Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Đồ án tốt nghiệp "Điều khiển và giám sát thiết bị điện qua mạng Internet" được thực hiện bởi sinh viên Nguyễn Ngọc Khánh, dưới sự hướng dẫn của TS. Đoàn Hữu Chức tại Trường Đại học Quản lý và Công nghệ Hải Phòng (ngành Điện Tự động Công nghiệp, năm 2021).

Bối cảnh thực tiễn của đề tài xuất phát từ sự phổ biến của công nghệ kết nối không dây, đặc biệt là mạng Wi-Fi (WLAN) với khả năng hoạt động hiệu quả trong phạm vi từ vài chục đến vài trăm mét. Trước xu thế phát triển và hiện đại hóa công nghệ, việc tự động hóa và quản lý các thiết bị điện từ xa trở thành nhu cầu thiết yếu. Đề tài hướng tới việc giải quyết bài toán giám sát trạng thái hoạt động và điều khiển bật/tắt các thiết bị điện thông qua điện thoại thông minh ở bất kỳ vị trí nào có kết nối Internet.

Mục tiêu nghiên cứu:

  • Xây dựng hệ thống có chức năng giám sát và điều khiển thiết bị điện từ xa qua mạng Internet bằng ứng dụng trên điện thoại thông minh.
  • Thiết kế hệ thống có khả năng thi công thực tế trên mô hình thu nhỏ hoặc ứng dụng trong công trình nhà ở.

Nhiệm vụ nghiên cứu (gồm 7 nội dung theo văn bản):

  1. Nghiên cứu tài liệu về Arduino, KIT NodeMCU ESP8266, các chuẩn giao tiếp không dây và mạng Internet.
  2. Nghiên cứu các mô hình điều khiển thiết bị.
  3. Thiết kế sơ đồ nguyên lý và mạch phần cứng cho hệ thống.
  4. Thi công phần cứng, tiến hành thử nghiệm và hiệu chỉnh mạch thực tế.
  5. Thử nghiệm, điều chỉnh chương trình điều khiển nhằm tối ưu hóa hoạt động của toàn bộ hệ thống.
  6. Viết báo cáo thực hiện đồ án tốt nghiệp.
  7. Bảo vệ đồ án tốt nghiệp trước hội đồng.

Đối tượng, phạm vi và giới hạn nghiên cứu:

  • Đối tượng nghiên cứu: Hệ thống điều khiển đóng cắt thiết bị điện (tải mẫu là bóng đèn), bo mạch vi điều khiển tích hợp Wi-Fi NodeMCU ESP8266, module đóng cắt Relay 4 kênh và nền tảng IoT Blynk.
  • Phạm vi ứng dụng: Mô hình thu nhỏ, có định hướng mở rộng ứng dụng trong nhà ở thông minh (Smart Home), nhà xưởng sản xuất hoặc hệ thống nhà kính nông nghiệp.
  • Giới hạn đề tài: Tập trung vào thiết bị điều khiển trung tâm sử dụng KIT NodeMCU ESP8266; tận dụng các nền tảng đám mây và thư viện mã nguồn mở có sẵn; giới hạn thử nghiệm trong quy mô mô hình.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Khóa luận tổng hợp các nền tảng lý thuyết mạng truyền thông, kiến trúc phần cứng nhúng và dịch vụ đám mây IoT để làm cơ sở thiết kế hệ thống:

