Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Sự phát triển của khoa học kỹ thuật và cuộc cách mạng công nghệ đã thúc đẩy nhu cầu tự động hóa trong không gian sống và công nghiệp. Việc ứng dụng các bộ điều khiển thông minh vào mô hình nhà thông minh (Smart House) hay nông trại thông minh đóng vai trò quan trọng trong việc nâng cao tiện nghi và chất lượng đời sống. Tuy nhiên, theo khảo sát thực tiễn của các tác giả, các giải pháp hiện hữu tại Việt Nam khó triển khai trên diện rộng do ba rào cản chính: chi phí lắp đặt thiết bị còn cao, kinh phí vận hành và điều khiển chưa tối ưu, cùng với giao diện tương tác chưa thực sự thân thiện với người dùng. Các đề tài nghiên cứu trước đây chủ yếu sử dụng vi điều khiển 8-bit (như dòng họ PIC), điều khiển qua tin nhắn SMS truyền thống, sóng RF hoặc công nghệ RFID với khả năng mở rộng và xử lý đa nhiệm còn hạn chế.

Trước yêu cầu thực tiễn đó, đồ án tốt nghiệp ngành Công nghệ Kỹ thuật Máy tính tại Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. Hồ Chí Minh đã lựa chọn đề tài "Thiết kế và thi công hộp thông minh – Smart Cube". Đề tài tập trung khai thác sức mạnh của dòng vi điều khiển 32-bit ARM Cortex-M4 (STM32F407VG) nhằm xây dựng hệ thống giám sát môi trường, điều khiển thiết bị điện dân dụng từ xa đa nền tảng với chi phí sản xuất và vận hành hợp lý.

Mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu của đề tài được xác định cụ thể như sau:

  1. Nghiên cứu thiết kế hệ thống điều khiển các thiết bị trong nhà thông qua các trạm cảm biến vệ tinh.
  2. Xây dựng cơ chế truyền nhận, xử lý thông tin từ các trạm cảm biến và đẩy dữ liệu lên Web Service theo thời gian thực.
  3. Thiết kế các trạm cảm biến vệ tinh đo nhiệt độ, độ ẩm, cường độ ánh sáng, cường độ âm thanh, nồng độ khói và khí gas.
  4. Tích hợp và phát triển hệ thống robot xe ("Smart Car") kết hợp với hộp điều khiển trung tâm để di chuyển giám sát tại các vị trí không cố định.
  5. Thiết kế ứng dụng trên hệ điều hành Android nhằm phục vụ việc theo dõi thông số và điều khiển thiết bị từ xa.
  6. Thiết kế Web Service lưu trữ cơ sở dữ liệu trên máy chủ (Host), tính toán, xử lý kết quả thu thập, hiển thị biểu đồ và hỗ trợ định vị bản đồ.
  7. Vận dụng kiến thức chuyên sâu về vi xử lý và hệ thống nhúng để thu thập dữ liệu cảm biến chính xác, hạn chế sai số và đảm bảo tính đồng bộ toàn hệ thống.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

  • Đối tượng nghiên cứu: Vi điều khiển ARM 32-bit STM32F4, bo mạch vi điều khiển Arduino Nano (ATmega328), vi điều khiển Wi-Fi SoC ESP8266, module truyền thông đa năng A7 (GSM/GPRS/GPS), các cảm biến môi trường (DHT11, MQ2, SW-420...), giao thức truyền thông mạng và lập trình giao diện trên Android cùng nền tảng Web.
  • Phạm vi nghiên cứu: Xây dựng phần cứng các trạm thu thập dữ liệu (Trạm trung tâm, Trạm cảm biến A, B), chế tạo khung hộp mica 5mm, thiết kế mạch in (PCB) 2 lớp; thu thập dữ liệu môi trường (nhiệt độ từ 0–50°C, độ ẩm 20%–95% RH phù hợp với điều kiện khí hậu TP. Hồ Chí Minh); lưu trữ và phân tích dữ liệu trên máy chủ thông qua website có tên miền lưu trữ www.ga.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Đề tài được xây dựng trên nền tảng kiến trúc mạng lưới vạn vật kết nối Internet (Internet of Things - IoTs) bao gồm 4 lớp tiêu chuẩn:

