Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế và thi công hệ thống điều khiển nhà thông minh

Đồ án tốt nghiệp thiết kế và thi công hệ thống thiết bị điều khiển nhà thông minh, ứng dụng công nghệ hiện đại, tối ưu hóa tiện ích và nâng cao chất lượng cuộc sống.

• Tác giả: Trần Minh Luân
• Người hướng dẫn: ThS. Nguyễn Thanh Tâm
• Trường học: Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật
• Chuyên ngành: Điện tử công nghiệp
• Đề tài: Thiết kế và thi công hệ thống điều khiển nhà thông minh
• Loại tài liệu: đồ án tốt nghiệp
• Năm xuất bản: 2018
• Địa điểm: Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI NÓI ĐẦU
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
• 1.1. ĐẶT VẤN ĐỀ
• 1.2. MỤC TIÊU
• 1.3. NỘI DUNG NGHIÊM CỨU
• 1.4. GIỚI HẠN
• 1.5. BỐ CỤC
• 2. CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
• 2.1. Giới thiệu về Internet of Things (IoT) hay Mạng lưới vạn vật kết nối Internet
• 2.2. Giới thiệu về ESP8266 NodeMCU
• 3. CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ
• 4. CHƯƠNG 4: THI CÔNG HỆ THỐNG
• 5. CHƯƠNG 5: KẾT QUẢ, NHẬN XÉT VÀ ĐÁNH GIÁ
• 6. CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Hệ thống điều khiển nhà thông minh

Hệ thống điều khiển nhà thông minh là trọng tâm của đồ án, tập trung vào việc thiết kế và thi công một hệ thống tự động hóa cho ngôi nhà. Hệ thống này sử dụng công nghệ IoT để kết nối và điều khiển các thiết bị thông minh như đèn, quạt, và cảm biến. Thiết kế nhà thông minh bao gồm việc tích hợp các module như NodeMCU ESP8266, cảm biến hồng ngoại, và RF để tạo ra một hệ thống linh hoạt và hiệu quả. Thi công hệ thống điều khiển đòi hỏi sự chính xác trong việc lắp đặt và kết nối các thành phần phần cứng, đảm bảo hệ thống hoạt động ổn định.

1.1. Công nghệ nhà thông minh

Công nghệ nhà thông minh là nền tảng của hệ thống, sử dụng các công nghệ như IoT, RF, và hồng ngoại để điều khiển từ xa. Tự động hóa nhà ở giúp người dùng quản lý các thiết bị một cách dễ dàng thông qua giao diện web hoặc ứng dụng di động. Giải pháp nhà thông minh được đề xuất trong đồ án nhằm tối ưu hóa hiệu suất và tiết kiệm năng lượng.

1.2. Hệ thống tự động

Hệ thống tự động trong đồ án được thiết kế để điều khiển các thiết bị thông minh thông qua sóng RF và hồng ngoại. Cảm biến thông minh được sử dụng để thu thập dữ liệu môi trường như nhiệt độ và độ ẩm, giúp hệ thống tự động điều chỉnh các thiết bị phù hợp. Quản lý năng lượng là một phần quan trọng, giúp giảm thiểu tiêu thụ điện năng.

II. Thiết kế và thi công hệ thống

Thiết kế và thi công hệ thống là quá trình quan trọng trong đồ án, bao gồm việc thiết kế mạch phần cứng và lập trình phần mềm. Thiết kế nhà thông minh yêu cầu sự tính toán kỹ lưỡng để đảm bảo hệ thống hoạt động hiệu quả. Thi công hệ thống điều khiển bao gồm việc lắp đặt các module và kiểm tra hoạt động của hệ thống. Ứng dụng IoT trong nhà thông minh được tích hợp để tăng tính linh hoạt và khả năng điều khiển từ xa.

2.1. Thiết kế mạch phần cứng

Thiết kế mạch phần cứng là bước đầu tiên, sử dụng các module như NodeMCU ESP8266 và cảm biến hồng ngoại. Tích hợp thiết bị thông minh được thực hiện để đảm bảo các thiết bị có thể giao tiếp với nhau một cách hiệu quả. Giao diện điều khiển được thiết kế đơn giản, giúp người dùng dễ dàng tương tác với hệ thống.

2.2. Thi công và kiểm tra

Thi công hệ thống bao gồm việc lắp đặt các thành phần phần cứng và kết nối chúng với nhau. Hệ thống an ninh được tích hợp để đảm bảo an toàn cho người dùng. Công nghệ điều khiển từ xa được sử dụng để điều khiển các thiết bị thông qua internet, mang lại sự tiện lợi cao.

III. Ứng dụng và đánh giá

Ứng dụng của hệ thống trong thực tế được đánh giá cao nhờ khả năng tự động hóa và tiết kiệm năng lượng. Giải pháp nhà thông minh được đề xuất trong đồ án có thể áp dụng rộng rãi trong các hộ gia đình. Hệ thống tự động giúp người dùng quản lý các thiết bị một cách dễ dàng, tăng tính tiện ích và an toàn. Công nghệ nhà thông minh tiếp tục phát triển, mang lại nhiều cải tiến trong tương lai.

3.1. Đánh giá hiệu quả

Đánh giá hiệu quả của hệ thống được thực hiện thông qua việc kiểm tra các thông số hoạt động. Hệ thống điều khiển nhà thông minh đạt được các tiêu chuẩn về độ ổn định và khả năng điều khiển từ xa. Thiết kế nhà thông minh được cải tiến để phù hợp với nhu cầu thực tế của người dùng.

3.2. Hướng phát triển

Hướng phát triển của đồ án tập trung vào việc tích hợp thêm các công nghệ mới như AI và machine learning. Giải pháp nhà thông minh sẽ được mở rộng để áp dụng trong các tòa nhà lớn và khu đô thị. Công nghệ điều khiển từ xa tiếp tục được cải tiến để tăng tính linh hoạt và hiệu quả.

Nội dung chính

Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Trong bối cảnh khoa học công nghệ phát triển, việc ứng dụng các giải pháp tự động hóa và Internet of Things (IoT) vào đời sống ngày càng trở nên phổ biến. Mô hình nhà thông minh (Smart Home) được hình thành nhằm mục đích tối ưu hóa sự tiện nghi, giảm thiểu công sức vận hành thiết bị của con người và nâng cao hiệu quả quản lý năng lượng. Thành phần cốt lõi của một hệ thống nhà thông minh là thiết bị điều khiển trung tâm (Hub), có vai trò thu thập dữ liệu từ cảm biến, xử lý logic, giám sát trạng thái và điều khiển các thiết bị ngoại vi như công tắc, ổ cắm, hệ thống chiếu sáng và các thiết bị gia dụng. Thiết bị này đồng thời đóng vai trò giao tiếp với người dùng thông qua giao diện ứng dụng di động, trang web hoặc hệ thống nhận diện giọng nói.