1. Khung lý thuyết và chuẩn giao tiếp mạng:

  • Khái niệm Internet of Things (IoT): Mạng lưới kết nối các đối tượng vật lý qua thiết bị mạng/router; gồm 4 thành phần chính: Thiết bị (Sensor/Actuator), Nền tảng đám mây (IoT Platform), Kết nối Internet (Wi-Fi/Ethernet) và Ứng dụng giao diện người dùng.
  • Chuẩn Ethernet (IEEE 802.3): Hoạt động tại tầng Vật lý và Liên kết dữ liệu (Data Link) của mô hình OSI. Cấu trúc khung MAC gồm: Preamble (7 byte), SFD (1 byte), Địa chỉ đích (2/6 byte), Địa chỉ nguồn (2/6 byte), Độ dài/Kiểu gói (2 byte), Dữ liệu và đệm (46–1500 byte), FCS kiểm tra lỗi CRC (4 byte). Địa chỉ MAC gồm 48 bit (6 octet: 3 octet đầu do IEEE cấp, 3 octet sau do nhà sản xuất ấn định). Khung truyền phân loại theo Unicast, Broadcast (FF-FF-FF-FF-FF-FF) và Multicast.
  • Giao thức liên mạng IP (Internet Protocol): Thực hiện hai chức năng chính là đánh địa chỉ và phân mảnh gói tin; sử dụng các cơ chế quản lý Type of Service, Time to Live (TTL), Options, Header Checksum và báo lỗi qua ICMP.
    • IPv4: Không gian địa chỉ 32 bit (4 octet), chia thành 5 lớp địa chỉ (A, B, C, D, E) với tổng số $4{,}3 \times 10^9$ địa chỉ (trong đó xấp xỉ 18 triệu địa chỉ mạng riêng và 16 triệu địa chỉ quảng bá).
    • IPv6: Không gian địa chỉ 128 bit ($3{,}4 \times 10^{38}$ địa chỉ), chuẩn hóa qua các tài liệu RFC 2460, RFC 2461, RFC 2462, RFC 4443, RFC 2464 và RFC 4291.
  • Chuẩn giao tiếp nối tiếp UART: Phương thức truyền nối tiếp bất đồng bộ không dùng xung clock chung; đồng bộ bằng tốc độ Baud (ví dụ 9600 bit/giây, thời gian mỗi bit xấp xỉ $104,\mu\text{s}$). Khung truyền UART gồm: Start bit (bắt buộc), Data (5–9 bit), Parity bit (chẵn/lẻ để kiểm tra lỗi) và Stop bit (1 hoặc nhiều bit báo kết thúc).
  • Tập chuẩn Wi-Fi (IEEE 802.11): Các tiêu chuẩn truyền thông không dây băng tần 2.4 GHz và 5 GHz:
Chuẩn Wi-Fi Năm ban hành Tần số hoạt động Tốc độ tối đa Phạm vi phủ sóng Đặc điểm kỹ thuật
802.11 gốc 1997 2.4 GHz 2 Mbps Hạn chế Chuẩn không dây đầu tiên của IEEE
802.11b 1999 2.4 GHz 11 Mbps Tương đối rộng Giá thành thấp, dễ bị nhiễu từ thiết bị gia dụng
802.11a 1999 5 GHz 54 Mbps 40 – 100 m Tránh nhiễu tốt, khó xuyên vật cản, giá thành cao
802.11g 2003 2.4 GHz 54 Mbps 80 – 200 m Kết hợp ưu điểm của 802.11a và 802.11b
802.11n Mới/Phổ biến 2.4 GHz / 5 GHz 600 Mbps 100 – 250 m Sử dụng công nghệ đa anten MIMO
802.11ac Thế hệ thứ 5 5 GHz 1730 Mbps Đòi hỏi bộ phát cao cấp Tốc độ rất cao, băng thông rộng trên băng tần 5 GHz

2. Nền tảng phần cứng vi điều khiển:

  • Arduino Uno: Chip vi điều khiển ATmega328P, điện áp hoạt động 5V (điện áp vào khuyên dùng 7–12V), 14 chân Digital I/O (6 chân PWM), 6 chân Analog, thạch anh 16 MHz, bộ nhớ Flash 32 KB (0.5 KB dành cho bootloader), SRAM 2 KB, EEPROM 1 KB.
  • Arduino Mega 2560: Chip ATmega2560 kết hợp chip nạp ATmega16U2, 54 chân Digital (15 chân PWM), 16 chân Analog, 4 cổng UART phần cứng, bộ nhớ Flash 256 KB (8 KB bootloader), SRAM 8 KB, EEPROM 4 KB.
  • NodeMCU ESP8266: Dòng vi mạch SoC ESP8266 (ESPRESSIF) tích hợp module ESP-12, chip nạp/giao tiếp UART CP2102, chạy firmware NodeMCU Lua, hỗ trợ chuẩn nạp Arduino IDE qua cổng MicroUSB 5VDC, GPIO mức logic 3.3VDC, 10 chân GPIO (D0–D8), 1 chân Analog (A0).

