le trung gian cách ly và nền tảng Blynk, đề tài đã chế tạo thành công mô hình ổ cắm thông minh hoạt động chính xác và an toàn. Công trình khẳng định tính khả thi của việc phát triển các giải pháp nhà thông minh giá thành thấp, phục vụ thiết thực cho đời sống và là tài liệu tham khảo bổ ích cho các nghiên cứu ứng dụng IoT tiếp theo.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1.2s<cssYxesEEYesEEEExsetrrkeertrkeertrresrsrresporkerrxee 1 INRC,LiiiLYPÊaaaỪọỪDODỖỒỀ£ÝÝÝÝ.1 Giới thiệu tổng quan về IoT.Kiến trúc hệ thống .Tầm quan trọng của IoT.Nguồn gốc IoT.Đặc trưng của IoT (internet of thing).1 Khả năng định danh.ớ Thông mimeo cece cece cc ceecceaecceeeccseectseeescesneeeesisaeeessntaeeeees 8 xu.4 Kích thước của Ïo'Ï.1 Nâng cao hiệu quả công vIỆC.2 Nâng cao chất lượng cuộc sống.7 Một số ung dung co ban cia in.8 Mục tiêu của đề tài. CƠ SỞ LÝ THUYẾT 16 "to ii sa.1 Téng quan vé ESP8266.2 Các phiên bản ESP8266.3 Phần mềm lập trình cho ESP8266.5 Kết nỗi phần cứng. 2-52 sc 1S 1 11211111211 12111121 1221111011 cn ng 33 2.6 Nạp chương trỉnh.2 Đề ra chân micro USE.3 Khôi đóng cắt dùng rơ le trung gian.- 2-5 SE 1221121211112121122 2 xe 37 PE©NG. Cau tạo và nguyên lý hoạt động.4 Test board han, ban mach hàn 2 mặt sợi thủy tĩnh.

THIET KE MẠCH IOT DIEU KHIỂN THIẾT BỊ ĐIỆN TRONG GIA ĐINH VÀ THIẾT KÉ CHƯƠNG TRÌNH PHÁN MÉM.1 Chế tạo mạch.2 Sơ đồ nguyên lý toàn mạch.4 Nouyén li hoat 8n. THIET KE CHUONG TRINH PHAN MEM.5 Cac ché d6 wifi cia ESP8266 000.1 Ché d6 WiFi Station.2 Chế độ WiFi Access Poittt.7 Giới thiệu về blynĂk.1 Cài thư viên blynk trên arduino IIDE.2 Các bước sử dụng blynk.8 Chương trình cho ESP8266. CHE TAO VA THU NGHIEM THIET BI 56 4.1 Ché tao thiét Bi.1 Théng kê linh kiện sử dụng trong mạch.3 Mô hình sản phẩm nghiên cứu.2 Thir nghidém thiét bi. ccccccccccccccccececseseecsesessescsseseeseesesseeseseessessessesesseeseeeees 55 KẾT LUẬN VÀ HUONG PHAT TRIEN CUA DE TAL.oeececcscccsccscessesseseesesseees 57 TAI LIEU THAM KHAO 58 DANH MUC BANG BIEU Bang 1.1 Biéu đồ Hype Cycle của hãng Gartner.2 Kién tric mét hé thống TOT ieee ceeeeceeeeecececscecescccececseccescesaussseesecevausaenesevecs 5 Bang 1.3Téng quan vé mét hé thong TOT.Thống kê linh kiện sử dụng trong, mạch.

52 DANH MỤC HÌNH Hình 1.1 Một số dự đoán khảo sát.2 Mô tả thuật ngữ loïÏ.3 Hình minh họa lIoT thông, minh.4 Tầm quan trọng Io'Ï”.5 Bùng nỗi IT.7 Kết nối IợT.8 Một số ứng dụng của IoT. - 5c s2 E121151221112112111211 12101121 nu ll Hinh 1.9 IoT cho phép moi dé vat va thiét bi thu thập và trao đổi dữ liệu với nhau.10 Một số sản phâm ô cắm đơn, ô cắm có nhiều ô cắm bán trên thị trường.3 Nhap vao “Windows Zip file for non admin install”.4 Nhấp vào “JUST DOWNLOAD” để tải phần mềm.5 Chọn nơi lưu file và bám “Start Download”.-: 2s: 2+22z22xz2xzsxzzxrsre2 21 Hình 2.6 Giải nén file vừa tải.7 Giao diện của Arduino IDE.exe, sau đó nhấn Next.9 Nhắn Install khi có yêu cầu xác nhận.10 Quá trình cài đặt diễn ra.11 Nhắn Finish dé kết thúc quá trình cài đặt.12 VỊ trí các chức năng cơ bản.13 Mở ví dụ trong Ardurno IDE.14 Chon Board đề kết nỗi board thực tế với phần mm.- 222 Sa S2 S22 2 sszs2 28 Hình 2.15 Chọn céng COM board thực tế liên kết với máy tính. 2S SE 112112112112121111 212122211121 xe 29 Hình 2.17 Sơ đồ kết nối phần cứng.18 Đề ra chân USB.19 Cấu tạo của rơ le trung gian.20 Nguyên lý hoạt động của rơ Ïe trung e1an.21 Test board han, Ban mach han 2 mat 6x8cm sợi thủy tĩnh.1 Sơ đồ khối hệ thống.2 Sơ đồ nguyên lý toàn mạch.3 WIF]I Access Polmt. - L2 111122111192 1n ng ng KT ng 1k 121151 116 kh 43 Hình 3.4 Cài đặt Blink trén arduino IIDE.5 Tải phần mềm Blynk trên App StOre.6 Tạo tài khoản trên phần mềm Blynk.7 Các khối chức năng điều khiến.8 Cài đặt cho nút ấn.9 Giao diện Arduino TDE.1 Đồng hồ van tr) t›mHaiaiaiiiiaiiÝỶÝ.

