Chương 1: Tổng quan – Trình bày xu hướng công nghệ hiện nay, hướng nghiên cứu đề tài, mục tiêu của đề tài, đối tượng nghiên cứu, phạm vi đề tài và các giới hạn trong quá trình thực hiện. Chương 2: Cơ sở lý thuyết – Trình bày các kiến thức lý thuyết liên quan đến đề tài và các giải pháp kỹ thuật về máy lọc không khí. Chương 3: Thiết kế hệ thống - Thiết kế sơ đồ khối cho hệ thống, chi tiết từng khối trong sơ đồ, cách hoạt động của hệ thống. Chương 4: Kết quả và nhận xét - Trình bày kết quả thu được của website và mạch điện hệ thống sau khi thi công và kết quả thiết kế thực tế.
Chương 5: Kết luận và hướng phát triển - Rút ra kết luận cho đề tài, nêu ra những đóng góp của đề tài, đề xuất hướng phát triển của đề tài trong tương lai. 4 CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 TỔNG QUAN VỀ IoT 2.1 Giới thiệu về IoT IoT (Internet of Things) là một mạng lưới rộng lớn bao gồm các thiết bị được kết nối với Internet, cho phép chúng thu thập và trao đổi dữ liệu trong thời gian thực. Các thiết bị này có thể là đa dạng, từ điện thoại di động, máy tính bảng đến các thiết bị lớn hơn như ô tô, tủ lạnh, và thậm chí là đèn giao thông. IoT mở rộng khả năng kết nối đến mọi vật thể, tạo ra một mạng lưới thông tin khổng lồ.
Nhờ sự phát triển của công nghệ, IoT sẽ tiếp tục phát triển và mang lại nhiều lợi ích cho con người trong tương lai.2 Ứng dụng của IoT IoT được sử dụng rất nhiều vào trong cuộc sống và công việc, một vài ứng dụng tiêu biểu có thể được kể đến như: • Nhà thông minh: Nhà thông minh sử dụng công nghệ IoT để kết nối các thiết bị trong nhà như đèn, máy lạnh, máy giặt, hệ thống an ninh và âm thanh. Hệ thống này có thể được điều khiển từ xa thông qua điện thoại di động hoặc bằng giọng nói rất tiện lợi và thông minh • Y tế: Các thiết bị y tế có thể được kết nối để giám sát tình trạng sức khỏe bệnh nhân từ xa, gửi dữ liệu trực tiếp đến bác sĩ, theo dõi việc tuân thủ điều trị và cung cấp chăm sóc y tế cá nhân hóa. • Nông nghiệp: IoT có thể được sử dụng để giám sát và tự động hóa các quy trình trong nông nghiệp như tưới nước, kiểm soát độ ẩm, giám sát sức khỏe của cây trồng và theo dõi động vật. • Thiết bị đeo được: Đồng hồ thông minh là một trong những ứng dụng IoT phổ biến nhất trong thiết bị đeo.
Chúng có thể theo dõi các hoạt động như số bước đi, nhịp tim, giấc ngủ, và cung cấp thông báo từ điện thoại thông qua kết nối Bluetooth hoặc WiFi. 5 • Thành phố thông minh: IoT có thể được sử dụng để quản lý và tối ưu hóa các dịch vụ công cộng như chiếu sáng đường phố, quản lý rác thải, giám sát chất lượng không khí và nước 2.2 TỔNG QUAN VỀ FIREBASE 2.1 Giới thiều về Firebase Firebase là một nền tảng phát triển ứng dụng di động và web, cung cấp nhiều dịch vụ backend như cơ sở dữ liệu, xác thực, phân tích và thông báo. Điều này giúp các nhà phát triển tiết kiệm thời gian và chi phí trong quá trình phát triển ứng dụng, đồng thời tạo ra các ứng dụng an toàn, hiệu quả và chất lượng cao 2.2 Ứng dụng của Firebase Firebase là một nền tảng đa năng với nhiều ứng dụng trong việc phát triển ứng dụng di động và web. Một số ứng dụng phổ biến nhất của Firebase bao gồm [5]: • Xác thực người dùng: Firebase Authentication cung cấp các phương thức xác thực bảo mật và dễ sử dụng như email/password, Google, Facebook, Twitter, và các dịch vụ xác thực khác.