Đồ án tốt nghiệp "Thiết kế và chế tạo thiết bị trung tâm điều khiển nhà thông minh" được thực hiện bởi nhóm sinh viên Trần Minh Luân và Lâm Thành Đạt, thuộc Bộ môn Điện tử Công nghiệp – Y sinh, Khoa Điện – Điện tử, Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. Hồ Chí Minh, dưới sự hướng dẫn của ThS. Nguyễn Thanh Tâm. Đề tài tập trung giải quyết bài toán tích hợp các chuẩn truyền thông không dây phổ biến (sóng vô tuyến RF và sóng hồng ngoại IR) trên một bộ xử lý trung tâm chi phí thấp, cho phép điều khiển đa phương thức qua nền tảng Web, ứng dụng di động và trợ lý ảo giọng nói.

Mục tiêu nghiên cứu của đề tài bao gồm:

1. Tiếp nhận tín hiệu từ các cảm biến môi trường và điều khiển các thiết bị chấp hành trong nhà.
2. Thiết lập chức năng giám sát và điều khiển từ xa qua mạng Internet, hỗ trợ truy cập trên cả máy tính và điện thoại thông minh.
3. Tích hợp khả năng điều khiển thiết bị bằng giọng nói tự nhiên.
4. Thi công hoàn thiện phần cứng và phần mềm, có khả năng vận hành trên mô hình thử nghiệm hoặc ứng dụng vào ngôi nhà thực tế.

Nhiệm vụ nghiên cứu được phân chia thành 7 nội dung cụ thể:

• Nội dung 1: Nghiên cứu tài liệu về KIT phát triển NodeMCU ESP8266, các giao thức truyền thông không dây và kết nối mạng Internet.
• Nội dung 2: Khảo sát và nghiên cứu các mô hình kiến trúc nhà thông minh hiện hành.
• Nội dung 3: Tính toán và thiết kế sơ đồ nguyên lý mạch phần cứng cho thiết bị trung tâm.
• Nội dung 4: Thi công mạch in phần cứng, tiến hành thử nghiệm và hiệu chỉnh các thông số mạch.
• Nội dung 5: Thử nghiệm toàn diện hệ thống, tối ưu hóa chương trình điều khiển và đánh giá sai số giữa thông số mô hình với thực tế.
• Nội dung 6: Biên soạn báo cáo thuyết minh đồ án tốt nghiệp.
• Nội dung 7: Bảo vệ đồ án trước hội đồng chấm luận văn.

Đối tượng nghiên cứu là thiết bị điều khiển trung tâm tích hợp module thu phát sóng hồng ngoại (IR), module thu phát sóng vô tuyến (RF), cảm biến đo nhiệt độ - độ ẩm và vi điều khiển tích hợp Wi-Fi. Phạm vi nghiên cứu giới hạn ở việc sử dụng kit vi điều khiển NodeMCU ESP8266, khai thác các nền tảng mã nguồn mở có sẵn (Arduino IDE, OpenHAB, IFTTT, Google Assistant), kiểm thử phần cứng trên mô hình thu nhỏ và các thiết bị điện gia dụng cơ bản. Thời gian thực hiện đồ án từ ngày 03/03/2018 đến ngày 03/07/2018 tại Bộ môn Điện tử Công nghiệp – Y sinh, Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. Hồ Chí Minh.

---

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Cơ sở lý thuyết và công nghệ sử dụng

Đề tài xây dựng dựa trên các nền tảng lý thuyết và công nghệ sau:

• Internet of Things (IoT): Mạng lưới kết nối vạn vật qua giao thức Internet, cho phép các thiết bị thu thập, truyền tải và xử lý dữ liệu tự động mà không cần can thiệp trực tiếp từ con người.
• Vi điều khiển ESP8266 (NodeMCU): Nền tảng vi điều khiển SoC tích hợp Wi-Fi 2.4 GHz chuẩn 802.11 b/g/n của Espressif Systems. Bo mạch NodeMCU sử dụng module ESP-12, tích hợp chip nạp và chuyển đổi giao tiếp UART CP2102, hỗ trợ 13 chân GPIO mức điện áp 3.3VDC, nhận nguồn nuôi 5VDC qua cổng MicroUSB hoặc chân Vin.
• Truyền thông sóng hồng ngoại (IR): Bức xạ điện từ có bước sóng trong dải từ 760 nm đến 1 mm (sử dụng bước sóng 940 nm cho LED phát). Tín hiệu truyền được điều chế trên sóng mang tần số 38 kHz nhằm chống nhiễu quang học từ môi trường. Phía thu sử dụng module KY-022 tích hợp mắt thu 1838T (bộ tiền khuếch đại, bộ lọc dải thông và mạch giải điều chế).
• Truyền thông sóng vô tuyến (RF 315 MHz): Truyền tín hiệu nhị phân điều chế biên độ dịch biên OOK (On-Off Keying) ở tần số cố định 315 MHz. Mạch thu RF tích hợp IC khuếch đại thuật toán kép LM358 (độ lợi khuếch đại DC 100 dB) để xử lý tín hiệu anten; mạch phát RF sử dụng bộ cộng hưởng thạch anh định tần LR1 315 MHz.
• Cảm biến nhiệt độ và độ ẩm DHT11: Cảm biến số tích hợp bộ tiền xử lý tín hiệu, cung cấp giá trị đo trực tiếp thông qua chuẩn giao tiếp số 1 dây (1-Wire).
• Chuẩn giao tiếp phần cứng:
  • Chuẩn 1-Wire: Giao tiếp bất đồng bộ bán song công trên một dây dẫn duy nhất, yêu cầu điện trở kéo lên nguồn (pull-up resistor). Thiết bị tớ được định danh bởi địa chỉ 64 bit (gồm 1 byte mã họ thiết bị, 6 byte số sê-ri định danh và 1 byte mã kiểm tra dư thừa tuần hoàn CRC).
  • Chuẩn UART: Truyền thông nối tiếp bất đồng bộ điểm - điểm, đồng bộ tốc độ truyền nhận thông qua cấu hình tốc độ baud giữa bộ phát (TX) và bộ thu (RX).
• Nền tảng phần mềm và dịch vụ đám mây:
  • Arduino IDE: Môi trường phát triển tích hợp dùng để biên dịch và nạp mã nguồn C/C++ cho ESP8266 thông qua gói thư viện bổ sung ESP8266 Community.
  • OpenHAB (Open Home Automation Bus): Phần mềm điều khiển trung tâm mã nguồn mở chạy trên môi trường máy ảo Java (JDK 8), cung cấp giao diện quản trị Paper UI, cho phép định nghĩa các đối tượng thiết bị (items) và giao diện hiển thị (sitemaps).
  • IFTTT (If This Then That): Dịch vụ trung gian web liên kết các dịch vụ đám mây thông qua các quy tắc logic (Applets/Recipes).
  • Google Assistant: Trợ lý ảo hỗ trợ tương tác giọng nói hai chiều, đóng vai trò nhận lệnh phát âm từ người dùng để gửi kích hoạt đến IFTTT.

