Đồ án HCMUTE: Thi công hệ thống điều khiển giám sát thiết bị trong nhà sử dụng công nghệ LoRa

Khám phá đồ án HCMUTE về hệ thống điều khiển giám sát thiết bị trong nhà sử dụng công nghệ LoRa, mang lại hiệu quả và tiện ích cao.

• Tác giả: Lê Đại Minh
• Người hướng dẫn: PGS. Trần Thu Hà
• Trường học: Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM
• Chuyên ngành: Kỹ thuật Điện tử - Truyền thông
• Đề tài: Thiết kế và thi công hệ thống điều khiển, giám sát các thiết bị trong nhà sử dụng công nghệ Lora
• Loại tài liệu: Đồ án tốt nghiệp
• Năm xuất bản: 2018
• Địa điểm: Tp. Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CẢM ƠN
• 1. CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI
• 1.1. ĐẶT VẤN ĐỀ
• 1.2. MỤC TIÊU
• 1.3. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU
• 1.4. GIỚI HẠN
• 1.5. BỐ CỤC
• 2. CHƯƠNG 2: NỘI DUNG CHÍNH
• 2.1. TỔNG QUAN VỀ CÁC VẤN ĐỀ ĐÃ KHẢO SÁT
• 2.2. LÝ THUYẾT LIÊN QUAN
• 2.2.1. Module RF thu phát Wifi ESP8266 NodeMCU

Tóm tắt

I. Giới thiệu Hệ thống Giám sát Nhà Thông minh LoRa

Đồ án tốt nghiệp này tập trung vào thiết kế và thi công hệ thống điều khiển, giám sát các thiết bị trong nhà sử dụng công nghệ LoRa. Hệ thống nhắm đến việc cung cấp một giải pháp giám sát và điều khiển từ xa hiệu quả, đáng tin cậy cho các thiết bị gia dụng. Công nghệ LoRa được lựa chọn nhờ khả năng truyền dữ liệu tầm xa, tiêu thụ năng lượng thấp, và tính xuyên thấu tốt, phù hợp với môi trường trong nhà. Hệ thống giám sát nhà thông minh LoRa được thiết kế với mục tiêu tối ưu hóa khả năng quản lý và điều khiển các thiết bị điện tử trong nhà, mang lại sự tiện lợi và an toàn cho người sử dụng. Việc sử dụng LoRaWAN làm nền tảng kết nối cho phép mở rộng hệ thống dễ dàng và tích hợp với các thiết bị khác trong tương lai. Các ứng dụng tiềm năng bao gồm điều khiển ánh sáng, điều hòa nhiệt độ, hệ thống an ninh, và giám sát môi trường trong nhà.

1.1 Ứng dụng LoRa trong Nhà Thông Minh

Đồ án này khảo sát và đánh giá ứng dụng LoRa trong nhà thông minh. LoRa, với khả năng tiết kiệm năng lượng và phạm vi phủ sóng rộng, là một lựa chọn lý tưởng cho việc xây dựng các hệ thống giám sát và điều khiển không dây. Việc tích hợp các cảm biến LoRa cho nhà thông minh (như cảm biến nhiệt độ, độ ẩm, khí gas, chuyển động) sẽ cho phép thu thập dữ liệu thời gian thực từ nhiều điểm trong nhà. Mạng lưới LoRa sẽ đảm bảo truyền tải thông tin ổn định, hiệu quả đến trung tâm điều khiển. Ưu điểm của LoRa nằm ở khả năng hoạt động ổn định trong môi trường nhiều nhiễu, đặc biệt hữu ích trong các tòa nhà lớn hoặc khu dân cư đông đúc. Tuy nhiên, nhược điểm của LoRa cần được xem xét, chẳng hạn như tốc độ truyền dữ liệu có thể không cao bằng các công nghệ khác như WiFi. So sánh LoRa với các công nghệ khác trong nhà thông minh (như Zigbee, Z-Wave, WiFi) là cần thiết để lựa chọn công nghệ tối ưu cho từng ứng dụng cụ thể. Việc lựa chọn LoRa sensor node và LoRaWAN gateway phù hợp cũng sẽ ảnh hưởng đến hiệu suất và độ tin cậy của hệ thống.

1.2 Triển khai Hệ thống Giám sát Nhà LoRa

Phần này tập trung vào triển khai hệ thống giám sát nhà LoRa. Quá trình thiết kế hệ thống giám sát nhà LoRa bao gồm việc lựa chọn các thành phần phần cứng và phần mềm phù hợp. Lập đặt hệ thống giám sát nhà LoRa cần được thực hiện một cách cẩn thận để đảm bảo kết nối ổn định và hiệu quả. Việc bảo trì hệ thống giám sát nhà LoRa cũng là một khía cạnh quan trọng cần được xem xét. Chi phí hệ thống giám sát nhà LoRa là một yếu tố cần cân nhắc trong quá trình thiết kế và triển khai. An ninh hệ thống giám sát nhà LoRa cần được đảm bảo để ngăn chặn các cuộc tấn công trái phép. Tích hợp hệ thống giám sát nhà LoRa với các thiết bị khác sẽ nâng cao tính hữu dụng của hệ thống. Phần cứng hệ thống giám sát nhà LoRa bao gồm các LoRa sensor node, LoRaWAN gateway, và các thiết bị điều khiển. Phần mềm hệ thống giám sát nhà LoRa chịu trách nhiệm thu thập, xử lý và hiển thị dữ liệu. Quản lý năng lượng hệ thống giám sát nhà LoRa là một vấn đề cần quan tâm để đảm bảo hệ thống hoạt động liên tục.

II. Kiến trúc và Hoạt động của Hệ thống

Hệ thống được thiết kế dựa trên kiến trúc phân tán, sử dụng NodeMCU ESP8266 làm trung tâm điều khiển và Arduino Uno làm bộ xử lý tại các trạm con. Dữ liệu từ các cảm biến (nhiệt độ, độ ẩm, khí gas, chuyển động) được thu thập và truyền đến trung tâm qua mạng lưới LoRa. Trung tâm xử lý dữ liệu, điều khiển các thiết bị (đèn, quạt…) và cập nhật thông tin lên giao diện người dùng (Web, WPF, Android). Điều khiển thiết bị nhà thông minh LoRaWAN được thực hiện thông qua các giao diện thân thiện, cho phép người dùng theo dõi trạng thái và điều chỉnh các thông số từ xa. Giám sát từ xa thiết bị nhà thông minh LoRa cung cấp khả năng phản hồi nhanh chóng trước các sự cố, giúp đảm bảo an toàn và tiện nghi cho người sử dụng. Thư viện LoRa cho lập trình nhúng được sử dụng để đơn giản hóa quá trình phát triển và tích hợp hệ thống. Ví dụ mã nguồn LoRa cho hệ thống giám sát nhà có thể được cung cấp để minh họa.

