Thiết Kế Hệ Thống Điều Khiển Thiết Bị Trong Nhà Bằng Giọng Nói Sử Dụng ESP8266

Khám phá đồ án tốt nghiệp thiết kế hệ thống điều khiển thiết bị trong nhà bằng giọng nói sử dụng ESP8266 trong lĩnh vực điện tử viễn thông.

• Tác giả: Chúc Minh Sơn
• Người hướng dẫn: Tiến Sĩ. Trần Đình Thông
• Trường học: Trường Đại Học Công Nghiệp Hà Nội
• Chuyên ngành: Công Nghệ Kỹ Thuật Điện Tử - Viễn Thông
• Đề tài: Thiết Kế Hệ Thống Điều Khiển Thiết Bị Trong Nhà Bằng Giọng Nói Sử Dụng ESP8266
• Loại tài liệu: Đồ Án Tốt Nghiệp
• Năm xuất bản: 2021
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• LỜI NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN
• LỜI CẢM ƠN
• LỜI MỞ ĐẦU
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN LÝ THUYẾT VỀ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ TRONG NHÀ BẰNG GIỌNG NÓI SỬ DỤNG ESP8266
• 1.1. Tình hình nghiên cứu các thiết bị điều khiển bằng giọng nói hiện nay
• 1.2. Tìm hiểu những thiết bị điều khiển thiết bị bằng giọng nói hiện nay
• 1.3. Camera Nest Cam IQ Indoor
• 1.4. Bộ điều chỉnh nhiệt Nest
• 1.5. Bộ điều chỉnh nhiệt Tado và điều khiển điều hòa thông minh
• 1.6. Tổng quan về IOT (Internet Of Things)
• 1.6.1. Khái niệm Internet of Things (IoT)
• 1.6.2. Ứng dụng
• 1.6.2.1. Ứng dụng trong lĩnh vực vận tải
• 1.6.2.2. Ứng dụng trong lĩnh vực sản xuất nông nghiệp
• 1.6.2.3. Ứng dụng trong nhà thông minh
• 1.7. Tìm hiểu về ESP8266 và Kit Wifi ESP8266 NodeMCU Lua V3 CH340
• 1.7.1. Khái niệm chung về ESP8266
• 1.7.2. Phần cứng của ESP8266
• 1.7.3. Phân loại ESP8266
• 1.7.3.1. Adafruit HUZZAH ESP8266 (ESP-12)
• 1.7.3.2. Kit Wifi ESP8266 NodeMCU Lua V3 CH340
• 1.8. Tìm hiểu về Google Assistant
• 1.8.1. Khái niệm Google Assistant
• 1.8.2. Hoạt động Google Assistant
• 2. CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ TRONG NHÀ BẰNG GIỌNG NÓI SỬ DỤNG ESP8266
• 2.1. Thiết kế sơ đồ khối bộ điều khiển thiết bị điện, điện tử gia dụng bằng giọng nói
• 2.2. Thiết kế mạch phần cứng
• 2.2.1. Khối vi điều khiển
• 2.2.2. Khối thiết bị
• 2.3. Xây dựng phần mềm điều khiển
• 2.3.1. Phần mềm lập trình
• 2.3.2. Triển khai phần mềm
• 2.4. Kết luận chương 2
• 3. CHƯƠNG 3: MÔ HÌNH THỰC NGHIỆM VÀ KẾT QUẢ
• 3.1. Mạch nguyên lí và mạch in hoàn thiện
• 3.2. Kết quả thực nghiệm
• 3.2.1. Giao diện Google Assistant khi nhận lệnh
• 3.2.2. Giao diện App Blynk
• 3.3. Đánh giá kết quả và hướng phát triển
• 3.3.1. Đánh giá kết quả
• 3.3.2. Hướng phát triển của đề tài
• 3.4. Kết luận chương 3
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng quan về hệ thống điều khiển thiết bị trong nhà bằng giọng nói sử dụng ESP8266

Hệ thống điều khiển thiết bị trong nhà bằng giọng nói sử dụng ESP8266 đang trở thành xu hướng công nghệ hiện đại. Với sự phát triển của IoT trong nhà thông minh, việc điều khiển thiết bị qua giọng nói không chỉ mang lại sự tiện lợi mà còn giúp tiết kiệm thời gian và công sức. ESP8266 là một trong những giải pháp hiệu quả nhất cho việc này, cho phép người dùng dễ dàng kết nối và điều khiển các thiết bị điện tử trong gia đình.

1.1. Khái niệm về hệ thống điều khiển thiết bị bằng giọng nói

Hệ thống điều khiển thiết bị bằng giọng nói sử dụng công nghệ nhận diện giọng nói để thực hiện các lệnh từ người dùng. Công nghệ này giúp người dùng có thể điều khiển thiết bị mà không cần phải sử dụng tay, mang lại sự tiện lợi tối đa.

1.2. Lợi ích của việc sử dụng ESP8266 trong hệ thống điều khiển

Sử dụng ESP8266 trong hệ thống điều khiển thiết bị mang lại nhiều lợi ích như chi phí thấp, khả năng kết nối Wi-Fi mạnh mẽ và dễ dàng lập trình. Điều này giúp người dùng có thể tạo ra các ứng dụng điều khiển thiết bị một cách nhanh chóng và hiệu quả.

II. Vấn đề và thách thức trong việc điều khiển thiết bị bằng giọng nói

Mặc dù việc điều khiển thiết bị bằng giọng nói mang lại nhiều lợi ích, nhưng vẫn tồn tại một số vấn đề và thách thức cần được giải quyết. Chất lượng nhận diện giọng nói có thể bị ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố như tiếng ồn xung quanh, ngữ điệu và ngôn ngữ của người dùng. Điều này có thể dẫn đến việc hệ thống không nhận diện chính xác lệnh của người dùng.

2.1. Chất lượng nhận diện giọng nói

Chất lượng nhận diện giọng nói là một trong những yếu tố quan trọng nhất ảnh hưởng đến hiệu quả của hệ thống. Các yếu tố như tiếng ồn xung quanh và ngữ điệu có thể làm giảm độ chính xác của việc nhận diện.

2.2. Khả năng tương thích với các thiết bị khác

Một thách thức khác là khả năng tương thích của hệ thống với các thiết bị khác nhau. Không phải tất cả các thiết bị đều hỗ trợ điều khiển bằng giọng nói, điều này có thể hạn chế khả năng sử dụng của hệ thống.

III. Phương pháp thiết kế hệ thống điều khiển thiết bị bằng giọng nói

Thiết kế hệ thống điều khiển thiết bị bằng giọng nói sử dụng ESP8266 bao gồm nhiều bước quan trọng. Đầu tiên, cần xác định các thiết bị sẽ được điều khiển và cách thức kết nối chúng với ESP8266. Sau đó, lập trình phần mềm để nhận diện lệnh giọng nói và thực hiện các hành động tương ứng.

3.1. Xác định thiết bị và kết nối

Bước đầu tiên trong thiết kế hệ thống là xác định các thiết bị cần điều khiển và cách kết nối chúng với ESP8266. Việc này đảm bảo rằng tất cả các thiết bị đều có thể giao tiếp với nhau một cách hiệu quả.