• Dịch vụ lưu trữ dữ liệu của Firebase hoạt động dựa trên đám mây, giúp người dùng lưu trữ và đồng bộ hóa dữ liệu người dùng trên các nền tảng khác nhau một cách hiệu quả. • Realtime Database: Firebase Realtime Database là một công cụ lưu trữ dữ liệu thời gian thực, cho phép bạn lưu trữ và đồng bộ hóa dữ liệu người dùng một cách ngay lập tức. • Phân tích dữ liệu: Firebase Analytics giúp bạn hiểu rõ hơn về người dùng, cách họ tương tác với ứng dụng của bạn, từ đó giúp bạn tối ưu hóa trải nghiệm người dùng.3 CÁC CHUẨN GIAO TIẾP 2.1 Chuẩn giao tiếp I2C Giao thức I2C (Inter-Integrated Circuit) là một giao thức truyền thông nối tiếp phổ biến trong vi điều khiển và các thiết bị điện tử khác. Đặc điểm của I2C là có thể kết nối một master với nhiều slave, hoặc một slave có thể được điều khiển bởi nhiều master khác nhau.
Nhờ vào tính linh hoạt này, I2C cho phép truyền dữ liệu giữa các thiết bị điện tử như vi điều khiển, cảm biến, và nhiều thiết bị khác. Giao tiếp I2C sử dụng hai đường tín hiệu để truyền dữ liệu và điều khiển: Hình 2.1: Hai đường tín hiệu giao tiếp I2C [6] • SDA (Serial Data): Dùng để trao đổi dữ liệu hai chiều giữa Master và Slave. • SCL (Serial Clock): Đảm bảo tín hiệu xung đồng bộ cho quá trình truyền dữ liệu.2 Chuẩn giao tiếp UART UART, viết tắt của Universal Asynchronous Reception and Transmission, là một phương thức truyền thông không đồng bộ và nối tiếp được sử dụng rộng rãi trong việc kết nối các thiết bị điện như vi điều khiển, máy tính, cảm biến,. thông qua hai dây tín hiệu đó là TX (Transmit) và RX (Receive).
7 Giao tiếp UART sử dụng hai đường tín hiệu để truyền dữ liệu: Hình 2.2: Hai đường tín hiệu giao tiếp UART [7] • TX (Transmit): Master gửi dữ liệu ra Slave. • RX (Receive): Slave nhận dữ liệu từ Master.4 GIỚI THIỆU VỀ PHẦN CỨNG 2.1 Arduino Mega 2560 CH340 Arduino Mega 2560 CH340 là một phiên bản cải tiến của vi điều khiển dựa trên ATMega2560. Nó cung cấp nhiều chân vào/ra và bộ nhớ lớn hơn so với các phiên bản khác của Arduino. Phiên bản sử dụng chip CH340 làm giao tiếp USB- to-Serial [8].3: Arduino Mega 2560 CH340 [8] 8 Bảng 2.1: Thông số kỹ thuật của Arduino Mega 2560 CH340 [8] Vi điều khiển ATMega2560 Điện áp hoạt động 5V Điện áp đầu vào (khuyên dùng) 7-12V Điện áp đầu vào (giới hạn) 6V-20V Số chân I/O 54 (15 chân PWM) Số chân vào tương tự (Analog Inputs) 16 Bộ nhớ Flash 256 KB SRAM 8 KB EEPROM 4 KB Tốc độ xung nhịp 16 MHz Dòng điện DC cho chân 3.3V 50 mA Dòng điện DC cho mỗi chân I/O 40 mA Arduino Mega dùng vi điều khiển ATMega2560 thuộc họ AVR.
