Đặt vấn đề về thiết kế phần cứng và phần mềm, yêu cầu của hệ thống, hoạt động của hệ thống, sơ đồ nguyên lí, sơ đồ khối, chức năng của từng khối đồng thời nói sơ về thiết lập cho module và kết nối và giải thích, tính toán về phƣơng pháp tiết kiệm điện năng tiêu thụ. Chƣơng 4: Kết quả 4 do an Đƣa ra mô hình thi công hoàn chỉnh, quá trình chạy hệ thống bên trong mô hình , đo và so sánh lƣợng điện năng tiêu thụ của hệ thống. Chƣơng 5: Kết luận và hƣớng phát triển Đƣa ra kết luận đã làm đƣợc những gì, phân tích những ƣu diểm nhƣợc điểm của hệ thống liên hệ với chƣơng 1 (mục tiêu mà nhóm đặt ra). Đồng thời định hƣớng phát triển đồ án.
5 do an Chƣơng 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2. Giới thiệu KITNodeMCU ESP8266 2. Giới thiệu Hình 2.1 : Hình ảnh NodeMCU ESP8266 ngoài thực tế NodeMCU ESP8266là kit phát triển dựa trên nền chip Wifi SoC, nó kết hợp các chức năng của WIFI, vi xử lý và ngôn ngữ LUA ESP8266 với 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, khiến việc sử dụng và lập trình các ứng dụng trên ESP8266 trở nên đơn giản,ESP8266 đƣợc 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 ESP 12.
Phiên bản firmware: NodeMCU. API điền khiển sự kiện cho các ứng dụng mạng. 10 chân GPIO giao tiếp mức 3.3V DC từ D0 – D10, có chức năng PWM, I2C, giao tiếp SPI, 1-Wire và ADC trên chân A0. Cấp nguồn: 5V DC Micro USB.
Kết nối mạng WiFi (có thể là sử dụng nhƣ điểm truy cập hoặc trạm máy chủ lƣu trữ một, máy chủ web), kết nối internet để lấy hoặc tải lên dữ liệu. Tƣơng thích hoàn toàn với trình biên dịch Arduino. Chi phí phù hợp cho các dự án Internet of Things(IoT). Sơ đồ kết nối của NodeMCU ESP8266 Hình 2.2: Sơ đồ các chân GPIO NodeMCU ESP8266 Pin Chức năng ESP8266 Pin TX TXD TXD RX RXD RXD A0 Ngõ vào Analog max 3.3V A0 D0 IO GPIO16 D1 IO, SCL GPIO5 D2 IO, SDA GPIO4 D3 IO, chân trở kéo lên GPIO0 D4 IO, chân trở kéo lên GPIO2 D5 IO, SCK GPIO14 D6 IO, MISO GPIO12 D7 IO, MOSI GPIO13 D8 IO, chân trở kéo xuống GPIO15 G GND GND 5V 5V - 3.3V RST Reset RST 7 do an Bảng 2.1 Chức năng các chân GPIO NodeMCU ESP8266 2.
Giới thiệu về board Raspberry Pi. Raspberry Pi là một seri các máy tính chỉ có một board mạch kích thƣớc chỉ bẳng một thẻ tín dụng, đƣợc phát triển tại Anh bởi Raspberry Pi Foundation với mục đích thúc đẩy việc giảng dạy về khoa học máy tính cơ bản trong các trƣờng học và các nƣớc đang phát triển [3]. Trong đề tài này, hệ thống sẽ sử dụng Raspberry Pi Model B+ bởi nó sở hữu cấu hình mạnh mẽ bao gồm một vi xử lý ARM1176JZF-S 700MHz, VideoCore IV Multimedia Co-Processor GPU, Ramlên đến 512MB rất thích hợp cho việc làm server để quản lý các client. Thông số kỹ thuật Raspberry Pi B+: - Chip: Broadcom BCM2835 SoC.
- Core architecture: ARM11. - CPU: 700 MHz ARM1176JZFS. - GPU: Dual Core VideoCore IV® Multimedia Co-Processor. Hỗ trợ Open GL ES 2.0, tăng tốc phần cứng OpenVG, và bộ giải mã 1080p30 H.
- RAM: 512MB SDRAM. - Thẻ nhớ: Sử dụng MicroSD. - Kích thƣớc 85 x 56 x 17mm. - Nguồn: Micro USB 5V, 2A.3:Raspberry Pi B+ ngoài thực tế 2.