  • Lớp ứng dụng (Application Layer): Giao diện người dùng Web Service và ứng dụng Android.
  • Lớp hỗ trợ dịch vụ và ứng dụng (Service Support and Application Support Layer): Cơ sở dữ liệu MySQL, máy chủ lưu trữ (Host), dịch vụ web xử lý dữ liệu trung gian.
  • Lớp mạng (Network Layer): Hạ tầng truyền thông không dây gồm mạng Wi-Fi (ESP8266), mạng di động GPRS và giao thức định vị toàn cầu GPS (Module A7).
  • Lớp thiết bị (Device Layer): Hệ thống phần cứng thu thập gồm kit phát triển STM32F4 Discovery, kit Arduino Nano, các cảm biến và mạch chấp hành rơ-le.

Các thành phần phần cứng và công nghệ nền tảng được tác giả sử dụng bao gồm:

  • Kit STM32F407VG Discovery: Trang bị vi điều khiển 32-bit ARM Cortex-M4 tích hợp FPU, tần số hoạt động cao, bộ nhớ Flash 1 MB, SRAM 192 KB, tích hợp mạch nạp ST-LINK/V2, hỗ trợ các ngoại vi FSMC, DMA, Watchdog timer, ADC 12-bit, giao tiếp USART/SPI/I2C.
  • Kit Arduino Nano: Sử dụng vi điều khiển ATmega328 (8-bit), điện áp hoạt động 5V DC, bộ nhớ Flash 32 KB, SRAM 2 KB, kích thước nhỏ gọn (1.3 cm) phù hợp bố trí trong các module trạm cảm biến phụ.
  • Module Wi-Fi ESP8266: Vi mạch tích hợp bộ thu phát sóng RF và bộ vi xử lý, giao tiếp thông qua tập lệnh chuẩn AT (AT+CWMODE, AT+CIPMUX, AT+CIPMODE, AT+RST...).
  • Module GSM/GPRS/GPS A7 (Ai-Thinker): Nguồn cấp 5V DC, hỗ trợ tập lệnh AT, kết nối mạng dữ liệu GPRS Class 10 qua TCP/IP, hỗ trợ cuộc gọi thoại, gửi tin nhắn SMS và tích hợp anten thu tín hiệu định vị GPS/AGPS.
  • Màn hình cảm ứng GLCD 3.2-inch TFT (ILI9325): Độ phân giải 240 × 320 điểm ảnh, hiển thị 262.000 màu, giao tiếp dữ liệu song song 16-bit thông qua bộ điều khiển bộ nhớ tĩnh FSMC trên STM32, tích hợp cảm ứng điện trở điều khiển bởi IC FT5206.
  • Hệ thống cảm biến và cơ cấu chấp hành: Cảm biến nhiệt độ - độ ẩm DHT11 (chuẩn giao tiếp 1-wire, đo nhiệt độ 0–50°C sai số ±2°C, độ ẩm 20%–95% sai số ±5%), cảm biến khí gas/khói MQ2 (vật liệu bán dẫn SnO2, ngõ ra tương tự Aout và ngõ ra số Dout), cảm biến rung SW-420 (ngõ ra số mức logic dùng cho cảnh báo chống trộm), cảm biến lửa, cảm biến âm thanh, cảm biến ánh sáng, màn hình LCD 16×2 giao tiếp I2C và module rơ-le 2 kênh.
  • Phương thức truyền dữ liệu: Truyền thông nối tiếp UART không đồng bộ (bao gồm Start bit, 8 bit dữ liệu D0–D7, Parity bit kiểm tra chẵn lẻ, Stop bit và tốc độ Baud đồng bộ giữa bên truyền và nhận).
  • Web Service: Hoạt động theo mô hình Client-Server, sử dụng mã nguồn mở PHP, hệ quản trị cơ sở dữ liệu MySQL trên nền tảng XAMPP/Host để đồng bộ dữ liệu đa luồng.
Thiết bị / Module Vi xử lý / IC điều khiển Điện áp hoạt động Chuẩn giao tiếp Chức năng chính trong hệ thống
Trạm điều khiển trung tâm STM32F407VGT6 (ARM Cortex-M4) 5V DC (Pin dự phòng) FSMC 16-bit, USART1, 1-wire, GPIO Xử lý dữ liệu trung tâm, quét cảm ứng GLCD, điều khiển truyền thông
Trạm cảm biến A, B ATmega328 (Arduino Nano) 5V DC (Nguồn biến áp) 1-wire, I2C, UART, ADC Đọc 5 loại cảm biến, đóng cắt rơ-le tải, truyền dữ liệu qua Wi-Fi
Module truyền thông A7 Chipset A7 Ai-Thinker 5V DC (< 5mA chờ) UART (Tập lệnh AT) Truyền dữ liệu GPRS lên Web, gửi SMS, gọi điện, định vị tọa độ GPS
Module Wi-Fi ESP8266 3.3V - 5V DC UART (Tập lệnh AT) Kết nối mạng Wi-Fi "SMART CUBE STATIC", đẩy dữ liệu lên cơ sở dữ liệu
Màn hình hiển thị GLCD 3.2" TFT (ILI9325) 3.3V - 5V DC Bus song song 16-bit (FSMC) Hiển thị thông số môi trường các trạm, giao diện nút bấm cảm ứng
Cảm biến môi trường DHT11 & MQ2 3.3V - 5V DC 1-Wire, Analog/Digital Giám sát nhiệt độ, độ ẩm không khí, nồng độ khói và khí gas