Phương pháp nghiên cứu

• Phương pháp thu thập và phân tích tài liệu: Nghiên cứu cấu trúc phần cứng, sơ đồ chân GPIO, đặc tính điện áp và các tập lệnh thư viện mở cho ESP8266, DHT11, module RF 315MHz và module IR KY-022.
• Phương pháp tính toán và thiết kế mạch: Tính toán phối ghép trở kháng anten, phân chia dòng định mức cho LED phát hồng ngoại công suất và thiết kế sơ đồ nguyên lý trên máy tính.
• Phương pháp thi công mạch in (PCB): Thiết kế layout mạch in 2 lớp, gia công bo mạch thực tế, hàn cắm linh kiện và kiểm tra thông mạch.
• Phương pháp lập trình và tích hợp hệ thống: Lập trình giải thuật đọc/giải mã tín hiệu xung nhị phân, lập trình web server nội bộ trên ESP8266, cấu hình máy chủ cục bộ OpenHAB và thiết lập các kịch bản kích hoạt trên IFTTT.
• Phương pháp thực nghiệm và đối sánh: Đo đạc cự ly thu phát thực tế của sóng IR và sóng RF, so sánh số liệu nhiệt độ - độ ẩm đo được từ DHT11 với dữ liệu thời tiết công cộng (MSN Weather).

---

Thiết kế và triển khai

Kiến trúc sơ đồ khối hệ thống

Hệ thống thiết bị trung tâm điều khiển nhà thông minh được tổ chức thành 6 khối chức năng chính:

Khối chức năng	Thành phần phần cứng / Nền tảng	Nhiệm vụ kỹ thuật
Khối xử lý trung tâm	Kit vi điều khiển NodeMCU ESP8266 (ESP-12)	Điều phối toàn bộ hoạt động của hệ thống, xử lý giải mã/mã hóa xung, quản lý kết nối Wi-Fi, chạy Web Server và giao tiếp với OpenHAB/MQTT.
Khối nguồn	Adapter nguồn DC, mạch ổn áp tích hợp	Nhận nguồn điện lưới, chuyển đổi và hạ áp thành 5VDC cấp cho NodeMCU, module RF, module IR và DHT11.
Khối thu	Module KY-022 (mắt thu 1838T), Module thu RF 315 MHz	Thu nhận tín hiệu sóng hồng ngoại 38 kHz từ remote và tín hiệu sóng vô tuyến 315 MHz từ các bộ phát mã để đưa về vi điều khiển học lệnh.
Khối phát	Cụm 8 LED phát hồng ngoại 940 nm, Module phát RF 315 MHz	Phát xung tín hiệu điều khiển hồng ngoại và vô tuyến đến các thiết bị điện trong nhà (tivi, quạt, máy lạnh, công tắc từ xa).
Khối đọc dữ liệu	Cảm biến môi trường DHT11	Thu thập thông số nhiệt độ (°C) và độ ẩm tương đối (%RH) không khí theo chu kỳ 1 Hz gửi về NodeMCU qua chuẩn 1-Wire.
Khối điều khiển & Giám sát	Web Server ESP8266, OpenHAB, IFTTT, Google Assistant	Hiển thị trạng thái hoạt động, mã lệnh thu được, thông số môi trường; tiếp nhận thao tác điều khiển từ Web, di động và giọng nói.

Thông số kỹ thuật của các linh kiện phần cứng

Tên linh kiện / Module	Thông số điện áp	Dòng tiêu thụ	Dải đo / Băng tần hoạt động	Độ chính xác / Khoảng cách làm việc
NodeMCU ESP8266	5VDC (Vin/USB), 3.3VDC (GPIO)	~80 mA (trung bình)	Wi-Fi 2.4 GHz (802.11 b/g/n)	13 chân GPIO, bộ nhớ Flash tích hợp
Mắt thu IR (KY-022 / 1838T)	3 – 5 VDC	3 – 5 µA (tĩnh), 3 – 5 mA (động)	Tần số sóng mang 38 kHz	Cự ly lý thuyết 15 m (thực tế 8 m), góc thu 60°
LED phát hồng ngoại	1.6 VDC	10 – 20 mA / LED	Bước sóng phát cực đại 940 nm	Kích thước Phi 3 (3 mm), góc mở hẹp
Module thu RF 315MHz (LM358)	5 VDC	4 mA	Tần số thu 315 MHz, điều chế OOK	Độ nhạy -105 dBm, anten dài 23 cm (1/4 bước sóng)
Module phát RF 315MHz (LR1)	3 – 12 VDC	0 mA (chờ), 20 – 28 mA (hoạt động)	Tần số 315 MHz, băng thông 500 – 800 kHz	Công suất phát 16 dBm (40 mW), cự ly >500 m (khu vực mở)
Cảm biến DHT11	3.3 – 5 VDC	2.5 mA (cực đại)	20% – 90% RH; 0°C – 50°C	Sai số độ ẩm ±5% RH; Sai số nhiệt độ ±2°C

Sơ đồ kết nối chân phần cứng với NodeMCU ESP8266

Các module ngoại vi được đấu nối trực tiếp vào các cổng GPIO trên mạch NodeMCU ESP8266:

• Module thu hồng ngoại KY-022: Chân VCC nối nguồn 3.3V/5V, chân GND nối mass, chân Signal (Out) nối cổng GPIO đầu vào của NodeMCU (Bảng 1 trong thuyết minh).
• Module thu RF 315MHz: Chân VCC nối 5VDC, chân GND nối mass, chân Data Out nối chân nhận dữ liệu của NodeMCU để bắt mã xung nhị phân (Bảng 2 trong thuyết minh).
• Cảm biến DHT11: Chân VCC nối 3.3VDC/5VDC, chân GND nối mass, chân Data Out nối chân GPIO giao tiếp 1-Wire của NodeMCU (Bảng 3 trong thuyết minh).
• Module phát RF 315MHz: Chân VCC nối 5VDC, chân GND nối mass, chân Data In nối chân phát tín hiệu của NodeMCU (Bảng 4 trong thuyết minh).
• Cụm LED phát hồng ngoại: Mạch sử dụng cụm 8 LED hồng ngoại kết nối song song và điều khiển đóng cắt qua transistor nhằm khuếch đại dòng phát, tăng công suất bức xạ bao phủ không gian phòng.

