Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Trong bối cảnh xã hội hiện đại, đặc biệt tại các đô thị lớn, các bậc phụ huynh thường đối mặt với áp lực cân bằng giữa công việc chuyên môn và việc chăm sóc con nhỏ. Giấc ngủ của trẻ sơ sinh và trẻ nhỏ dưới 5 tuổi đóng vai trò quan trọng đối với sự phát triển thể chất và tinh thần, đòi hỏi quá trình đưa võng phải duy trì nhịp độ ổn định, êm ái, kết hợp lời ru để trẻ dễ đi vào giấc ngủ. Việc đưa võng thủ công tốn nhiều thời gian và công sức, trong khi các loại nôi và võng máy tự động hiện có trên thị trường tồn tại nhiều hạn chế:

  • Chỉ cho phép điều chỉnh tốc độ hoặc bật tắt thông qua hệ thống nút bấm vật lý cơ khí trực tiếp trên thân máy, chưa hỗ trợ điều khiển từ xa.
  • Thiếu tính năng giám sát hình ảnh, khiến phụ huynh không thể theo dõi trạng thái của trẻ khi đang làm việc ở không gian khác.
  • Sử dụng trực tiếp nguồn điện lưới sinh hoạt trong gia đình mà thiếu giải pháp nguồn dự phòng an toàn, tiềm ẩn rủi ro về điện.

Trước thực trạng đó, đề tài "Thiết kế và thi công hệ thống điều khiển và giám sát võng cho trẻ em" được thực hiện bởi nhóm tác giả Võ Lê Công Hậu và Hà Gia Kính, dưới sự hướng dẫn của ThS. Nguyễn Văn Hiệp tại Bộ môn Điện tử Công nghiệp – Y sinh, Khoa Điện – Điện tử, Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh. Đề tài tập trung ứng dụng công nghệ Internet vạn vật (IoT), kết hợp vi điều khiển và ứng dụng di động nhằm tối ưu hóa quy trình chăm sóc trẻ nhỏ.

Mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu cụ thể của đề tài bao gồm:

  1. Thiết kế và thi công hệ thống đưa võng tự động có khả năng điều chỉnh tốc độ cơ cấu chấp hành.
  2. Xây dựng tính năng điều chỉnh tốc độ bằng tay từ xa thông qua ứng dụng trên điện thoại thông minh (Smartphone).
  3. Thiết lập chế độ hẹn giờ tự động ngừng đưa võng theo nhu cầu sử dụng.
  4. Tích hợp camera quan sát nhằm truyền phát và giám sát hình ảnh trực tiếp của trẻ trên điện thoại.
  5. Thiết kế khối phát âm thanh cho phép phát các bài nhạc ru ngủ được chọn lọc.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

  • Đối tượng nghiên cứu: Hệ thống điều khiển, giám sát võng tự động và đối tượng thụ hưởng là trẻ em dưới 5 tuổi với thể trạng cân nặng trung bình $\le 30\text{ kg}$.
  • Phạm vi không gian và công nghệ: Ứng dụng điều khiển vận hành trên hệ điều hành Android; truyền nhận dữ liệu thông qua mạng Wi-Fi và nền tảng đám mây; hệ thống camera truyền luồng video qua giao thức mạng nội bộ/Internet; thiết bị vận hành trong môi trường có phủ sóng mạng Wi-Fi ổn định.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu được xây dựng dựa trên sự tích hợp giữa các nguyên lý cơ điện tử, truyền thông không dây và kiến trúc cơ sở dữ liệu thời gian thực:

1. Nguyên lý điều khiển động cơ DC bằng điều chế độ rộng xung (PWM)

Động cơ giảm tốc DC được lựa chọn nhờ ưu điểm mô-men xoắn lớn sau khi qua hộp số giảm tốc, đáp ứng tải trọng rung lắc của võng. Nhóm nghiên cứu sử dụng kỹ thuật điều chế độ rộng xung (Pulse Width Modulation - PWM) để điều chỉnh điện áp trung bình đặt lên động cơ mà không làm thay đổi tần số công tác:

$$\text{Hệ số chu kỳ (Duty Cycle)} = \frac{\text{Độ rộng xung}}{\text{Chu kỳ xung}} \times 100%$$

$$\text{Điện áp trung bình } (U_{tb}) = \frac{\text{Độ rộng xung}}{\text{Chu kỳ xung}} \times U_{max}$$

Bằng cách điều chỉnh hệ số chu kỳ thông qua vi điều khiển, hệ thống làm thay đổi điện áp cấp cho động cơ DC qua mạch cầu H, từ đó thay đổi tốc độ đung đưa của võng một cách liên tục và mượt mà.

2. Chuẩn truyền thông Wi-Fi IEEE 802.11

Hệ thống sử dụng sóng vô tuyến không dây băng tần $2.4\text{ GHz}$ để truyền nhận lệnh điều khiển giữa thiết bị di động, cơ sở dữ liệu và mạch chấp hành.

Chuẩn Wi-Fi Năm phát hành Tần số Tốc độ tối đa Phạm vi trong nhà Phạm vi ngoài trời
802.11 1997 $2.4\text{ GHz}$ $2\text{ Mbps}$ Giới hạn Giới hạn
802.11b 1999 $2.4\text{ GHz}$ $11\text{ Mbps}$ $100\text{ ft}$ $400\text{ ft}$
802.11a 1999 $5.0\text{ GHz}$ $54\text{ Mbps}$ $100\text{ ft}$ $450\text{ ft}$
802.11g 2003 $2.4\text{ GHz}$ $54\text{ Mbps}$ $125\text{ ft}$ $450\text{ ft}$
802.11n 2009 $2.4 / 5.0\text{ GHz}$ $600\text{ Mbps}$ $225\text{ ft}$ $825\text{ ft}$
802.11ac 2013 $5.0\text{ GHz}$ $1300\text{ Mbps}$ $90\text{ ft}$ $1000\text{ ft}$

3. Cơ sở dữ liệu trực tuyến Firebase Realtime Database

Hệ thống sử dụng dịch vụ đám mây Firebase của Google với mô hình cơ sở dữ liệu NoSQL cấu trúc dạng cây JSON (tree data format). Cơ chế đồng bộ dữ liệu thời gian thực (Realtime Synchronization) cho phép phản ánh các thay đổi trạng thái (Key-Value) giữa thiết bị di động và mạch điều khiển trong khoảng thời gian mili-giây, hỗ trợ lưu trữ tạm thời trên bộ nhớ đệm (offline cache) khi ngắt kết nối tạm thời.

4. Nền tảng hệ điều hành Android

Ứng dụng điều khiển được xây dựng trên nền tảng hệ điều hành Android mã nguồn mở (nhân Linux, quản lý qua giấy phép Apache), tương thích với hầu hết các thiết bị di động thông minh phổ biến.

Thiết kế và triển khai hệ thống

Hệ thống được thiết kế theo cấu trúc module hóa phân tầng, đảm bảo sự tách biệt giữa xử lý logic, chấp hành công suất, truyền thông và hiển thị giám sát:

[ Khối nguồn (12VDC Adapter / Pin Lithium 12V + Hạ áp XL4005 5V) ]