Phương pháp nghiên cứu được triển khai kết hợp giữa nghiên cứu lý thuyết (phân tích tập lệnh, sơ đồ khối kiến trúc vi điều khiển), nghiên cứu thực nghiệm thiết kế chế tạo (vẽ sơ đồ nguyên lý, thiết kế board mạch in Shell 2 lớp bằng phần mềm chuyên dụng, gia công cơ khí hộp mica) và khảo sát thực tế các mô hình điều khiển nhà thông minh hiện hành.

Thiết kế và triển khai hệ thống

Hệ thống Smart Cube được cấu trúc thành 6 khối chức năng hoạt động tương hỗ thông qua nền tảng Internet:

1. Kiến trúc phần cứng các trạm

  • Trạm điều khiển trung tâm (Smart Cube): Trọng tâm xử lý là kit STM32F407 Discovery gắn kết với một bo mạch trung gian (Shell PCB 2 lớp) do nhóm tự thiết kế nhằm tăng khả năng chống nhiễu và loại bỏ dây cắm rườm rà. Màn hình GLCD 3.2-inch ILI9325 giao tiếp qua bus 16-bit FSMC. Module A7 kết nối với STM32 qua cổng USART1 (chân PB6, PB7). Khối cảm biến tại trạm gồm DHT11 và cảm biến rung SW-420. Nguồn cấp cho trạm là 2 bộ pin dự phòng 5V–1A riêng biệt (1 pin cho vi điều khiển và 1 pin riêng cho module A7 nhằm tránh sụt áp khi phát sóng). Toàn bộ khối được đặt trong khung hộp mica 5mm có đục các khe thoáng khí để hạn chế nhiệt lượng từ pin và mạch gây sai lệch phép đo nhiệt độ/độ ẩm.
  • Trạm cảm biến vệ tinh (Trạm A và B): Sử dụng vi điều khiển Arduino Nano kết nối với 5 cảm biến chuyên dụng (DHT11, MQ2, cảm biến ánh sáng, cảm biến âm thanh, cảm biến lửa), module rơ-le 2 kênh điều khiển thiết bị điện dân dụng và màn hình LCD 16×2 qua giao tiếp I2C. Dữ liệu được đóng gói và truyền lên Web Service qua module Wi-Fi ESP8266 kết nối vào mạng Wi-Fi cố định mang SSID "SMART CUBE STATIC". Nguồn cấp cho trạm sử dụng adapter biến áp hạ từ 220V AC xuống 5V–1A DC.
  • Robot xe ("Smart Car"): Được thiết kế với khung gầm di động đa địa hình, tích hợp vi điều khiển và mạch truyền thông không dây để mang trạm điều khiển trung tâm di chuyển tới các vị trí đo đạc linh hoạt theo lệnh điều khiển từ xa.

