đặt vấn đề, mục tiêu, phạm vi nghiên cứu, phương pháp thực hiện và bố cục đồ án. Chương 2: Cơ Sở Lý Thuyết Giới thiệu về phần cứng của hệ thống, các chuẩn truyền dữ liệu, Firebase, Web Server. Chương 3: Thiết Kế Và Xây Dựng Hệ Thống Trình bày sơ đồ khối của hệ thống, giải thích các khối, quy trình hoạt động. Trình bày và giải thích sơ đồ nguyên lý.
Chương 4: Thi Công Hệ Thống Tiến hành kết nối và kiểm tra hệ thống, lưu đồ giải thuật, thiết kế giao diện web và giới thiệu các phần mềm lập trình. Chương 5: Kết Luận Và Hướng Phát Triển Đề Tài Trình bày kết quả đã đạt được, những hạn chế và hướng phát triển đề tài. 3 KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO do an CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT Ngày nay, những ứng dụng của vi điều khiển, màn hình cảm ứng LCD TFT, máy vi tính,… đã đi sâu vào đời sống sinh hoạt và sản xuất của con người. Thực tế hiện nay hầu hết các thiết bị điện dân dụng đều có sự góp mặt của vi điều khiển và vi xử lý.
Ứng dụng vi điều khiển trong thiết kế hệ thống làm giảm chi phí thiết kế và hạ giá thành sản phẩm đồng thời nâng cao tính ổn định của thiết bị và hệ thống. GIỚI THIỆU PHẦN CỨNG 2. Giới thiệu màn hình cảm ứng LCD TFT 7.0 UART HMI Touch Ngày nay, thiết bị hiển thị LCD TFT (Liquid Crystal Display Thin Film Transistor) được sử dụng rất nhiều trong các ứng dụng của vi điều khiển. Màn hình cảm ứng TFT được kết nối với vi điều khiển thông qua các port xuất nhập, cũng có thể kết nối trực tiếp với các chân giao tiếp theo các chuẩn truyền dữ liệu thông dụng như: SPI, UART….
Màn hình cảm ứng T FT được sử dụng ở đây là LCD TFT 7.0 UART HMI Touch sử dụng IC TJC8048T070_011R. Sau đây là những mô tả chính về LCD TFT: 4 KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO do an Hình 2.1: Đặc điểm của LCD TFT 7.0 UART HMI Touch 5 KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO do an Các thông số kỹ thuật: Màn hình 7 inch Có chức năng cảm ứng đa điểm Sử dụng IC: TJC8048T070_011R Phân giải 800X480 Giao tiếp UART Điện áp 4.75 ~ 7v Bộ nhớ 16MB Ram 3584 Byte Nhiệt độ -20 ~700C Hình 2.2: Hình ảnh mặt trước LCD TFT 7.0 UART HMI Touch 6 KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO do an Hình 2.3: Hình ảnh mặt sau LCD TFT 7.0 UART HMI Touch Màn hình LCD TFT 7.0 UART HMI Touch hỗ trợ rất nhiều tính năng: cảm ứng đa điểm, chỉ sử dụng 1 cổng nối tiếp để giao tiếp (giúp tránh khỏi những rắc rối về hệ thống dây điện), 16 bit màu RGB, bộ nhớ Flash 16M, 2KB RAM, có chế độ Sleep và đánh thức bằng cách chạm vào màn hình. Đặc biệt, lý do chính mà nhóm chọn sử dụng LCD TFT 7.0 UART HMI Touch là do màn hình có phần mềm hỗ trợ tạo giao diện bao gồm các đặc tính: Button,Text, Scrolling text, Picture, Slider, Crop, Progress Bar… Ở đề tài này, nhóm sử dụng các tính năng như: Button: tạo nút nhấn để bắt sự kiện, khi nhấn vào nút sẽ thực thi một chương trình nào đó, cụ thể ở đề tài này các nút nhất được sử dụng chủ yếu để chọn món và tính tiền. Scrolling text: tạo ra một dòng text dịch chuyển, cụ thể ở đề tài này nhóm sử dụng để trang trí, tăng tính sinh động cho giao diện màn hình.