2.1 Mô hình Hệ thống Điều khiển Giám sát

Mô hình hệ thống bao gồm hai phần chính: trung tâm xử lý và các trạm xử lý. Trung tâm xử lý sử dụng module ESP8266 NodeMCU kết nối với mạng internet, cho phép điều khiển và giám sát từ xa qua web, WPF hoặc ứng dụng Android. Module Lora SX1278 đảm nhiệm việc truyền nhận dữ liệu với các trạm xử lý. Các trạm xử lý, sử dụng Arduino Uno, kết nối với các cảm biến LoRa như DHT11 (nhiệt độ, độ ẩm), MQ-2 (khí gas), và HC-SR501 (chuyển động). Dữ liệu thu thập được sẽ được truyền đến trung tâm xử lý qua mạng lưới LoRa. Hệ thống sử dụng giao thức MQTT để đảm bảo truyền tải dữ liệu hiệu quả và an toàn. Điều khiển thiết bị được thực hiện thông qua các module relay, cho phép điều khiển bật/tắt các thiết bị điện. Hệ thống cảnh báo được tích hợp thông qua buzzer hoặc thông báo trên giao diện người dùng, cảnh báo khi có sự cố (cháy, trộm, rò rỉ gas). Độ phủ sóng LoRa trong nhà được đánh giá để đảm bảo hiệu quả hoạt động của hệ thống.

2.2 Tích hợp và Mở rộng Hệ thống

Hệ thống được thiết kế với khả năng mở rộng và tích hợp linh hoạt. Việc tích hợp hệ thống giám sát nhà LoRa với các thiết bị khác như hệ thống tưới cây tự động, hệ thống điều khiển ánh sáng thông minh, hoặc các thiết bị an ninh khác là hoàn toàn khả thi. Khả năng mở rộng của hệ thống giám sát nhà LoRa phụ thuộc vào việc lựa chọn các cảm biến LoRa và thiết bị ngoại vi phù hợp. Việc khắc phục sự cố hệ thống giám sát nhà LoRa cần được thực hiện một cách hệ thống, bao gồm việc kiểm tra kết nối, phần cứng và phần mềm. Các tiêu chuẩn LoRaWAN cần được tuân thủ để đảm bảo khả năng tương thích và hoạt động ổn định của hệ thống. Hướng dẫn sử dụng hệ thống giám sát nhà LoRa cần được cung cấp rõ ràng và dễ hiểu cho người dùng. Ứng dụng LoRa trong nông nghiệp thông minh và ứng dụng LoRa trong công nghiệp 4.0 cũng là các lĩnh vực có tiềm năng ứng dụng công nghệ này. So sánh LoRa với Zigbee, Z-wave, và WiFi cho thấy LoRa có những lợi thế riêng về phạm vi phủ sóng và tiêu thụ năng lượng, nhưng nhược điểm về tốc độ cần được cân nhắc.

Nội dung chính

Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Trong bối cảnh sự phát triển của công nghệ vi xử lý, mạng Internet và các chuẩn truyền thông không dây tầm xa, các giải pháp tự động hóa và điều khiển thiết bị từ xa ngày càng được ứng dụng rộng rãi nhằm nâng cao hiệu quả quản lý, tiết kiệm thời gian và phục vụ đời sống con người. Các công nghệ mạng không dây truyền thống như Bluetooth, ZigBee hay Wi-Fi thường bị giới hạn về cự ly truyền dẫn, dễ suy hao qua vật cản hoặc tiêu hao năng lượng tương đối lớn, trong khi mạng di động (3G/4G) đòi hỏi chi phí phần cứng và cước phí dịch vụ cao.

Qua khảo sát các nghiên cứu trước đó, tác giả nhận thấy các hạn chế cụ thể:

• Đề tài của Nguyễn Đức Dũy (Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM) về hệ thống kết hợp Wi-Fi và LoRa chỉ mới dừng lại ở việc điều khiển 4 thiết bị đèn.
• Đề tài của Nguyễn Phước Hiện (Trường Đại học Bách Khoa TP.HCM) sử dụng chuẩn ZigBee nhưng số lượng thiết bị điều khiển còn hạn chế.
• Đề tài của Trần Minh Luân và Lâm Thành Đạt (Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM) tập trung vào điều khiển bằng sóng hồng ngoại và giọng nói kết hợp giám sát nhiệt độ.

Xuất phát từ các vấn đề thực tiễn trên, đề tài "Thiết kế và thi công hệ thống điều khiển, giám sát các thiết bị trong nhà sử dụng công nghệ LoRa" được thực hiện bởi sinh viên Lê Đại Minh và Trương Đức Hoàng Long (ngành Kỹ thuật Điện tử - Truyền thông, Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM, dưới sự hướng dẫn của PGS. Trần Thu Hà) nhằm xây dựng một hệ thống hoàn chỉnh, tích hợp truyền thông tầm xa LoRa với Wi-Fi để điều khiển nhiều thiết bị điện, đồng thời giám sát các thông số môi trường và cảnh báo an ninh đa nền tảng.

Mục tiêu nghiên cứu

Hệ thống hướng tới các mục tiêu cụ thể:

1. Thiết kế và thi công mạch điều khiển phần cứng gồm: Bộ trung tâm xử lý (sử dụng ESP8266 NodeMCU) và Bộ trạm xử lý (sử dụng Arduino Uno R3).
2. Xây dựng giao diện giám sát và điều khiển thiết bị trên 3 nền tảng: Web Server, ứng dụng Windows Presentation Foundation (WPF) và ứng dụng Android.
3. Thiết kế và thi công mô hình ngôi nhà thực nghiệm, tiến hành chạy thử nghiệm và đánh giá hệ thống.

Nhiệm vụ nghiên cứu

Đề tài thực hiện 10 nội dung nhiệm vụ được phân công:

1. Nội dung 1: Tìm hiểu, tham khảo tài liệu, giáo trình và các nghiên cứu liên quan đến đề tài.
2. Nội dung 2: Thiết kế sơ đồ khối và sơ đồ nguyên lý toàn hệ thống.
3. Nội dung 3: Thiết kế và thi công mạch trạm xử lý tích hợp cảm biến nhiệt độ - độ ẩm (DHT11), cảm biến khí gas (MQ-2), cảm biến chuyển động (HC-SR501), màn hình LCD 16x2 qua giao tiếp I2C, module LoRa SX1278 và mạch điều khiển công suất relay.
4. Nội dung 4: Thiết kế và thi công mạch trung tâm xử lý tích hợp vi điều khiển ESP8266 NodeMCU, module LoRa SX1278 và màn hình LCD hiển thị.
5. Nội dung 5: Thiết kế giao diện Web Server, phần mềm WPF trên máy tính và ứng dụng trên hệ điều hành Android để phục vụ giám sát và điều khiển.
6. Nội dung 6: Lập trình phần mềm điều khiển, truyền nhận dữ liệu đồng bộ giữa Web Server, WPF, Android, ESP8266, Arduino Uno và module LoRa.
7. Nội dung 7: Thiết kế và thi công hoàn thiện mô hình không gian nhà chính và nhà phụ.
8. Nội dung 8: Chạy thử nghiệm thực tế, cân chỉnh các thông số kỹ thuật.
9. Nội dung 9: Biên soạn báo cáo đồ án tốt nghiệp.
10. Nội dung 10: Báo cáo bảo vệ đồ án tốt nghiệp.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