1. Thiết kế phần cứng và lựa chọn linh kiện

  • Khối xử lý trung tâm: Sử dụng Kit phát triển NodeMCU ESP8266 tích hợp Wi-Fi SoC, vi xử lý 32-bit, chip nạp USB-UART CP2102, 9 chân vào/ra số (GPIO) và 1 chân chuyển đổi tương tự - số (ADC).
    • Chân $D1, D2, D0$ kết nối với các chân $TX, RX, BUSY$ của khối phát nhạc.
    • Chân $D5, D6$ xuất xung PWM và tín hiệu chiều đến chân $IN1, ENA$ của khối công suất động cơ.
    • Chân $D7, D8$ kết nối nút nhấn vật lý tăng/giảm tốc độ tại chỗ.
    • Chân $RST$ kết nối nút nhấn tái khởi động hệ thống.
    • Chân $SD3$ xuất tín hiệu cảnh báo ra đèn LED khi pin yếu.
    • Chân $ADC$ kết nối mạch phân áp biến trở $10\text{ k}\Omega$ (tỷ lệ chia 6:1) để giám sát điện áp nguồn pin $12\text{ V}$ (đưa về dải đo an toàn $0-2\text{ V}$).
  • Khối điều khiển động cơ: Module mạch cầu H L298 (L298 Dual Full Bridge Driver) có dải điện áp làm việc $5 - 30\text{ VDC}$, dòng tải liên tục $2\text{ A}$ mỗi cầu, điều khiển trực tiếp động cơ DC đưa võng công suất xấp xỉ $3\text{ W}$.
  • Khối phát âm thanh: Module DFPlayer Mini (DFR0299) tích hợp bộ giải mã phần cứng MP3/WAV 24-bit, hỗ trợ định dạng thẻ nhớ TF lên tới $32\text{ GB}$ (FAT16/FAT32), kết nối trực tiếp với loa công suất $3\text{ W}$, trở kháng $4\ \Omega$.
  • Khối Camera giám sát: Sử dụng module ESP32-CAM hoạt động độc lập nhằm giảm tải xử lý cho khối trung tâm. Module tích hợp vi xử lý ESP32, bộ nhớ 520 KB SRAM + 4 MB PSRAM, cảm biến hình ảnh OV2640, hỗ trợ phát luồng video JPEG trực tiếp qua Wi-Fi.
  • Khối nguồn và tính toán công suất: Hệ thống sử dụng nguồn đầu vào kép gồm Adapter $12\text{ VDC} - 2\text{ A}$ từ điện lưới và bộ pin dự phòng Lithium $12\text{ V} - 6800\text{ mAh}$. Mạch hạ áp xung DC-DC XL4005 chuyển đổi từ nguồn $12\text{ V}$ xuống $5\text{ V} - 5\text{ A}$ để cấp cho các mạch số và vi điều khiển.
Nhóm tải Linh kiện / Thiết bị Điện áp định mức Dòng tiêu thụ cực đại Công suất tiêu thụ
Nguồn 12V Động cơ DC đưa võng $12\text{ V}$ $0.250\text{ A}$ $3.00\text{ W}$
Mạch điều khiển động cơ L298 $12\text{ V}$ $0.050\text{ A}$ $0.60\text{ W}$
Cộng nhóm 12V $0.300\text{ A}$ $3.60\text{ W}$
Nguồn 5V Kit NodeMCU ESP8266 $5\text{ V}$ $0.100\text{ A}$ $0.50\text{ W}$
Module DFPlayer + Loa 3W ($4\ \Omega$) $5\text{ V}$ $0.966\text{ A}$ $4.83\text{ W}$
Module ESP32-CAM (Bật đèn Flash) $5\text{ V}$ $0.310\text{ A}$ $1.55\text{ W}$
Cộng nhóm 5V $1.376\text{ A}$ $6.88\text{ W}$
Tổng toàn tải (Tổng công suất hệ thống) — — $10.48\text{ W}$

2. Xây dựng phần mềm và thuật toán điều khiển

  • Lập trình vi điều khiển: Thực hiện trên môi trường Arduino IDE, bao gồm thuật toán xử lý ngắt kiểm tra nút nhấn, giao tiếp UART không đồng bộ với DFPlayer, khởi tạo kết nối Wi-Fi, lắng nghe và cập nhật giá trị biến trên Firebase Realtime Database.
  • Ứng dụng di động (App Android): Gồm màn hình xác thực đăng nhập, giao diện điều khiển tốc độ (thanh trượt hoặc các mức số), bộ hẹn giờ đếm ngược tắt động cơ, giao diện chọn danh sách bài hát ru và màn hình nhúng luồng dữ liệu hình ảnh trực tiếp từ địa chỉ IP của ESP32-CAM.

