Chương 1. TỐNG QUAN - Nhập mật khẩu từ bàn phím ma trận 4x3 và hiển thị trạng thái làm việc trên LCD 16x2. - Điều khiển các thiết bị điện thông qua loa thông minh Amazon Echo Dot Gen 2 và app Amazon Alexa bằng tiếng anh.5 BỐ CỤC Chương 1: Tổng quan. Chương này trình bày đặt vấn đề dẫn nhập lý do chọn đề tài, mục tiêu, nội dung nghiên cứu, các giới hạn thông số và bố cục đồ án.
Chương 2: Cơ Sở Lý Thuyết. Giới thiệu các cơ sở lý thuyết liên quan đến hệ thống; lựa chọn linh kiện, thiết bị sử dụng để thiết kế hệ thống và trình bày các chuẩn truyền, giao thức. Chương 3: Tính Toán Và Thiết Kế Hệ Thống. Thiết kế sơ đồ khối của hệ thống, đưa ra sơ đồ nguyên lí của các khối trong hệ thống và thực hiện tính toán thiết kế.
Chương 4: Thi Công Hệ Thống. Chương này trình bày về thiết kế lưu đồ, đưa ra giải thuật và viết chương trình. Thi công mô hình hệ thống hoàn chỉnh. Chương 5: Kết Quả, Nhận Xét, Đánh Giá.
Đưa ra kết quả đạt được sau thời gian nghiên cứu, một số hình ảnh của hệ thống, đưa ra những nhận xét, đánh giá toàn bộ hệ thống. Chương 6: Kết Luận và Hướng Phát Triển. Trình bày những kết luận về hệ thống những phần đã làm và chưa làm, đồng thời nếu ra hướng phát triển cho hệ thống. BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 17 do an Chương 2.
CƠ SỞ LÝ THUYẾT Chương 2.1 SƠ LƯỢC VỀ INTERNET OF THINGS 2.1 Định nghĩa IoTs Internet của vật dụng (Internet of Things - IoTs) là mạng lưới vạn vật kết nối Internet hoặc là mạng lưới thiết bị kết nối Internet là một liên mạng, trong đó các thiết bị, phương tiện vận tải (được gọi là "thiết bị kết nối" và "thiết bị thông minh"), phòng ốc và các trang thiết bị khác được nhúng với các bộ phận điện tử, phần mềm, cảm biến, cơ cấu chấp hành cùng với khả năng kết nối mạng máy tính giúp cho các thiết bị này có thể thu thập và truyền tải dữ liệu.2 Ứng dụng của IoTs IoTs được sử dụng trong nhiều lĩnh vực: - Thành phố thông minh bao gồm giám sát thông minh, vận chuyển tự động, hệ thống quản lý năng lượng thông minh hơn, phân phối nước, an ninh đô thị và giám sát môi trường… - Internet công nghiệp là hỗ trợ kĩ thuật công nghiệp với các cảm biến, phần mềm lớn để tạo ra những cỗ máy vô cùng thông minh. Máy móc sẽ có tính chính xác và nhất quán hơn con người trong giao tiếp thông qua dữ liệu. Từ những dữ liệu thu thập được giúp các công ty, nhà quản lí giải quyết các vấn đề sớm hơn, đạt hiệu quả cao hơn… - Các thiết bị đeo thông minh như các loại kính, ba lô, vòng tay được cái đặt cảm biến thu thập thông tin người dùng như huyết áp, bước đi bộ mỗi ngày,… - Nhà thông minh là kiểu nhà được lắp đặt các thiết bị điện, điện tử có thể được điều khiển hoặc tự động hoá hoặc bán tự động, thay thế con người trong thực hiện một hoặc một số thao tác quản lý, điều khiển… 2.3 Đặc điểm công nghệ IoTs Điểm quan trọng của IoTs đó là các đối tượng phải có thể được nhận biết và định dạng (identifiable). Nếu mọi đối tượng, kể cả con người, được “đánh dấu” để phân biệt bản thân đối tượng đó với những thứ xung quanh thì chúng ta có thể hoàn toàn quản lí BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 18 do an Chương 2.