3. Phương pháp nghiên cứu:

  • Phương pháp nghiên cứu lý thuyết và tài liệu: Thu thập, phân tích tài liệu kỹ thuật về kiến trúc mạng TCP/IP, vi điều khiển AVR/ESP8266 và giao thức truyền thông đám mây.
  • Phương pháp thiết kế và tích hợp phần cứng: Lựa chọn linh kiện, tính toán phối hợp nguồn, thiết kế sơ đồ ghép nối giữa vi điều khiển NodeMCU ESP8266 với module Relay 4 kênh có cách ly quang.
  • Phương pháp thực nghiệm: Lập trình trên Arduino IDE, cấu hình Widget trên ứng dụng Blynk, nạp firmware và chạy thử nghiệm điều khiển đóng ngắt bóng đèn thực tế.

Thiết kế và triển khai hệ thống

Hệ thống điều khiển và giám sát thiết bị điện được xây dựng dựa trên sự liên kết giữa ba khối: Khối xử lý trung tâm (NodeMCU ESP8266), Khối chấp hành đóng ngắt (Module Relay 4 kênh) và Nền tảng quản lý di động (Ứng dụng Blynk qua Wi-Fi).

[Ứng dụng Blynk trên Smartphone] 
[Blynk Cloud Server (IP: cloud.vn / Port: 8443)]
[NodeMCU ESP8266 (Xử lý trung tâm)]
[Module Relay 4 kênh (Opto cách ly quang)]
[Thiết bị điện (Bóng đèn AC 220V / DC)]

1. Cấu hình phần cứng và sơ đồ ghép nối chân

Khối điều khiển sử dụng chân cấp nguồn từ cổng USB của ESP8266 (chân VU cấp nguồn 5VDC) để cấp cho khối cuộn hút của Relay:

Chân trên ESP8266 Chân trên Module Relay 4 kênh Chức năng kỹ thuật
GND GND Nối mass chung toàn hệ thống
VU (5VDC) VCC Cấp nguồn nuôi 5V cho cuộn cảm và mạch kích opto
D1 IN1 Điều khiển đóng cắt Rơ-le số 1 (kích mức thấp 0V)
D2 IN2 Điều khiển đóng cắt Rơ-le số 2 (kích mức thấp 0V)
D3 IN3 Điều khiển đóng cắt Rơ-le số 3 (kích mức thấp 0V)
D4 IN4 Điều khiển đóng cắt Rơ-le số 4 (kích mức thấp 0V)

2. Đặc tính kỹ thuật Module Relay 4 kênh (SRD-05VDC)

  • Sử dụng 4 rơ-le độc lập hoạt động ở điện áp cuộn hút 5VDC, dòng tiêu thụ mỗi cuộn hút khoảng 80 mA.
  • Khả năng chịu tải tiếp điểm: dòng xoay chiều tối đa 10A (ở 250VAC / 125VAC), dòng một chiều tối đa 10A (ở 30VDC / 28VDC).
  • Mạch trang bị transistor điều khiển kết hợp IC cách ly quang (Optocoupler), giúp cách ly hoàn toàn điện áp tải động lực với vi điều khiển ESP8266 nhằm chống xung nhiễu ngược.
  • Cơ chế tác động: kích mức Thấp (Active LOW – 0V). Khi đưa tín hiệu mức logic 0V vào chân IN, tiếp điểm COM sẽ chuyển từ thường đóng (NC) sang thường mở (NO).