2. Thiết kế phần mềm và thuật toán

  • Thuật toán điều khiển nhúng: Được lập trình trên STM32F4 bằng ngôn ngữ C với sự hỗ trợ của thư viện chuẩn ST, sử dụng phần mềm emWin GUIBuilder V5 để thiết kế giao diện đồ họa người dùng trên GLCD. Hệ thống cài đặt cơ chế ngắt và bộ định thời Watchdog timer để tự động khởi động lại vi điều khiển khi xuất hiện lỗi vòng lặp vô tận hoặc nghẽn giao tiếp ngoại vi.
  • Thuật toán an ninh chống trộm: Khi người dùng kích hoạt chế độ bảo vệ trên GLCD hoặc ứng dụng, trạng thái chân GPIO nối với cảm biến rung SW-420 được giám sát liên tục. Khi phát hiện rung động trái phép (mức logic thay đổi), vi điều khiển lập tức kích hoạt khối cảnh báo chớp LED xanh/đỏ, phát lệnh AT qua USART1 để module A7 gửi tin nhắn SMS cảnh báo, tự động gọi điện đến số thuê bao chủ nhà, đồng thời trích xuất tọa độ GPS hiện thời gửi lên máy chủ để vẽ vị trí trên bản đồ.
  • Nền tảng Web Service và ứng dụng Android:
    • Website quản trị (www.ga) xây dựng bằng PHP/MySQL, hỗ trợ xác thực tài khoản, tiếp nhận chuỗi dữ liệu từ trạm trung tâm và trạm vệ tinh; xử lý tính toán giá trị cực đại/cực tiểu, vẽ đồ thị biến thiên nhiệt độ - độ ẩm theo thời gian, hiển thị trạng thái cảnh báo rò rỉ khí gas/cháy và tích hợp Google Map API hiển thị vị trí GPS của hộp thông minh.
    • Ứng dụng Android (tương thích từ Android 4.0 trở lên) kết nối với cơ sở dữ liệu trên Web Service qua Internet, cung cấp giao diện trực quan hiển thị thông số môi trường của từng trạm, các nút bấm đóng ngắt rơ-le (ON/OFF) từ xa và một phân hệ riêng để điều khiển hướng di chuyển của robot xe Smart Car.

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Tổng quan

Chương 1 khái quát bối cảnh thực tế về nhu cầu nâng cao chất lượng sống qua hệ thống nhà thông minh tại Việt Nam; nêu rõ các hạn chế về giá thành và giao diện của các đề tài trước đây. Tác giả xác định rõ ràng mục tiêu nghiên cứu là chế tạo hộp điều khiển thông minh Smart Cube đa nền tảng, thiết lập 7 nhiệm vụ nghiên cứu cụ thể, xác định đối tượng, phương pháp và giới hạn của đề tài trong phạm vi mô hình thực nghiệm.

Chương 2: Cơ sở lý thuyết

Chương 2 trình bày có hệ thống các kiến thức lý thuyết nền tảng làm cơ sở kỹ thuật cho đề tài:

  • Khái niệm và mô hình kiến trúc IoT 4 lớp (Ứng dụng, Hỗ trợ dịch vụ, Mạng, Thiết bị).
  • Cấu trúc phần cứng vi điều khiển 32-bit ARM Cortex-M4 (STM32F407VGT6) và vi điều khiển 8-bit ATmega328 trên kit Arduino Nano.
  • Tập lệnh chuẩn AT cấu hình module ESP8266 và module đa năng GSM/GPRS/GPS A7.
  • Cấu tạo và sơ đồ chân giao tiếp màn hình GLCD 3.2-inch TFT sử dụng IC điều khiển ILI9325 qua bus 16-bit FSMC.
  • Nguyên lý hoạt động của Web Service kiến trúc Client-Server, chuẩn truyền thông không đồng bộ UART (Start, Data, Parity, Stop bit) và các cảm biến đo lường môi trường (DHT11, MQ2, SW-420).