CƠ SỞ LÝ THUYẾT được nó thông qua máy tính. Việc đánh dấu này có thể được thực hiện thông qua nhiều công nghệ, chẳng hạn như RFID, NFC, mã vạch, mã QR, … Mạng kết nối thì có thể là qua Wi-Fi, mạng viễn thông băng rộng (3G, 4G), Bluetooth. Ngoài những kĩ thuật nói trên, nếu nhìn từ thế giới web, chúng ta có thể sử dụng địa chỉ IP để xác định từng vật. Mỗi thiết bị sẽ có một IP riêng biệt không nhầm lẫn.
Do đó mọi thứ có thể dễ dàng kết nối vào Internet cũng như kết nối với nhau.2 TỔNG QUAN VỀ MẠNG WIFI WiFi viết tắt từ Wireless Fidelity hay mạng 802.11 là hệ thống mạng không dây sử dụng sóng vô tuyến, giống như điện thoại di động, truyền hình và radio. Hệ thống cho phép truy cập Internet tại những khu vực có sóng của hệ thống này, hoàn toàn không cần đến cáp nối. 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 hình. Tần số cao hơn cho phép tín hiệu mang theo nhiều dữ liệu hơn. Vi điều khiển Để thực hiện dự án này, nhóm sử dụng các vi điều khiển là Arduino Nano V3 và ESP8266 Node MCU.
Sau đây là giới thiệu chi tiết về các vi điều khiển nhóm sử dụng. Giới thiệu về Arduino Arduino là một bo mạch vi xử lý được dùng để lập trình, tương tác với các thiết bị phần cứng như: cảm biến, động cơ, đèn hoặc các thiết bị khác. Đặc điểm nổi bật của Arduino là môi trường phát triển ứng dụng cực kỳ dễ sử dụng, sử dụng ngôn ngữ lập trình có thể học rất dễ dàng và nhanh chóng. Arduino được bán ra với mức giá rất thấp.
Phần cứng bao gồm một board mạch nguồn mở được thiết kế trên nền tảng vi xử lý BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 19 do an Chương 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT megaAVR Atmel 8bit, hoặc ARM Atmel 32-bit. Những Model hiện tại thường được trang bị gồm 1 cổng giao tiếp USB, 6 chân đầu vào analog, 14 chân I/O kỹ thuật số tương thích với nhiều board mở rộng khác nhau.[8] Được giới thiệu vào năm 2005, Arduino được ra đời để mang đến một cách thức tiếp cận dễ dàng, không tốn kém cho những người yêu thích, sinh viên và giới chuyên nghiệp để tạo ra những sản phẩm lập trình. Những ví dụ phổ biến khi mơi bắt đầu học Arduino bao gồm: làm các robot đơn giản, điều khiển nhiệt độ và phát hiện chuyển động.
Giới thiệu về Arduino Nano V3 Board Arduino Nano V3 (hình 2.1) là một trong những phiên bản nhỏ gọn của board Arduino. Arduino Nano có đầy đủ các chức năng và chương trình có trên Arduino Uno do cùng sử dụng MCU Atmega328P. Nhờ việc sử dụng IC dán của ATmega328P thay vì IC chân cắm nên Arduino Nano có thêm 2 chân Analog so với Arduino Uno.1 Board Arduino Nano V3 Thông số kĩ thuật: - Vi điều khiển Atmega328P, 32 KB flash memory với 2 KB dùng bởi bootloader, 2 KB bộ nhớ SRAM, 1 KB EEPROM. - Điện áp hoạt động: 5V - DC - Điện áp vào: 7- 12V – DC - Dòng điện tiêu thụ: 30mA - Dòng tối đa trên mỗi chân I/O: 40mA.