Quy trình tích hợp phần mềm và điều khiển giọng nói

Hệ thống phần mềm được tổ chức và cấu hình theo các luồng xử lý:

1. Lập trình firmware nhúng: Mã nguồn viết trên Arduino IDE, xử lý việc tạo điểm truy cập (Access Point) cho phép người dùng cấu hình mạng Wi-Fi bất kỳ, sau đó chuyển sang chế độ kết nối trạm (Station/Client). NodeMCU khởi tạo máy chủ Web nội bộ để phục vụ giao diện HTML/JavaScript điều khiển trực tiếp trên trình duyệt.
2. Cấu hình OpenHAB: Cài đặt gói Standard trên nền Java JDK 8. Cấu hình tập tin home.items định nghĩa các thiết bị chuyển mạch (ví dụ: Switch IR, Switch HOCIR) và tập tin home.sitemap để tạo giao diện điều khiển với nhãn "My home automation".
3. Cấu hình liên kết giọng nói IFTTT - Google Assistant:
   • Thành phần This (Trigger): Chọn dịch vụ Google Assistant -> Kích hoạt kiểu "Say a simple phrase" (người dùng phát lệnh thoại mẫu).
   • Thành phần That (Action): Chọn dịch vụ OpenHAB -> Thiết lập gửi lệnh thay đổi trạng thái tương ứng đến các item đã tạo trên máy chủ OpenHAB.

---

Nội dung chính theo từng chương

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN

Chương 1 trình bày lý do chọn đề tài dựa trên xu thế phát triển của công nghệ số và nhu cầu tự động hóa trong cuộc sống hiện đại. Tác giả phân tích ưu điểm của thiết bị trung tâm (Hub) nhà thông minh như khả năng giao tiếp đa chuẩn không dây, tính năng thu thập dữ liệu giám sát môi trường và thiết kế nhỏ gọn, dễ lắp đặt. Chương này cũng công bố chi tiết mục tiêu, 7 nội dung nghiên cứu, giới hạn phạm vi đề tài (tập trung vào bộ điều khiển trung tâm sử dụng NodeMCU ESP8266 và mã nguồn mở) cùng cấu trúc tổng thể gồm 6 chương của quyển báo cáo.

CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT

Chương 2 cung cấp toàn bộ nền tảng lý thuyết và thông số kỹ thuật của các công nghệ, linh kiện sử dụng:

• Giới thiệu khái niệm tổng quan về mạng lưới vạn vật kết nối Internet (IoT).
• Cấu trúc chip SoC ESP8266 và Kit phát triển NodeMCU (sơ đồ 13 chân GPIO, chế độ cấp nguồn qua cổng MicroUSB hoặc chân Vin, chip UART CP2102).
• Nguyên lý thu phát sóng hồng ngoại: đặc tính quang học bước sóng 940 nm, nguyên lý giải điều chế sóng mang 38 kHz của mắt thu 1838T trên mạch KY-022, góc quét lý thuyết 70° (thực tế 60°), cự ly tối đa 15 m (thực tế 8 m), cấu tạo LED phát IR Phi 3.
• Nguyên lý thu phát sóng vô tuyến RF 315 MHz: cấu trúc giải mã OOK, sơ đồ chân và đặc tính khuếch đại của IC thuật toán LM358 (độ lợi 100 dB, điện áp 3–32V), cấu tạo thạch anh lọc tần LR1 315 MHz (công suất phát 16 dBm, dòng phát 20–28 mA).
• Cảm biến nhiệt độ - độ ẩm DHT11 (dải đo nhiệt độ 0–50°C, độ ẩm 20–90% RH) và cấu trúc địa chỉ 64 bit của chuẩn 1-Wire.
• Cấu trúc khung truyền bất đồng bộ chuẩn UART.
• Hướng dẫn cài đặt gói phần mềm Arduino IDE, quy trình cấu hình OpenHAB (cài gói Standard, tạo tập tin sitemaps và items), nguyên lý hoạt động của trợ lý ảo Google Assistant và cách thiết lập Applet trên dịch vụ IFTTT.

CHƯƠNG 3. TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ

Chương 3 đi sâu vào việc xây dựng sơ đồ khối toàn diện của hệ thống gồm 6 khối (xử lý trung tâm, nguồn, thu, phát, đọc dữ liệu, điều khiển và giám sát). Tác giả tiến hành tính toán lựa chọn linh kiện, lập các bảng đấu nối chân chi tiết giữa NodeMCU ESP8266 với module thu IR KY-022 (Bảng 1), module thu RF 315MHz (Bảng 2), cảm biến DHT11 (Bảng 3) và module phát RF 315MHz (Bảng 4). Thiết kế mạch điều khiển công suất phát cho cụm 8 LED hồng ngoại và thiết kế giao diện điều khiển trên nền Web cho máy tính và điện thoại.

CHƯƠNG 4. THI CÔNG HỆ THỐNG

Chương 4 mô tả quy trình hiện thực hóa mô hình phần cứng và phần mềm:

• Thiết kế mạch in PCB 2 lớp (lớp trên và lớp dưới), hình ảnh mô phỏng PCB 3D và bo mạch thực tế sau khi hàn linh kiện.
• Đóng gói mô hình phần cứng hoàn chỉnh với các mặt trước, mặt sau, mặt trái và góc nhìn từ trên xuống.
• Xây dựng lưu đồ giải thuật điều khiển tổng thể, lưu đồ máy chủ Web, lưu đồ cấu hình mạng Wi-Fi, lưu đồ chương trình con thu/phát mã tín hiệu RF và lưu đồ giải thuật thu/phát tín hiệu hồng ngoại.
• Hướng dẫn các bước cấu hình OpenHAB trên nền tảng máy tính và tạo quy tắc liên kết IFTTT với Google Assistant.