• Đối tượng nghiên cứu: Hệ thống phần cứng và phần mềm truyền nhận dữ liệu không dây ứng dụng công nghệ LoRa kết hợp Wi-Fi; các module cảm biến môi trường và cơ cấu chấp hành điều khiển thiết bị điện dân dụng.
• Phạm vi không gian và giới hạn thiết bị: Mô hình thực nghiệm gồm 1 bộ trung tâm xử lý và 1 bộ trạm xử lý đặt tại các khu vực nhà chính - nhà phụ; cơ cấu chấp hành sử dụng relay 4 kênh điều khiển các tải công suất nhỏ (đèn chiếu sáng, quạt mô phỏng bằng động cơ DC F130); các cảm biến đo lường gồm DHT11, MQ-2 và HC-SR501.
• Thời gian thực hiện: Từ ngày 10/09/2018 đến ngày 31/12/2018.

---

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Đồ án thuộc dạng thiết kế kỹ thuật và xây dựng hệ thống nhúng - truyền thông kết hợp phần mềm. Cơ sở lý thuyết và phương pháp triển khai dựa trên các công nghệ và linh kiện điện tử chuyên dụng:

Khung lý thuyết và công nghệ sử dụng

• Công nghệ truyền thông LoRa (Long Range): Kỹ thuật điều chế trải phổ dựa trên biến thể Chirp Spread Spectrum (CSS) phát triển bởi Semtech/Cycleo, thuộc tầng vật lý của chuẩn LoRaWAN, hoạt động trong mạng diện rộng công suất thấp (LPWAN) với cự ly truyền xa và khả năng kháng nhiễu cao.
• Module thu phát LoRa SX1278 AS32-TTL-100: Module RF tích hợp chip Semtech SX1278, chuyển đổi giao tiếp SPI sang UART, hoạt động ở dải tần 410 - 441 MHz, công suất phát 20 dBm (100 mW), khoảng cách truyền tối đa lý tưởng đạt 3000 m.
• Vi điều khiển và SoC xử lý:
  • ESP8266 NodeMCU V12E: SoC 32-bit Tensilica Xtensa LX106 (tần số hoạt động 80 MHz, có thể ép xung lên 160 MHz), bộ nhớ RAM (64 KiB Instruction RAM, 96 KiB Data RAM), tích hợp Wi-Fi chuẩn 802.11 b/g/n, chip nạp CP2102, mức điện áp logic 3.3V.
  • Arduino Uno R3: Vi điều khiển ATmega328P (8-bit, 16 MHz), bộ nhớ Flash 32 KB, SRAM 2 KB, EEPROM 1 KB, cung cấp 14 chân Digital I/O và 6 chân Analog (ADC 10-bit).
• Chuẩn giao tiếp phần cứng: UART (truyền thông nối tiếp không đồng bộ), I2C (giao tiếp 2 dây SDA và SCL điều khiển LCD), giao tiếp 1-wire cho cảm biến.
• Giao thức mạng và kiến trúc phần mềm:
  • MQTT (Message Queue Telemetry Transport): Mô hình Publish/Subscribe gồm Broker đóng vai trò trung tâm điều phối và các Client (Publisher/Subscriber).
  • Giao thức HTTP & Web Server: Xây dựng trang web động bằng ngôn ngữ HTML, PHP (xử lý dữ liệu qua hai phương thức GET và POST) kết hợp hệ quản trị cơ sở dữ liệu MySQL.
  • Phần mềm máy tính và di động: Nền tảng WPF (.NET Framework) và ứng dụng di động Android.
• Nguyên lý cảm biến:
  • Cảm biến nhiệt độ - độ ẩm DHT11: Hoạt động với điện áp 3 - 5V, dải đo nhiệt độ 0 - 50°C (sai số ±2°C), dải đo độ ẩm 20 - 80% RH (sai số 5%), gửi khung dữ liệu số 40-bit chuẩn 1-wire gồm phần nguyên/phân của nhiệt độ, độ ẩm và checksum.
  • Cảm biến khí gas MQ-2: Sử dụng bề mặt chất bán dẫn SnO2 kết hợp IC so sánh LM358, nhận biết nồng độ khí dễ cháy trong dải 100 - 2000 ppm, xuất tín hiệu Analog (0 - 5V) và Digital.
  • Cảm biến chuyển động hồng ngoại HC-SR501 (PIR): Nhận biết bức xạ hồng ngoại từ đối tượng chuyển động, điện áp hoạt động 5V, thời gian trễ điều chỉnh từ 5s đến 200s, hỗ trợ 2 chế độ kích hoạt L và H.

Phương pháp nghiên cứu

• Phương pháp thiết kế và tích hợp phần cứng: Tính toán thông số dòng tiêu thụ, phân chia sơ đồ khối chức năng, thiết kế sơ đồ nguyên lý mạch điện, kết nối các chân I/O giữa vi điều khiển với module RF LoRa, cảm biến, LCD và relay.
• Phương pháp lập trình nhúng và giải thuật: Xây dựng lưu đồ thuật toán cho bộ trung tâm (ESP8266) và bộ trạm (Arduino Uno), xử lý đọc dữ liệu cảm biến, đóng gói khung truyền nối tiếp UART và định tuyến lệnh điều khiển.
• Phương pháp lập trình ứng dụng: Xây dựng cơ sở dữ liệu MySQL, viết script PHP xử lý yêu cầu HTTP, thiết kế giao diện đồ họa cho Web, WPF và Android.
• Phương pháp thực nghiệm kiểm chứng: Lắp đặt mô hình thực tế, kiểm thử hoạt động truyền nhận dữ liệu LoRa giữa 2 trạm, kiểm tra độ nhạy cảm biến khí gas/trộm và đo đạc trạng thái đóng ngắt thiết bị.

