đặt vấn đề dẫn nhập lý do chọn đề tài, đưa ra mục tiêu, giới hạn và nội dung của đề tài. - Chương 2: Cơ Sơ Lý Thuyết. Chương này trình bày cơ sơ lý thuyết về các chuẩn truyền thông, giao thức truyền dữ liệu nhằm phục vụ cho mục đích thiết kế ở các chương sau. - Chương 3: Tính Toán và Thiết Kế.
Các tính toán, thiết kế sơ đồ khối cũng như đưa ra lựa chọn về phương án hay linh kiện sử dụng cho từng khối sẽ được trình bày trong chương này. - Chương 4: Thi công hệ thống. Quá trình, thi công và kết quả sau khi thi công, xây dựng lưu đồ giải thuật cho vi điều khiển, cũng như thực nghiệm của hệ thống sẽ được thể hiện trong chương này. - Chương 5: Kết Quả, Nhận xét, Đánh giá.
Trong chương này, nhóm sẽ đưa ra kết quả mà nhóm đạt được, số liệu, hình ảnh hệ thống sau khi thi công đưa ra nhận xét và đánh giá về hệ thống. - Chương 6: Kết Luận và Hướng Phát Triển Đề Tài. Sau khi thể hiện kết quả của đề tài, chương 6 trình bày những kết luận, đánh giá nhận xét về mức độ hoàn thành mục tiêu của đề tài. Cuối cùng, thảo luận hướng phát triển nhằm tiếp tục hoàn thiện đề tài.
Khoa ĐT CLC – ĐH SPKT TP.HCM 2 CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT CHƯƠNG 2: CƠ SƠ LÝ THUYẾT 2. Tổng quan về IOT 2. Giới thiệu về IOT IoTs hay là Internet of Things được coi thuật ngữ dùng để chỉ các đối tượng có thể nhận biết cũng như sự tồn tại của chúng trong một kiến trúc mang tính kết nối. Đây là một công nghệ đột phá đang chinh phục thế giới, làm thay đổi cách con người tương tác và quản lí môi trường xung quanh.
Ngoài ra, IoTs còn là mạng lưới các thiết bị vật lí, cảm biến và máy tính có khả năng kết nối và trao đổi dữ liệu với nhau thông qua Internet. Ứng dụng của IOT Các ứng dụng của IoT trong ngành công nghiệp bao gồm: • Giám sát và điều khiển tự động: sử dụng các loại cảm biến để giám sát các thông số quan trọng của các hệ thống như nhiệt độ, độ ẩm, áp suất, độ rung để đảm bảo an toàn và tối ưu hiệu suất. • Dự đoán bảo trì: sử dụng dữ liệu từ cảm biến để phân tích và dự đoán khi nào các thiết bị, máy móc cần bảo trì, giúp giảm thiểu thời gian và tiết kiệm chi phí khi bảo trì hệ thống. • Năng suất tăng cường: giúp tăng cường năng suất bằng cách tối ưu hoá qui trình sản xuất, giảm thiểu lãng phí và đảm bảo tiến độ sản xuất chính xác.
Ngoài ra, ứng dụng của IoT hiện nay có những tác động tích cực mang lại sự phát triển trong ngành công nghiệp 4.0 và Cuộc sống Thông minh.2 Tổng quan về phần cứng 2. Module ESP32 WROOM 32 ❖ Giới thiệu: Đây là vi điều khiển Wi-Fi và Bluetooth tiên tiến, được phát triển Espressif Systems, sử dụng chip ESP32 chất lượng cao. ESP32 được sử dụng phổ biến trong các ứng dụng IoT và các dự án điện tử thông minh nhờ khả năng kết hợp cả Wi-Fi và Bluetooth trong một thiết bị. ❖ Thông số kĩ thuật: - Chip xử lí: tích hợp SoC, tốc độ đáp ứng từ 80MHz tới 240Mhz.
- Kết nối không dây: Wi-Fi, Bluetooth. Khoa ĐT CLC – ĐH SPKT TP.HCM 3 CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT - Bộ nhớ: Rom (448KB), SRAM (520KB). - Các loại giao diện: GPIO, UART, I2C, SPI, ADC, DAC. ❖ Đặc điểm: - Hiệu suất cao: Tích hợp CPU hai nhân và tốc độ xung nhịp.
