CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI 1.1 VAI TRÒ VÀ ỨNG DỤNG CỦA ARDUINO HIỆN NAY 1.1 Giới thiệu về arduino Arduino: là một nền tảng mã nguồn mở được sử dụng để xây dựng các ứng dụng điện tử. Arduino gồm có board mạch có thể lập trình được ( thường gọi là vi điều khiển và các phần mềm hỗi trợ IDE (Integrated Development Environment) dùng để soạn thảo, biên dịch code và nạp chương cho board. Arduino ngày nay rất phổ biến cho những người mới bắt đầu tìm hiểu về điện tử vì nó đơn giản, hiệu quả và dễ tiếp cận. Không giống như các loại vi điều khiển khác, Arduino không cần phải có các công cụ chuyên biệt để phục vụ việc nạp code, ví dụ để nạp code cho PIC cần phải có Pic Kit.
Đối với Arduino rất đơn giản, ta có thể kết nối với máy tính bằng cáp USB. Arduino thực sự đã gây sóng gió trên thị trường người dùng DIY (là những người tự chế ra sản phẩm của mình) trên toàn thế giới trong vài năm gần đây, gần giống với những gì Apple đã làm được trên thị trường thiết bị di động. Số lượng người dùng cực lớn và đa dạng với trình độ trải rộng từ bậc phổ thông lên đến đại học đã làm cho ngay cả những người tạo ra chúng phải ngạc nhiên về m Arduino ra đời tại thị trấn Ivrea thuộc nước Ý và được đặt theo tên một vị vua vào thế kỷ thứ 9 là King Arduin. Arduino chính thức được đưa ra giới thiệu vào năm 2005 như là một công cụ khiêm tốn dành cho các sinh viên của giáo sư Massimo Banzi, là một trong những người phát triển Arduino, tại trường Interaction Design Instistute Ivrea (IDII).
Mặc dù hầu như không được tiếp thị gì cả, tin tức về Arduino vẫn lan truyền với tốc độ chóng mặt nhờ những lời truyền miệng tốt đẹp của những người dùng đầu tiên. Hiện nay Arduino nổi tiếng tới nỗi có người tìm đến thị trấn Ivrea chỉ để tham quan nơi đã sản sinh ra Arduino.2 Ứng dụng arduino trong thực tế Máy in 3d Một cuộc cách mạng khác cũng đang âm thầm định hình nhờ vào Arduino, đó là sự phát triển máy in 3D nguồn mở Reprap. Máy in 3D là công cụ giúp tạo ra các vật thể thực trực tiếp từ các file CAD 3D. Công nghệ này hứa hẹn nhiều ứng dụng rất thú vị trong đó có cách mạng hóa việc sản xuất cá nhân.
SVTH: Nguyễn Tiến Hưng GVHD: Đỗ Hoàng Ngân Mi Đồ án tốt nghiệp Trang 7 Hệ Thống Giám Sát Ngôi Nhà Thông Minh Hình 1.1 Máy in 3D Makerbot điều khiển bằng Arduino Mega2560 Thiết bị bay không người lái (UAV) UAV là một ứng dụng đặc biệt thíchhợp với Arduino do chúng có khả năng xử lý nhiều loại cảm biến như Gyro, accelerometer, GPS…; điều khiển động cơ servo và cả khả năng truyền tín hiệu từ xa.2 thiết bị UAV SVTH: Nguyễn Tiến Hưng GVHD: Đỗ Hoàng Ngân Mi Đồ án tốt nghiệp Trang 8 Hệ Thống Giám Sát Ngôi Nhà Thông Minh Điều khiển nhà thông minh (Smart Home) Kết hợp với các module chức năng bluetooth hoặc wifi., với các ứng dụng cài đặt trên máy tính bảng, smartphone hay trình duyệt web người dùng có thể thiết kế hệ thống điều khiển giám sát thông minh các thiết bị điện trong ngôi nhà của mình khi ở trong nhà hoặc từ bất cứ nới nào (được kết nối internet).3 Arduino Điều khiển nhà thông minh với Máy tính bảng và smartphone 1.2 LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI Kỹ thuật điều khiển và tự động hóa là ngành công nghệ liên quan đến việc ứng dụng các kỹ thuật cơ khí hiện đại, kỹ thuật điều khiển và kỹ thuật máy tính vào việc vận hành và điều khiển quá trình sản xuất. Ngày nay, khi nhu cầu và thị hiếu con người ngày càng cao, yêu cầu về số lượng và chất lượng của các sản phẩm xã hội cũng không ngừng tăng, điều đó đòi hỏi các dây chuyền sản xuất trong công nghiệp ngày càng hiện đại, có mức độ tự động hóa ngày càng cao với việc sử dụng các kỹ thuật điều khiển hiện đại có trợ giúp của máy tính. Hệ thống điều khiển và tự động hóa có mặt trong mọi dây chuyền sản xuất của các ngành kinh tế khác nhau như: công nghiệp, nông nghiệp, SVTH: Nguyễn Tiến Hưng GVHD: Đỗ Hoàng Ngân Mi Đồ án tốt nghiệp Trang 9 Hệ Thống Giám Sát Ngôi Nhà Thông Minh giao thông vận tải,… Vì vậy một hệ thống điều khiển thông minh và hoàn toàn tự động là một xu thế tất yếu. Ưng dụng hệ thống thông minh vào điều khiển cac thiết bị nhà ở và sân vườn vẫn còn khá mới mẻ ở Việt Nam.