---

Thiết kế và triển khai

Hệ thống được cấu trúc thành 2 cụm thiết bị phần cứng chính tương tác với nhau qua sóng vô tuyến LoRa và kết nối Internet qua Wi-Fi:

[Web Browser / App Android / Ứng dụng WPF]
                    ↕ (Internet / HTTP)
       [Bộ Trung tâm xử lý (ESP8266)] 
                    ↕ (Màn hình LCD 16x2 I2C)
                    ↕ (Module LoRa SX1278 - UART)
                    ≈ (Sóng RF LoRa 433MHz) ≈
         [Bộ Trạm xử lý (Arduino Uno)]
[DHT11, MQ-2, PIR] [LCD 16x2]   [Relay 4 kênh]   [Còi Buzzer]
                                     ↓
                             [Đèn, Quạt F130]

1. Kiến trúc phần cứng

• Bộ Trung tâm xử lý (Master/Gateway): Bao gồm module ESP8266 NodeMCU, module LoRa SX1278 AS32-TTL-100 kết nối qua giao tiếp UART và màn hình LCD 16x2 tích hợp module I2C. Khối này đóng vai trò cầu nối: nhận dữ liệu môi trường từ trạm xử lý qua sóng LoRa để đẩy lên Web Server/WPF/Android và nhận lệnh điều khiển từ người dùng qua Internet để gửi ngược lại trạm qua LoRa.
• Bộ Trạm xử lý (Node/Station): Bao gồm mạch Arduino Uno R3 làm bộ xử lý cục bộ kết nối với:
  • Module LoRa SX1278 AS32-TTL-100 (giao tiếp UART qua các chân RX/TX).
  • Khối cảm biến: DHT11 (chân Data), MQ-2 (đọc tín hiệu Analog/Digital), HC-SR501 (đọc xung Digital).
  • Khối hiển thị: Màn hình LCD 16x2 kết nối qua giao tiếp I2C (SDA, SCL).
  • Khối chấp hành và báo động: Module Relay 4 kênh kích mức thấp (Low) điều khiển bật/tắt thiết bị điện (đèn, quạt mô phỏng bằng motor DC F130) và mạch còi báo Buzzer cảnh báo khi phát hiện rò rỉ khí gas hoặc có đột nhập.

Thông số linh kiện	Module ESP8266 NodeMCU	Module LoRa SX1278 AS32-TTL-100	Arduino Uno R3
Vi điều khiển / Chip	Tensilica Xtensa LX106 (32-bit)	Semtech SX1278	ATmega328P (8-bit)
Điện áp hoạt động	3.3V (Nguồn cấp 5V qua VIN)	2.3V - 5.5V (Nguồn nuôi 5V)	5V (Nguồn cấp khuyên dùng 7-12V)
Tần số hoạt động	80 MHz / 160 MHz	410 - 441 MHz	16 MHz
Giao tiếp ngoại vi	UART, SPI, I2C, GPIO, ADC 10-bit	UART (Baudrate: 1200 - 115200)	14 Digital I/O, 6 Analog (10-bit), I2C
Chuẩn không dây	Wi-Fi 802.11 b/g/n (2.4 GHz)	LoRa (CSS Modulation)	Không tích hợp
Công suất / Dòng tiêu thụ	Trung bình ~80 mA	Dòng phát: 670 mA @ 30 dBm; Nghỉ: 1.5 µA	Dòng I/O pin: 20 mA; 3.3V pin: 50 mA

2. Cấu hình và chế độ hoạt động của Module LoRa SX1278

Module LoRa AS32-TTL-100 được cấu hình thông số thông qua phần mềm chuyên dụng AS5X6X_V2.6 kết nối qua mạch chuyển đổi USB UART CP2102. Chế độ hoạt động của module được điều khiển bằng 2 chân phần cứng MD0 và MD1, kết hợp với chân trạng thái AUX:

Trạng thái	Chế độ hoạt động	MD1	MD0	Mô tả hoạt động
0	Chế độ Bình thường (Normal)	0	0	Cổng Serial mở, truyền/nhận dữ liệu liên tục (gói tối đa 256 byte).
1	Chế độ Báo thức (Wake-up)	0	1	Serial mở, tự động gửi kèm mã kích hoạt để đánh thức thiết bị ở Chế độ 2.
2	Chế độ Tiết kiệm pin (Power-saving)	1	0	Serial đóng, chờ mã kích hoạt từ chế độ 1; không thể tự phát dữ liệu.
3	Chế độ Ngủ (Sleep)	1	1	Ngừng truyền nhận dữ liệu, dùng để nạp thông số và cấu hình module.

Module hỗ trợ 3 chế độ truyền chính:

• Truyền điểm - điểm (Point-to-Point): Hai module được thiết lập cùng địa chỉ và cùng kênh vô tuyến.
• Truyền cố định (Target): Module gửi kèm địa chỉ đích và số kênh mong muốn, cho phép giao tiếp giữa các module khác kênh và khác địa chỉ.
• Truyền quảng bá (Broadcast): Module được thiết lập địa chỉ FF FF để phát dữ liệu đồng loạt tới tất cả các module trong cùng kênh truyền.

3. Thiết kế phần mềm và giao diện điều khiển

• Trang Web điều khiển và giám sát: Xây dựng đầy đủ các giao diện chức năng: Trang đăng nhập (Authentication), Trang chủ, Trang điều khiển thiết bị (bật/tắt từng đèn, quạt, chế độ kích hoạt chống trộm), Trang giám sát thông số (nhiệt độ, độ ẩm, nồng độ khí gas, trạng thái an ninh) và Trang thông tin nhóm phát triển. Dữ liệu trao đổi qua các phương thức HTTP GET/POST và lưu trữ vào cơ sở dữ liệu MySQL.
• Ứng dụng Windows Presentation Foundation (WPF): Phần mềm chạy trên máy tính cá nhân, cung cấp giao diện đồ họa giám sát thời gian thực, điều khiển thiết bị qua kết nối mạng và hiển thị hộp thông báo (Message Box) cảnh báo khi phát hiện rò rỉ khí gas hoặc phát hiện chuyển động trái phép.
• Ứng dụng di động Android: Cung cấp giao diện trực quan cho người dùng di động với các màn hình đăng nhập, giám sát thông số môi trường và các nút điều khiển bật/tắt thiết bị từ xa qua mạng Wi-Fi/Internet.

---

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Giới thiệu đề tài

Chương 1 thiết lập tổng quan về đề tài nghiên cứu. Tác giả trình bày lý do chọn đề tài dựa trên nhu cầu thực tiễn về điều khiển thiết bị từ xa và các hạn chế của những nghiên cứu đi trước. Chương này xác định rõ mục tiêu chế tạo hệ thống điều khiển - giám sát thiết bị trong nhà sử dụng kết hợp LoRa và Wi-Fi, phân định 10 nội dung nghiên cứu chi tiết cần thực hiện, đưa ra các giới hạn kỹ thuật về loại vi điều khiển (ESP8266, Arduino Uno), linh kiện cảm biến và công suất tải điều khiển, đồng thời tóm tắt bố cục 5 chương của quyển đồ án.