cece cceeccececceseecneeccnseecesecunsecnnsecnsaecnsescnseecnseentsesntaeesnnnaeess 53 Hinh 4.4 Hộp cầu nối điện làm mô hỉnh.5 Các dụng cụ phụ.6 Hình ảnh thực tế của thiết bị.7 Hình ảnh thiết bị 1 tác động.8 Hình ảnh thiết bị 2 tác động. 2 S912 221211111211 121121211112121 11g 56 DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT ® JoT - Internet Of Things hay internet van vat. © ESP8266 - Chịp xử lí tích hợp thu phat WiF1. eIDE - Viết tắt của Inteprated Development Enviroment - môi trường phát triển tích hợp Compiler - Trinh bién dich MO DAU Ngày nay, xã hội phat triển mạnh mẽ, kỹ thuật ngày cảng hiện đại nên nhụ cầu về trao đối thông tin giải trí, nhu cầu về điều khiển các thiết bị từ xa, ngày cảng cao.

Và những hệ thông dây cáp phức tạp lại không thể đáp ứng nhu cầu này, nhất là ở những khu vực chật hẹp, những nơi xa xôi, trên các phương tiện vận chuyền. VÌ vậy công nghệ không dây đã ra đời và phát triển mạnh mẽ, tạo rất nhiều thuận lợi cho con nguol trong đời sông hằng ngày. Trong những năm gần đây công nghệ truyền nhận đữ liệu không dây đang có những bước phát triển mạnh mẽ, góp công lớn trong việc phát triển các hệ thông điều khiến, giám sát từ xa, đặc biệt là các hệ thống thông minh. Hiện nay, có khá nhiều công nghệ không truyền nhận dữ liệu không dây nhu RF, Wifi, Bluetooth, NEC,.Trong đó tiêu biêu nhất là Bluetooth và Wifi.

Trên thị trường Việt Nam hiện nay chưa có nhiều sản phâm điều khiến thiết bị không dây, đa số những sản phẩm hiện có đều là nhập khâu từ nước ngoài với giá thành cao. Việc nghiên cứu và thiết kế một bộ sản phâm điều khiến thiết bị không dây có một ý nghĩa lớn, ø1úp tăng thêm sự lựa chọn cho người sử dụng, sản phẩm được sản xuất trong nước nên giá thành rẻ và góp phần phát triển các hệ thống điều khiến thông minh. Nhắc đến sự phát triển của thời đại công nghiệp 4.0, mét trong những khái niệm nhận được sự quan tâm hàng đầu trên toàn thế giới chính là Internet Vạn Vật hay còn được gọi là Internet of things (IoT). Sw phát triển của loT hứa hẹn sẽ đem lại những tác động mạnh mẽ lên nhiều mặt của công việc và đời sống.

Chứng kiến sự phát triển như vũ bão của các sản phâm ứng dụng công nghệ IoT và thị trường công nghệ Start up tiềm năng đang ngày cảng sôi động hơn bao giờ hết, ý thức được vấn đề đó, cùng với sự đồng ý của giảng viên hướng dan, em đã lựa chọn đề tài “ thiết kế ô cắm tiện ích cho hộ gia đình trên ứng dung Blink ” dùng sóng wifñi để điều khiển các thiết bị điện trong gia đình làm đề tài tốt nghiệp. Nội dung của báo cáo của đề tài tốt nghiệp có bố cục như sau: - CHUONG I. TONG QUAN - CHUONG 2. CO SO LI THUYET - CHUONG 3.