3. Cấu hình nền tảng IoT Blynk và cơ chế chân ảo (Virtual Pin)

  • Máy chủ: Thiết lập kết nối đến máy chủ Blynk Server nội địa tại địa chỉ IP cloud.vn, cổng 8443.
  • Cơ chế xác thực: Sử dụng mã xác thực Auth Token được hệ thống gửi qua email đăng ký để liên kết giữa phần cứng ESP8266 và Project trên ứng dụng.
  • Giao diện điều khiển: Tạo giao diện trên ứng dụng Blynk bằng việc bố trí các Widget điều khiển:
    • Nút LED hiển thị trạng thái: Gán chân ảo Virtual V0 (Input Virtual).
    • Nút điều khiển Đèn 1: Gán chân ảo Virtual V2, chế độ Switch (0–1), nhãn Off-On, màu sắc hiển thị xanh lá cây.
    • Nút điều khiển Đèn 2: Gán chân ảo Virtual V3, chế độ Switch (0–1), nhãn Off-On, màu sắc hiển thị xanh da trời.
    • Nút điều khiển trực tiếp GPIO: Thiết lập ngõ ra dạng Digital gán cho chân GP4 (tương ứng GPIO4 trên ESP8266).
  • Cơ chế truyền nhận: Ứng dụng trao đổi dữ liệu với phần cứng thông qua các macro và hàm xử lý BLYNK_WRITE(), hàm gửi Blynk.virtualWrite(), cơ chế đồng bộ Blynk.syncVirtual() và kiểm soát trạng thái kết nối bằng giao thức Heartbeat (chu kỳ gửi gói tin ping 10 giây kèm thời gian chờ dự phòng 5 giây).

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Tìm hiểu về Internet of Things

Chương 1 trình bày tổng quan về mạng lưới vạn vật kết nối Internet, bắt đầu từ nguồn gốc lịch sử (máy bán nước Coke kết nối Internet tại Đại học Carnegie Mellon năm 1982 và thuật ngữ "Internet of Things" do Kevin Ashton đặt ra năm 1999). Tác giả phân tích các lĩnh vực ứng dụng trọng điểm của IoT bao gồm Nhà thông minh (Smart Home), Giao thông vận tải, Y tế và chăm sóc sức khỏe, Nông nghiệp thông minh (Smart Farming) và Thành phố thông minh (Smart City).

Bên cạnh đó, chương 1 đi sâu phân tích cơ sở kỹ thuật của các chuẩn mạng:

  • Chuẩn Ethernet (IEEE 802.3): Cung cấp định nghĩa tầng vật lý, địa chỉ MAC 48 bit và cấu trúc khung tin MAC.
  • Giao thức IP: Phân tích chi tiết chức năng định tuyến, phân mảnh gói tin, cơ chế kiểm tra Header Checksum, cấu trúc 5 lớp địa chỉ IPv4 (A, B, C, D, E) và sự phát triển của IPv6 với 128 bit địa chỉ theo các tiêu chuẩn RFC.
  • Chuẩn giao tiếp UART: Trình bày nguyên lý truyền nối tiếp bất đồng bộ, định nghĩa tốc độ Baud, cấu trúc khung dữ liệu gồm bit Start, Data, bit kiểm tra Parity và bit Stop.
  • Công nghệ Wi-Fi (IEEE 802.11): So sánh các chuẩn 802.11b, 802.11a, 802.11g, 802.11n (hỗ trợ MIMO, 600 Mbps) và 802.11ac (băng tần 5 GHz, 1730 Mbps).

Chương 2: Tìm hiểu về Arduino

Chương 2 tập trung phân tích các nền tảng phần cứng mã nguồn mở:

  • Arduino Uno: Trình bày chi tiết sơ đồ chân, chức năng các khối nguồn (cổng USB, Jack DC 6–12V), các chân xuất nguồn (5V, 3.3V, GND), ngõ vào tương tự (Analog A0–A5), ngõ vào/ra số (Digital 0–13, chân PWM), chân tham chiếu AREF, nút Reset, đèn LED báo nguồn và cặp LED TX/RX. Bảng thông số kỹ thuật xác định chip Atmega328P hoạt động ở tần số 16 MHz, bộ nhớ Flash 32 KB, SRAM 2 KB, EEPROM 1 KB.
  • Arduino Mega 2560: Đánh giá cấu trúc phần cứng nâng cao với vi điều khiển Atmega2560, 54 chân I/O số, 16 ngõ vào analog, 4 bộ UART, chip nạp ATmega16U2 và bộ nhớ Flash 256 KB.
  • NodeMCU ESP8266: Phân tích cấu tạo SoC ESP8266 của hãng ESPRESSIF trên module ESP-12, tích hợp chip chuyển đổi UART CP2102, mức điện áp logic 3.3VDC, hỗ trợ 10 chân GPIO (D0–D8), 1 kênh ADC (A0), kết nối Wi-Fi tích hợp cho phép hoạt động ở chế độ trạm (Station) hoặc điểm truy cập (Access Point).

Chương 3: Ứng dụng cho điều khiển và giám sát hệ thống điện

Chương 3 trình bày toàn bộ quá trình thiết kế, thi công mạch và lập trình hệ thống:

  • Phần mềm Arduino IDE: Hướng dẫn cấu hình URL gói bo mạch bổ sung (http://arduino.com/stable/package_esp8266com_index.json), cài đặt gói hỗ trợ ESP8266 qua Boards Manager, chọn cổng COM tương ứng và nạp thư viện bổ trợ (cảm biến nhiệt độ DHT11, thư viện Blynk).
  • Thiết bị đóng cắt Relay: Phân tích nguyên lý cấu tạo 3 khối của rơ-le (khối tiếp thu, khối trung gian, khối chấp hành), các thông số của rơ-le SRD-05VDC và module cách ly quang 4 kênh.
  • Nền tảng Blynk: Trình bày phương thức cài đặt ứng dụng trên iOS/Android, quy trình tạo Project, cấu hình Auth Token, quản lý điểm năng lượng (Energy), cơ chế giao tiếp qua Virtual Pin (BLYNK_WRITE, Blynk.virtualWrite, Blynk.syncVirtual), giải pháp dùng BlynkTimer để tránh lỗi tràn bộ đệm (Flood Error) và cơ chế giám sát kết nối Heartbeat (10 giây + 5 giây).
  • Lắp ráp và đấu nối: Trình bày bảng sơ đồ kết nối chân giữa ESP8266 và module Relay 4 kênh (GND-GND, VU-VCC, D1-IN1, D2-IN2, D3-IN3, D4-IN4), quy trình đấu nối dây nóng nguồn điện qua cặp tiếp điểm COM và NO của rơ-le để cấp điện cho bóng đèn, hoàn thiện giao diện điều khiển 2 bóng đèn trên smartphone qua các chân ảo V2 và V3.

Kết quả và đóng góp

Kết quả chính đạt được:

  • Lắp ráp hoàn chỉnh mô hình mạch điều khiển phần cứng kết nối giữa KIT vi điều khiển NodeMCU ESP8266 và module Relay 4 kênh cách ly quang.
  • Cấp nguồn 5VDC thành công cho hệ thống từ cổng USB (chân VU) và kích hoạt chính xác các cuộn hút rơ-le ở mức logic 0V (Active LOW).
  • Thiết lập kênh truyền thông Wi-Fi kết nối trực tiếp ESP8266 với máy chủ Blynk Cloud (tại địa chỉ máy chủ cloud.vn, cổng 8443) thông qua mã xác thực Auth Token.
  • Cấu hình thành công giao diện trên ứng dụng Blynk với các Widget nút bấm gán chân ảo V2, V3 để điều khiển đóng/ngắt 2 bóng đèn và chân ảo V0 để hiển thị trạng thái phản hồi.
  • Đấu nối an toàn mạch điện động lực qua các cặp tiếp điểm thường mở (NO) và chân chung (COM) của rơ-le chịu dòng lên đến 10A.