Chương 2: Nội dung chính

Chương 2 trình bày toàn bộ cơ sở lý thuyết kỹ thuật, khảo sát các công trình liên quan và phân tích chi tiết từng linh kiện, công nghệ sử dụng trong hệ thống:

• Khảo sát các công nghệ không dây: Bluetooth, ZigBee, NFC, Wi-Fi và so sánh với công nghệ LoRa về cự ly, băng thông và năng lượng tiêu thụ.
• Phân tích chi tiết cấu trúc chip Semtech SX1278, cấu tạo module AS32-TTL-100, sơ đồ chân, 4 chế độ hoạt động qua chân MD0/MD1/AUX và 3 phương thức truyền sóng LoRa (Point-to-Point, Target, Broadcast).
• Thông số kỹ thuật của vi điều khiển ESP8266 NodeMCU và Arduino Uno R3.
• Cơ sở lý thuyết về các chuẩn truyền thông UART, giao thức MQTT (Broker, Publisher, Subscriber) và bus giao tiếp I2C.
• Nguyên lý đo lường của cảm biến DHT11 (kèm giải thuật giải mã 40-bit 1-wire và phép tính checksum), cảm biến khí gas MQ-2 (cơ chế dẫn điện của lớp bán dẫn SnO2 kết hợp LM358), cảm biến PIR HC-SR501.
• Nguyên lý điều khiển của module relay 4 kênh cách ly quang, còi buzzer, động cơ DC F130.
• Cơ sở lý thuyết phần mềm: Hoạt động của Web Server, ngôn ngữ HTML, PHP (phân tích sự khác nhau giữa phương thức GET và POST), hệ quản trị cơ sở dữ liệu MySQL.

Chương 3: Tính toán và thiết kế

Chương 3 trình bày các bước tính toán và thiết kế kỹ thuật cho toàn bộ hệ thống:

• Xây dựng sơ đồ khối tổng thể gồm khối trung tâm xử lý, khối trạm xử lý, khối cảm biến, khối hiển thị và khối điều khiển qua Internet.
• Tính toán và thiết kế chi tiết mạch phần cứng cho Bộ trung tâm xử lý (ESP8266 kết nối module LoRa, LCD I2C).
• Tính toán và thiết kế chi tiết mạch phần cứng cho Bộ trạm xử lý (Arduino Uno kết nối cảm biến DHT11, MQ-2, PIR HC-SR501, LCD I2C, Relay 4 kênh và Buzzer).
• Lập bảng tính toán dòng tiêu thụ của các linh kiện để lựa chọn nguồn cấp điện phù hợp.
• Bản vẽ sơ đồ nguyên lý hoàn chỉnh của bộ trung tâm, bộ trạm và sơ đồ nguyên lý kết nối toàn bộ hệ thống.

Chương 4: Thi công hệ thống

Chương 4 mô tả quy trình hiện thực hóa phần cứng, đóng gói mô hình và phát triển phần mềm:

• Thi công lắp ráp phần cứng mạch trung tâm xử lý và mạch trạm xử lý; đóng gói mô hình không gian nhà chính và nhà phụ.
• Xây dựng lưu đồ giải thuật cho bộ trung tâm xử lý (chương trình chính, chương trình con nhận dữ liệu, chương trình con gửi tín hiệu điều khiển).
• Xây dựng lưu đồ giải thuật cho bộ trạm xử lý (chương trình chính, chương trình con đọc và xử lý dữ liệu cảm biến, chương trình con nhận tín hiệu điều khiển).
• Thiết kế giao diện và lưu đồ giải thuật cho trang Web (đăng nhập, trang chủ, điều khiển, giám sát), ứng dụng Android và phần mềm WPF.
• Trình bày kết quả thực nghiệm vận hành hệ thống: kiểm tra bật/tắt các thiết bị điện (đèn 1, đèn 2, quạt), kiểm thử chức năng cảnh báo an ninh chống trộm qua PIR, kiểm thử chức năng cảnh báo khí gas rò rỉ qua MQ-2 và hiển thị trực quan trên LCD, Web, WPF, Android.

Chương 5: Kết luận và hướng phát triển

Chương 5 tổng kết lại toàn bộ các mục tiêu đã đạt được của đồ án tốt nghiệp, chỉ ra các mặt hạn chế còn tồn tại về độ chính xác cảm biến cũng như quy mô mạng thử nghiệm, từ đó đề xuất các hướng phát triển kỹ thuật tiếp theo nhằm hoàn thiện và nâng cao tính ứng dụng thực tiễn của hệ thống.

---

Kết quả và đóng góp

Kết quả thực nghiệm

Hệ thống được thi công hoàn chỉnh và kiểm thử thành công các chức năng thiết kế:

• Truyền nhận dữ liệu qua LoRa: Module LoRa SX1278 AS32-TTL-100 hoạt động ổn định ở dải tần 410 - 441 MHz, truyền nhận dữ liệu thông số môi trường và lệnh điều khiển giữa Bộ trạm xử lý (Arduino) và Bộ trung tâm xử lý (ESP8266).
• Điều khiển thiết bị đa kênh: Điều khiển đóng ngắt độc lập và đồng thời các thiết bị điện (Đèn 1, Đèn 2, Quạt) thông qua Module Relay 4 kênh từ giao diện Web, WPF trên máy tính hoặc ứng dụng Android. Trạng thái bật/tắt của thiết bị được cập nhật phản hồi đồng bộ lên giao diện.
• Giám sát môi trường thời gian thực: Thu thập chính xác giá trị nhiệt độ, độ ẩm từ DHT11 và nồng độ khí gas từ MQ-2, hiển thị trực tiếp trên 2 màn hình LCD 16x2 (ở cả trạm và trung tâm) và đẩy lên các giao diện giám sát Web/WPF/Android.
• Cảnh báo sự cố và an ninh:
  • Khi nồng độ khí gas vượt ngưỡng an toàn: Kích hoạt còi báo Buzzer tại chỗ, hiển thị dòng trạng thái cảnh báo trên màn hình LCD và gửi Message cảnh báo nguy hiểm rò rỉ gas lên giao diện Web, WPF.
  • Khi bật chế độ chống trộm và cảm biến PIR HC-SR501 phát hiện có người đột nhập: Phát tín hiệu còi báo động và gửi thông báo cảnh báo trộm tức thời lên các giao diện điều khiển.

Bảng tổng hợp số liệu thực nghiệm hệ thống

Hạng mục kiểm thử	Giá trị / Trạng thái ghi nhận	Phản hồi tại Trạm xử lý	Phản hồi tại Trung tâm & Giao diện
Đo nhiệt độ, độ ẩm (DHT11)	Nhiệt độ: 0 - 50°C; Độ ẩm: 20 - 80%	Hiển thị lên LCD Trạm (I2C)	Truyền qua LoRa → ESP8266 → LCD Trung tâm, Web, WPF, App
Nồng độ khí gas bình thường	< Ngưỡng cài đặt (MQ-2)	Buzzer tắt, LCD hiển thị chỉ số	Cập nhật thông số bình thường lên giao diện
Phát hiện rò rỉ khí gas	Vượt ngưỡng nồng độ cho phép	Buzzer kêu báo động, LCD báo rò rỉ	LCD Trung tâm hiển thị cảnh báo; Popup/Message cảnh báo trên Web & WPF
Chế độ chống trộm (PIR)	Có chuyển động trong vùng quét	Buzzer kích hoạt cảnh báo trộm	Gửi tín hiệu cảnh báo có người đột nhập lên giao diện Web & WPF
Điều khiển tải (Relay 4 kênh)	Lệnh Bật/Tắt Đèn 1, Đèn 2, Quạt DC	Relay nhảy tiếp điểm, thiết bị bật/tắt	Cập nhật trạng thái ON/OFF tức thời trên Web, WPF, Android

Đóng góp của đề tài

• Ứng dụng thành công công nghệ truyền thông LoRa SX1278 vào mô hình nhà thông minh, giải quyết bài toán truyền tín hiệu điều khiển và dữ liệu cảm biến tầm xa mà không phụ thuộc vào hạ tầng dây dẫn phức tạp hay mạng Wi-Fi cục bộ tại các vị trí trạm đo.
• Xây dựng giải pháp điều khiển đa nền tảng linh hoạt, cho phép người dùng giám sát và điều khiển thiết bị tại chỗ (qua màn hình LCD) hoặc từ xa qua Internet (qua Web Server, phần mềm máy tính WPF và ứng dụng di động Android).