7 KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO do an Picture: chèn ảnh cho giao diện, cụ thể ở đề tài này nhóm sử dụng tính năng này đề chèn ảnh nền cho màn hình cảm ứng. Màn hình LCD TFT 7.0 UART HMI Touch có hỗ trợ một cổng UART gồm 4 dây tương ứng với với các chân: GND, RX, TX, VCC để phục vụ cho việc giao tiếp truyền nhận dữ liệu giữa màn hình với MCU. Chức năng của các chân này được mô tả trong bảng dưới đây: Bảng 2.1: Chức năng các chân của LCD TFT 7.0 UART HMI Touch Số thứ tự chân Ký hiệu chân Mức Mô tả 1 GND 0V Nối đất 2 RX Chân nhận dữ liệu 3 TX Chân truyền dữ liệu 4 VCC 5V Nối nguồn 5V 2. Dòng chip Wi-Fi ESP82665V5 V Sau khi tìm hiểu về chuẩn truyền dữ liệu UART, nhóm sẽ tiếp tục trình bày về 5V dòng chip wifi ESP8266, đây là vi điều khiển đóng vai trò là bộ xử lý trung tâm của hệ thống.
Chip ESP8266 được phát triển bởi Espessif để cung cấp giải pháp giao tiếp Wi- Fi cho các thiết bị IoT. Điểm đặc biệt của dòng ESP8266 là nó được tích hợp các mạch RF như balun, antenna switches, TX power amplifier và RX filter ngay bên trong chip với kích thước rất nhỏ chỉ 5x5mm nên các board sử dụng ESP8266 không cần kích thước board lớn cũng như không cần nhiều linh kiện xung quanh. Ngoài ra, giá thành của ESP8266 cũng rất đủ thấp để hấp dẫn các nhà phát triển sản phẩm IoT. Cấu hình đặc tính của dòng chip ESP8266 có thể tóm tắt như sau: Sử dụng 32-bit MCU core có tên là Tensilica Tốc độ system clock có thể set 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 đê giao tiếp như 17 GPIO, 1 Slave SDIO, 3 SPI, 1 I2C, 1 I2S, 2 UART, 2 PWM 8 KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO do an Tích hợp các mạch RF để truyền nhận dữ liệu ở tần số 2.4GHz Hỗ trợ các hoạt động truyền nhận các IP packages ở mức hardware như Acknowledgement, Fragmentation và Defragmentation, Aggregation, Frame Encapsulation v.v…(và phần stack TCP/IP sẽ được thực hiện trên firmware của ESP8266) Hiện tại AI-Thinker sản xuất 14 loại module cho ESP từ module ESP-01 đến ESP- 14.
Ở thị trường Việt Nam thì các module là ESP-01, ESP-07 và ESP-12, ESP NodeMCU khá phổ biến. Dưới đây nhóm sẽ liệt kê các ESP phổ biến và có mặt tại thị trường Việt Nam: a.4: Hình ảnh ESP-01 Hình 2.5: Sơ đồ chân của ESP-01 9 KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO do an Đặc tính của ESP-01: Sử dụng on-board PCB antenna. Có 2 LED trên board để báo nguồn và báo TX. Cung cấp 3 chân GPIO (GPIO0, GPIO2 và GPIO6) và 2 chân TXD/RXD cho UART Dung lượng SPI Flash 4Mbyte.
Đưa chân ra jumper nên có thể kết nối trực tiếp với các board khác 1 cách nhanh chóng và dễ dàng.6: Hình ảnh Module ESP-07 Hình 2.7: Sơ đồ chân của ESP-07 Đặc tính của ESP-01: 10 KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO do an Sử dụng chip anten on-board và có IPEX connector hỗ trợ gắn thêm anten ngoài để tăng khoảng cách truyền. Có 2 LED trên board để báo nguồn và báo TX. Đưa ra 9 chân GPIO, 2 chân TX/RX cho UART, 1 chân REST để reset chip, 1 chân ADC, 1 chân CH_PD để đưa chip vào chế độ low power. Dung lượng SPI Flash trên board là 4MByte.