3.2. Lập trình phần mềm điều khiển

Lập trình phần mềm là bước quan trọng để hệ thống có thể nhận diện lệnh giọng nói. Sử dụng các thư viện mã nguồn mở giúp việc lập trình trở nên dễ dàng hơn và tiết kiệm thời gian.

IV. Ứng dụng thực tiễn của hệ thống điều khiển thiết bị bằng giọng nói

Hệ thống điều khiển thiết bị bằng giọng nói sử dụng ESP8266 đã được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực khác nhau. Từ việc điều khiển đèn, quạt, đến các thiết bị gia dụng khác, hệ thống này giúp nâng cao chất lượng cuộc sống và tạo ra sự tiện nghi cho người dùng.

4.1. Ứng dụng trong nhà thông minh

Hệ thống điều khiển thiết bị bằng giọng nói đã trở thành một phần không thể thiếu trong các ngôi nhà thông minh. Người dùng có thể dễ dàng điều khiển các thiết bị trong nhà chỉ bằng giọng nói.

4.2. Ứng dụng trong lĩnh vực chăm sóc sức khỏe

Ngoài việc sử dụng trong nhà thông minh, hệ thống còn có thể được áp dụng trong lĩnh vực chăm sóc sức khỏe, giúp người khuyết tật có thể điều khiển thiết bị một cách dễ dàng hơn.

V. Kết luận và tương lai của hệ thống điều khiển thiết bị bằng giọng nói

Hệ thống điều khiển thiết bị bằng giọng nói sử dụng ESP8266 đang mở ra nhiều cơ hội mới trong việc cải thiện chất lượng cuộc sống. Với sự phát triển không ngừng của công nghệ, tương lai của hệ thống này hứa hẹn sẽ còn nhiều điều thú vị hơn nữa.

5.1. Xu hướng phát triển công nghệ

Công nghệ điều khiển bằng giọng nói đang ngày càng phát triển và được cải tiến. Các nghiên cứu mới sẽ giúp nâng cao độ chính xác và khả năng tương tác của hệ thống.

5.2. Tác động đến cuộc sống hàng ngày

Hệ thống điều khiển thiết bị bằng giọng nói sẽ tiếp tục tác động tích cực đến cuộc sống hàng ngày của con người, mang lại sự tiện lợi và hiệu quả trong việc sử dụng các thiết bị điện tử.

Nội dung chính

Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Khóa luận tốt nghiệp "Thiết kế hệ thống điều khiển thiết bị trong nhà bằng giọng nói sử dụng ESP8266" của tác giả Chúc Minh Sơn, thuộc ngành Công nghệ Kỹ thuật Điện tử - Viễn thông (Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội, năm 2021, dưới sự hướng dẫn của TS. Trần Đình Thông), đặt vấn đề nghiên cứu dựa trên bối cảnh cuộc Cách mạng công nghệ 4.0 và kỷ nguyên Vạn vật kết nối Internet (Internet of Things - IoT). Trong giai đoạn này, các trợ lý ảo thông minh tích hợp trí tuệ nhân tạo như Google Assistant của Google, Alexa của Amazon và Siri của Apple đã phát triển mạnh mẽ, mở ra phương thức tương tác mới giữa con người và thiết bị gia dụng. Bên cạnh việc điều khiển qua ứng dụng di động hay giao diện web, điều khiển bằng giọng nói giúp người dùng quản lý các thiết bị ở xa một cách trực quan, đồng thời hỗ trợ thiết thực cho người cao tuổi và người khuyết tật trong sinh hoạt hằng ngày.

Dẫn chứng từ số liệu khảo sát thực tế trong văn bản cho thấy xu hướng này đã phổ biến tại các quốc gia phát triển: tại Mỹ có 48% và tại Anh có 43% người dùng sử dụng thiết bị điều khiển nhà bằng giọng nói. Ngược lại, tại Việt Nam, khái niệm nhà thông minh điều khiển qua giọng nói ở thời điểm thực hiện đề tài vẫn còn khá mới mẻ, gặp nhiều rào cản do giá thành các thiết bị thương mại nhập khẩu còn cao, chưa phù hợp với điều kiện kinh tế phổ thông. Xuất phát từ thực tế đó, tác giả lựa chọn giải pháp thiết kế một hệ thống điều khiển thiết bị gia dụng với giá thành hợp lý, chất lượng đảm bảo, hoạt động ổn định và phù hợp với điều kiện sinh hoạt tại Việt Nam.

Mục tiêu nghiên cứu của đề tài được phân định rõ trên hai phương diện:

• Về mặt kỹ thuật của đề tài: Thiết kế và chế tạo hoàn chỉnh mô hình hệ thống điều khiển thiết bị gia dụng sử dụng vi điều khiển làm trung tâm, kết hợp cùng trợ lý ảo Google Assistant để ra lệnh bật/tắt thiết bị qua giọng nói và theo dõi trạng thái hoạt động thông qua ứng dụng di động Blynk.
• Về mặt năng lực học thuật của người thực hiện: Nắm vững cấu tạo, công dụng và cách sử dụng các linh kiện điện tử; rèn luyện kỹ năng thiết kế phần cứng, vẽ mạch in, lập trình nhúng và giao tiếp điều khiển với module Wi-Fi ESP8266.

Để đạt được mục tiêu nêu trên, đề tài xác định 6 nhiệm vụ nghiên cứu cụ thể:

1. Tìm hiểu về vi điều khiển ESP8266.
2. Tìm hiểu về hệ thống điều khiển thiết bị điện, điện tử gia dụng bằng giọng nói.
3. Tìm hiểu về trợ lý ảo Google Assistant (Google Home) và công nghệ IoT.
4. Thiết kế mạch điều khiển thiết bị bằng giọng nói qua Google Assistant (Google Home).
5. Xây dựng mô hình mẫu điều khiển thiết bị qua Google Assistant (Google Home).
6. Kiểm tra, đánh giá tính ứng dụng thực tế của đề tài.

Phạm vi nghiên cứu của đề tài tập trung vào việc điều khiển các thiết bị điện tử gia dụng mô phỏng điển hình bao gồm bóng đèn LED, quạt làm mát và máy bơm nước mini trong không gian sinh hoạt gia đình, được thử nghiệm trên mô hình thực tế trong phạm vi phòng thí nghiệm tại Hà Nội năm 2021.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Đề tài vận dụng tổng hợp lý thuyết về mạng lưới vạn vật kết nối Internet (IoT), kỹ thuật vi điều khiển nhúng, công nghệ nhận dạng giọng nói đám mây và giao tiếp mạng không dây.

Khái niệm IoT được tác giả trích dẫn theo định nghĩa của Kevin Ashton đưa ra vào năm 1999 tại Trung tâm Auto-ID thuộc Viện Công nghệ Massachusetts (MIT). Bản chất của IoT được xác lập dựa trên hai thuộc tính cốt lõi: phải là một ứng dụng hoạt động trên nền tảng Internet và phải có khả năng thu thập, xử lý thông tin từ vật chủ. Đề tài khảo sát các ứng dụng tiêu biểu của IoT trong thực tế như giám sát lộ trình vận tải hàng hóa bằng chíp GPS, hệ thống tưới tiêu tự động dựa trên cảm biến đo thông số đất trong nông nghiệp và tự động hóa tiện ích trong nhà thông minh.