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Tổng quan

Chương 1 làm rõ sự cần thiết của đề tài xuất phát từ nhu cầu thực tiễn chăm sóc trẻ nhỏ trong các gia đình hiện đại. Tác giả phân tích các hạn chế của những dòng sản phẩm nôi, võng tự động hiện hữu trên thị trường. Từ đó, chương xác định mục tiêu thiết kế một hệ thống tích hợp đa tính năng (đưa võng, hẹn giờ, phát nhạc, giám sát video qua Internet); xác lập các phạm vi kỹ thuật (hệ điều hành Android, tải trọng tối đa $30\text{ kg}$, hoạt động trong vùng phủ sóng Wi-Fi) và phác thảo bố cục tổng thể gồm 6 chương của đồ án.

Chương 2: Cơ sở lý thuyết

Chương này cung cấp hệ thống kiến thức nền tảng và khảo cứu các giải pháp kỹ thuật liên quan:

  • Phân tích và so sánh ba nhóm võng trẻ em: võng truyền thống, võng tự động cơ học và võng tự động cải tiến.
  • Trình bày cơ sở toán học và nguyên lý điều khiển tốc độ động cơ DC bằng phương pháp điều chế độ rộng xung (PWM).
  • Khảo cứu nguyên lý mạng không dây và bảng thông số kỹ thuật chi tiết của các chuẩn Wi-Fi $802.11\text{a/b/g/n/ac}$.
  • Giới thiệu tổng quan về hệ điều hành Android và cơ sở dữ liệu thời gian thực Google Firebase Realtime Database với mô hình dữ liệu dạng nhánh cây JSON (Key-Value).

Chương 3: Tính toán và thiết kế

Chương 3 trình bày chi tiết quá trình tính toán, thiết kế hệ thống từ sơ đồ khối đến sơ đồ nguyên lý mạch điện:

  • Phân tích chức năng từng khối: khối xử lý trung tâm (NodeMCU ESP8266), khối công suất động cơ (L298), khối phát nhạc (DFPlayer Mini DFR0299), khối camera (ESP32-CAM) và khối nguồn.
  • Tính toán chi tiết các thông số điện: xác định dòng tiêu thụ của động cơ DC $12\text{ V} - 3\text{ W}$ ($I = 0.25\text{ A}$), dòng âm thanh của loa $3\text{ W} - 4\ \Omega$ ($I = 0.866\text{ A}$), tổng dòng tiêu thụ nguồn $5\text{ V}$ ($1.376\text{ A}$), tổng dòng nguồn $12\text{ V}$ ($0.3\text{ A}$) và tổng công suất toàn hệ thống ($10.48\text{ W}$).
  • Thiết kế mạch phân áp đo điện áp ADC và mạch nút nhấn chống ngắn mạch sử dụng điện trở $10\text{ k}\Omega$.
  • Thiết kế cấu trúc cơ sở dữ liệu trên Firebase và bố cục giao diện người dùng trên ứng dụng Android.

Chương 4: Thi công hệ thống

Chương 4 mô tả toàn bộ quy trình chế tạo phần cứng, lắp ráp cơ khí và lập trình hệ thống:

  • Thiết kế mạch in PCB (lớp dưới và bố trí linh kiện) cho bo mạch điều khiển chính.
  • Thi công đóng gói mạch điều khiển, mạch nguồn, pin dự phòng và module ESP32-CAM vào hộp bảo vệ chuyên dụng gắn trên khung võng thực tế có kích thước tiêu chuẩn (Dài $160 - 180\text{ cm}$, Rộng $50\text{ cm}$, Cao $60\text{ cm}$).
  • Xây dựng lưu đồ giải thuật và viết mã nguồn: chương trình chính, chương trình con chờ Reset, chương trình kiểm tra nút nhấn, chương trình điều khiển PWM động cơ, chương trình phát nhạc UART, chương trình truyền hình ảnh trên ESP32-CAM và lưu đồ hoạt động của ứng dụng di động.
  • Biên soạn tài liệu hướng dẫn sử dụng và quy trình vận hành hệ thống qua các bước cấu hình Wi-Fi, đăng nhập ứng dụng và điều khiển thiết bị.