---

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Hạn chế

• Hệ thống mới sử dụng các loại cảm biến mức độ thông dụng (DHT11, MQ-2, HC-SR501) với độ chính xác và độ ổn định chưa cao, dễ chịu ảnh hưởng bởi nhiễu môi trường.
• Mô hình thực nghiệm mới triển khai ở quy mô 1 trạm xử lý và 1 trung tâm xử lý, tải điều khiển mới dừng lại ở các thiết bị mô phỏng công suất nhỏ (đèn nhỏ, quạt DC F130).

Hướng nghiên cứu tiếp

• Mở rộng cấu trúc mạng LoRa để kết nối nhiều trạm xử lý phân tán (Topology mạng hình sao hoặc mạng lưới Mesh/LoRaWAN) nhằm quản lý nhiều khu vực khác nhau trong khuôn viên rộng lớn.
• Nâng cấp sử dụng các module cảm biến chuyên dụng có độ chính xác và độ bền công nghiệp.
• Mở rộng mạch công suất để điều khiển các thiết bị điện gia dụng công suất lớn và hoàn thiện các thuật toán bảo mật, mã hóa dữ liệu truyền nhận qua sóng vô tuyến LoRa.

---

Giá trị tham khảo

Tài liệu đồ án là nguồn tư liệu học thuật và kỹ thuật phù hợp cho:

• Đối tượng tham khảo: Sinh viên và người nghiên cứu thuộc các ngành Kỹ thuật Điện tử - Truyền thông, Kỹ thuật Điều khiển và Tự động hóa, Kỹ thuật Máy tính và Công nghệ Thông tin đang thực hiện các đề tài về IoT, Smart Home hoặc mạng không dây tầm xa.
• Nội dung đáng tham khảo:
  • Phương pháp ghép nối phần cứng và cấu hình các chế độ hoạt động của module LoRa SX1278 AS32-TTL-100 qua giao tiếp UART.
  • Kỹ thuật giao tiếp phần cứng giữa vi điều khiển ESP8266, Arduino Uno R3 với màn hình LCD qua bus I2C và giải mã khung truyền 40-bit của cảm biến DHT11.
  • Mô hình lập trình nhúng đồng bộ dữ liệu giữa vi điều khiển qua Web Server (PHP/MySQL), WPF và ứng dụng Android.

---

Câu hỏi thường gặp

1. Module LoRa SX1278 AS32-TTL-100 có những chế độ hoạt động nào và được cấu hình bằng cách nào?

Module LoRa AS32-TTL-100 có 4 chế độ hoạt động được điều khiển thông qua trạng thái logic (0V / 3.3V) của 2 chân MD0 và MD1:

• Chế độ Bình thường (MD0=0, MD1=0): Mở cổng Serial, truyền và nhận dữ liệu liên tục.
• Chế độ Báo thức (MD0=1, MD1=0): Truyền dữ liệu kèm theo mã kích hoạt wake-up để đánh thức module ở chế độ tiết kiệm pin.
• Chế độ Tiết kiệm pin (MD0=0, MD1=1): Đóng cổng Serial, chỉ lắng nghe mã đánh thức từ chế độ 1, không thể tự truyền dữ liệu.
• Chế độ Ngủ (MD0=1, MD1=1): Không truyền nhận dữ liệu, sử dụng để kết nối phần mềm nạp thông số và cấu hình module.

Chân AUX đóng vai trò chỉ thị trạng thái bận/rảnh: kéo xuống mức thấp khi module bắt đầu truyền nhận hoặc đang nạp cấu hình và kéo lên mức cao khi hoàn tất gói dữ liệu.

2. Cảm biến DHT11 gửi dữ liệu về vi điều khiển theo cấu trúc khung truyền như thế nào?

DHT11 sử dụng chuẩn giao tiếp 1 dây (1-wire) với điện trở kéo ngoài (thông thường 4.7kΩ). Dữ liệu gửi về gồm 40 bit theo thứ tự:

• 8 bit: Biểu thị phần nguyên của độ ẩm.
• 8 bit: Biểu thị phần thập phân của độ ẩm.
• 8 bit: Biểu thị phần nguyên của nhiệt độ.
• 8 bit: Biểu thị phần thập phân của nhiệt độ.
• 8 bit: Checksum (được tính bằng tổng cộng 4 byte dữ liệu trước đó để kiểm tra tính toàn vẹn).

3. Nguyên lý phát hiện nồng độ khí gas của cảm biến MQ-2 được trình bày ra sao?

Cảm biến MQ-2 sử dụng bề mặt chất bán dẫn SnO2 kết hợp với mạch so sánh điện áp LM358. Trong điều kiện không khí sạch, SnO2 có độ dẫn điện thấp nên điện áp ngõ ra của cảm biến ở mức thấp. Khi xuất hiện các chất khí gây cháy xung quanh cảm biến, nồng độ khí càng cao thì độ dẫn điện của lớp bán dẫn càng tăng mạnh, làm điện áp ngõ ra Analog (0 - 5V) tăng tương ứng để vi điều khiển đọc và xử lý cảnh báo.

4. Trong phần lập trình Web Server của đề tài, phương thức GET và POST trong PHP được phân biệt như thế nào?

• Phương thức GET: Dữ liệu được gửi trực tiếp thông qua đường dẫn URL trên thanh địa chỉ của trình duyệt sau dấu hỏi chấm (?), giới hạn kích thước tối đa 1024 ký tự, kém bảo mật và không gửi được dữ liệu nhị phân (hình ảnh, file). Dữ liệu được truy cập qua mảng toàn cục $_GET.
• Phương thức POST: Dữ liệu được mã hóa và truyền ngầm qua HTTP Header (QUERY_STRING), không bị giới hạn kích thước gửi, hỗ trợ gửi cả mã ASCII lẫn dữ liệu nhị phân và có tính bảo mật cao hơn. Dữ liệu được truy cập qua mảng toàn cục $_POST.