Bên cạnh lý thuyết tổng quan, tác giả tiến hành phương pháp khảo sát, phân tích các sản phẩm thương mại điều khiển bằng giọng nói trên thế giới để rút ra yêu cầu chức năng, bao gồm:

• Bóng đèn thông minh GE: Dòng sản phẩm được tối ưu cho Google Home (Made for Google), kết nối Bluetooth và hỗ trợ điều khiển bật, tắt, tăng giảm độ sáng.
• Camera Nest Cam IQ Indoor: Thiết bị an ninh trang bị cảm biến 4K, hỗ trợ nhận diện khuôn mặt, HDR, tích hợp mic và loa cải tiến cho phép ra lệnh qua Google Assistant để hiển thị hình ảnh trực tiếp.
• Bộ điều chỉnh nhiệt Nest và Tado: Các thiết bị tương thích với Google Home cho phép quản lý nhiệt độ nước nóng và điều hòa không khí thông qua các khẩu lệnh đơn giản.

Về phương pháp thực hiện, đồ án áp dụng phương pháp thiết kế kỹ thuật kết hợp thực nghiệm phần cứng và tích hợp phần mềm đám mây:

• Nền tảng phần cứng xử lý trung tâm: Sử dụng vi điều khiển ESP8266 trên kit phát triển NodeMCU Lua V3 CH340 do hãng Lolin phát triển. Chip ESP8266 tích hợp vi xử lý 32-bit Tensilica, hoạt động ở xung nhịp 80 MHz hoặc 160 MHz, bộ nhớ RAM 50 KB, hỗ trợ giao tiếp chuẩn Wi-Fi 2.4 GHz và các cổng ngoại vi GPIO, SPI, I2C, UART.
• Nền tảng xử lý giọng nói: Sử dụng Google Assistant, trợ lý ảo được Google ra mắt từ tháng 5 năm 2016 (ban đầu trên ứng dụng Allo và dòng máy Pixel, sau đó hỗ trợ từ Android 5 Lollipop trở lên và iOS). Hệ thống khai thác khả năng nhận diện lệnh thoại thông qua câu kích hoạt "OK Google" hoặc "Hey Google".
• Nền tảng liên kết trung gian: Ứng dụng dịch vụ mạng IFTTT (If This Then That) đóng vai trò cấu nối trung gian chuyển tiếp sự kiện từ Google Assistant sang máy chủ điều khiển phần cứng.
• Nền tảng giao diện người dùng và máy chủ IoT: Nền tảng Blynk bao gồm ứng dụng Blynk App để tạo giao diện nút nhấn ảo, Blynk Server để xử lý và định tuyến dữ liệu, cùng Blynk Library tích hợp trong mã nguồn ESP8266.
• Nguồn dữ liệu và tài liệu: Sử dụng các tài liệu kỹ thuật chính hãng từ Espressif Systems (ESP8266), tài liệu hướng dẫn nhà phát triển của Google, nền tảng dịch vụ IFTTT, tài liệu hệ sinh thái Blynk và datasheet các linh kiện điện tử (LM7805, module relay, transistor, tụ điện, diode).

Thiết kế và triển khai hệ thống

Hệ thống được thiết kế theo cấu trúc mô-đun hóa, chia thành sơ đồ khối phần cứng và quy trình phần mềm điều khiển.

Kiến trúc sơ đồ khối hệ thống

Cấu trúc toàn bộ hệ thống gồm 5 khối chức năng chính:

• Khối nguồn: Tiếp nhận nguồn cấp 9V DC từ adapter bên ngoài, sử dụng IC ổn áp tuyến tính LM7805 để hạ áp xuống mức 5V DC chuẩn, cung cấp năng lượng ổn định cho khối vi điều khiển và khối chấp hành.
• Khối vi điều khiển: Đóng vai trò trung tâm xử lý, sử dụng kit NodeMCU ESP8266 để tiếp nhận lệnh qua kết nối Wi-Fi từ Internet, đọc trạng thái các nút nhấn vật lý, xử lý thuật toán và xuất tín hiệu điều khiển mức logic ra các chân GPIO.
• Khối Google Assistant: Tiếp nhận giọng nói của người sử dụng thông qua micro trên điện thoại thông minh, chuyển đổi khẩu lệnh thành dữ liệu số và gửi tín hiệu kích hoạt tới máy chủ đám mây.
• Khối thiết bị (khối chấp hành): Bao gồm các module relay 5V nhận tín hiệu điều khiển từ ESP8266 để đóng ngắt tiếp điểm cấp điện cho 3 thiết bị tải: đèn LED, quạt tản nhiệt và máy bơm mini.
• Khối ứng dụng Blynk: Giao diện điều khiển di động cho phép hiển thị trực quan trạng thái bật/tắt của từng thiết bị, đồng thời cung cấp các nút bấm cảm ứng ảo để thao tác trực tiếp trên màn hình.

Khối chức năng	Thành phần linh kiện / Nền tảng	Thông số kỹ thuật / Chức năng chính
Khối nguồn	IC LM7805, tụ hóa C1 (1000µF), C2 (100µF), tụ gốm C3, C4 (0.1µF)	Hạ áp từ 9V DC xuống 5V DC; lọc phẳng sóng răng cưa và triệt tiêu nhiễu cao tần
Khối điều khiển	Kit NodeMCU Lua V3 CH340 (ESP8266)	Lõi Tensilica 32-bit, xung nhịp 80/160 MHz, RAM 50 KB, kết nối Wi-Fi 2.4 GHz, kích thước 59 x 32 mm
Khối đóng cắt	03 Module Relay 5V DC	Điện áp kích 5V, dòng chịu tải 10A, thời gian đóng 10 ms, thời gian nhả 5 ms
Khối nút nhấn	04 Nút nhấn cơ học (SW1, SW2, SW3, SW4)	SW1 dùng làm nút Reset; SW2, SW3, SW4 điều khiển bật/tắt thiết bị tại chỗ
Thiết bị tải 1	Bóng đèn LED chuẩn USB	Công suất tiêu thụ 1.2W, chiều dài thân đèn 20 cm
Thiết bị tải 2	Quạt tản nhiệt DC 5V	Dòng định mức 0.25A, công suất 1.25W, tốc độ 5000 ± 10% RPM, độ ồn 22 dBA, lưu lượng 5 CFM
Thiết bị tải 3	Máy bơm chìm mini DC	Điện áp hoạt động 3-5V DC, dòng điện 100-200 mA, đường kính ống 7-8 mm, kích thước 34 x 43 mm

Thiết kế chi tiết mạch phần cứng

Mạch nguồn được tính toán cẩn thận với mạng tụ lọc 4 tầng nhằm bảo vệ vi điều khiển không bị khởi động lại do sụt áp:

• Tụ hóa C1 mắc song song ở đầu vào chân Vi của LM7805 có nhiệm vụ tích trữ năng lượng, bù áp tức thời khi nguồn 9V bị dao động; tụ gốm C3 (trở kháng lớn ở tần số cao) mắc song song để triệt tiêu các xung áp đột ngột và lọc dạng sóng răng cưa đầu vào.
• Tụ hóa C2 mắc ở đầu ra chân Vo của LM7805 nhằm cung cấp năng lượng tạm thời cho tải khi các thiết bị khởi động; tụ gốm C4 đóng vai trò lọc nhiễu tần số cao, giữ điện áp 5V cấp cho ESP8266 và cuộn hút relay luôn ổn định.

