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. Chương này trình bày các lý thuyết quan trọng có liên quan mà đề tài sẽ dùng để thực hiện thiết kế và thi công. • Chương 3: Thiết Kế và Tính Toán Chương này giới thiệu tổng quan về các yêu cầu của đề tài về thiết kế và các tính toán liên quan đến đề tài. • Chương 4: Thi Công Hệ Thống Chương này sẽ nêu lên tóm tắt quá trình thực hiện và hoàn thành hệ thống thiết kế.
Lắp ráp và kiểm tra mạch. • Chương 5: Kết Quả, Nhận Xét và Đánh Giá Chương này trình bày kết quả cuối cùng của đề tài. Từ đó rút ra nhận xét và đánh giá. • Chương 6: Kết Luận và Hướng Phát Triển Chương này sẽ đưa ra kết luận về tổng quan mô hình đã hoàn hành so với mục tiêu ban đầu đề ra, đồng thời đưa ra hướng phát triển cho đề tài.
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 3 do an CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT Chương 2.1 GIỚI THIỆU VỀ MẠNG LORA LoRa (Long Range Radio) được nghiên cứu và phát triển bởi Cycleo và sau này được mua lại bởi công ty Semtech năm 2012 là một công nghệ truyền thông dữ liệu không dây được phát triển để cho phép truyền tốc độ dữ liệu thấp trên một khoảng cách lớn. LoRa hướng tới các kết nối thiết bị với nhau ở khoảng cách lớn. Nó có thể hỗ trợ liên lạc ở khoảng cách lên tới 15 – 20 km, với hàng triệu node mạng.
Nó có thể hoạt động trên băng tần không phải cấp phép, với tốc độ thấp từ 0,3kbps đến khoảng 30kbps. Với đặc tính này, mạng LoRa phù hợp với các thiết bị thông minh trao đổi dữ liệu ở mức thấp nhưng duy trì trong một thời gian dài. Thực tế các thiết bị LoRa có thể duy trì kết nối và chia sẻ dữ liệu trong thời gian lên đến 10 năm chỉ với năng lượng pin.[3] Một mạng LoRa có thể cung cấp vùng phù sóng tương tự như của một mạng di động. Trong một số trường hợp, các ăng-ten Lora có thể được kết hợp với ăng-ten di động khi các tần số là gần nhau, do đó giúp tiết kiệm đáng kể chi phí.
Công nghệ không dây LoRa được đánh giá là lý tưởng để sử dụng trong một loạt các ứng dụng, bao gồm: định lượng thông minh, theo dõi hàng tồn kho, giám sát dữ liệu của máy bán hàng tự động, ngành công nghiệp ô tô, các ứng dụng tiện ích và trong bất cứ lĩnh vực nào mà cần báo cáo và kiểm soát dữ liệu. Cấu tạo mạng Lora BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 4 do an CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT ➢ Trong 1 mạng LoRaWan sẽ có 2 loại thiết bị: • Device node: là các thiết bị cảm biến, hoặc các thiết bị giám sát được lắp đặt tại các vị trí làm việc ở xa để lấy và gửi dữ liệu về các thiết bị trung tâm. Có 3 loại device node là Class A, Class B và Class C • Gateway: là các thiết bị trung tâm sẽ thu thập dữ liệu từ các device node và gửi lên 1 server trung tâm để xử lý dữ liệu.
Các thiết bị Gateway thường sẽ được đặt tại 1 vị trí có nguồn cung cấp và có các kết nối network như Wifi, LAN, GSM để có thể gửi dữ liệu lên server 2.2 GIỚI THIỆU PHẦN CỨNG 2.1 Module thu phát RF UART Lora SX1278 Mạch thu phát RF UART Lora SX1278 433Mhz 3000m sử dụng chip SX1278 của nhà sản xuất SEMTECH chuẩn giao tiếp LORA (Long Range), chuẩn LORA mang đến hai yếu tố quan trọng là tiết kiệm năng lượng và khoảng cách phát siêu xa ( Ultimate long range wireless solution), ngoài ra nó còn có khả năng cấu hình để tạo thành mạng nên hiện tại được phát triển và sử dụng rất nhiều trong các nghiên cứu về IoT. Module được tích hợp phần chuyển đổi giao tiếp SPI của SX1278 sang UART giúp việc giao tiếp và sử dụng rất dễ dàng, chỉ cần kết nối với Software của hãng để cấu hình địa chỉ , tốc độ và công suất truyền là có thể sử dụng (cần mua thêm mạch chuyển USB-UART để kết nối máy tính). Module E32-TTL-100 RF BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 5 do an CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT ➢ Thông số kỷ thuật - Model: E32-TTL-100 RF - IC chính: SX1278 từ SEMTECH.