Có thể hàn thêm jumper để kết nối trực tiếp với board khác hoặc hàn trực tiếp lên board ứng dụng.8: Hình ảnh của ESP-12E Hình 2.9: Sơ đồ chân của ESP-12E 11 KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO do an Đây là ESP mà nhóm sử dụng cho Kit ESP8266 NodeMCU V3 để làm khối điều khiển trung tâm của hệ thống. Đặc tính của ESP-12E: Sử dụng PCB anten on-board. Đưa ra 11 chân GPIO, 2 chân TX/RX cho UART, các chân cho SPI, chân RST để reset chip, 1 chân ADC. Dung lượng SPI Flash là 4MByte.
Có thể hàn jumper để căm dây vào các board khác hoặc hàn trực tiếp lên board ứng dụng. Sau đây là hình ảnh Kit thu phát Wifi ESP8266 NodeMCU V3: Hình 2.10: Hình ảnh Kit RF thu phát Wifi ESP8266 NodeMCU V3 12 KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO do an Hình 2.11: Sơ đồ chân Kit RF thu phát Wifi ESP8266 NodeMCU V3 Kit RF thu phát Wifi ESP8266 NodeMCU V3 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 liên quan đến IoT. Thông số kỹ thuật: IC chính: ESP8266 Wifi SoC. Phiên bản firmware: NodeMCU Lua.
Chip nạp và giao tiếp UART: CH340. GPIO tương thích hoàn toàn với firmware Node MCU. Cấp nguồn: 5VDC MicroUSB hoặc Vin. GIPO giao tiếp mức 3.
Tích hợp Led báo trạng thái, nút Reset, Flash. Tương thích hoàn toàn với trình biên dịch Arduino. Kích thước: 59 x 32mm. 13 KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO do an 2.
CHUẨN GIAO TIẾP UART Do màn hình cảm ứng LCD TFT trong đề tài sử dụng giao tiếp UART để truyền nhận dữ liệu với vi điều khiển, nên sau đây chúng ta hãy cùng nhau tìm hiểu về chuẩn giao tiếp này nhé. UART (Universal Asynchronous Receive/Transmit) là chuẩn giao tiếp truyền nhận dữ liệu không đồng bộ (nghĩa là 2 thiết bị giao tiếp với nhau cần phải biết được các thông số của khung truyền như tốc độ,độ dài khung,số bit stop,bit parity. Có thể nói chuẩn UART là một trong những giao tiếp phổ biến và dễ sử dụng nhất,dùng để truyền nhận dữ liệu giữa 2 hay nhiều thiết bị khác nhau không nhất thiết là vi điểu khiển.12: Hình ảnh kết nối giao tiếp UART giữa hai thiết bị Như vậy, quá trình truyền dữ liệu theo chuẩn UART sẽ diễn ra như thế nào? Đầu tiên chúng ta hãy tìm hiểu các thông số quan trọng trong quá trình giao tiếp không đồng bộ này, các thông số ở đây bao gồm: tốc độ, khung truyền, start bit, stop bit, data bit, pariti bit… Hình 2.13: Quá trình truyền dữ liệu theo chuẩn UART 14 KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO do an Start là bit đầu tiên được truyền trong một frame truyền, bit này có chức năng báo cho thiết bị nhận biết rằng có một gói dữ liệu sắp được truyền tới. Start là bit bắt buộc phải có trong khung truyền, và nó là một bit thấp (0).
Data hay dữ liệu cần truyền là thông tin chính mà chúng ta cần gởi và nhận. Số lượng bit data tùy thuộc vào các loại vi điều khiển khác nhau, thường thì data có 8 bit. Trong truyền thông nối tiếp UART, bit có trọng số nhỏ nhất (LSB – Least Significant Bit, bit bên phải) của data sẽ được truyền trước và cuối cùng là bit có trọng số lớn nhất (MSB – Most Significant Bit, bit bên trái). Tuy nhiên thứ tự truyền này có thể được cài đặt bởi người dùng.
Parity là bit dùng để kiểm tra dữ liệu truyền có đúng không (một cách tương đối). Có 2 loại parity là parity chẵn (even parity) và parity lẻ (odd parity).