Kết nối của Raspberry 8 do an Khe cắm thẻ nhớ: sử dụng loại thẻ nhớ Micro SD, là nơi lƣu trữ hệ điều hành và tất cả các dữ liệu hoạt động của Raspberry Pi. Dung lƣợng thẻ nhớtừ 4GB trở lên Micro USB Power: Raspberry có thể sử dụng đến 700mA tại mức điện áp 5V khi sử dụng nhiều thiết bị USB và cổng LAN. Do đó để Raspberry Pi hoạt động ổn định thì nên dùng nguồn USB 5V 1A. Ngoài việc cấp nguồn cho Pi thông qua cổng micro USB, có thể cấp nguồn trực tiếp vào cổng GPIO (5V và GND).
TFT Touch Screen: Là nơi có thể kết nối Raspberry Pi với màn hình cảm ứng để hiển thị và sử dụng Raspberry một cách trực quan nhất. Có thể thực hiện các tác vụ tƣơng đƣơng nhƣ khi sử dụng chuột và bàn phím. Camera Expansion: Khe này để cắm modem camera vào Raspberry Pi. Cổng HDMI: dùng để kết nối với các thiết bị có hổ trợ chuẩn kết nối HDMI.
Cổng kết nối Ethenet: dùng để kết nối internet, mạng Lan, truy cập SSH. Cổng USB: dùng để kết nối với chuột, bàn phím, usb, và các thiết bị có hổ trợ cổng USB. GPIO: Raspberry Pi cung cấp nhiều cổng GPIO, giao tiếp SPI, I2C, Serial. Giao tiếp SPI,I2C, Serial có thể đƣợc dùng để kết nối trực tiếp với các vi điều khiển khác.
Hình ảnh giản lƣợc sơ đồ các chân đƣợc trình bày nhƣ hình sau: Hình 2.4 : Sơ đồ các chân GPIO của Raspberry Pi 2.Giới thiệu cảm biến nhiệt độ DS18B20 2. Giới thiệu và cấu tạo của DS18B20 9 do an DS18B20 là IC cảm biến nhiệt độ đƣợc sản xuất bởi Dallas, bao gồm 3 chân, đóng gói dạng TO-92 3 chân nhỏ gọn. Có chức năng cảnh báo nhiệt độ khi vƣợt ngƣỡng cho phép, bộ nhớ nhiệt độ cảnh báo không bị mất khi mất nguồn vì nó có 1 mã định danh duy nhất 64 bit chứa trong bộ nhớ ROM trên chip. Cảm biến nhiệt độ DS18B20 có mã nhận diện đến 64-bit có thể kiểm tra nhiệt độ với nhiều IC DS18B20 mà chỉ cần dùng 1 day dẫn duy nhất để giao tiếp với các IC này (chế độ one-wire).5: Cảm biến nhiệt độ DS18B20 Đặc điểm chính của DS18B20 nhƣ sau: + Cung cấp nhiệt độ với độ phân giải 9, 10, 11, 12bit, trong trƣờng hợp không chỉnh thì nó tự động ở chế độ 12 bit.
+ Ngƣỡng nhiệt độ rộng: -55°C đến 125°C. + Điện áp sử dụng: 3 - 5. + Dòng tiêu thụ tại chế độ nghỉ rất nhỏ. + Có chức năng cảnh báo khi nhiệt độ vƣợt ngƣỡng cho phép.
Ngƣời dùng có thể lập trình chức năng này cho DS18B20. Bộ nhớ nhiệt độ cảnh báo không bị mất khi mất nguồn. + DS18B20 có mã nhận diện lên đến 64-bit, có thể kiểm tra nhiệt độ với nhiều DS18B20 mà chỉ dùng 1 dây dẫn duy nhất để giao tiếp với các IC này (chế độ one-wire). Giới thiệu cảm biến cƣờng độ ánh sáng BH1750 2.
Giới thiệu và cấu tạo BH1750 Cƣờng độ ánh sáng (Illuminance) là một thƣớc đo thông lƣợng chiếu sáng bao phủ trên một diện tích nhất định. Ngƣời ta có thể nghĩ về thông lƣợng chiếu sáng 10 do an (đơn vị là lumens) nhƣ là một giải pháp về “lƣợng” cho ánh sáng có thể nhìn thấy đƣợc trên một bề mặt nào đó[4]. Lumen: Đơn vị cho số lƣợng ánh sáng chiếu từ một nguồn bất kỳ trong một giây (quang điện, hoặc thông lƣợng chiếu sáng) đƣợc gọi là lumen. Cảm biến ánh sáng sẽ đọc giá trị trong một giây trên 1 mét vuông.