Mạch nút nhấn gồm 4 phím bấm được thiết kế đấu nối trực tiếp vào các chân GPIO của ESP8266 kèm điện trở kéo, đảm bảo khả năng điều khiển thủ công độc lập ngay cả khi hệ thống mất kết nối mạng.

Mạch thiết bị sử dụng relay đóng cắt tiếp điểm thường mở (Normally Open - NO). Khi chân GPIO của ESP8266 xuất tín hiệu kích, cuộn dây hút thanh tiếp điểm đóng lại, hoàn thiện mạch kín cấp nguồn cho tải hoạt động.

Xây dựng và triển khai phần mềm

Phần mềm điều khiển hệ thống được phát triển trên môi trường Arduino IDE (nền tảng viết bằng Java). Mã nguồn tuân thủ cấu trúc lập trình nhúng tiêu chuẩn với hàm setup() thực hiện khởi tạo cấu hình các chân GPIO, thiết lập kết nối Wi-Fi, kết nối Blynk Server và hàm loop() chạy lặp liên tục để lắng nghe các gói tin điều khiển.

Lưu đồ thuật toán hệ thống hoạt động như sau:

1. Bắt đầu: ESP8266 khởi tạo phần cứng, thiết lập kết nối Wi-Fi, kết nối đến máy chủ Blynk và dịch vụ IFTTT.
2. Kiểm tra điều kiện: Hệ thống liên tục quét tín hiệu từ 3 nguồn: lệnh thoại Google Assistant (qua IFTTT), sự kiện nhấn nút trên ứng dụng Blynk và trạng thái của 4 nút nhấn cơ học trên bo mạch.
3. Xử lý logic: Khi phát hiện có tín hiệu điều khiển hợp lệ, bộ xử lý định tuyến lệnh đến chân GPIO tương ứng để đóng hoặc ngắt relay, đồng thời cập nhật trạng thái mới nhất ngược về máy chủ Blynk để đồng bộ giao diện người dùng.
4. Vòng lặp: Nếu không có tín hiệu điều khiển, hệ thống duy trì trạng thái hiện tại và quay về bước quét tín hiệu.

Quy trình cấu hình các dịch vụ đám mây trung gian:

• Cấu hình IFTTT: Tạo dịch vụ liên kết tài khoản Google với IFTTT. Trong thành phần điều kiện "This", chọn dịch vụ Google Assistant với hành động "Say a simple phrase" (thiết lập 3 mẫu câu lệnh tiếng Anh kèm phản hồi thoại của trợ lý ảo). Trong thành phần hành động "That", chọn giao thức Webhooks để gửi yêu cầu HTTP đến máy chủ Blynk Cloud. Tác giả cấu hình quy ước mức logic: lệnh Bật ("Turn on") tương ứng với giá trị logic 0, lệnh Tắt ("Turn off") tương ứng với giá trị logic 1.
• Cấu hình App Blynk: Đăng ký tài khoản người dùng, tạo một Project mới để nhận mã chứng thực (Auth Token) gửi về Gmail cá nhân. Mã Token này được chèn vào mã nguồn nạp cho ESP8266. Trên giao diện Blynk, người dùng thêm các Widget Button, gán chân điều khiển trực tiếp (như chân Digital GP16 - chân nối với đèn LED có sẵn trên kit), chọn chế độ nút nhấn giữ (SWITCH) hoặc nhấn nhả (PUSH), và thiết lập nhãn hiển thị trực quan (ON/OFF hoặc BẬT/TẮT).

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1. Tổng quan lý thuyết về hệ thống điều khiển thiết bị trong nhà bằng giọng nói sử dụng ESP8266

Nội dung chương 1 tập trung khảo sát bức tranh toàn cảnh về công nghệ điều khiển bằng giọng nói và nền tảng IoT. Tác giả chỉ ra tỷ lệ phổ biến của thiết bị điều khiển bằng giọng nói tại Mỹ (48%) và Anh (43%), làm nổi bật sự chênh lệch so với thị trường Việt Nam. Chương này phân tích chi tiết thông số và cơ chế vận hành của các thiết bị thông minh thương mại (bóng đèn GE, camera Nest Cam IQ Indoor với cảm biến 4K, bộ điều nhiệt Nest và Tado).

Về phần cứng, chương 1 cung cấp thông số kỹ thuật chi tiết của chip ESP8266 (lõi Tensilica 32-bit, RAM 50 KB, không có Flash tích hợp mà phải dùng Flash SPI ngoài) và so sánh các kit phát triển như Adafruit HUZZAH ESP-12, kit NodeMCU Lua V3 CH340 (kích thước 59 x 32 mm, nguồn 5V qua cổng MicroUSB hoặc chân Vin, giao tiếp logic 3.3V). Đồng thời, tác giả trình bày cơ chế hoạt động của Google Assistant (kích hoạt bằng khẩu lệnh "OK Google", tính năng Continued Conversation, chế độ Interpreter Mode), kiến trúc 3 thành phần của hệ sinh thái Blynk (Blynk App, Blynk Server, Blynk Library) và nguyên lý làm việc của dịch vụ chuyển tiếp IFTTT. Cuối chương là bảng thống kê chi tiết đặc tính kỹ thuật của các linh kiện điện tử phụ trợ: module relay 5V (dòng chịu 10A, thời gian đóng ngắt 10ms/5ms), tụ gốm lọc nhiễu, diode bảo vệ, quạt làm mát 5V 0.25A, đèn LED USB 1.2W và động cơ bơm chìm mini 5V (dòng 100-200mA, ống ra 7-8mm).

Chương 2. Thiết kế hệ thống điều khiển thiết bị trong nhà bằng giọng nói sử dụng ESP8266

Chương 2 trình bày toàn bộ quá trình kỹ thuật từ sơ đồ khối đến thiết kế chi tiết phần cứng và cấu hình phần mềm. Hệ thống được cụ thể hóa thành 5 khối chức năng đáp ứng các yêu cầu kỹ thuật: nhận lệnh chính xác, đóng ngắt thiết bị nhanh chóng, vận hành ổn định, kích thước gọn nhẹ và tiết kiệm chi phí.

Tác giả giải thích chi tiết nguyên lý tính toán mạch nguồn dùng IC LM7805 phối hợp 4 tụ điện (C1, C2, C3, C4) nhằm xử lý hiện tượng sụt áp và sóng răng cưa. Sơ đồ nguyên lý khối nút nhấn vật lý gồm 4 switch (SW1 cho chức năng Reset, SW2-SW4 cho điều khiển trực tiếp 3 tải) và khối relay đệm đóng cắt tiếp điểm NO cũng được trình bày đầy đủ.