- Điện áp hoạt đông: 2.5 VDC - Điện áp giao tiếp: TTL – 3.3VDC - Giao tiếp UART Data bits 8, Stop bits 1, Parity none, tốc độ từ 1200 – 115200 baud - Tần số: 410 – 441Mhz - Công suất: 20dbm (100mW) - Khoảng cách truyền tối đa trong điều kiện lý tưởng: 3000m - Tốc độ truyền: 0.2 Kbps (mặc định 2.4 Kbps) - 512bytes bộ đệm. - Hỗ trợ 65536 địa chỉ cấu hình. - Kích thước: 21x36mm. ➢ Các chế độ làm việc Mode M1 M0 Mô tả Ghi chú Cổng Serial và chế độ truyền không Module nhận phải ở Mode 0 0 0 dây được bật để truyền và nhận dữ chế độ 0 hoặc chế (Nomal) độ 1 liệu Hoạt động giống như Mode 0 Module nhận có Mosde 1 nhưng Module gửi sẽ gửi kèm một 1 0 thể ở chế độ bất (Wake-up) mã để đánh thức các Module đang kỳ hoạt động ở Mode 2 Module truyền Cổng Serial đóng, chế độ truyền phải Mode 2 không dây sẽ ở trạng thái đánh hoạt động ở Mode (Power 0 1 thức.
Cổng Serial sẽ mở và truyền 1 saving) dữ liệu sau khi nhận được dữ liệu và không được đánh thức. hoạt động ở Mode 2 Mode 3 1 1 Chế độ cấu hình cho Module (Sleep) Bảng 2.1 Các chế độ làm việc của module thu phát RF UART Lora SX1278 BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 6 do an CHƯƠNG 2.2 Vi điều khiển a. Board Arduino Uno Arduino là một nền tảng mã nguồn mở được sử dụng để xây dựng các ứng dụng điện tử tương tác với nhau hoặc với môi trường được thuận lợi hơn. Arduino giống như một máy tính nhỏ để người dùng có thể lập trình và thực hiện các dự án điện tử mà không cần phải có các công cụ chuyên biệt để phục vụ việc nạp code.
Sau khi tham khảo về các dòng vi điều khiển như PIC, STM, ARM… nhóm quyết định chọn Arduino để thực hiện đề tài một phần vì Arduino có giá thành rẻ và phổ biến trên thị trường Việt Nam, mặc khác cộng động sử dụng arduino rất lớn nên sẽ giúp chúng ta dễ dàng hơn trong quá trình tìm kiếm tài liệu tham khảo. Ảnh minh họa arduino Uno Arduino UNO là một board mạch vi điều khiển tích hợp sẵn các hệ thống như thạch anh, mạch nạp code, các IC, tụ cần thiết… giúp chúng ta dễ dàng sử dụng và lập trình. Arduino UNO có thể được cấp nguồn 5V thông qua cổng USB hoặc cấp nguồn ngoài với điện áp khuyên dùng là 7-12V DC và giới hạn là 6-20V. ➢ Thông số kỹ thuật: - Vi điều khiển: ATmega328P - Điện áp hoạt động: 5V - Điện áp vào khuyên dùng: 7-12V - Điện áp vào giới hạn: 6-20V BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 7 do an CHƯƠNG 2.