- Kết nối đa dạng: kết nối không dây bằng Wi-Fi và Bluetoot. - Tiết kiệm năng lượng: tích hợp nhiều chế độ tiết kiệm năng lượng, kéo dài thời gian hoạt động của thiết bị. - Đa dạng các giao diện: cung cấp nhiều loại giao diện như UART, I2C, SPI…, hỗ trợ giao tiếp và kết nối với nhiều loại thiết bị ngoại vi khác nhau. 3 đèn LED để chỉ trạng thái MCU và trạng thái thu phát tín hiệu Hình 2.1 Hình ảnh thực tế của ESP32 Hình 2.2 Cấu hình sơ đồ bảng phát triển ESP32 Khoa ĐT CLC – ĐH SPKT TP.HCM 4 CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.
Module Modbus RTU Relay 8 kênh ❖ Giới thiệu: Đây là module công nghiệp relay 8 kênh được điều khiển thông qua bus RS485, sử dụng giao thức Modbus RTU. Nó có các mạch bảo vệ nhúng cách ly nguồn, cách ly từ tính ADI và diot TVS, v. Nó cũng cũng đi kèm với vỏ bọc ABS. Modbus RTU Relay rất dễ sử dụng.
Do khả năng liên lạc nhanh, ổn định, đáng tin cậy và an toàn, đây là lựa chọn lý tưởng cho các thiết bị và ứng dụng điều khiển công nghiệp có yêu cầu liên lạc cao. ❖ Thông số kĩ thuật: - Điện áp nguồn: 5V. - Gio diện truyền thông: RS485 - Tốc độ truyền: 4800, 9600, 19200,38400, 57600, 115200, 128000, 256000. - Định dạng giao tiếp trực tiếp mặc định: 9600, N, 8, 1.
- Kênh relay: 8 - Hình thức liên hệ: 1NO, 1NC - Giao thức truyền thông: giao thức Modbus RTU tiêu chuẩn - Địa chỉ RS485: 1 ~ 255 ❖ Đặc điểm: - Có chức năng flash-on, flash-off, bằng cách truyền đối số lệnh, có thể bật relay một lúc rồi tự động đóng lại. - Cách ly nguồn điện unibody trên bo mạch, cung cấp điện áp cách ly ổn định. - Cách ly từ tính unibody ADI trên bo mạch, cho phép cách ly tín hiệu, độ tin cậy cao, chống nhiễu mạch tiêu thụ điện năng thấp. - TVS trên bo mạch triệt tiêu hiệu quả điên áp đột biến thoáng qua trong mạch, chống sét và chống tĩnh điện.
- Cách ly bộ ghép quang trên bo mạch, ngăn nhiễu từ mạch điện áp cao bên ngoài được kết nối với relay. - Mạch chống đảo ngược, ngăn mạch bị hỏng do vô tình kết nối không chính xác. - Realy chất lượng cao, định mức tiếp điểm: ≤ 10A, 250VAC/30VDC. - Vỏ nhựa ABS dạng ray, dễ dàng lắp đặt, an toàn khi sử dụng - 3 đèn LED để chỉ trạng thái MCU và trạng thái thu phát tín hiệu Khoa ĐT CLC – ĐH SPKT TP.HCM 5 CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT Hình 2.3 Hình ảnh thực tế của Modbus RTU Relay ❖ Giao tiếp RS485 và cách kết nối relay với các thiết bị điện: Modbus RTU Relay giao tiếp với vi điều khiển ESP32 thông qua module chuyển tiếp RS485 TTL.