CHƯƠNG 5. KẾT QUẢ, NHẬN XÉT VÀ ĐÁNH GIÁ

Chương 5 ghi nhận kết quả vận hành thực tế của mô hình:

• Quá trình đăng nhập và cấu hình địa chỉ Wi-Fi cho NodeMCU thành công trên giao diện Web di động.
• Giao diện Web hiển thị đầy đủ trạng thái nút bấm, mã lệnh hồng ngoại và mã lệnh RF sau khi học lệnh.
• Thử nghiệm điều khiển thực tế thành công công tắc số 1, công tắc số 2, bật đồng thời cả 2 công tắc và điều khiển bật tắt ổ cắm điện.
• Thu thập số liệu đo đạc nhiệt độ, độ ẩm từ cảm biến DHT11 hiển thị trực tiếp lên Web và tiến hành so sánh đối chiếu với dữ liệu từ trang dự báo thời tiết MSN Weather.
• Lập bảng số liệu kiểm thử thực tế khả năng điều khiển các thiết bị trong không gian phòng.

CHƯƠNG 6. KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN

Chương 6 tổng kết các kết quả đạt được về mặt học thuật và chế tạo sản phẩm của nhóm tác giả; đồng thời chỉ ra các hạn chế về tầm bao phủ tín hiệu, độ trễ mạng và đề xuất các giải pháp nâng cấp, mở rộng hệ thống trong tương lai.

---

Kết quả và đóng góp

Kết quả thực nghiệm cụ thể

Hệ thống đã chế tạo và vận hành thành công với các kết quả đo đạc thực tế ghi nhận trong báo cáo:

Hạng mục thử nghiệm	Kết quả thiết kế / Lý thuyết	Kết quả vận hành thực tế	Ghi chú kỹ thuật
Cấu hình mạng Wi-Fi	Quét và kết nối Access Point	Tự tạo AP cấu hình, kết nối thành công mạng Wi-Fi bất kỳ	Chuyển đổi linh hoạt giữa AP Mode và Client Mode
Khoảng cách thu phát IR	Tối đa 15 m, góc mở 70°	Đạt tối đa 8 m, góc hiệu quả ~60°	Do ảnh hưởng của ánh sáng môi trường và độ nhạy mắt thu 1838T
Khoảng cách phát sóng RF	>500 m (khu vực trống trải)	Điều khiển xuyên tường trong nhà ở	Sử dụng anten dây dẫn dài 23 cm (1/4 bước sóng)
Điều khiển thiết bị tải	Bật/tắt theo lệnh	Điều khiển thành công công tắc 1, công tắc 2 và ổ cắm điện	Đáp ứng điều khiển độc lập hoặc đồng thời
Đo lường nhiệt độ, độ ẩm	Cập nhật dữ liệu từ DHT11	Dữ liệu hiển thị trực tiếp lên Web, tương đương số liệu MSN Weather	Sai số nằm trong giới hạn cho phép (±2°C, ±5% RH)
Điều khiển giọng nói	Nhận diện qua Google Assistant	Thực thi lệnh chuyển mạch thông qua luồng IFTTT -> OpenHAB	Yêu cầu kết nối Internet liên tục

Giải pháp và kiến nghị của tác giả

• Ứng dụng giải pháp thiết kế mạch phát cụm 8 LED hồng ngoại góc rộng để khắc phục nhược điểm góc hẹp của tia hồng ngoại đơn lẻ, giúp tín hiệu phản xạ tốt trong không gian phòng kín.
• Tận dụng nền tảng máy chủ Web nhúng ngay trên chip ESP8266 để giảm tải chi phí phần cứng, giúp hệ thống hoạt động độc lập không phụ thuộc bắt buộc vào máy chủ đám mây khi điều khiển nội mạng.
• Sử dụng mô hình kết hợp IFTTT và OpenHAB để đơn giản hóa quá trình lập trình xử lý ngôn ngữ tự nhiên, cho phép người dùng ra lệnh bằng các câu thoại tiếng Anh/tiếng Việt thông qua trợ lý ảo Google Assistant.

Đóng góp của đề tài

• Chế tạo thành công một thiết bị phần cứng trung tâm hoàn chỉnh có chi phí sản xuất thấp nhưng tích hợp đầy đủ các giao thức không dây phổ thông (Wi-Fi 2.4 GHz, RF 315 MHz, IR 38 kHz).
• Hiện thực hóa thành công khả năng học lệnh và tái tạo mã điều khiển của các remote hồng ngoại và remote vô tuyến có sẵn trên thị trường, giúp gom toàn bộ điều khiển gia dụng về một giao diện duy nhất.
• Đóng góp tài liệu kỹ thuật chi tiết về quy trình lập trình ESP8266, sơ đồ kết nối ngoại vi và phương pháp tích hợp hệ thống phần mềm mã nguồn mở OpenHAB và IFTTT.

---

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Hạn chế của đề tài

• Phạm vi truyền dẫn tín hiệu: Khoảng cách thu phát hồng ngoại thực tế chỉ đạt 8 m với góc mở 60° (thấp hơn thông số lý thuyết 15 m và 70°) do ảnh hưởng của nhiễu quang học môi trường. Sóng RF 315 MHz đôi khi bị suy giảm độ nhạy hoặc can nhiễu bởi các thiết bị vô tuyến công nghiệp khác cùng dải tần.
• Phụ thuộc kết nối Internet: Chức năng điều khiển bằng giọng nói qua Google Assistant và IFTTT bắt buộc phải có đường truyền Internet ổn định; khi mất kết nối mạng ngoài, tính năng này không thể thực thi.
• Giới hạn phần cứng của OpenHAB: Khả năng tương thích thiết bị của OpenHAB bị giới hạn trong danh mục các add-ons và phần cứng mà nền tảng này hỗ trợ sẵn.
• Quy mô mô hình: Sản phẩm dừng lại ở mức độ bo mạch thử nghiệm và mô hình mẫu (prototype), chưa tích hợp sâu vào hệ thống tủ điện âm tường thực tế.

