CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN Đề tài sẽ sử dụng KIT Node MCU là kit phát triển dựa trên nền chip Wifi SoC ESP8266 với thiết kế dễ dàng sử dụng vì được tích hợp chip nạp CP2102 trên board. Ngôn ngữ lập trình có thể sử dụng trực tiếp phần mềm IDE của Arduino để lập trình với bộ thư viện riêng.2 MỤC TIÊU - Tiếp nhận tín hiện từ các cảm biến và điều khiển các thiết bị. - Có chức năng giám sát và điều khiển từ xa qua internet, sử dụng điện thoại hoặc máy tính.
- Điều khiển bằng giọng nói. - Có thể thi công đồ án trên một ngôi nhà thực tế hoặc mô hình.3 NỘI DUNG NGHIÊM CỨU • Nội dung 1: Nghiên cứu tài liệu về KIT NodeMCU ESP8266, giao tiếp không dây và mạng Internet. • Nội dung 2: Nghiên cứu các mô hình nhà thông minh. • Nội dung 3: Thiết kế và tính toán thiết kế mạch phần cứng cho thiết bị.
• Nội dung 4: Thi công phần cứng, thử nghiệm và hiệu chỉnh phần cứng. • Nội dung 5: Thử nghiệm và điều chỉnh hệ thống cũng như chương trình để hệ thống được tối ưu. Đánh giá các thông số của mô hình so với thực tế. • Nội dung 6: Viết báo cáo thực hiện.
• Nội dung 7: Bảo vệ luận văn.4 GIỚI HẠN • Kích thước mô hình • Sử dụng KIT NodeMCU ESP8266 • Tập trung vào thiết bị điều khiển trung tâm • Sử dụng các nền tảng đã có sẵn và các thư viện mở để phát triển sản phẩm. BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 2 do an CHƯƠNG 1.5 BỐ CỤC • Chương 1: Tổng quan Chương này trình bày tổng quan về đề tài, xu hướng và ưu điểm của thiết bị trung tâm điều khiển nhà thông minh, hướng nghiên cứu của nhóm thực hiện đề tài. • Chương 2: Cơ Sở Lý Thuyết Trình bày được cơ sở lý thuyết về thiết bị điều khiển trung tâm Trình bày cơ sở lý thuyết về các thiết bị sử dụng trong mô hình: Vi điều khiển, hồng ngoại, RF, … • Chương 3: Tính Toán và Thiết Kế Xây dựng mô hình phần cứng để giao tiếp giữa vi điều khiển, bộ thu phát hồng ngoại và bộ thu phát sóng RF Thiết kế sơ đồ nguyên lý để điều khiển cho hệ thống hoạt động. • Chương 4: Thi Công Hệ Thống Trong chương chúng ta thực hiện thi công mạch, các phần điều khiển cũng như phần cứng hệ thống đề tài.
Sau đó hoàn chỉnh mô hình từ đó xây dựng lưu đồ giải thuật để viết chương trình điều khiển cho hệ thống. Sau khi có chương trình và mô hình, chúng ta sẽ thực hiện hoàn thiệc để hệ thống hoạt động tốt • Chương 5: Kết Quả, Nhận Xét và Đánh Giá Nếu rõ được trong quá trình đồ án đã thu được những kế quả, tìm hiểu và thu thập được nhiều kiến thức cũng như tích lũy thêm kinh nghiệm để có thể thích nghi với môi trường làm việc. Tiến hành nhận xét kết quả trong quá trình thực hiện đồ án giữa những gì thực hiện thực tế so với kết quả trong lý thuyết. BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 3 do an CHƯƠNG 1.
TỔNG QUAN • Chương 6: Kết Luận và Hướng Phát Triển Kết luận về những gì đạt được trong quá trình thực hiện đồ án. Đưa ra thêm những hướng phát triển khả thi cho đề tài để có thể ứng dụng tốt trong thưc tế. BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 4 do an CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT CHƯƠNG 2.1 Giới thiệu về Internet of Things (IoT) hay Mạng lưới vạn vật kết nối Internet Là một kịch bản của thế giới, khi mà mỗi đồ vật, con người được cung cấp một định danh của riêng mình, và tất cả có khả năng truyền tải, trao đổi thông tin, dữ liệu qua một mạng duy nhất mà không cần đến sự tương tác trực tiếp giữa người với người, hay người với máy tính.
IoT đã phát triển từ sự hội tụ của công nghệ không dây, công nghệ vi cơ điện tử và Internet. Nói đơn giản là một tập hợp các thiết bị có khả năng kết nối với nhau, với Internet và với thế giới bên ngoài để thực hiện một công việc nào đó.2 Giới thiệu về ESP8266 NodeMCU ❖ ESP8266: ESP8266 là dòng chip tích hợp Wi-Fi 2.4Ghz có thể lập trình được, rẻ tiền được sản xuất bởi một công ty bán dẫn Trung Quốc: Espressif Systems. Được phát hành đầu tiên vào tháng 8 năm 2014, đóng gói đưa ra thị trường dạng Module ESP-01. Có khả năng kết nối Internet qua mạng Wi-Fi một cách nhanh chóng và sử dụng rất ít linh kiện đi kèm.
Với giá cả có thể nói là rất rẻ so với tính năng và khả năng ESP8266 có thể làm được. ESP8266 có một cộng đồng các nhà phát triển trên thế giới rất lớn, cung cấp nhiều Module lập trình mã mở giúp nhiều người có thể tiếp cận và xây dựng ứng dụng rất nhanh. Hiện nay tất cả các dòng chip ESP8266 trên thị trường đều mang nhãn ESP8266EX, là phiên bản nâng cấp của ESP8266, đã có hơn 14 phiên bản ESP ra đời, trong đó phổ biến nhất là ESP-12. BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 5 do an CHƯƠNG 2.