THIET KE MACH IOT ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ ĐIỆN TRONG GIA PINH VA THIET KE CHƯƠNG TRINH PHAN MEM - CHUONG 4. CHE TAO VA THU NGHIEM THIET BI CHUONG 1.1 Giới thiệu tông quan về loT Thời đại vạn vật kết nối Internet of Things (IoT) là một mạng lưới các vật thé duoc gan cảm biến hoặc hệ thống điện tử đặc biệt cho phép chúng kết nối với nhau đề thu thập và trao đổi dữ liệu. Các vật thể trong mạng lưới nảy có thế được kết nối với mạng Internet cho mục đích điều khiển từ xa. Xét về mặt vật chất, làm thế nào để chất lượng cuộc sống chúng ta được nâng cao, đó là khi các nhu cầu của chúng ta được đáp ứng nhiều hơn trước.

Nhu cầu ở đây có thê là có đầy đủ thức ăn, có quần áo đẹp, không kẹt xe, giảm bớt những lo lắng, không phải nhớ nhiều thứ linh tính trong đầu,. Những điều này đều sẽ được đáp ứng bởi loT. Hiện tại, loT ảnh hướng lớn nhất đến các khía cạnh trong đời sống. Theo báo cáo hàng năm của hãng Gartner về xu hướng công nghệ sẽ thay đổi thế giới trong năm 2018 thì loT đang xếp ở mức đỉnh cao của kỳ vọng và ứng dụng của loT trong vòng 5 năm -10 năm nữa sẽ ứng dụng nhiều trong đời sông thực tế Bang 1.

1 Biéu do Hype Cycle ctta hang Gartner ‘Hype Cycle for Emerging Technologies, 2018 gartner.com/SmarterWithGartner Gartner Theo một số dự đoán khảo sát được đưa ra Năm 2003 với 6.3 tỷ người có 500 triệu kết nối internet, với mỗi người sở hữu 0.08 thiết bị kết nối.6 tỷ người đã lên đến 50 tỷ kết nối với 1 người sở hữu 6.58 thiết bị kết nối internet. 3 WORLD CON CONNECTED POPULATION DEVICES DEVICES PER PERSON Sows Gace EG, Api 2011 Hình 1. 1 Một số dự đoán khảo sát Một số mốc phát triển của internet vạn vật (IoT) 1990: Máy nướng bánh mì được cho là đề vật đầu tiên được kết nối internet. John Romkey, một kỹ sư phần mềm tại Mỹ, đã kết nối chiếc máy nướng bánh mì với máy tính qua Internet để bật nó lên.

1999: Thuật ngữ “internet of things duoc tao ra boi Kevin Ashton khi thuyét trình về một hệ thống cảm biến và nhãn nhận dạng qua tần số radio (RFEID) gắn trên hàng hóa đề quản lý chuỗi cung ứng. ớ000: LG giới thiệu chiếc tủ lạnh có kết nối internet đầu tiên trên thế ĐIỚI VỚI mức giá 20. 6008: H6i nghi quốc tế đầu tiên về loT được tổ chức tại Zurich, Thụy Sĩ. 6009: Theo Cisco, day là thời diém ma mang internet van vật thực sự được khai sinh, khi số lượng thiết bị được kết nối internet vượt dân số thế ĐIỚI.

ớ013: Từ điển Oxford thêm thuật ngữ “internet of thíngs” vào hệ thống định nghĩa. ớ0ớ0: Số lượng thiết bị được kết nối internet trên thế ĐIới ước tính vượt con số 20 ty. 6065: Du bao sẽ có 75 tỷ thiết bị loT trên toàn cầu.ớ IoT là gi? > Tìm hiểu về thuật ngữ loT IoT (Internet of things) được dịch sang tiếng Việt với nhiều tên gọi khác nhau như Internet Vạn Vật, Mạng lưới thiết bị kết nối Internet, Mạng lưới vạn vật kết nối Internet,. Trong đó, thuật ngữ được sử dụng phố biến nhất là Internet Vạn Vật.

« - Internet trone thuật ngữ chỉ hệ thống kết nối, hệ thống liên mạng được sử dụng cho việc tiếp nhận, xử lý, truyền tải, chia sẻ thông tin, dữ liệu. « - Things (vạn vật) dùng để chỉ tất cả các thiết bị trong thực tế, được kết nối và trở thành một phần của mạng lưới thông tin, di liệu. Dựa trên một vải ứng dụng thực tế, các thiết bị nằm trong “vạn vật” của loT có thể kế đến may theo dõi nhịp tim, xe cảm biến tích hợp, nhà ở thông minh, đồng hỗ đeo tay thông minh,. IoT là một liên mạng với sự tham gia của nhiều thành phan.

Trong đó, các thiết bị, phương tiện sẽ được bô sung và tích hợp thêm các bộ phận điện tử, phần mềm cũng như các loại cảm biến giúp chúng vừa có thê thu thập dữ liệu, vừa có thé kết nối qua mạng máy tính để truyền và chia sẻ các dữ liệu đó. Hệ thống các thiết bị, phương tiện thông minh nảy sẽ tạo nên một cơ sở hạ tầng đáp ứng nhu cầu phát triển của xã hội thông tin.