Hướng phát triển tiếp theo

• Nâng cấp bộ vi điều khiển lên các dòng chip mạnh hơn (như ESP32) để tăng số lượng cổng ngoại vi, tích hợp thêm kết nối Bluetooth Low Energy (BLE) và chuẩn mạng Zigbee.
• Mở rộng thêm các loại cảm biến môi trường nâng cao như cảm biến chất lượng không khí (khí gas, bụi mịn PM2.5, khói) và cảm biến chuyển động PIR để tăng cường khả năng tự động hóa an ninh.
• Xây dựng hệ thống nhận dạng giọng nói ngoại tuyến (Offline Voice Recognition) để hệ thống có thể thực hiện lệnh thoại ngay cả khi mất kết nối Internet.
• Tối ưu hóa vỏ hộp bảo vệ công nghiệp, thiết kế mạch nguồn xung cách ly chống sét và nâng cao độ ổn định phần cứng khi vận hành liên tục 24/7 trong môi trường thực tế.

---

Giá trị tham khảo

Tài liệu đồ án tốt nghiệp này mang lại giá trị tham khảo thiết thực cho các đối tượng sau:

• Sinh viên ngành Kỹ thuật Điện tử, Điện tử Công nghiệp, Kỹ thuật Điều khiển và Tự động hóa, Công nghệ Thông tin (IoT): Là tài liệu tham khảo hoàn chỉnh về quy trình thiết kế hệ thống nhúng từ sơ đồ nguyên lý, tính toán phối ghép linh kiện, vẽ mạch in PCB đến viết code điều khiển trên nền tảng Arduino IDE.
• Người nghiên cứu và phát triển nhà thông minh mã nguồn mở: Cung cấp phương pháp tích hợp vi điều khiển ESP8266 với máy chủ OpenHAB và dịch vụ đám mây IFTTT để điều khiển thiết bị bằng giọng nói qua Google Assistant.
• Phần nội dung đáng tham khảo nhất:
  • Chương 2 và Chương 3 với bảng thông số kỹ thuật chi tiết, sơ đồ đấu nối chân giữa NodeMCU ESP8266 với module RF 315 MHz, module KY-022, cảm biến DHT11 và sơ đồ mạch khuếch đại cụm 8 LED hồng ngoại.
  • Chương 4 với hệ thống lưu đồ thuật toán điều khiển tổng thể, lưu đồ học mã RF/IR và quy trình cấu hình tập tin .items và .sitemaps cho OpenHAB.

---

Câu hỏi thường gặp

1. Vi điều khiển trung tâm được sử dụng trong đồ án là loại nào và có những đặc tính kỹ thuật gì nổi bật?

Đồ án sử dụng kit phát triển NodeMCU ESP8266 (phiên bản tích hợp module ESP-12). Các đặc tính kỹ thuật chính gồm: vi điều khiển tích hợp Wi-Fi SoC 2.4 GHz (ESP8266EX), chip nạp và giao tiếp UART CP2102, 13 chân GPIO hỗ trợ mức điện áp 3.3VDC, nhận nguồn nuôi 5VDC qua cổng MicroUSB hoặc chân Vin, bộ nhớ tích hợp tương thích hoàn toàn với trình biên dịch Arduino IDE và firmware NodeMCU Lua, kích thước bo mạch 25 x 50 mm.

2. Hệ thống thu và phát tín hiệu hồng ngoại (IR) sử dụng linh kiện gì và đạt cự ly hoạt động thực tế là bao nhiêu?

Hệ thống thu sử dụng module KY-022 tích hợp mắt thu hồng ngoại 1838T, hoạt động ở tần số sóng mang 38 kHz, điện áp 3–5VDC. Hệ thống phát sử dụng cụm 8 LED phát hồng ngoại 940 nm (kích thước Phi 3, điện áp 1.6VDC, dòng 10–20 mA/LED). Cự ly thu phát thực tế đo được tối đa là 8 m với góc hiệu quả khoảng 60° (thấp hơn thông số lý thuyết 15 m và góc 70° do điều kiện môi trường).

3. Module sóng vô tuyến RF sử dụng trong đề tài hoạt động ở tần số nào và có cấu tạo ra sao?

Hệ thống sử dụng sóng vô tuyến ở tần số cố định 315 MHz với phương thức điều chế OOK (AM):

• Mạch thu tích hợp IC khuếch đại thuật toán kép LM358 (độ lợi khuếch đại DC 100 dB), điện áp hoạt động 5VDC, dòng 4 mA, độ nhạy -105 dBm, kết hợp anten dây dẫn dài 23 cm (bằng 1/4 bước sóng).
• Mạch phát sử dụng bộ cộng hưởng thạch anh định tần LR1 315 MHz (băng thông 500–800 kHz), điện áp 3–12V, dòng làm việc 20–28 mA, công suất phát 16 dBm (40 mW), cự ly phát lý thuyết >500 m trong môi trường mở.

4. Cảm biến DHT11 giao tiếp với ESP8266 theo chuẩn nào và có thông số đo lường như thế nào?

Cảm biến DHT11 giao tiếp với NodeMCU ESP8266 thông qua chuẩn 1-Wire (giao tiếp số 1 dây duy nhất). Thông số đo lường gồm: dải đo độ ẩm từ 20% đến 90% RH (sai số ±5% RH), dải đo nhiệt độ từ 0°C đến 50°C (sai số ±2°C), điện áp hoạt động 3.3–5VDC, tần số lấy mẫu 1 Hz và khoảng cách truyền dây tối đa 20 m.

5. Cơ chế điều khiển bằng giọng nói trong hệ thống được thực hiện qua những nền tảng trung gian nào?

Cơ chế điều khiển giọng nói được thực hiện theo luồng liên kết: Người dùng ra lệnh bằng giọng nói vào ứng dụng Google Assistant -> Lệnh thoại kích hoạt Trigger trên dịch vụ web trung gian IFTTT (thông qua Applet "Say a simple phrase") -> IFTTT thực hiện Action gửi yêu cầu điều khiển đến phần mềm OpenHAB (cài đặt trên máy tính) -> OpenHAB truyền lệnh xuống vi điều khiển NodeMCU ESP8266 để đóng cắt thiết bị.