Đơn vị là Lux viết tắt là lx. Lux = 1 Lm/m2 Cảm biến cƣờng độ ánh sáng BH1750 là cảm biến ánh sáng với bộ chuyển đổi ADC 16 bit tích hợp trong chip và có thể xuất ra trực tiếp cƣờng độ ánh sáng (lux) theo dạng digital mà không phải qua bất kỳ xử lý hay tính toán nào thông qua giao tiếp I2C. BH1750 sử dụng đơn giản và chính xác hơn nhiều lần so với dùng cảm biến quang trở để đo cƣờng độ ánh sáng với dữ liệu thay đổi trên điện áp dẫn đến việc sai số cao. Cƣờng độ ánh sáng đƣợc tính nhƣ sau: + Ban đêm: 0.
+ Trời sáng trăng: 0.3 lx + Trời mây trong nhà: 5 - 50 lx. + Trời mây ngoài trời: 50 - 500 lx. + Trời nắng trong nhà: 100- 1000 lx. Thông số kỹ thuật: + Chuẩn kết nối I2C.
+ Độ phân giải cao(1 - 65535 lx). + Tiêu hao nguồn ít. + Khả năng chống nhiễu sáng ở tần số 50 Hz/60 Hz. + Sự biến đổi ánh sáng nhỏ (+/- 20%).
+ Độ ảnh hƣởng bởi ánh sáng hồng ngoại rất nhỏ. + Nguồn cung cấp : 3. + Kích thƣớc board : 0.6 : Hình ảnh cảm biến cƣờng độ ánh sáng BH1750 ngoài thực tế 11 do an 2. Các chế độ hoạt động của BH1750 Có 3 chế độ đo: 1) H-Resolution với độ nhạy sáng 0.5 lux 2) H-Resolution với độ nhạy sáng 1 lux.
3) L-Resolution với độ nhạy sáng 4 lux. Đề tài sử dụng ở chế độ H-Resolution để chống nhiễu ánh sáng, thích hợp để đo trong điều kiện tối và thiếu ánh sáng. Module đồng hồ thời gian thực DS1307 Module thời gian thực DS1307 (RTC) có chức năng lƣu trữ thông tin ngày, tháng, năm cũng nhƣ giờ, phút, giây. Nó sẽ hoạt động nhƣ một chiếc đồng hồ và có thể xuất dữ liệu ra ngoài qua giao thức I2C.
Module đƣợc thiết kế kèm theo 1 viên pin có khả năng lƣu trữ thông tin đến 10 năm mà không cần cấp nguồn 5V từ bên ngoài. Module đi kèm với EEPROM AT24C32 có khả năng lƣu trữ thông tin đến 32Kbit. Thông số kỹ thuật: + Sử dụng giao thức I2C. + Khả năng lƣu trữ 32K Bit với EEPROM AT24C32.
+ Lƣu trữ thông tin giờ phút giây AM/PM. + Lịch lƣu trữ chính xác đến năm 2100. + Ngõ ra tần số 1HZ.7: Hình ảnh module DS1307 ngoài thực tế 2.Quạt 12V Thông số kỹ thuật: + Điện áp làm việc: 12VDC. + Dòng điện tiêu thụ: 0.
+ Kích thƣớc quạt: 6x6x1Cm. 12 do an Hình 2.8 : Hình ảnh quạt 12V ngoài thực tế Để việc mô phỏng hệ thống trở nên dễ dàng, nhóm thực hiện đã chọn quạt 12V với thiết kế nhỏ, gọn dễ dàng tháo lắp, ít tốn công suất khi sử dụng với dòng tiêu thụ chỉ là 0.1A phù hợp với yêu cầu tiết kiệm năng lƣợng của đề tài. Led thanh 12V Led thanh là 1 dải sáng đƣợc phát quang nhờ các diot gắn liền mạch, và đƣơc nối tiếp nhau bằng những mạch đồng nhỏ nằm trong ống led. Ƣu điểm của led thanh : - Led thanh đƣợc sử dụng thay thế cho các loại đèn neon truyền thống với ƣu thế lớn nhất là nó phát ánh sáng với điện thế thấp.
- Không chứa thủy ngân thân thiện với môi trƣờng. - Ánh sáng chống chói mắt, cho cảm giác thoải mái. - Tiêu thụ điện năng ít thiết kiệm năng lƣợng rất lớn so với đèn neon truyền thống. theo nhƣ phân tích của các chuyên gia thì so với đèn neon thì đèn led thanh tiết kiệm hơn 70%.