Chương 3: Thiết kế hệ thống

Chương 3 là nội dung trọng tâm của đồ án, mô tả chi tiết phương án và quy trình thiết kế kỹ thuật:

  • Đặt vấn đề thiết kế và sơ đồ khối tổng quát của hệ sinh thái Smart Cube gồm 6 khối chức năng.
  • Thiết kế phần cứng chi tiết: Sơ đồ nối chân vi điều khiển STM32F4 với module A7, GLCD 3.2", cảm biến DHT11 và SW-420; sơ đồ khối và kết nối trạm cảm biến A, B sử dụng Arduino Nano, ESP8266, LCD 16×2 I2C và rơ-le 2 kênh; thiết kế mạch nguồn cách ly và vỏ hộp mica 5mm.
  • Thiết kế phần mềm: Giao diện đồ họa emWin GUIBuilder, lưu đồ thuật toán trạm điều khiển trung tâm, lưu đồ trạm cảm biến vệ tinh, lưu đồ đồng bộ dữ liệu Web Service và lưu đồ ứng dụng điều khiển Android.

Chương 4: Phương pháp thực nghiệm

Chương 4 thể hiện kết quả chế tạo và thử nghiệm phần cứng trong thực tế:

  • Thi công hoàn chỉnh bo mạch trung gian (mạch Shell 2 lớp cắm trên kit STM32F4) và mạch in cho các trạm cảm biến A, B.
  • Lắp ráp thành công hộp điều khiển trung tâm với màn hình cảm ứng GLCD 3.2", tích hợp nguồn pin dự phòng và cảm biến chống trộm.
  • Thử nghiệm chức năng truyền dữ liệu từ các cảm biến lên Web Service www.ga, kiểm tra khả năng hiển thị biểu đồ và bản đồ GPS.
  • Vận hành thử nghiệm ứng dụng Android kết nối điều khiển rơ-le đóng cắt tải và điều khiển di chuyển robot xe Smart Car.

Chương 5: Kết luận và hướng phát triển

Chương 5 tổng kết lại toàn bộ khối lượng công việc đã hoàn thành so với các mục tiêu đề ra ban đầu tại Chương 1. Tác giả nghiêm túc chỉ ra các điểm giới hạn còn tồn tại về phần cứng, tốc độ đường truyền không dây và độ nhạy cảm ứng, từ đó vạch ra các định hướng nâng cấp, mở rộng hệ thống trong tương lai.

Kết quả và đóng góp

1. Kết quả kỹ thuật đạt được

  • Thi công hoàn chỉnh phần cứng: Chế tạo thành công mô hình Hộp thông minh Smart Cube bằng mica 5mm kết cấu lập phương, tích hợp kit STM32F407VG Discovery, màn hình cảm ứng GLCD 3.2" TFT qua chuẩn FSMC 16-bit, bo mạch in Shell 2 lớp tự thiết kế và module A7. Hoàn thiện 02 trạm cảm biến vệ tinh A và B dùng Arduino Nano và ESP8266, cùng mô hình robot xe di động Smart Car.
  • Thu thập và hiển thị dữ liệu môi trường: Hệ thống đo đạc chính xác các thông số nhiệt độ (0–50°C), độ ẩm (20%–95% RH) từ cảm biến DHT11; giám sát nồng độ khí gas/khói qua cảm biến MQ2; cập nhật dữ liệu liên tục lên màn hình GLCD, màn hình LCD 16×2, ứng dụng Android và website www.ga.
  • Hệ thống an ninh và cảnh báo: Vận hành ổn định chức năng chống trộm bằng cảm biến rung SW-420; khi bị tác động, hệ thống tự động phát cảnh báo đèn LED, gửi tin nhắn SMS, thực hiện cuộc gọi khẩn cấp qua mạng di động và cập nhật tọa độ GPS tức thời lên bản đồ Google Map trên website.
  • Điều khiển đa nền tảng: Điều khiển bật/tắt thiết bị điện qua rơ-le 2 kênh bằng 3 phương thức độc lập: thao tác trực tiếp trên màn hình cảm ứng GLCD, điều khiển qua giao diện Web Service và điều khiển qua ứng dụng Android từ xa.

