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 (tomboy1@gmail.com) 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 (tomboy1@gmail.com) 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 (tomboy1@gmail.com) 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 (tomboy1@gmail.com) 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 (tomboy1@gmail.com) 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 (tomboy1@gmail.com) 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 (tomboy1@gmail.com) 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 (tomboy1@gmail.com) 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 (tomboy1@gmail.com) 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.