Chương 5: Kết quả, nhận xét và đánh giá

Chương 5 công bố các kết quả thực nghiệm thu được sau khi lắp ráp hoàn thiện mô hình:

  • Hệ thống phần cứng hoạt động ổn định, kết nối thông suốt với mạng Wi-Fi và cơ sở dữ liệu Firebase.
  • Ứng dụng Android thực hiện chính xác các lệnh điều khiển: thay đổi tốc độ động cơ theo nhiều mức thông qua PWM, thực hiện chức năng hẹn giờ tắt tự động, phát danh mục các bài hát ru từ thẻ nhớ và hiển thị hình ảnh camera trực tuyến mượt mà.
  • Mạch cảnh báo pin yếu kích hoạt chính xác khi điện áp bộ pin sụt giảm dưới ngưỡng cho phép.

Chương 6: Kết luận và hướng phát triển

Chương 6 tổng kết các mục tiêu đã hoàn thành của đồ án trong việc chế tạo thành công một thiết bị chăm sóc trẻ em tự động, an toàn và tiện ích. Đồng thời, tác giả đề xuất các hướng mở rộng kỹ thuật nhằm hoàn thiện sản phẩm thương mại trong tương lai.

Kết quả và đóng góp

1. Kết quả thực nghiệm cụ thể

  • Chế tạo hoàn chỉnh mô hình phần cứng: Thi công thành công bo mạch điều khiển chính tích hợp NodeMCU ESP8266, mạch công suất L298, module phát nhạc DFPlayer Mini cùng mạch hạ áp XL4005 và hộp camera ESP32-CAM độc lập. Hệ thống được đóng gói gọn gàng, lắp đặt hoàn chỉnh trên khung võng kích thước $160-180 \times 50 \times 60\text{ cm}$.
  • Vận hành chính xác các chức năng điều khiển:
    • Điều khiển tốc độ động cơ DC đưa võng qua xung PWM từ ứng dụng điện thoại hoặc qua nút bấm vật lý trên hộp điều khiển.
    • Thiết lập chế độ hẹn giờ tự động ngừng đưa võng, giúp tối ưu hóa thời gian ngủ của trẻ mà không cần sự can thiệp liên tục của phụ huynh.
    • Phát các tệp âm thanh ru ngủ định dạng MP3 từ thẻ nhớ với chất lượng âm thanh rõ ràng qua loa công suất $3\text{ W}$.
    • Truyền phát tín hiệu hình ảnh trực tiếp từ camera ESP32-CAM về ứng dụng Android trong phạm vi mạng kết nối.
    • Giám sát điện áp nguồn pin dự phòng $12\text{ V} - 6800\text{ mAh}$ qua chân ADC và phát tín hiệu cảnh báo qua đèn LED trạng thái khi điện áp sụt giảm.
  • Thông số công suất tối ưu: Toàn bộ hệ thống tiêu thụ tổng công suất thiết kế khoảng $10.48\text{ W}$, đảm bảo tính tiết kiệm năng lượng và độ an toàn nhiệt khi hoạt động liên tục trong môi trường gia đình.