Ở phần phát triển phần mềm, chương 2 hướng dẫn bố cục môi trường Arduino IDE (khu vực soạn thảo hàm setup(), hàm loop() và cửa sổ debug hiển thị quá trình biên dịch/nạp code), xây dựng lưu đồ thuật toán điều khiển tổng thể, các bước từng bước thiết lập IFTTT Applet (kết nối Google Assistant bằng câu lệnh "Say a simple phrase", chuyển đổi trạng thái logic 0 và 1) và quy trình cấu hình giao diện Widget Button trên ứng dụng Blynk (lấy Auth Token qua email, cấu hình chân Digital GP16, chế độ PUSH/SWITCH).

Chương 3. Mô hình thực nghiệm và kết quả

Chương 3 trình bày các kết quả thực tế thu được sau khi thi công và tích hợp hệ thống. Nội dung bao gồm bản vẽ sơ đồ nguyên lý hoàn thiện, quy trình vẽ mạch in (PCB), sắp xếp linh kiện và gia công lắp ráp mô hình phần cứng hoàn chỉnh.

Về mặt kiểm nghiệm thực tế, chương này ghi lại hình ảnh giao diện tương tác thực nghiệm: màn hình Google Assistant nhận diện chính xác câu lệnh điều khiển bằng tiếng Anh và xuất phản hồi, giao diện ứng dụng Blynk hiển thị các nút trạng thái bật đèn LED, bật quạt làm mát và bật máy bơm nước mini. Tác giả thực hiện đánh giá tổng thể về mức độ chính xác của hệ thống khi nhận diện lệnh qua Internet, tốc độ đáp ứng của relay khi nhận tín hiệu điều khiển, độ tin cậy của mạch nguồn trong quá trình hoạt động liên tục, đồng thời đề xuất các định hướng nâng cấp hệ thống trong tương lai.

Kết quả và đóng góp

Kết quả kỹ thuật đạt được

• Chế tạo thành công mô hình phần cứng hoàn chỉnh: Mạch in được thiết kế gọn gàng, hoạt động ổn định với nguồn cấp 9V thông qua mạch hạ áp LM7805, các tụ lọc C1, C2, C3, C4 triệt tiêu tốt xung nhiễu và hiện tượng sụt áp tạm thời khi relay đóng ngắt.
• Vận hành chính xác cơ chế điều khiển đa phương thức: Hệ thống điều khiển độc lập và chính xác 3 thiết bị tải thực tế (bóng đèn LED 1.2W, quạt tản nhiệt 1.25W - 5000 RPM và máy bơm nước mini 5VDC dòng 100-200mA).
• Độ trễ đáp ứng thấp: Khi người dùng phát lệnh qua giọng nói trên điện thoại thông minh, trợ lý ảo Google Assistant nhận dạng và kích hoạt IFTTT gửi lệnh qua Webhooks tới Blynk Server, vi điều khiển ESP8266 nhận tín hiệu qua Wi-Fi và kích hoạt relay đóng ngắt thiết bị trong thời gian ngắn.
• Đồng bộ hóa trạng thái hai chiều: Trạng thái hoạt động của thiết bị được cập nhật theo thời gian thực lên giao diện Blynk App; người dùng có thể can thiệp điều khiển bằng cả 3 cách: ra lệnh bằng giọng nói, bấm nút ảo trên ứng dụng Blynk hoặc bấm trực tiếp 3 nút bấm cơ học (SW2, SW3, SW4) trên mạch điều khiển.

Đóng góp của đề tài

So với các nghiên cứu và sản phẩm thương mại hiện có trên thị trường, đồ án đã mang lại các đóng góp cụ thể do tác giả tự xác định:

• Xây dựng một giải pháp nhà thông minh có giá thành linh kiện thấp, tận dụng triệt để nền tảng phần cứng mã nguồn mở ESP8266 kết hợp các dịch vụ đám mây miễn phí sẵn có (Google Assistant, IFTTT, Blynk), giúp việc tiếp cận công nghệ nhà thông minh trở nên khả thi và kinh tế hơn đối với người dùng tại Việt Nam.
• Kết hợp thành công giữa phương thức điều khiển hiện đại qua trợ lý ảo AI với phương thức điều khiển truyền thống bằng nút nhấn vật lý, đảm bảo hệ thống không bị tê liệt hay mất khả năng điều khiển thiết bị tại chỗ khi gặp sự cố gián đoạn đường truyền Internet.
• Đưa ra quy trình thiết kế, chế tạo chi tiết từ sơ đồ khối, mạch nguyên lý, bố trí linh kiện mạch in đến lưu đồ giải thuật và cấu hình phần mềm đám mây, đóng vai trò như một tài liệu thực hành hoàn chỉnh cho sinh viên chuyên ngành.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Hạn chế của đề tài

Dựa trên các ghi nhận thực tế trong văn bản, đồ án còn tồn tại một số hạn chế:

• Rào cản ngôn ngữ: Do sử dụng dịch vụ trung gian IFTTT kết nối với Google Assistant theo mẫu "Say a simple phrase", hệ thống mới chỉ được cấu hình và nhận diện câu lệnh điều khiển bằng tiếng Anh, chưa hỗ trợ trực tiếp các khẩu lệnh tiếng Việt tự nhiên.
• Phụ thuộc kết nối mạng Internet: Toàn bộ quy trình xử lý giọng nói và ứng dụng Blynk đều phụ thuộc vào đường truyền máy chủ đám mây; khi mạng Wi-Fi gặp sự cố hoặc mất kết nối Internet, tính năng điều khiển từ xa và giọng nói không hoạt động, người dùng bắt buộc phải chuyển sang sử dụng nút bấm cơ học tại chỗ.
• Quy mô công suất thiết bị thử nghiệm: Mô hình thực nghiệm mới chỉ áp dụng cho các thiết bị tải một chiều điện áp thấp (5V DC) có công suất nhỏ (đèn LED 1.2W, quạt 1.25W, bơm mini dòng 100-200mA), chưa thử nghiệm đóng ngắt các thiết bị điện gia dụng xoay chiều (220V AC) có dòng khởi động lớn.

Hướng nghiên cứu tiếp

Từ các hạn chế trên, tác giả đề xuất các hướng phát triển tiếp theo của đề tài:

• Mở rộng nghiên cứu giải pháp nhận dạng giọng nói tiếng Việt trực tiếp, giúp việc điều khiển thiết bị trở nên thuận tiện hơn cho người dùng trong nước, đặc biệt là người già và trẻ em.
• Tích hợp thêm các cảm biến môi trường (cảm biến nhiệt độ, độ ẩm, cảm biến chuyển động) để hệ thống tự động đưa ra quyết định bật/tắt thiết bị dựa trên ngữ cảnh thực tế mà không cần người dùng ra lệnh.
• Thiết kế bo mạch công suất chuyên dụng với các linh kiện bảo vệ (cầu chì, opto cách ly quang, biến trở chống sét) nhằm điều khiển trực tiếp hệ thống lưới điện dân dụng 220V công suất lớn một cách an toàn.
• Nghiên cứu cơ chế điều khiển cục bộ (Local Server) để duy trì khả năng điều khiển thông minh ngay cả khi mất kết nối mạng Internet ra bên ngoài.