2. Đóng góp của đề tài

  • Làm chủ kỹ thuật ghép nối và lập trình điều khiển màn hình đồ họa GLCD 3.2-inch thông qua bộ điều khiển bộ nhớ tĩnh FSMC 16-bit trên vi điều khiển 32-bit ARM Cortex-M4, giúp tối ưu hóa tốc độ quét hình ảnh và giao diện người dùng nhúng.
  • Thiết kế mạch in trung gian (Shell PCB) chuyên dụng cho kit STM32F4, giúp giảm thiểu hiện tượng nhiễu tín hiệu và tăng độ gọn gàng, thẩm mỹ cho thiết bị phần cứng.
  • Tích hợp thành công giải pháp truyền thông kép (Wi-Fi ESP8266 cho trạm cố định và GPRS/GPS A7 cho trạm di động), xây dựng mô hình IoT linh hoạt có chi phí linh kiện thấp, phù hợp với điều kiện ứng dụng thực tế tại Việt Nam.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Hạn chế của đề tài

Căn cứ theo nội dung báo cáo thực nghiệm của các tác giả, đề tài còn tồn tại một số hạn chế kỹ thuật:

  • Tốc độ truyền nhận dữ liệu qua module Wi-Fi ESP8266 đôi lúc còn chậm và có hiện tượng mất kết nối tạm thời khi mạng Wi-Fi gặp sự cố.
  • Màn hình GLCD sử dụng công nghệ cảm ứng điện trở nên độ nhạy chưa cao, tốc độ phản hồi các thao tác chạm còn chậm và có thể xảy ra hiện tượng treo màn hình khi nhận liên tiếp nhiều lệnh điều khiển cùng lúc.
  • Khả năng bắt sóng và định vị GPS của module A7 bị suy giảm độ chính xác tại các khu vực có nhiều vật cản hoặc các vị trí chưa được cập nhật chi tiết trên bản đồ số.
  • Đề tài mới dừng lại ở quy mô thử nghiệm mô hình thực tập, chưa triển khai đóng gói công nghiệp hoàn chỉnh.

Hướng nghiên cứu và phát triển tiếp

  • Nâng cấp màn hình cảm ứng điện trở sang màn hình cảm ứng điện dung để nâng cao tốc độ phản hồi và trải nghiệm người dùng.
  • Tối ưu hóa thuật toán truyền dữ liệu, tăng cường cơ chế mã hóa và tự động phục hồi kết nối không dây khi xảy ra ngắt quãng đường truyền.
  • Nghiên cứu tích hợp các thuật toán tự hành nâng cao (như xử lý ảnh, tránh vật cản tự động) cho robot xe Smart Car để tăng tính chủ động trong giám sát.
  • Mở rộng số lượng trạm cảm biến vệ tinh và kết nối thêm nhiều chủng loại tải điện công suất lớn trong môi trường thực tế.