CƠ SỞ LÝ THUYẾT - Digital I/O pins: 14 (trong đó 6 chân PWM) - Analog Input Pins: 6 - Cường độ dòng điện trên mỗi I/O pin: 30 mA - Cường độ dòng điện trên mỗi 3.3V pin: 50 mA - Flash Memory: 32 KB (0.5 KB được sử dụng bởi bootloader) - SRAM:2 KB (ATmega328P) - EEPROM:1 KB (ATmega328P) - Tần số: 16 MHz - Chiều dài:68.6 mm - Chiều rộng:53. Board Arduino Nano Board Arduino Nano 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.
Arduino Nano Arduino Nano được kết nối với máy tính qua cổng Mini - B USB và sử dụng chip CH340 để chuyển đổi USB sang UART thay vì dùng chip ATmega16U2 để giả lập cổng COM như trên Arduino Uno hay Arduino Mega, nhờ vậy giá thành sản phẩm được giảm mà vẫn giữ nguyên được tính năng, giúp Arduino giao tiếp được với máy BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 8 do an CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT tính, từ đó thực hiện việc lập trình. ➢ Thông số kỷ thuật - Vi điều khiển: ATmega328P - Điện áp hoạt động: 5V - Tần số hoạt động: 16 MHz - Điện áp đầu vào: 7V - 12V DC - Điện áp vào giới hạn: 6-20V DC - Số chân Digital I/O: 14 (6 chân hardware PWM) - Số chân Analog: 8 - Bộ nhớ flash 32 KB (ATmega328) với 2KB dùng bởi bootloader - SRAM 2 KB (ATmega328) - EEPROM 1 KB (ATmega328) - Kích thước board: 0,73 x 1,70 (Inch) c. Board Wifi ESP32 NodeMCU ESP32-WROOM Node MCU (Microcontroller unit) là một board mạch vi điều khiển tích hợp thu nhỏ với nhiều tính năng cải tiến hơn các module dòng ESP8266 khi hỗ trợ thêm các tính năng Bluetooth và Bluetooth Low Energy (BLE) bên cạnh tính năng WiFi.
Sản phẩm sử dụng chip ESP32-WROOM với 2 CPU có thể được điều khiển độc lập với tần số xung clock lên đến 240 MHz. Module hỗ trợ các chuẩn giao tiếp SPI, UART, I2C và I2S và có khả năng kết nối với nhiều ngoại vi như các cảm biến, các bộ khuếch đại… Sau khi so sánh giữa các dòng Esp phổ biến hiện hay, ESP8266 và ESP32- WROOM là hai sự lựa chọn phù hợp nhất vì chúng có giá thành hợp lý và đều đáp ứng được các tính năng cần thiết của đề tài, nhưng vì ESP8266 chỉ hỗ trợ một cổng UART, trong khi ESP32 hỗ trợ ba cổng, nên nhóm quyết định chọn ESP32 để thi công đề tài. BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 9 do an CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT Hình 2.
Module wifi Esp32 WROOM ➢ Thông số kĩ thuật - IC chính: Wifi BLE SoC ESP32 ESP-WROOM-32 - Điện áp sử dụng: 2.6VDC - Dòng điện sử dụng: ~90mA. - Nhân xử lý trung tâm: ESP32-D0WDQ6 Dual-core low power Xtensa® 32- bit LX6 microprocessors. - ROM: 448KBytes - SRAM: 520 KBytes - 8 KBytes SRAM in RTC SLOW - 8 KBytes SRAM in RTC FAST - 1 Kbit of EFUSE, 256 bits MAC - WiFi: 802.11n up to 150 Mbps) - Bluetooth v4.2 BR/EDR and BLE specification - Wi-Fi mode Station/softAP/SoftAP+station/P2P - Security WPA/WPA2/WPA2-Enterprise/WPS - Encryption AES/RSA/ECC/SHA - IPv4, IPv6, SSL, TCP/UDP/HTTP/FTP/MQTT - Interfaces: SD-card, UART, SPI, SDIO, I2C, LED PWM, Motor PWM, I2S , IR, GPIO, capacitive touch sensor, ADC, DAC, Hall sensor, temperature sensor - Kích thước: 18 x 25.