---

Kết luận

Đồ án tốt nghiệp "Thiết kế và thi công hệ thống điều khiển, giám sát các thiết bị trong nhà sử dụng công nghệ LoRa" của tác giả Lê Đại Minh và Trương Đức Hoàng Long đã thiết kế, thi công thành công hệ thống nhúng tích hợp giữa module Wi-Fi ESP8266 NodeMCU và Arduino Uno R3 thông qua kết nối không dây LoRa SX1278. Hệ thống đáp ứng tốt việc điều khiển bật/tắt thiết bị điện, thu thập giám sát các thông số môi trường nhiệt độ, độ ẩm, nồng độ khí gas và cảnh báo an ninh chống trộm theo thời gian thực trên màn hình LCD, giao diện Web, ứng dụng WPF và ứng dụng Android. Đây là tài liệu kỹ thuật có cấu trúc hoàn chỉnh, cung cấp quy trình chi tiết từ thiết kế mạch nguyên lý, lập trình nhúng cho đến xây dựng phần mềm điều khiển từ xa phục vụ tham khảo cho các nghiên cứu trong lĩnh vực điện tử truyền thông và IoT.

Trích đoạn nội dung tài liệu

đặt vấn đề dẫn nhập lý do chọn đề tài, mục tiêu, nôi dung nghiên cứu, các giới hạn thông số và bố cục đồ án.  Chương 2: Nội dung chính Chương này trình bày về các lý thuyết có liên quan đến các vấn đề mà đề tài sẽ dùng để thực hiện thiết kế, thi công cho đề tài.  Chương 3: Thiết Kế và Tính Toán Chương này giới thiệu tổng quan về các yêu cầu của đề tài mà mình thiết kế và các tính toán, thiết kế gồm những phần nào.  Chương 4: Thi công hệ thống Trình bày các mạch đã thiết kế và trình tự lắp ráp thi công mô hình, hướng dẫn cách cài đặt, sử dụng các phần mềm lập trình và trình bày các thao tác hướng dẫn sử dụng hệ thống.

 Chương 5: Kết Luận và Hướng phát triển Chương này trình bày về những kết quả đã được mục tiêu đề ra sau quá trình nghiên cứu thi công. Từ những kết quả đạt được, những hạn chế, từ đó rút ra kết luận và hướng phát triển để giải quyết các vấn đề tồn đọng để đồ án hoàn thiện hơn. BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 3 do an CHƯƠNG 2. NỘI DUNG CHÍNH Chương 2.

NỘI DUNG CHÍNH 2.1 TỔNG QUAN VỀ CÁC VẤN ĐỀ ĐÃ KHẢO SÁT  Đề tài: “Thiết kế và thi công hệ thống giám sát và điều khiển thiết bị trong nhà kết hợp Wifi và Lora”.  Sinh viên thực hiện: Nguyễn Đức Dũy, Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.  Nội dung thực hiện: Điều khiển thiết bị trong nhà thông qua Lora nhưng chỉ dừng lại ở 4 thiết bị đèn.  Đề tài: “Điều khiển thiết bị qua mạng Internet”.

 Sinh viên thực hiện: Nguyễn Phước Hiện, Đại học Bách Khoa TP.  Nội dung thực hiện: Điều khiển thiết bị trong nhà thông qua Zigbee nhưng chỉ dừng lại ở 1 vài thiết bị điện.  Đề tài: “Thiết kế và thi công hệ thống thiết bị điều khiển nhà thông minh”.  Sinh viên thực hiện: Trần Minh Luân – Lâm Thành Đạt, Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.

 Nội dung thực hiện: Điều khiển thiết bị trong nhà thông qua sóng hồng ngoại, điều khiển thiết bị bằng giọng nói, giám sát nhiệt độ. Trong đề tài đồ án tốt nghiệp của nhóm em:“Thiết kế và thi công hệ thống điều khiển, giám sát các thiết bị trong nhà sử dụng công nghệ Lora” thì hệ thống sẽ được thiết kế bao gồm 1 trung tâm xử lý và 1 trạm xử lý. Trạm xử lý sử dụng board Arduino để điều khiển kết hợp với các cảm biến nhiệt độ, độ ẩm, khí gas, chuyển động. Trung tâm xử lý sử dụng module WiFi ESP8266 NodeMCU để điều khiển, truyền nhận dữ liệu với trạm xử lý thông qua module Lora UART SX1278.

Người dùng có thể điều khiển thiết bị điện bằng cách truy cập vào trang web điều khiển, bất cứ nơi nào có Internet, WiFi hoặc có thể điều khiển bằng WPF, Android. Đặc biệt hệ thống có khả năng giám sát trạng thái hoạt động của thiết bị và giá trị cảm biến trên Websever, WPF, Android hoặc trên LCD, có khả năng báo động khi có khí gas rò rỉ hoặc trộm đột nhập qua chuông báo, cảnh báo trên web. BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 4 do an CHƯƠNG 2. NỘI DUNG CHÍNH 2.2 LÝ THUYẾT LIÊN QUAN 2.1 Module RF thu phát Wifi ESP8266 NodeMCU Module ESP8266 node MCU tích hợp sẵn chíp CP2102 cao cấp.

Giúp người sử dụng có thể lập trình sẵn trên bo mạch mà không cần bất cứ một công cụ nào khác, tất cả chân của ESP8266 được đưa ra ngoài để linh động trong quá trình thiết kế và chạy thử. Module ESP8266 là Module phát triển dựa trên nền chip Wifi SOC ESP8266 với thiết kế dễ dàng sử dụng vì tích hợp sẵn mạch nạp sử dụng chip 2102 trên board, bên trong ESP8266 có sẵn một lõi vi xử lí vì thể có thể trực tiếp lập trình trên nó mà không cần một con vi xử lí gián tiếp nào khác. Nhìn chung thì Module ESP8266 node MCU cũng có các chân GPIO như vi điều khiển, cũng có bộ nhớ SRAM, thanh ghi lưu trữ, các chân giao tiếp theo chuẩn SDIO, SPI, GPIO, I2C, tích hợp ADC 10 bit nên ở đây nhóm chúng em sử dụng Module ESP8266 NodeMCU để làm khối điều khiển trung tâm.  Thông số kỹ thuật Module RF thu phát Wifi ESP8266 NODEMCU  IC chính ESP8266 Wifi SoC.

 Chip nạp CP2102.  Nguồn cấp 5VDC.  GPIO giao tiếp mức logic 3. Nguyên lí: Để truyền dẫn dữ liệu qua Wifi chúng cần kết nối module Wifi ESP8266.

Nguyên lý hoạt động cấp nguồn 3.3v cho cả hai chân EN và VCC để module vào chế độ hoạt động. Để gửi dữ liệu qua Wifi ta cần kết nối module với hai chân TxD, RxD của module UART hoặc IC có giao tiếp UART để nhận lệnh AT từ IC hoặc module UART. BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 5 do an CHƯƠNG 2. NỘI DUNG CHÍNH Bảng 2.1: Sơ lược về chức năng của các chân Module ESP8266 NodeMCU.