Giải pháp và khuyến nghị kỹ thuật do tác giả đề xuất:

  • Chống nghẽn lệnh và mất kết nối: Không gọi các hàm Blynk.virtualWrite() và các tác vụ truyền nhận trực tiếp trong hàm lặp void loop(). Thay vào đó, phải sử dụng bộ định thời BlynkTimer để kiểm soát tần suất gửi dữ liệu.
  • Tránh hàm dừng trễ delay(): Tuyệt đối hạn chế dùng hàm delay() trong mã nguồn điều khiển ESP8266 vì sẽ làm gián đoạn chu kỳ phản hồi tín hiệu ping (Heartbeat) gửi về máy chủ, dẫn đến việc thiết bị bị ngắt kết nối.
  • Kiểm soát lưu lượng dữ liệu: Giới hạn tốc độ gửi dữ liệu từ phần cứng lên server dưới 100 giá trị/giây nhằm ngăn ngừa hiện tượng lỗi quá tải đường truyền (Flood Error).
  • Bảo vệ vi điều khiển: Sử dụng module rơ-le có tích hợp Optocoupler cách ly quang và transistor đệm để ngăn ngừa xung điện áp ngược từ cuộn hút và dòng cảm ứng phía tải xoay chiều gây hư hại chân GPIO.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Hạn chế của hệ thống (theo văn bản):

  • Năng lực xử lý của vi điều khiển: Module ESP8266 bị giới hạn về số lượng yêu cầu (requests) có thể xử lý đồng thời tại một thời điểm, dễ gặp lỗi nếu tần suất giao tiếp dữ liệu quá dày đặc.
  • Ràng buộc tài nguyên nền tảng: Dịch vụ đám mây Blynk phân bổ tài nguyên theo điểm năng lượng (Energy); mỗi Widget trên giao diện tiêu tốn một lượng Energy nhất định, gây hạn chế số lượng nút bấm và đồ thị khi sử dụng tài khoản miễn phí.
  • Phụ thuộc hạ tầng Internet: Hệ thống yêu cầu kết nối mạng liên tục; nếu mất tín hiệu Wi-Fi hoặc gián đoạn gói tin Heartbeat quá 15 giây (10s chu kỳ + 5s chờ), thiết bị sẽ bị coi là mất kết nối (Offline) trên giao diện điều khiển.
  • Quy mô thực nghiệm: Hệ thống mới dừng lại ở việc thử nghiệm trên mô hình thu nhỏ với đối tượng tải đơn giản là bóng đèn chiếu sáng.

Hướng phát triển tiếp theo:

  • Tích hợp thêm các cảm biến đo lường thông số môi trường (như cảm biến nhiệt độ - độ ẩm DHT11 đã được đề cập trong phần thư viện phần mềm) để xây dựng hệ thống tự động hóa phản hồi theo điều kiện môi trường thực tế.
  • Mở rộng điều khiển các loại thiết bị điện công suất lớn hơn hoặc các cơ cấu chấp hành khác như quạt gió, điều hòa, động cơ trong nhà xưởng và nông nghiệp.

Giá trị tham khảo

Tài liệu đồ án có giá trị tham khảo đối với:

  • Sinh viên ngành Điện Tự động Công nghiệp, Kỹ thuật Điều khiển & Tự động hóa, Điện tử - Viễn thông và Công nghệ Thông tin: Tham khảo phương pháp xây dựng một hệ thống IoT cơ bản từ khâu lựa chọn phần cứng nhúng đến thiết kế ứng dụng điều khiển.
  • Người làm đề tài về Smart Home và Nông nghiệp thông minh: Có thể khai thác trực tiếp sơ đồ ghép nối giữa NodeMCU ESP8266 và module Relay cách ly quang, phương pháp cấu hình phần mềm Arduino IDE cho dòng vi mạch ESP8266 và cơ chế giao tiếp chân ảo (Virtual Pin) trên nền tảng Blynk.
  • Phần đáng chú ý để tham khảo: Bảng đối chiếu các thông số kỹ thuật của chuẩn mạng không dây Wi-Fi (802.11b/a/g/n/ac), thông số cấu hình phần cứng ATmega328P/ATmega2560 và các nguyên tắc lập trình tránh lỗi Flood Error trên Blynk.