Giá trị tham khảo

Báo cáo đồ án tốt nghiệp cung cấp nguồn tài liệu kỹ thuật có giá trị tham khảo chuyên môn cao cho:

  • Sinh viên ngành Công nghệ Kỹ thuật Máy tính, Hệ thống Nhúng, Điện tử - Viễn thông và Tự động hóa: Là tài liệu tham khảo chi tiết về quy trình phát triển một dự án IoT hoàn chỉnh từ khâu thiết kế sơ đồ nguyên lý, vẽ mạch in PCB 2 lớp, lập trình nhúng C trên nền ARM Cortex-M4 (STM32F4) đến lập trình ứng dụng di động Android và Web Service.
  • Người làm đề tài về hệ thống nhúng và nhà thông minh: Cung cấp giải pháp kỹ thuật cụ thể về ghép nối vi điều khiển với màn hình GLCD qua chuẩn FSMC 16-bit, lập trình điều khiển module GSM/GPRS/GPS A7 bằng tập lệnh AT, và giải pháp bố trí cơ khí, tản nhiệt cho cảm biến môi trường trong hộp kín.

Câu hỏi thường gặp

1. Khối điều khiển trung tâm của hệ thống Smart Cube sử dụng vi điều khiển nào và kết nối với màn hình hiển thị bằng chuẩn gì?
Khối điều khiển trung tâm sử dụng vi điều khiển 32-bit ARM Cortex-M4 trên kit STM32F407VG Discovery. Vi điều khiển giao tiếp với màn hình cảm ứng GLCD 3.2-inch TFT (IC điều khiển ILI9325) thông qua chuẩn giao tiếp song song 16-bit FSMC (Flexible Static Memory Controller) sử dụng các đường dữ liệu từ D0 đến D15.

2. Chức năng chống trộm và an ninh của Smart Cube hoạt động dựa trên cơ chế nào?
Hệ thống sử dụng cảm biến rung SW-420 kết nối qua chân GPIO của STM32F4. Khi chế độ chống trộm được bật trên GLCD và có tác động ngoại lực làm thay đổi mức logic cảm biến, STM32F4 sẽ kích hoạt đèn LED cảnh báo, điều khiển module A7 gửi tin nhắn SMS, tự động quay số gọi điện đến số điện thoại người dùng đã thiết lập và gửi tọa độ GPS hiện thời lên Web Service để vẽ vị trí trên Google Map.

3. Tại sao trạm điều khiển trung tâm phải sử dụng 2 nguồn pin dự phòng riêng biệt?
Trạm trung tâm sử dụng 2 bộ pin dự phòng 5V–1A độc lập: một pin dùng để cấp nguồn cho kit vi điều khiển STM32F4 và các cảm biến, pin còn lại cấp nguồn riêng cho module truyền thông A7. Việc tách riêng nguồn nhằm tránh hiện tượng sụt áp hệ thống khi module A7 phát sóng GPRS/GSM công suất cao.

4. Trạm cảm biến vệ tinh A, B thu thập những thông số môi trường nào và truyền dữ liệu bằng phương thức gì?
Trạm cảm biến A và B sử dụng vi điều khiển Arduino Nano kết nối với 5 cảm biến để đo: nhiệt độ và độ ẩm (DHT11), nồng độ khói/khí gas (MQ2), cường độ ánh sáng, cường độ âm thanh và cảm biến lửa. Dữ liệu sau khi thu thập được truyền lên cơ sở dữ liệu Web Service thông qua module Wi-Fi ESP8266 kết nối với điểm phát Wi-Fi có tên "SMART CUBE STATIC".

Kết luận

Đồ án tốt nghiệp "Thiết kế và thi công hộp thông minh – Smart Cube" của nhóm sinh viên Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. Hồ Chí Minh đã hoàn thành toàn diện các mục tiêu đề ra trong việc xây dựng một hệ thống IoT giám sát môi trường và điều khiển thiết bị điện đa nền tảng. Công trình kết hợp thành công giữa nền tảng phần cứng hiệu năng cao STM32F407VG, vi điều khiển vệ tinh Arduino Nano, các module truyền thông không dây Wi-Fi ESP8266 và GSM/GPRS/GPS A7 với giao diện người dùng trên Web Service và Android. Mô hình sản phẩm thực nghiệm đã chứng minh tính khả thi kỹ thuật, độ ổn định trong cảnh báo an ninh và là tài liệu tham khảo hữu ích cho các nghiên cứu phát triển hệ thống nhúng ứng dụng trong thực tế.