Pin Chức năng Tên 1 ADC 10 bit A0 2 RESERVED RSV 3 RESERVED RSV 4 Chân I/O GPIO10 SD3 5 Chân I/O GPIO09 SD2 6 MOSI SD1 7 Chân Mass (GND) GND 8 MISO SD0 9 SCLK CLK 10 Chân Mass (GND) GND 11 Chân VCC (3.3V) VCC 12 EN EN 13 Reset hệ thống RST 14 Chân Mass (GND) GND 15 Cấp nguồn cho ESP (5V) VIN 16 Chân I/O GPIO16 D0 17 Chân I/O GPIO05 D1 18 Chân I/O GPIO04 D2 19 Chân I/O GPIO0 D3 20 Chân I/O GPIO02 D4 21 Chân VCC (3.3V 22 Chân Mass (GND) GND 23 Chân I/O GPIO14 D5 24 Chân I/O GPIO12 D6 25 Chân I/O GPIO13 D7 26 Chân I/O GPIO15 D8 27 Chân UART RX 28 Chân UART TX 29 Chân Mass (GND) GND 30 Chân VCC (3.3V  Giới thiệu về ESP8266 V12E ESP8266 là một module SOC với bộ xử lý 32 bit, dựa trên giao thức TCP/IP, có thể lưu trữ ứng dụng hoặc xử lý các kết nối WiFi từ bộ xử lý tích hợp trên chip, có BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 6 do an CHƯƠNG 2. NỘI DUNG CHÍNH khả năng tạo kết nối giống như một máy chủ hoặc một cầu nối trung gian. Module ESP8266 là module Wifi giá rẻ và được sử dụng rộng rãi trong các ứng dụng liên quan đến Internet và Wifi cũng như các ứng dụng truyền nhận sử dụng thay thế cho các module RF khác. ESP8266 là một chip tích hợp cao, được thiết kế cho nhu cầu của một thế giới kết nối mới, thế giới Internet of thing (IOT).

ESP8266 cung cấp một giải pháp kết nối mạng WiFi đầy đủ và khép kín, cho phép nó có thể lưu trữ các ứng dụng hoặc để giảm tải tất cả các chức năng kết nối mạng WiFi từ một bộ xử lý ứng dụng. Mỗi module WiFi được tích hợp sẵn một firmware với các tập lệnh AT, tuy nhiên đã có thêm nhiều phiên bản firmware hỗ trợ nhiều ngôn ngữ, trong đó có LUA và Arduino. Chính vì thế chúng ta thể dùng bất kì board Arduino nào để điều khiển thu phát thông qua giao tiếp nối tiếp. Đặc biệt ESP8266 là một sản phẩm công nghệ hấp dẫn, có hiệu năng lớn và một cộng đồng phát triển lớn, ngày càng hùng hậu trên khắp thế giới.2: Wifi ESP8266  Các khối chính bên trong module ESP8266 bao gồm:  Khối xử lý gồm có CPU, thanh ghi Register, khối tuần tự và gia tốc.

 Khối giao tiếp Interface gồm có SDIO, SPI, GPIO, I2C.  Các khối SRAM, PMU.  Các khối thu phát sóng Wifi như RF balun, RF receive.  Tổng quan:  ESP8266 là dòng chip Low-power và là một Wifi SOC nên cần rất ít linh kiện ngoài (tầm 7 thành phần).

Hoạt động trong dải nhiệt -40°C đến +125°C.  32-bit RISC CPU: Tensilica Xtensa LX106 hoạt động với 80 MHz.  64 KiB instruction RAM, 96 KiB data RAM. BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 7 do an CHƯƠNG 2.

NỘI DUNG CHÍNH  QSPI flash ngoài – 512 KiB – 4 MiB (có thể lên tới 16 MiB).  WEP hoặc WPA/WPA2 authentication, open networks.  SPI, I2C…  I2S interfaces với DMA (dùng chung với GPIO).  Đặc điểm:  Tích hợp vi xử lý 32 bit.

 Có khối chuyển đổi tín hiệu tương tự sang số ADC 10 bit.  Có khối khuếch đại công suất và mạch phối hợp trở kháng.  Hỗ trợ các chức năng cho cả Android và iOS.  Hỗ trợ UART, I2C, I2S , PWM, GPIO, SPI.

 Công suất ở chế độ ngủ < 5uA.  Nhiệt độ làm việc khoảng 40C.  Công suất tiêu thụ ở chế độ Standby <10mW.2: Các thông số cơ bản về module ESP8266. Phân loại Tên Giá trị Thông số Wifi Giao thức Wifi 802.11 b/g/n Vùng tần số 2.5GHz Thông số phần Bus vào ra UART/HSPI/I2C/I2S/ cứng GPIO/PWM Điện áp 3.6V Dòng điện Average value: 80mA Nhiệt độ -40°~125° Kích thước module 16mm*21.2mm*3mm Giao thức ngoại vi N/A Nhiệt độ xung quanh Nhiệt độ bình thường BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 8 do an CHƯƠNG 2.

NỘI DUNG CHÍNH Thông số phần Cấu hình người dùng AT Instruction Set, Cloud mềm Server, Android/iOS App Chế độ Wifi station/softAP/SoftAP+station Mã hóa WEP/TKIP/AES Bão mật WPA/WPA2 Nâng cấp firmware UART / OTA / tải và viết firmware thông qua máy chủ Phát triển phần mềm Supports Cloud Server Development Cả hai CPU và tốc độ flash có thể được tăng lên gấp đôi khi ép xung trên một số thiết bị. CPU có thể được chạy ở 160MHz và flash có thể được tăng tốc lên từ 40MHZ đến 80MHz.2 GIỚI THIỆU ARDUNIO UNO R3 Arduino là một hệ thống nhúng khép kín với các thiết bị ngoại vi, bộ xử lý và bộ nhớ. Ngày nay, phần lớn hệ thống nhúng được lập trình để ứng dụng trong các thiết bị điện tử tiêu dùng, bao gồm cả máy móc, điện thoại, thiết bị ngoại vi, xe hơi, đồ dùng điện lạnh trong gia đình… Do đó, còn có tên gọi khác là “Bộ điều khiển nhúng”. Nhắc tới dòng mạch Arduino dùng để lập trình, cái đầu tiên mà người ta thường nói tới chính là dòng Arduino UNO.

Hiện dòng mạch này đã phát triển tới thế hệ thứ 3 (R3).3: ARDUINO UNO R3 BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 9 do an CHƯƠNG 2. NỘI DUNG CHÍNH  Thông số kỹ thuật Arduino UNO R3  Mạch Arduino UNO R3 với thiết kế tiêu chuẩn sử dụng vi điều khiển Atmega328.  Mạch Arduino UNO R3 có 14 chân Digital dùng để đọc hoặc xuất tín hiệu. Chúng chỉ có 2 mức điện áp là 0V và 5V với dòng vào/ra tối đa trên mỗi chân là 40mA.

Ở mỗi chân đều có các điện trở pull-up từ được cài đặt ngay trong vi điều khiển ATmega328 (mặc định thì các điện trở này không được kết nối).