Nhóm đã quyết ddingj chộn đề tài ngôi nhà thông minh để làm đề trài nguyên cứu của mình để đón đầu xu thế đó.3 MỤC ĐÍCH CỦA ĐỀ TÀI Nhóm xây dựng đề tài đã chọn theo hướng xây dựng hệ thống sử dụng arduino và esp8266 để quản lý ở nơi mà con người phải bỏ sức ra để thực hiện một công việc lặp đi lặp lại hằng ngày. Nhằm bỏ qua sự tác động của con người, con người sẽ không phải bận tâm quá nhiều đến việc quản lý ngôi nhà. Mang lại một cuộc sống thoải mái.4 MỤC TIÊU VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU Nhóm thực hiện đề tài đã đặt ra mục tiêu nghiên cứu cụ thể như sau: tìm hiểu về nguyên tắc hoạt động của công nghệ số trên module Arduino và ESP8266. Biết cách ứng dụng trên ardunio IDE.
Tìm hiểu hoạt động của cảm biến quang, cũng như cảm biến nhiệt độ và độ ẩm. Do giới hạn về thời gian nghiên cứu cũng như kiến thức chuyên ngành nên nhóm thực hiện đề tài chỉ tập trung nghiên cứu một số vấn đề chính xoay quanh đề tài như: Tìm hiểu và cài đặt các công cụ hỗ trợ lập trình arduinon IDE. Tìm hiểu hoạt động của các thiết bị trong hệ thống.5 CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Chúng em khi thực hiện đề tài đã sử dụng các phương pháp nghiên cứu đề tài sau: + Phương pháp phân tích tổng hợp lý thuyết. + Phương pháp tham khảo tài liệu.
+ Phương pháp thực nghiệm. v Cụ thể: + Tìm hiểu Arduino phần cứng và tập lệnh + Viết chương trình điều khiển bằng phần mềm Arduino IDE + Thiết kế các bộ phận của mô hình + Lắp ráp hoàn thiện mô hình ngôi nhà thông minh SVTH: Nguyễn Tiến Hưng GVHD: Đỗ Hoàng Ngân Mi Đồ án tốt nghiệp Trang 10 Hệ Thống Giám Sát Ngôi Nhà Thông Minh CHƯƠNG II: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG WIFI, GIỚI THIỆU CHIP ESP8622 VÀ BOARD ARDUINO UNO 2.1 GIỚI THIỆU VỀ CÔNG NGHỆ WIFI Wifi là viết tắt của từ Wireless Fidelity trong tiếng Anh, được gọi chung là mạng không dây sử dụng sóng vô tuyến. Wifi là loại sóng vô tuyến tương tự như sóng điện thoại, sóng truyền hình và radio. Hầu hết các thiết bị sử dụng điện tử hiện nay như : Smartphone, Máy tính bảng, Tivi, Laptop… đều có thể kết nối được Wi- Fi.