Giá trị tham khảo

Đồ án tốt nghiệp của tác giả Chúc Minh Sơn là tài liệu tham khảo hữu ích cho:

• Sinh viên ngành Công nghệ Kỹ thuật Điện tử - Viễn thông, Công nghệ Thông tin, Kỹ thuật Điều khiển và Tự động hóa: Là tài liệu tham khảo trực tiếp cho các môn học như Hệ thống nhúng, Lập trình vi điều khiển, Thiết kế mạch điện tử và Đồ án tốt nghiệp chuyên ngành IoT.
• Người nghiên cứu và tự làm (DIY) các hệ thống nhà thông minh: Nắm bắt được phương pháp kết nối giữa phần cứng nhúng giá rẻ (ESP8266) với hệ sinh thái Google Home thông qua dịch vụ webhook trung gian IFTTT mà không cần xây dựng máy chủ phức tạp.
• Phần nội dung đáng tham khảo nhất:
  • Mục 2.2 với sơ đồ tính toán mạch nguồn LM7805 phối hợp 4 tụ điện lọc sụt áp và lọc nhiễu răng cưa, mang tính thực tế cao trong thiết kế phần cứng nhúng tránh lỗi khởi động lại do relay gây sụt áp.
  • Mục 2.3 và Chương 3 với hướng dẫn từng bước cấu hình tài khoản IFTTT, liên kết Google Assistant, tạo Token trên Blynk và lập trình vi điều khiển trên Arduino IDE.

Câu hỏi thường gặp

1. Vi điều khiển trung tâm được sử dụng trong hệ thống có thông số phần cứng như thế nào?

Hệ thống sử dụng kit Wifi ESP8266 NodeMCU Lua V3 CH340 do hãng Lolin sản xuất, kích thước 59 x 32 mm, tích hợp chip nạp và giao tiếp UART CH340. Vi xử lý trung tâm là chip ESP8266 tích hợp Wi-Fi 2.4 GHz, lõi vi điều khiển 32-bit Tensilica với xung nhịp có thể thiết lập ở 80 MHz hoặc 160 MHz, bộ nhớ RAM 50 KB, không tích hợp bộ nhớ Flash trong (phải gắn thêm chip Flash ngoài qua chuẩn giao tiếp SPI hoặc SDIO). Bo mạch hỗ trợ cấp nguồn qua cổng MicroUSB hoặc chân Vin (5V DC), mức điện áp logic của các chân GPIO là 3.3V.

2. Tại sao khối mạch nguồn cần kết hợp cả tụ hóa (C1, C2) và tụ gốm (C3, C4) xung quanh IC LM7805?

Trong mạch nguồn hạ áp từ 9V xuống 5V của hệ thống, mỗi loại tụ đảm nhận một nhiệm vụ riêng biệt:

• Tụ hóa C1 (mắc ở chân đầu vào Vi) và C2 (mắc ở chân đầu ra Vo) có dung lượng lớn, đóng vai trò tích trữ điện tích để bù áp tạm thời, ngăn chặn hiện tượng sụt áp đột ngột khi tải tiêu thụ hoặc cuộn hút relay đóng ngắt.
• Tụ gốm C3 (đầu vào) và C4 (đầu ra) có dung lượng nhỏ (dưới 0.47 µF) nhưng trở kháng cao ở dải tần số cao, có tác dụng triệt tiêu các xung gai điện áp tăng đột ngột, làm phẳng dạng sóng điện áp răng cưa và lọc sạch nhiễu cao tần cấp cho vi điều khiển ESP8266.

3. Dịch vụ IFTTT đóng vai trò gì và quy ước giá trị điều khiển bật/tắt thiết bị được cấu hình như thế nào?

IFTTT (If This Then That) đóng vai trò là dịch vụ web trung gian chuyển đổi sự kiện nhận dạng giọng nói từ trợ lý ảo Google Assistant thành tín hiệu điều khiển gửi tới máy chủ Blynk Server. Trong cấu hình Applet:

• Phần điều kiện "This": Sử dụng dịch vụ Google Assistant với lựa chọn "Say a simple phrase" (tiếng Anh) để kích hoạt sự kiện khi người dùng phát âm đúng câu lệnh.
• Phần hành động "That": Gửi yêu cầu Webhooks mang mã Token kết nối tới máy chủ Blynk.
• Quy ước giá trị logic: Lệnh bật thiết bị ("Turn on") được gán giá trị logic là 0; lệnh tắt thiết bị ("Turn off") được gán giá trị logic là 1.

4. Ba thiết bị tải đầu ra được điều khiển trong mô hình thực nghiệm gồm những thiết bị nào và thông số kỹ thuật ra sao?

Mô hình thực nghiệm kết nối điều khiển 3 thiết bị thông qua các module relay 5V (dòng chịu 10A, thời gian đóng 10 ms, nhả 5 ms):

1. Bóng đèn LED USB: Công suất tiêu thụ 1.2W, kích thước chiều dài thân đèn là 20 cm.
2. Quạt tản nhiệt DC 5V: Dòng điện định mức 0.25A, công suất tiêu thụ 1.25W, tốc độ quay 5000 ± 10% RPM, độ ồn 22 dBA, lưu lượng không khí đạt 5 CFM.
3. Động cơ bơm chìm mini 5V: Điện áp sử dụng từ 3V đến 5V DC, dòng điện tiêu thụ 100 đến 200 mA, đường kính ống dẫn nước ra 7-8 mm, chiều dài ống ra 17 mm, kích thước động cơ 34 x 43 mm.

5. Người sử dụng có thể điều khiển và theo dõi các thiết bị trong hệ thống thông qua những hình thức nào?

Hệ thống cung cấp 3 hình thức điều khiển và 1 kênh giám sát trạng thái:

• Điều khiển bằng giọng nói: Người dùng nói các câu lệnh tiếng Anh thông qua ứng dụng Google Assistant hoặc loa thông minh Google Home sau khi kích hoạt bằng "OK Google" hoặc "Hey Google".
• Điều khiển qua ứng dụng di động: Sử dụng các nút bấm ảo (Button Widget) được cấu hình theo chế độ PUSH hoặc SWITCH trên giao diện ứng dụng Blynk trên điện thoại.
• Điều khiển cơ học trực tiếp: Sử dụng 3 nút nhấn vật lý (SW2, SW3, SW4) tích hợp sẵn trên mạch phần cứng (bên cạnh nút reset SW1), giúp điều khiển bật/tắt tải ngay cả khi mất kết nối mạng.
• Giám sát trạng thái: Ứng dụng Blynk nhận dữ liệu phản hồi từ ESP8266 để cập nhật nhãn trạng thái (BẬT/TẮT hoặc ON/OFF) theo thời gian thực trên màn hình điện thoại.