2. Đóng góp kỹ thuật và giá trị thực tiễn

So với các nghiên cứu và sản phẩm võng tự động truyền thống trên thị trường, đồ án mang lại các cải tiến kỹ thuật cụ thể:

  • Chuyển đổi phương thức điều khiển từ các nút bấm cơ khí cố định sang cơ chế điều khiển từ xa đa phương thức thông qua ứng dụng di động kết nối Internet/Wi-Fi.
  • Tích hợp tính năng giám sát thị giác (camera không dây) và thính giác (máy phát nhạc ru ngủ) vào cùng một hệ thống quản lý duy nhất.
  • Nâng cao mức độ an toàn cho trẻ nhỏ nhờ sử dụng nguồn cấp pin độc lập $12\text{ VDC}$ có mạch giám sát điện áp, giảm thiểu nguy cơ tiếp xúc trực tiếp với nguồn điện xoay chiều $220\text{ VAC}$.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

1. Hạn chế của hệ thống

  • Phụ thuộc vào chất lượng mạng không dây: Tốc độ phản hồi lệnh điều khiển và độ trễ của luồng video camera phụ thuộc lớn vào độ ổn định và băng thông của mạng Wi-Fi tại gia đình.
  • Giới hạn nền tảng phần mềm: Ứng dụng điều khiển mới chỉ được phát triển và chạy thử nghiệm trên hệ điều hành Android, chưa hỗ trợ người dùng hệ điều hành iOS.
  • Giới hạn tải trọng cơ khí: Khung cơ khí và hệ thống truyền động hiện hành được tính toán chịu tải trọng tối đa $30\text{ kg}$, chỉ phù hợp cho trẻ dưới 5 tuổi.

2. Hướng nghiên cứu và phát triển tiếp

  • Nâng cấp kết cấu cơ khí và công suất động cơ nhằm tăng khả năng chịu tải trọng lớn hơn, vận hành êm ái hơn.
  • Phát triển ứng dụng điều khiển đa nền tảng (hỗ trợ thêm hệ điều hành iOS và giao diện web).
  • Tích hợp thêm các cảm biến sinh thái và an toàn y sinh như cảm biến phát hiện tiếng khóc của trẻ để tự động kích hoạt chế độ đưa võng và phát nhạc ru, cảm biến đo nhiệt độ - độ ẩm môi trường xung quanh võng.
  • Tối ưu hóa thuật toán nén và truyền luồng video trên ESP32-CAM để giảm độ trễ khi quan sát qua mạng Internet ngoài vùng mạng nội bộ.

Giá trị tham khảo

Đồ án là tài liệu tham khảo có giá trị kỹ thuật cao cho sinh viên, học viên và kỹ sư thuộc các chuyên ngành Kỹ thuật Điện tử, Kỹ thuật Truyền thông, Kỹ thuật Máy tính, Điện tử Công nghiệp – Y sinh và Kỹ thuật IoT:

  • Tham khảo về thiết kế phần cứng nhúng: Cung cấp giải pháp mẫu hoàn chỉnh về tính toán phụ tải, thiết kế mạch phân áp, điều khiển công suất động cơ bằng PWM qua cầu H và phối ghép các module chức năng (ESP8266, ESP32-CAM, DFPlayer).
  • Tham khảo về kiến trúc hệ thống IoT: Tài liệu trình bày rõ nét phương thức kết nối vi điều khiển với cơ sở dữ liệu thời gian thực Firebase Realtime Database và cách thức đồng bộ dữ liệu giữa thiết bị nhúng và ứng dụng di động Android.
  • Quy trình thi công thực tế: Bản vẽ PCB, sơ đồ đấu nối dây, phương pháp đóng gói thiết bị và lưu đồ thuật toán chi tiết là tài liệu thực hành hữu ích cho các dự án phát triển thiết bị gia dụng thông minh (Smart Home).

Câu hỏi thường gặp

1. Vi điều khiển nào được sử dụng làm khối xử lý trung tâm của hệ thống và vì sao được lựa chọn?
Khối xử lý trung tâm sử dụng Kit phát triển NodeMCU ESP8266. Vi điều khiển này được lựa chọn nhờ tích hợp sẵn kết nối Wi-Fi SoC, kích thước nhỏ gọn, giá thành thấp, hỗ trợ đầy đủ các giao tiếp UART, chân xuất xung PWM, cổng ADC và số lượng chân vào/ra số (9 chân GPIO) vừa đủ đáp ứng nhu cầu kết nối các module ngoại vi, giúp tối ưu hóa chi phí chế tạo.