---

Kết luận

Đồ án tốt nghiệp "Thiết kế và chế tạo thiết bị trung tâm điều khiển nhà thông minh" của sinh viên Trần Minh Luân và Lâm Thành Đạt đã hoàn thành trọn vẹn các mục tiêu thiết kế phần cứng và lập trình hệ thống theo đúng nhiệm vụ được giao. Đề tài đã làm chủ kỹ thuật thu phát sóng hồng ngoại 38 kHz, sóng vô tuyến RF 315 MHz, đo đạc môi trường bằng cảm biến DHT11 và xử lý điều khiển trung tâm trên chip ESP8266. Hệ thống vận hành ổn định qua đa dạng phương thức điều khiển gồm giao diện Web, điện thoại thông minh và nhận diện giọng nói thông qua sự kết hợp của OpenHAB, IFTTT và Google Assistant. Đây là công trình kỹ thuật có tính ứng dụng thực tiễn cao, cung cấp nguồn tài liệu tham khảo chi tiết cho sinh viên ngành Điện tử và IoT trong việc xây dựng các thiết bị thông minh chi phí thấp.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Chương 1: Tổng quan Chương này trình bày tổng quan về đề tài, xu hướng và ưu điểm của thiết bị trung tâm điều khiển nhà thông minh, hướng nghiên cứu của nhóm thực hiện đề tài. • Chương 2: Cơ Sở Lý Thuyết Trình bày được cơ sở lý thuyết về thiết bị điều khiển trung tâm Trình bày cơ sở lý thuyết về các thiết bị sử dụng trong mô hình: Vi điều khiển, hồng ngoại, RF, … • Chương 3: Tính Toán và Thiết Kế Xây dựng mô hình phần cứng để giao tiếp giữa vi điều khiển, bộ thu phát hồng ngoại và bộ thu phát sóng RF Thiết kế sơ đồ nguyên lý để điều khiển cho hệ thống hoạt động. • Chương 4: Thi Công Hệ Thống Trong chương chúng ta thực hiện thi công mạch, các phần điều khiển cũng như phần cứng hệ thống đề tài. Sau đó hoàn chỉnh mô hình từ đó xây dựng lưu đồ giải thuật để viết chương trình điều khiển cho hệ thống.

Sau khi có chương trình và mô hình, chúng ta sẽ thực hiện hoàn thiệc để hệ thống hoạt động tốt • Chương 5: Kết Quả, Nhận Xét và Đánh Giá Nếu rõ được trong quá trình đồ án đã thu được những kế quả, tìm hiểu và thu thập được nhiều kiến thức cũng như tích lũy thêm kinh nghiệm để có thể thích nghi với môi trường làm việc. Tiến hành nhận xét kết quả trong quá trình thực hiện đồ án giữa những gì thực hiện thực tế so với kết quả trong lý thuyết. BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 3 CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN • Chương 6: Kết Luận và Hướng Phát Triển Kết luận về những gì đạt được trong quá trình thực hiện đồ án.

Đưa ra thêm những hướng phát triển khả thi cho đề tài để có thể ứng dụng tốt trong thưc tế. BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 4 CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT CHƯƠNG 2.1 Giới thiệu về Internet of Things (IoT) hay Mạng lưới vạn vật kết nối Internet Là một kịch bản của thế giới, khi mà mỗi đồ vật, con người được cung cấp một định danh của riêng mình, và tất cả có khả năng truyền tải, trao đổi thông tin, dữ liệu qua một mạng duy nhất mà không cần đến sự tương tác trực tiếp giữa người với người, hay người với máy tính. IoT đã phát triển từ sự hội tụ của công nghệ không dây, công nghệ vi cơ điện tử và Internet.

Nói đơn giản là một tập hợp các thiết bị có khả năng kết nối với nhau, với Internet và với thế giới bên ngoài để thực hiện một công việc nào đó.2 Giới thiệu về ESP8266 NodeMCU ❖ ESP8266: ESP8266 là dòng chip tích hợp Wi-Fi 2.4Ghz có thể lập trình được, rẻ tiền được sản xuất bởi một công ty bán dẫn Trung Quốc: Espressif Systems. Được phát hành đầu tiên vào tháng 8 năm 2014, đóng gói đưa ra thị trường dạng Module ESP-01. Có khả năng kết nối Internet qua mạng Wi-Fi một cách nhanh chóng và sử dụng rất ít linh kiện đi kèm. Với giá cả có thể nói là rất rẻ so với tính năng và khả năng ESP8266 có thể làm được.

ESP8266 có một cộng đồng các nhà phát triển trên thế giới rất lớn, cung cấp nhiều Module lập trình mã mở giúp nhiều người có thể tiếp cận và xây dựng ứng dụng rất nhanh. Hiện nay tất cả các dòng chip ESP8266 trên thị trường đều mang nhãn ESP8266EX, là phiên bản nâng cấp của ESP8266, đã có hơn 14 phiên bản ESP ra đời, trong đó phổ biến nhất là ESP-12. BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 5 CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT Hình 2.

❖ Module ESP8266 NodeMCU Module ESP-12 kết hợp với firmware ESP8266 trên Arduino và thiết kế phần cứng giao tiếp tiêu chuẩn đã tạo nên NodeMCU, loại Kit phát triển ESP8266 phổ biến nhất trong thời điểm hiện tại. Với cách sử dụng, kết nối dễ dàng, có thể lập trình, nạp chương trình trực tiếp trên phần mềm Arduino, đồng thời tương tích với các bộ thư viện Arduino sẵn có.2: Module ESP8266 NodeMCU. Sơ bộ về Module ESP8266 NodeMCU: ➢ Khả năng hoạt động như một Module Wifi: • Có thể quét và kết nối với một mạng Wifi bất kì (Wifi client) để thực hiện tác vụ như lưu trữ, truy cập dữ liệu từ server. BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 6 CHƯƠNG 2.

CƠ SỞ LÝ THUYẾT • Tạo điểm truy cập Wifi (Wifi Access Point) cho phép các thiết bị khác kết nối, giao tiếp và điều khiển. • Một server để xử lý dữ liệu từ các thiết bị sử dụng internet. ➢ Nguồn vào và nguồn ra: • ESP8266 NodeMCU nhận nguồn từ cổng micro USB tích hợp sẵn trên mạch, giúp việc nạp code trở nên dễ dàng hơn. Bên cạnh đó, việc cấp nguồn cho module cũng linh động hơn vì bạn có thể sử dụng sạc dự phòng thay cho nguồn từ USB trên máy tính (nguồn cấp tối đa là 5V).