Kết luận

Đồ án tốt nghiệp "Thiết kế hệ thống điều khiển thiết bị trong nhà bằng giọng nói sử dụng ESP8266" của tác giả Chúc Minh Sơn đã hiện thực hóa thành công một mô hình nhà thông minh chi phí thấp, kết hợp hiệu quả giữa vi điều khiển nhúng ESP8266 với các nền tảng đám mây Google Assistant, IFTTT và Blynk. Công trình đã hoàn thiện đầy đủ từ việc tính toán thiết kế phần cứng, giải quyết bài toán chống sụt áp cho vi điều khiển, thi công mạch in, đến xây dựng phần mềm và kiểm thử thực tế trên 3 thiết bị phụ tải gồm đèn, quạt và máy bơm. Mặc dù vẫn còn giới hạn ở ngôn ngữ điều khiển tiếng Anh và sự phụ thuộc vào máy chủ đám mây, đề tài đã chứng minh tính khả thi cao trong ứng dụng thực tiễn và cung cấp một tài liệu tham khảo kỹ thuật rõ ràng cho sinh viên chuyên ngành Điện tử - Viễn thông.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN LÝ THUYẾT VỀ HỆ THỐNG ĐIỂU KHIỂN THIẾT BỊ TRONG NHÀ BẰNG GIỌNG NÓI SỬ DỤNG ESP8266 1. Tình hình nghiên cứu các thiết bị điều khiển bằng giọng nói hiện nay Nhận định của giới công nghệ cho thấy, với sự phát triển mạnh mẽ của cuộc Cách mạng công nghệ 4.0 kỷ nguyên vạn vật kết nối internet (IoT), công nghệ nhận dạng giọng nói cùng các ứng dụng của nó trong đời sống sẽ trở thành xu hướng tất yếu. Khảo sát cho thấy, điều khiển bằng giọng nói hiện nay đã được sử dụng tại nhiều quốc gia, cụ thể là ở Mỹ có tới 48% và tại Anh có 43% sử dụng thiết bị điều khiển nhà bằng giọng nói.

Tại Việt Nam hiện nay, khái niệm điều khiển các thiết bị bằng giọng nói còn mới mẻ và nhiều hạn chế, chưa được ứng dụng rộng rãi trong đời sống sinh hoạt. Tìm hiểu những thiết bị điều khiển thiết bị bằng giọng nói hiện nay[2] 1. Đèn GE GE được xem là tên thương hiệu bóng đèn được nhiều người biết đến, đơn giản là sản phẩm này chính là Made for Google. Loại bóng đèn này được kết nối Bluetooth thông qua một đường truyền trực tiếp tới Google Home với cách thiết lập đơn giản.

Khi sử dụng Google Assistant, bạn có thể điều khiển bóng đèn: bật, tắt cũng như điều chỉnh cường độ sáng Thương hiệu bóng đèn này hiếm khi xuất hiện ở Anh nhưng lại phổ biến ở Mỹ. Downloaded by TOM TIT ([e-mail]) lOMoARcPSD|39605280 11 Hình 1. Camera Nest Cam IQ Indoor Camera Nest Cam IQ Indoor được Google Assistant điều khiển qua phiên bản nâng cấp của mic và bộ phận loa của nó. Thiết bị này sở hữu cảm biến 4K, tính năng nhận diện khuôn mặt, theo dõi cận cảnh HDR và nó hoạt động trong hệ sinh thái Nest.

Bạn có thể yêu cầu xem các cảnh quay trực tiếp trên điện thoại qua ứng dụng Nest, với câu lệnh đơn giản như "OK Google, cho tôi xem phòng ăn". Camera Nest Cam IQ Indoor[2] Downloaded by TOM TIT (tomboy1@gmail. Bộ điều chỉnh nhiệt Nest Bộ điều chỉnh nhiệt Nest có khả năng tương thích với Google Home, cho phép bạn kiểm soát được nhiệt độ của nước nóng, khu vực không gian mình đang ở,…. Bộ điều chỉnh nhiệt Nest[2] 1.

Bộ điều chỉnh nhiệt Tado và điều khiển điều hòa thông minh Dùng Google Assistant có thể điều khiển sản phẩm này với những câu lệnh đơn giản để tăng hoặc giảm nhiệt độ của máy lạnh. Chính vì khả năng tương thích mở rộng của bộ điều nhiệt Tado, nên sự xuất hiện của nó không thể thiếu trong những ngôi nhà hiện đại. Downloaded by TOM TIT ([e-mail]) lOMoARcPSD|39605280 13 Hình 1. Bộ điều chỉnh nhiệt Tado[2] 1.

Tổng quan về IOT( Internet Of Things)[1] 1. Khái niệm Internet of Things (IoT) là thuật ngữ dùng để chỉ các đối tượng có thể được nhận biết cũng như sự tồn tại của chúng trong một kiến trúc mang tính kết nối. Đây là một viễn cảnh trong đó mọi vật, mọi con vật hoặc con người được cung cấp các định danh và khả năng tự động truyền tải dữ liệu qua một mạng lưới mà không cần sự tương tác giữa con người-với-con người hoặc con người-với-máy tính. IoT tiến hoá từ sự hội tụ của các công nghệ không dây, hệ thống vi cơ điện tử (MEMS) và Internet.

Cụm từ này được đưa ra bởi Kevin Ashton vào năm 1999. Ông là một nhà khoa học đã sáng lập ra Trung tâm Auto- ID ở đại học MIT. Downloaded by TOM TIT ([e-mail]) lOMoARcPSD|39605280 14 Hình 1. Internet of Things "Thing" - sự vật - trong Internet of Things, có thể là một trang trại động vật với bộ tiếp sóng chip sinh học, một chiếc xe ô tô tích hợp các cảm biến để cảnh báo lái xe khi lốp quá non, hoặc bất kỳ đồ vật nào do tự nhiên sinh ra hoặc do con người sản xuất ra mà có thể được gán với một địa chỉ IP và được cung cấp khả năng truyền tải dữ liệu qua mạng lưới.

IoT phải có 2 thuộc tính: một là đó phải là một ứng dụng internet. Hai là, nó phải lấy được thông tin của vật chủ. Ứng dụng Với những hiệu quả thông minh rất thiết thực mà IoT đem đến cho con người, IoT đã và đang được tích hợp trên khắp mọi thứ, mọi nơi xung quanh thế giới mà con người đang sống. Từ chiếc vòng đeo tay, những đồ gia dụng trong nhà, những mảnh vườn đang ươm hạt giống, cho đến những sinh vật sống như động vật hay con người…đều có sử dụng giải pháp IoT.9: Tổng quan về ứng dụng của IoT.

Ứng dụng trong lĩnh vực vận tải: Ứng dụng điển hình nhất trong lĩnh vực này là gắn chíp lấy tọa độ GPS lên xe chở hàng, nhằm kiểm soát lộ trình, tốc độ, thời gian đi đến của các xe chở hàng. Ứng dụng này giúp quản lý tốt khâu vận chuyển, có những xử lý kịp thời khi xe đi không đúng lộ trình hoạt Downloaded by TOM TIT ([e-mail]) lOMoARcPSD|39605280 15 động bị hỏng hóc trên những lộ trình, mà ở đó mạng di động không phủ sóng tới được kiểm soát được lượng nhiên liệu tiêu hao ứng với lộ trình đã được vạch trước… Hình 1.Theo dõi lộ trình đi của xe chở hàng Ứng dụng trong lĩnh vực sản xuất nông nghiệp: Quá trình sinh trưởng và phát triển của cây trồng trải qua nhiều giai đoạn từ hạt nảy mầm đến ra hoa kết trái. Ở mỗi giai đoạn cần có sự chăm sóc khác nhau về chất dinh dưỡng cũng như chế độ tưới tiêu phù hợp. Những yêu cầu này đòi hỏi sự bền bỉ và siêng năng của người nông dân từ ngày này sang ngày khác làm cho họ phải vất vả.