Câu hỏi thường gặp

1. Bộ điều khiển trung tâm được sử dụng trong đồ án là gì và có thông số kỹ thuật như thế nào? Đề tài sử dụng KIT phát triển NodeMCU ESP8266 (tích hợp module ESP-12). Vi mạch này sử dụng chip nạp CP2102, mức điện áp logic GPIO 3.3VDC, cấp nguồn 5VDC qua cổng MicroUSB hoặc chân Vin, cung cấp 10 chân GPIO (D0–D8), 1 chân Analog (A0) và tích hợp sẵn anten Wi-Fi chuẩn 802.11 b/g/n.

2. Khái niệm Virtual Pin (chân ảo) trên nền tảng Blynk hoạt động như thế nào trong hệ thống? Virtual Pin là các kênh giao tiếp dữ liệu logic giữa ứng dụng Blynk trên smartphone và vi điều khiển. Khác với các chân vật lý (GPIO), Virtual Pin (như V0, V2, V3) cho phép gửi các giá trị số, chuỗi hoặc mảng dữ liệu để xử lý logic trong mã nguồn vi điều khiển thông qua hàm BLYNK_WRITE() và phản hồi trạng thái từ phần cứng về ứng dụng qua hàm Blynk.virtualWrite().

3. Sơ đồ kết nối giữa ESP8266 và module Relay 4 kênh được bố trí như thế nào? Chân nguồn VU (5V) của ESP8266 nối với VCC của Relay; chân GND của ESP8266 nối với GND của Relay. Bốn ngõ ra điều khiển D1, D2, D3, D4 của ESP8266 lần lượt được nối tới các chân kích tín hiệu IN1, IN2, IN3, IN4 của module Relay. Tải bóng đèn được mắc nối tiếp qua chân chung (COM) và chân thường mở (NO) của rơ-le.

4. Vì sao tác giả khuyến nghị không sử dụng hàm delay() và không gọi Blynk.virtualWrite() trong hàm void loop()? Blynk quản lý trạng thái trực tuyến của thiết bị thông qua cơ chế Heartbeat định kỳ (ping 10 giây). Việc dùng delay() làm nghẽn chu trình xử lý khiến thiết bị không gửi được phản hồi và bị ngắt kết nối. Đồng thời, gọi virtualWrite() trực tiếp trong void loop() sẽ gửi dữ liệu liên tục vượt quá 100 giá trị/giây, gây ra lỗi tràn dữ liệu (Flood Error) và khiến máy chủ ngắt phiên kết nối của ESP8266.

5. Module Relay 4 kênh có thông số chịu tải và cơ chế kích hoạt ra sao? Module sử dụng rơ-le SRD-05VDC, cuộn hút kích hoạt bằng điện áp 5VDC (dòng 80 mA), kích hoạt ở mức Thấp (0V - Active LOW). Tiếp điểm chịu được dòng xoay chiều tối đa 10A ở 250VAC/125VAC và dòng một chiều tối đa 10A ở 30VDC/28VDC, có tích hợp mạch Optocoupler cách ly quang bảo vệ vi điều khiển.

Kết luận

Đồ án tốt nghiệp "Điều khiển và giám sát thiết bị điện qua mạng Internet" của tác giả Nguyễn Ngọc Khánh đã hoàn thiện thiết kế phần cứng và phần mềm cho hệ thống điều khiển đóng ngắt thiết bị điện từ xa thông qua mạng Wi-Fi. Đề tài khai thác thành công vi điều khiển NodeMCU ESP8266 kết hợp module Relay 4 kênh cách ly quang và nền tảng đám mây Blynk Server. Kết quả thử nghiệm cho phép đóng cắt tải điện dân dụng an toàn, ổn định thông qua giao diện smartphone, cung cấp tài liệu kỹ thuật có giá trị ứng dụng trong lĩnh vực nhà thông minh và tự động hóa công nghiệp.