Nếu sử dụng nhiều module, mỗi một module sẽ ứng với một node và được đăng kí địa chỉ với vi điều khiển ESP32.4 Hình ảnh kết nối nhiều module relay với nhau Khoa ĐT CLC – ĐH SPKT TP.HCM 6 CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT Hình 2.5 Hình ảnh kết nối relay với thiết bị điện ❖ Khung truyền dữ liệu: - Modbus RTU Relay được điều khiển tắt mở các kênh relay theo cầu sử dụng, ứng với yêu cầu khác nhau sẽ có mỗi lệnh khác nhau để điều khiển. ❖ Mở relay đơn: Ví dụ: 01 05 00 00 FF 00 8C 3A (mở relay 1) Byte Định nghĩa Ý nghĩa 01 Địa chỉ thiết bị 0x01 – 0x0F: địa chỉ thiết bị 05 Lệnh 05 Lệnh điều khiển relay đơn Địa chỉ thanh ghi của relay điều khiển: 00 00 Địa chỉ relay 0x0000 – 0x0008 0xFF00: mở relay FF 00 Yêu cầu 0x0000: đóng relay 0x5500: lật relay 8C 3A CRC16 Tổng kiểm tra CRC của 6 byte đầu tiên Bảng 2.1 Bảng chú thích lệnh điều khiển relay đơn ❖ Mở nhiều relay khác nhau theo yêu cầu: Ví dụ: 01 0F 00 00 00 0D 94 0E (mở relay 1,3,4) Byte Định nghĩa Ý nghĩa 01 Địa chỉ thiết bị 0x01 – 0x0F: địa chỉ thiết bị 0F Lệnh Lệnh điều khiển relay tuỳ chọn Địa chỉ thanh ghi của relay điều khiển: 00 00 Địa chỉ relay 0x0000 – 0x0008 0x000D: mã bin 1101 (mở relay 1,3,4) 00 0D Yêu cầu 0x0009: mã bin 1001 (mở relay 1,4) 0x000F: mã bin 1111 (mở relay 1,2,3,4) 94 0E CRC16 Tổng kiểm tra CRC của 6 byte đầu tiên Khoa ĐT CLC – ĐH SPKT TP.HCM 7 CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT Bảng 2.2 Bảng chú thích lệnh điều khiển relay theo yêu cầu 2. Module cảm biến nhiệt độ và độ ẩm SHT20 RS485 ❖ Giới thiệu: - Module cảm biến công nghiệp, đo nhiệt độ và độ ẩm. - Giao thức Modbus chuẩn được tích hợp vào giao thức chung.
- Có chức năng tải lên tự động. ❖ Thông số kĩ thuật: Điện áp nguồn: DC 4 – 12VDC. Công suất tối đa: 0,2W. Nhiệt độ làm việc: nhiệt độ -20°C - 60°C, độ ẩm 0% -100%.
Độ chính xác: nhiệt độ ± 0,3°C, độ ẩm ± 3%. Giao diện đầu ra: Giao tiếp Modbus/RS485. Địa chỉ thiết bị: có thể được đặt 1 – 247, mặc định là 1. ❖ Khung truyền dữ liệu: - Lệnh đọc nhiệt độ gửi dữ liệu từ vi điều khiển ESP32 tới cảm biến nhiệt độ, độ ẩm SHT20 RS485 (01 04 00 01 00 01 60 0A).
Byte Định nghĩa 01 Địa chỉ Slave 04 Mã hàm 00 01 Đăng kí địa chỉ byte 00 02 Số lượng đăng kí Bbte 20 0B CRC16 Bảng 2.3 Bảng chú thích khung dữ liệu đọc nhiệt độ, độ ẩm Khoa ĐT CLC – ĐH SPKT TP.HCM 8 CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT Hình 2.6 Hình ảnh thực tế của cảm biến nhiệt độ, độ ẩm SHT20 2. Module cảm biến khí gas MQ2 Cảm biến MQ2 có khả năng phát hiện nhiều loại khí khác nhau như khí tự nhiên (khí mê-tan, khí propane), khí LPG (Liquid Petroleum Gas), khí hóa lỏng, khí than (khí carbon), khí hydro, khí ammoniac (khí nhóm amine), khí sulfide hydro (khí chứa trong chất thải thủy sản), khí CO (carbon monoxide) và khí nhiều chất khác. Cảm biến MQ2 hoạt động dựa trên nguyên lý đo sự thay đổi điện trở trong một lớp chất mao dẫn chịu ảnh hưởng của khí mục tiêu. Khi khí được phát hiện, nồng độ khí tăng lên sẽ làm thay đổi điện trở của cảm biến.
Cảm biến MQ2 có một bộ điều chỉnh được với mức ngưỡng để phát hiện mức nồng độ khí vượt quá giới hạn an toàn. Cảm biến MQ2 thường đi kèm với các chân kết nối để nối với mạch điện tử như Arduino hoặc Raspberry Pi. Thông qua việc đọc giá trị điện trở thay đổi từ cảm biến, ta có thể đánh giá nồng độ khí trong môi trường và thực hiện các hành động như cảnh báo, ghi log dữ liệu, hay điều khiển các thiết bị an toàn. Tuy nhiên, cần lưu ý rằng cảm biến MQ2 chỉ cung cấp thông tin về sự có mặt của khí và đo không chính xác đối với nồng độ chính xác của khí.
Đối với ứng dụng yêu cầu đo nồng độ chính xác, cần sử dụng các cảm biến chuyên dụng khác.