Nhưng nhờ vào ứng dụng khoa học kỹ thuật, sử dụng cảm biến để lấy thông số nhiệt độ, độ ẩm, độ pH của đất trồng, cùng với bảng dữ liệu về quy trình sinh trưởng của loại cây đó, hệ thống sẽ tự động tưới tiêu bón lót cho cây trồng phù hợp với từng giai đoạn phát triển của cây trồng. Người nông dân bây giờ chỉ kiểm tra, quan sát sự vận hành của hệ thống chăm sóc cây trồng trên một màn hình máy tính có kết nối mạng. Downloaded by TOM TIT ([e-mail]) lOMoARcPSD|39605280 16 Hình 1. Theo dõi tình trạng sinh trưởng của cây trồng Ứng dụng trong nhà thông minh: Vài năm trở lại đây, khi thế giới đang dần tiến vào kỷ nguyên Internet of Things, kết nối mọi vật qua Internet, nhà thông minh trở thành một xu hướng công nghệ tất yếu là tiêu chuẩn của nhà ở hiện đại.

Trong căn hộ thông minh tất cả các thiết bị từ rèm cửa, điều hoà, dàn âm thanh, hệ thống ánh sáng, hệ thống an ninh, thiết bị nhà tắm… được kết nối với nhau và hoạt động hoàn toàn tự động theo kịch bản lập trình sẵn đáp ứng đúng nhu cầu sử dụng của khách hàng. Ví dụ: vào buổi sáng, đèn tắt, rèm cửa tự động chuyển tới vị trí thích hợp để giảm bớt những tác động nào nhiệt từ đường phố và nhường không gian cho ánh sáng tự nhiên. Tối đến, hệ thống đèn bật sáng, các rèm cửa kéo lên người dùng có thể thưởng ngoạn từ trên cao bức tranh thành phố rực rỡ ánh đèn, đồng thời âm nhạc cũng nhẹ nhàng cất lên các giai điệu yêu thích của gia đình. Tìm hiểu về ESP8266 và Kit Wifi ESP8266 NodeMCU Lua V3 CH340 [3] 1.

Khái niệm chung về ESP8266 ESP8266 là dòng chip tích hợp Wi-Fi 2.4Ghz có thể lập trình được, rẻ tiền được sản xuất bởi một công ty bán dẫn Trung Quốc: Espressif Systems. Được phát hành đầu tiên vào tháng 8 năm 2014, đóng gói đưa ra thị trường dạng Module ESP-01, được sản xuất bởi bên thứ 3: AI-Thinker. Có khả năng Downloaded by TOM TIT ([e-mail]) lOMoARcPSD|39605280 17 kết nối Internet qua mạng Wi-Fi một cách nhanh chóng và sử dụng rất ít linh kiện đi kèm. Với giá cả có thể nói là rất rẻ so với tính năng và khả năng ESP8266 có thể làm được.

ESP8266 có một cộng đồng các nhà phát triển trên thế giới rất lớn, cung cấp nhiều Module lập trình mã nguồn mở giúp nhiều người có thể tiếp cận và xây dựng ứng dụng rất nhanh. Phần cứng của ESP8266 Cấu trúc phần cứng của dòng chip sử dụng ESP8266 có thể tóm tắt như sau: - Sử dụng 32-bit MCU core có tên là Tensilica. - Tốc độ xung hệ thống có thể thiết lập ở 80MHz hoặc 160MHz Không tích hợp bộ nhớ Flash để lưu chương trình. - Tích hợp 50KB RAM để lưu dữ liệu ứng dụng khi chạy.

- Có đầy đủ các ngoại vi chuẩn để giao tiếp như 17 GPIO, 1 Slave SDIO, 3 SPI, 1 I2C, 1 I2S, 2 UART, 2 PWM. - Tích hợp các mạch RF để truyền nhận dữ liệu ở tần số 2. Do không hỗ trợ bộ nhớ Flash nên các board sử dụng ESP8266 phải gắn thêm chip Flash bên ngoài và thường là Flash SPI để ESP8266 có thể đọc chương trình ứng dụng với chuẩn SDIO hoặc SPI. Downloaded by TOM TIT ([e-mail]) lOMoARcPSD|39605280 18 Hình 1.

Phân loại ESP8266 Hiện nay có rất nhiều Board ESP8266 trên thị trường.Dưới dây là một số Board thông dụng nhất trong thời điểm hiện tại a. Adafruit HUZZAH ESP8266 (ESP-12) Hình 1.Adafruit HUZZAH ESP8266 (ESP-12)[3] Một số đặc điểm của Board: - 1x Reset button. - 1 x User button khi khởi động module, nhấn phím này sẽ đưa chip về bootloading mode để upload firmware. Downloaded by TOM TIT ([e-mail]) lOMoARcPSD|39605280 19 - 1xRed LED có thể lập trình được ( nhấp nháy khi có tín hiệu chẳng hạn…).

- Tích hợp chuyển đổi điện áp tín hiệu từ 5V sang 3.3V cho UART và chân Reset, lý do là esp8266 chỉ chạy ở điện áp 3. - Tích hợp IC ổn áp 3. - 2 điot bảo vệ chống cấp ngược nguồn.3V logic), có thể sử dụng các giao tiếp I2C hặc SPI. - 2 x 3-6V power inputs, reset, enable, LDO-disable, 3.0[3] Một số thông số của Board: - Sử dụng chip USB-Serial CP2102.

- Lõi chip ESP-12E: xung nhịp 80MHz, Flash 8MB. - Blue LED cho GPIO16. Downloaded by TOM TIT ([e-mail]) lOMoARcPSD|39605280 20 - 2 button FLASH và RESET. Kit Wifi ESP8266 NodeMCU Lua V3 CH340 Hình 1.Node MCU V3 CH340 – kit RF thu phát wifi ESP8266[3] Kit RF thu phát Wifi ESP8266 NodeMCU Lua V3 CH340 là phiên bản NodeMCU sử dụng IC nạp giá rẻ CH340 từ Lolin với bộ xử lý trung tâm là module Wifi SoC ESP8266, kit có thiết kế dễ sử dụng và đặc biệt là có thể sử dụng trực tiếp trình biên dịch của Arduino để lập trình và nạp code.

Điều này khiến việc sử dụng và lập trình các ứng dụng trên ESP8266 trở nên rất đơn giản. Kit RF thu phát Wifi ESP8266 NodeMCU Lua V3 CH340 được dùng cho các ứng dụng cần kết nối, thu thập dữ liệu và điều khiển qua sóng Wifi, đặc biệt là các ứng dụng IoT.