• ESP8266 NodeMCU có thể cung cấp nguồn cho tối đa 4 thiết bị: 3 nguồn ra 3.3V và một nguồn từ chân Vin (điện thế bằng điện thế từ cổng micro USB). Khi sử dụng các chân cấp nguồn này, hãy luôn kiểm tra để chắc chắn không cắm nhầm chân dương (trên mạch in là 3v3 và Vin) và chân âm (GND). Tuy nhiên, 3 chân 3.3V đều được bảo vệ, khi cắm ngược cực, module sẽ chỉ nóng lên và dừng hoạt động. Chân Vin thì không được bảo vệ, nếu cắm ngược cực sẽ gay hư hỏng hoặc cháy Module ➢ Truyền và nhận tín hiệu: ESP8266 NodeMCU có tổng cộng 13 chân GPIO (General-purpose input/output): chân có thể truyền/nhận tín hiệu (trên mạch in từ D0 đến D8 và RX, TX, SD2, SD3).

Module chỉ có thể kết nối với tới nguồn tối đa 5V qua cổng Micro USB. Các chân I/O chỉ có thể giao tiếp với các linh kiện qua điện thế tối đa 3. BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 7 CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT Hình 2.3: Sơ đồ chân của Module.

➢ Thông số kĩ thuật: • IC chính: ESP8266 Wifi SoC. • Phiên bản firmware: NodeMCU Lua • Chip nạp và giao tiếp UART: CP2102. • GPIO tương thích hoàn toàn với firmware Node MCU. • Cấp nguồn: 5VDC MicroUSB hoặc Vin.

• GIPO giao tiếp mức 3.3VDC • Tích hợp Led báo trạng thái, nút Reset, Flash. • Tương thích hoàn toàn với trình biên dịch Arduino. • Kích thước: 25 x 50 mm BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 8 CHƯƠNG 2.3 Module thu phát Hồng Ngoại ( Infrared receiver/sender) ❖ Module thu tín hiệu hồng ngoại ➢ Tổng quan về tín hiệu hồng ngoại: Ánh sáng hông ngoại (tia hồng ngoại) là ánh sáng không thể nhìn thấy được bằng mắt thường, có bước sóng khoảng từ 0. Tia hồng ngoại có vận tốc truyền bằng vận tốc ánh sáng.

Tia hồng ngoại có thể truyền đi được nhiều kênh tín hiệu. Nó được ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp. Lượng thông tin có thể đạt 3 megabit/s. Lượng thông tin được truyền đi với ánh sáng hồng ngoại lớn gấp nhiều lần so với sóng điện tử mà người ta vẫn dùng.

Tia hồng ngoại dễ bị hấp thụ, khả năng xuyên thấu kém. Trong điều khiển từ xa bằng tia hồng ngoại, chùm tia hồng ngoại phát đi hẹp, có hướng, do đó khi thu phải đúng hướng. ➢ Nguyên tắc thu tín hiệu hồng ngoại: Thiết bị thu Giải mã Dữ liệu phát - Khối thu thiết bị: Tia hồng ngoại từ module phát được tiếp nhận bởi Led thu hồng ngoại. - Khối Giải mã: mã lệnh giãi mã ra thành số thập phân, hay nhị phân tương ứng và đưa đến mạch điều khiển và được lưu vào bộ nhớ làm dữ liệu phát.

- Dữ liệu phát: lưu trữ dữ liệu được thu từ thiết bị thu. ➢ Module thu tín hiệu hồng ngoại KY- 022: BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 9 CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT Hình 2.4: Module thu tín hiệu hồng ngoại KY- 022. Mạch thu hồng ngoại IR KY-022 được sử dụng để thu nhận tín hiệu hồng ngoại từ các nguồn phát 38khz như Remote,., mạch nhỏ gọn, được thiết kế để có thể dễ dàng kết nối và sử dụng, phù hợp cho nhiều ứng dụng khác nhau.

• Led thu hồng ngoại 1838 ( hay còn gọi là mắt thu hồng ngoại 1838T): Hình 2.5: Led thu hồng ngoại 1383. - Tính năng chính: + Bộ thu ánh sáng và tiền khuếch đại được tích hợp chung. + Bộ lọc trong BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 10 CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT + Tương thích với TTL và CMOS + Độ ổn định cao + kích thước nhỏ + Hoạt động ở tần số 38KHz • Nguyên lý thu của Module KY -022: Hình 2.6: Nguyên lý thu của Module KY-022.

Tín hiệu vào mang theo sóng mang f0 qua bộ lọc ( CGA & filter) , sau đó qua bộ giải điều chế (Demodulator) để đưa tín hiệu ra ngoài ( loại bỏ đi sóng mang). Khi nhận được lệnh phát tín hiệu từ vi điều khiển, Led sẽ phát tín hiệu với mã tương thích đã được lưu với sóng mang 38Khz để điều khiển thiết bị. • Các thông số kĩ thuật của Module: - Điện áp sử dụng: 3~5VDC - Hoạt động ở tần số 38KHz - Độ ổn định cao - Pin CR2025 với dung lượng pin 160mAh - Dòng tĩnh: 3uA – 5uA - Dòng động: 3ma -5mA BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 11 CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT - Vật liệu dáng: 0.125mmPET • Khoảng cách truyền và góc hiệu quả: Hình 2.7: Khoảng cách đo và góc hiệu quả.

Theo lý thuyết thì khoảng cách truyền tối đa là 15m giữa Module và vật truyền (remote,.) và góc tối đa để nhận được tín hiệu hồng ngoại là 70̊. Nhưng trên thực tế, còn tùy thuộc vào môi trường xung quanh, độ nhạy của bộ thu,. thì khoảng cách tối đa đo được là 8m và góc hiệu quả khoảng 60̊. ❖ Led phát tín hiệu hồng ngoại Hình 2.8: Led hồng ngoại.

➢ Tính năng: - Dùng để phát tín hiệu hồng ngoại. BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 12 CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT - dùng trong các mạch ứng dụng đếm sản phẩm, đọc ecoder tốc độ động cơ,… ➢ Thông số kĩ thuật: - Điện áp 1.6VDC - Dòng 10-20mA - Bước sóng tối đa: 940nm - Kích thước: Led Phi 3 (3mm) - Có độ tin cậy cao - Điện áp ngưỡng thấp - Cường độ bức xạ cao - Dễ dàng sử dụng ở testboard hay tích hợp lên mạch ➢ Cấu tạo của Led: Hình 2.9: Cấu tạo của Led hồng ngoại. Led hồng ngoại được thiết kế đặc biệt để truyền được tia hồng ngoại.

Led hồng ngoại cũng giống với Led thông thường về bề ngoài, nhưng chúng phát ra ánh sáng với bước sóng lên đến 940nm đó là khoảng hồng ngoại của bức xạ điện từ. Dải bước sóng dao động từ 760nm đến 1mm.