2. Tốc độ động cơ đưa võng được điều chỉnh bằng phương pháp nào và sử dụng IC công suất gì?
Tốc độ động cơ đưa võng được điều chỉnh bằng phương pháp điều chế độ rộng xung (PWM) thông qua chân xuất xung của NodeMCU ESP8266 kết nối với mạch cầu H L298 (L298 Dual Full Bridge Driver). Mạch L298 cho phép điều khiển tốc độ và đảo chiều động cơ DC $12\text{ V}$ với dòng tải tối đa lên tới $2\text{ A}$ mỗi cầu.

3. Khối quan sát hình ảnh hoạt động như thế nào và tại sao không dùng chung vi điều khiển trung tâm?
Khối quan sát hình ảnh sử dụng module ESP32-CAM tích hợp cảm biến OV2640, hoạt động như một khối độc lập truyền luồng video trực tiếp qua Wi-Fi đến ứng dụng Android. Việc sử dụng ESP32-CAM riêng biệt giúp giảm tải khối lượng xử lý dữ liệu hình ảnh nặng cho vi điều khiển trung tâm NodeMCU ESP8266, đảm bảo hệ thống chấp hành điều khiển luôn phản hồi tức thời.

4. Khối nguồn của hệ thống được tính toán và thiết kế như thế nào để đảm bảo an toàn và dự phòng?
Hệ thống sử dụng Adapter $12\text{ VDC} - 2\text{ A}$ kết hợp bộ pin dự phòng Lithium $12\text{ V} - 6800\text{ mAh}$. Nguồn $12\text{ V}$ cấp trực tiếp cho động cơ qua mạch L298 ($0.3\text{ A}$), đồng thời qua mạch hạ áp xung XL4005 để tạo nguồn $5\text{ V} - 5\text{ A}$ ($1.376\text{ A}$) cấp cho các mạch số (NodeMCU, ESP32-CAM, DFPlayer). Tổng công suất toàn mạch là $10.48\text{ W}$. Mạch còn có cầu phân áp biến trở $10\text{ k}\Omega$ nối vào chân ADC của ESP8266 để đo điện áp pin và bật đèn LED báo khi pin yếu.

5. Cơ sở dữ liệu nào đóng vai trò trung gian trao đổi thông tin giữa ứng dụng Android và mạch điều khiển?
Hệ thống sử dụng dịch vụ Google Firebase Realtime Database. Cơ sở dữ liệu NoSQL này lưu trữ và đồng bộ hóa các biến điều khiển dưới cấu trúc cây dữ liệu JSON theo thời gian thực, cho phép ứng dụng di động và vi điều khiển ESP8266 cập nhật các thay đổi trạng thái chỉ trong vài mili-giây.

Kết luận

Đồ án tốt nghiệp "Thiết kế và thi công hệ thống điều khiển và giám sát võng cho trẻ em" đã hoàn thành toàn diện việc thiết kế, tính toán và thi công một thiết bị chăm sóc trẻ nhỏ tự động dựa trên nền tảng IoT. Sản phẩm kết hợp thành công giữa mạch vi điều khiển ESP8266, khối quan sát hình ảnh ESP32-CAM, khối âm thanh DFPlayer và ứng dụng di động Android thông qua cơ sở dữ liệu Firebase Realtime Database. Với công suất tiêu thụ tối ưu $10.48\text{ W}$, khả năng hoạt động an toàn bằng nguồn pin dự phòng và cơ chế điều khiển linh hoạt từ xa, hệ thống mang tính ứng dụng thực tiễn cao, hỗ trợ đắc lực cho các bậc phụ huynh trong việc quản lý và chăm sóc giấc ngủ của con trẻ.