Và Wifi là thứ gắn liền và không thể thiếu với đời sống của người dân trong hầu hết công việc cũng như giải trí hàng ngày Kết nối Wifi dựa trên các loại chuẩn kết nối IEEE 802.11, và chủ yếu hiện nay Wifi hoạt động trên băng tần 54 Mbps và có tín hiệu mạnh nhất trong khoảng cách 100 feet gần 31 mét.1 Nguyên tắc hoạt động Hình 2.1 Nguyên tắc hoạt động của wifi Truyền thông qua mạng không dây là truyền thông vô tuyến hai chiều.Cụ thể: Thiết bị adapter không dây (hay bộ chuyển tín hiệu không dây) của máy tính chuyển đổi dữ liệu sang tín hiệu vô tuyến và phát những tín hiệu này đi bằng một ăng-ten. SVTH: Nguyễn Tiến Hưng GVHD: Đỗ Hoàng Ngân Mi Đồ án tốt nghiệp Trang 11 Hệ Thống Giám Sát Ngôi Nhà Thông Minh Thiết bị router không dây nhận những tín hiệu này và giải mã chúng. Nó gởi thông tin tới Internet thông qua kết nối hữu tuyến Ethernet. Qui trình này vẫn hoạt động với chiều ngược lại, router nhận thông tin từ Internet, chuyển chúng thành tín hiệu vô tuyến và gởi đến adapter không dây của máy tính.
Sóng WIFI: Các sóng vô tuyến sử dụng cho WiFi gần giống với các sóng vô tuyến sử dụng cho thiết bị cầm tay, điện thoại di động và các thiết bị khác. Nó có thể chuyển và nhận sóng vô tuyến, chuyển đổi các mã nhị phân 1 và 0 sang sóng vô tuyến và ngược lại. Tuy nhiên, sóng WiFi có một số khác biệt so với các sóng vô tuyến khác ở chỗ: Chúng truyền và phát tín hiệu ở tần số 2.5 GHz hoặc 5GHz. Tần số này cao hơn so với các tần số sử dụng cho điện thoại di động, các thiết bị cầm tay và truyền 2.2 Các chuẩn kết nối Hình 2.2 Các chuẩn kết nối wifi Chúng truyền và phát tín hiệu ở tần số 2.4 GHz hoặc 5 GHz.
Tần số này cao hơn so với các tần số sử dụng cho điện thoại di động, các thiết bị cầm tay và truyền hình. Tần số cao hơn cho phép tín hiệu mang theo nhiều dữ liệu hơn.11 là một tập các chuẩn của tổ chức IEEE (tiếng Anh: Institute of Electrical and Electronic Engineers) bao gồm các đặc tả kỹ thuật liên quan đến hệ SVTH: Nguyễn Tiến Hưng GVHD: Đỗ Hoàng Ngân Mi Đồ án tốt nghiệp Trang 12 Hệ Thống Giám Sát Ngôi Nhà Thông Minh thống mạng không dây.11 mô tả một giao tiếp “truyền qua không khí” (tiếng Anh: over-the-air) sử dụng sóng vô tuyến để truyền nhận tín hiệu giữa một thiết bị không dây và tổng đài hoặc điểm truy cập (tiếng Anh: access point), hoặc giữa 2 hay nhiều thiết bị không dây với nhau. Năm 1997, IEEE giới thiệu chuẩn mạng không dây đầu tiên và đặt tên nó là 802. Khi đó, tốc độ hỗ trợ tối đa của mạng này chỉ là 2 Mbps với bang tầng 2.11b IEEE đã mở rộng trên chuẩn 802.11 gốc vào tháng Bảy năm 1999, đó chính là chuẩn802.
Chuẩn này hỗ trợ băng thông lên đến 11Mbps, tương quan với Ethernet truyền thống.11b sử dụng tần số vô tuyến (2.4 GHz) giống như chuẩn ban đầu 802. Các hãng thích sử dụng các tần số này để chi phí trong sản xuất của họ được giảm.11b có thể bị xuyên nhiễu từ các thiết bị điện thoại không dây (kéo dài), lò vi sóng hoặc các thiết bị khác sử dụng cùng dải tần 2. Mặc dù vậy, bằng cách cài đặt các thiết bị 802.11b cách xa các thiết bị như vậy có thể giảm được hiện tượng xuyên nhiễu này.11b – giá thành thấp nhất; phạm vi tín hiệu tốt và không dễ bị cản trở. · Nhược điểm của 802.11b – tốc độ tối đa thấp nhất; các ứng dụng gia đình có thể xuyên nhiễu.11a Được phát triển song song cùng với chuẩn 802.