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 20 do an Chương 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT - 2 ngắt ngoài: chân D2 (interrupt 0), chân D3 (interrupt 1). - 8 chân vào analog (từ A0 đến A7). - 4 cổng Serial giao tiếp với phần cứng.
- 1 bộ giao tiếp SPI. - 1 bộ giao tiếp I2C. - 1 thạch anh với tần số dao động 16 MHz. - 1 cổng kết nối USB.
Nguồn nuôi Arduino có thể được cấp nguồn thông qua kết nối USB hoặc với nguồn cung cấp điện bên ngoài. Các nguồn sẽ được lựa chọn tự động. Hệ thống vi điều khiển có thể hoạt động bằng một nguồn cung cấp bên ngoài từ 7V đến 12V. Nên cung cấp với nguồn điện áp lớn hơn 7V để board mạch hoạt động ổn định.
- Chân Vin: Điện áp đầu vào Arduino khi chúng ta dùng nguồn điện bên ngoài. Chúng ta có thể cung cấp nguồn thông qua chân này. - Chân 5V: Cung cấp nguồn vi điều khiển và các bộ phận khác trên bo mạch và cung cấp nguồn cho các thiết bị ngoại vi khi kết nối tới bo mạch. - Chân 3V3: Cung cấp nguồn cho các thiết bị cảm biến.
- Chân GND: Chân nối đất.2 Module Wifi ESP8266 Node MCU Khối điều khiển trung tâm của dự án này sử dụng module ESP-12E NodeMCU. NodeMCU là một nền tảng IoT mở, được phát triển dựa trên Chip Wifi ESP8266 bên trong của Module ESP-12E giúp dễ dàng kết nối với vài thao tác. Với kích thước nhỏ gọn, linh hoạt module có thể dễ dàng kết nối với các thiết bị ngoại vi, hoàn thiện các dự án hay sản phẩm một cách đơn giản nhất.[9] Các tính năng chính: - Có thể quét và kết nối đến một mạng WiFi bất kỳ để thực hiện các tác vụ như lưu trữ, truy cập dữ liệu từ server. - Tạo điểm truy cập WiFi cho phép các thiết bị khác kết nối, giao tiếp và điều khiển.
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 21 do an Chương 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT - Là một server để xử lý dữ liệu từ các thiết bị sử dụng Internet khác.2 Sơ đồ chân Node MCU Thông số kỹ thuật: - Chip: CP2102 - Wifi: 2.4GHz hỗ trợ chuẩn 802.11 b/g/n - Điện áp hoạt động: 3.3V - Điện áp vào: 5V thông qua cổng USB. - Số chân I/O: 11 (tất cả các chân I/O đều có Interrupt/PWM/I2C/One-wire, trừ chân D0) - Số chân Analog Input: 1 (điện áp vào tối đa 3.3V) - Bộ nhớ Flash: 4MB - Giao tiếp: Cable Micro USB (tương đương cap sạc điện thoại) , TX-RX Hỗ trợ bảo mật: WPA/WPA2 - Tích hợp giao thức TCP/IP BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 22 do an Chương 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT - Lập trình trên các ngôn ngữ: C/C++, Micropython, NodeMCU – Lua 2.3 Loa thông minh Amazon Echo Dot Gen 2.1 Mô tả Echo Dot Gen 2 là một thiết bị loa tích hợp trợ lí ảo Alexa điều khiển bằng giọng nói sử dụng để chơi nhạc, điều khiển các thiết bị nhà thông minh, cung cấp thông tin, đọc tin tức, đặt cảnh báo và nhiều chức năng khác.
Kết nối với loa bằng Bluetooth hoặc cổng 3.5mm stereo để chơi nhạc từ Amazon Music, Spotify, Pandora, iHeartRadio, và TuneIn. Bên cạnh vòng ánh sáng là một dãy của 7 microphone sử dụng công nghệ beam- forming và giảm thiểu nhiễu âm thanh.