Nó có thể thực hiện các tác vụ cơ bản như điều khiển đèn LED, đọc dữ liệu từ cảm biến, điều khiển động cơ servo, bước, hoặc DC để tạo ra chuyển động cho robot, và các nhiệm vụ tương tự.2 Tổng quan về NodeMCU ESP8266 Mạch chuyển mức tín hiệu 4 kênh là một thiết bị điện tử nhỏ gọn, được thiết kế để chuyển đổi mức điện áp của tín hiệu giữa các thiết bị có mức điện áp logic khác nhau. Với 4 kênh độc lập, mỗi kênh có khả năng chuyển đổi tín hiệu giữa hai mức điện áp phổ biến là 3. Thiết bị này hỗ trợ các giao tiếp phổ biến như I2C, UART và SPI, mở ra nhiều cơ hội ứng dụng với đa dạng các thiết bị điện tử [9].4: Module thu phát Wifi NodeMCU ESP8266 [9] 9 Bảng 2.2: Thông số kỹ thuật của NodeMCU ESP8266 [9] Vi điều khiển Chip ESP8266 (CPU Tensilica Xtensa LX106 32-bit) Điện áp hoạt động 3.6V Điện áp đầu vào 3.6V Dòng điện DC cho mỗi chân I/O 20 mA Dòng điện DC cho chân 3.3V 300 mA Bộ nhớ Flash 4MB RAM 80KB Tốc độ xung nhịp tối đa 160 MHz Chân I/O kỹ thuật số 17 chân GPIO (General Purpose Input/Output) Chân đầu vào Analog 1 chân analog (A0) Kết nối Wi-Fi 802.11 b/g/n , Giao tiếp UART, SPI, I2C Kích thước 38mm x 25mm 2.3 Mạch chuyển mức tín hiệu 4 kênh 3.3V/5V I2C UART SPI Mạch chuyển mức tín hiệu 4 kênh là một thiết bị điện tử nhỏ gọn được sử dụng để chuyển đổi mức điện áp của tín hiệu giữa các thiết bị có mức điện áp logic khác nhau. Mạch có 4 kênh riêng biệt, mỗi kênh có thể chuyển đổi tín hiệu giữa hai mức điện áp 3.
Mạch này hỗ trợ các giao tiếp I2C, UART và SPI, cho phép nó được sử dụng với nhiều loại thiết bị khác nhau [10].5: Mạch chuyển mức tín hiệu 4 kênh [10] 10 Thống số kỹ thuật [10]: • Nguồn cấp: o Bên HV (thiết bị điện áp cao): 5V o Bên LV (thiết bị điện áp thấp): 3.3V • Dòng max: 150mA (tổng 4 kênh) 2.4 Module đo Thời Gian Thực RTC DS3231 Module thời gian thực RTC DS3231 là một linh kiện đồng hồ thời gian được biết đến với độ chính xác cao. Thường được tích hợp vào các thiết bị điện tử có yêu cầu cao về độ chính xác thời gian. Sử dụng tinh thể thạch anh, nó duy trì độ chính xác ngay cả khi mất nguồn điện. Module này cung cấp thông tin về thời gian và ngày tháng, bao gồm cả giờ, phút, giây, ngày, thứ, tháng và năm.
Nó hoạt động ở cả chế độ 24 giờ và 12 giờ AM-PM. Đặc biệt, module này có tính năng báo động và cài đặt thời gian báo và lịch. Giao tiếp với IC thông qua I2C, và có tính năng tự động chuyển nguồn khi phát hiện lỗi. Có thêm cảm biến nhiệt độ tích hợp với độ chính xác cao (± 3°C) [11].6: Module RTC DS3231 [11] Bảng 2.3: Thông số kỹ thuật DS3231 [11] Điện áp hoạt động 3.3~5VDC Sử dụng giao tiếp I2C Thông tin thời gian giờ, phút, giây, ngày, thứ, tháng, năm, đến năm 2100.
Kèm thêm pin sạc được CR2032 Kèm thêm memory IC AT24C32 (32K bits) 11 2.5 Bộ tạo ion âm MS-FA7000 Bộ tạo ion âm MS-FA7000 là thiết bị được sử dụng để tạo ra các ion âm trong không khí. Ion âm là những nguyên tử hoặc phân tử mang điện tích âm, có khả năng làm sạch không khí, khử mùi, khử trùng và cải thiện sức khỏe.7: Bộ tạo ion âm MS-FA7000 [12] Tính năng: Làm sạch không khí, khử mùi, khử khói, khử bụi, khử độc, khử trùng không khí trong phòng [12].4: Thông số kỹ thuật bộ tạo ion âm MS-FA7000 [12] Điện áp đầu vào 12V Công suất 1W Lưu lượng không khí 1000m³/h Diện tích sử dụng 20-30 m² Nồng độ Ozon < 0.05 PPM Nồng độ Ion âm > 70 triệu ion/cm³ Số râu 10 râu Nguyên lý hoạt động: Bộ tạo ion âm MS-FA7000 sử dụng kim loại phát ra điện áp cao để ion hóa các phân tử không khí, tạo ra các ion âm.