CƠ SỞ LÝ THUYẾT Hình 2. ❖ Module ESP8266 NodeMCU Module ESP-12 kết hợp với firmware ESP8266 trên Arduino và thiết kế phần cứng giao tiếp tiêu chuẩn đã tạo nên NodeMCU, loại Kit phát triển ESP8266 phổ biến nhất trong thời điểm hiện tại. Với cách sử dụng, kết nối dễ dàng, có thể lập trình, nạp chương trình trực tiếp trên phần mềm Arduino, đồng thời tương tích với các bộ thư viện Arduino sẵn có.2: Module ESP8266 NodeMCU. Sơ bộ về Module ESP8266 NodeMCU: ➢ Khả năng hoạt động như một Module Wifi: • Có thể quét và kết nối với một mạng Wifi bất kì (Wifi client) để thực hiện tác vụ như lưu trữ, truy cập dữ liệu từ server.
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 6 do an CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT • Tạo điểm truy cập Wifi (Wifi Access Point) cho phép các thiết bị khác kết nối, giao tiếp và điều khiển. • Một server để xử lý dữ liệu từ các thiết bị sử dụng internet. ➢ Nguồn vào và nguồn ra: • ESP8266 NodeMCU nhận nguồn từ cổng micro USB tích hợp sẵn trên mạch, giúp việc nạp code trở nên dễ dàng hơn.
Bên cạnh đó, việc cấp nguồn cho module cũng linh động hơn vì bạn có thể sử dụng sạc dự phòng thay cho nguồn từ USB trên máy tính (nguồn cấp tối đa là 5V). • ESP8266 NodeMCU có thể cung cấp nguồn cho tối đa 4 thiết bị: 3 nguồn ra 3.3V và một nguồn từ chân Vin (điện thế bằng điện thế từ cổng micro USB). Khi sử dụng các chân cấp nguồn này, hãy luôn kiểm tra để chắc chắn không cắm nhầm chân dương (trên mạch in là 3v3 và Vin) và chân âm (GND). Tuy nhiên, 3 chân 3.3V đều được bảo vệ, khi cắm ngược cực, module sẽ chỉ nóng lên và dừng hoạt động.
Chân Vin thì không được bảo vệ, nếu cắm ngược cực sẽ gay hư hỏng hoặc cháy Module ➢ Truyền và nhận tín hiệu: ESP8266 NodeMCU có tổng cộng 13 chân GPIO (General-purpose input/output): chân có thể truyền/nhận tín hiệu (trên mạch in từ D0 đến D8 và RX, TX, SD2, SD3). Module chỉ có thể kết nối với tới nguồn tối đa 5V qua cổng Micro USB. Các chân I/O chỉ có thể giao tiếp với các linh kiện qua điện thế tối đa 3. BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 7 do an CHƯƠNG 2.
CƠ SỞ LÝ THUYẾT Hình 2.3: Sơ đồ chân của Module. ➢ Thông số kĩ thuật: • IC chính: ESP8266 Wifi SoC. • Phiên bản firmware: NodeMCU Lua • Chip nạp và giao tiếp UART: CP2102. • GPIO tương thích hoàn toàn với firmware Node MCU.
• Cấp nguồn: 5VDC MicroUSB hoặc Vin. • GIPO giao tiếp mức 3.3VDC • Tích hợp Led báo trạng thái, nút Reset, Flash. • Tương thích hoàn toàn với trình biên dịch Arduino. • Kích thước: 25 x 50 mm BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 8 do an CHƯƠNG 2.3 Module thu phát Hồng Ngoại ( Infrared receiver/sender) ❖ Module thu tín hiệu hồng ngoại ➢ Tổng quan về tín hiệu hồng ngoại: Ánh sáng hông ngoại (tia hồng ngoại) là ánh sáng không thể nhìn thấy được bằng mắt thường, có bước sóng khoảng từ 0.
Tia hồng ngoại có vận tốc truyền bằng vận tốc ánh sáng. Tia hồng ngoại có thể truyền đi được nhiều kênh tín hiệu. Nó được ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp. Lượng thông tin có thể đạt 3 megabit/s.
Lượng thông tin được truyền đi với ánh sáng hồng ngoại lớn gấp nhiều lần so với sóng điện tử mà người ta vẫn dùng. Tia hồng ngoại dễ bị hấp thụ, khả năng xuyên thấu kém. Trong điều khiển từ xa bằng tia hồng ngoại, chùm tia hồng ngoại phát đi hẹp, có hướng, do đó khi thu phải đúng hướng. ➢ Nguyên tắc thu tín hiệu hồng ngoại: Thiết bị thu Giải mã Dữ liệu phát - Khối thu thiết bị: Tia hồng ngoại từ module phát được tiếp nhận bởi Led thu hồng ngoại.
- Khối Giải mã: mã lệnh giãi mã ra thành số thập phân, hay nhị phân tương ứng và đưa đến mạch điều khiển và được lưu vào bộ nhớ làm dữ liệu phát. - Dữ liệu phát: lưu trữ dữ liệu được thu từ thiết bị thu. ➢ Module thu tín hiệu hồng ngoại KY- 022: BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 9 do an CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT Hình 2.4: Module thu tín hiệu hồng ngoại KY- 022.
Mạch thu hồng ngoại IR KY-022 được sử dụng để thu nhận tín hiệu hồng ngoại từ các nguồn phát 38khz như Remote,., mạch nhỏ gọn, được thiết kế để có thể dễ dàng kết nối và sử dụng, phù hợp cho nhiều ứng dụng khác nhau. • Led thu hồng ngoại 1838 ( hay còn gọi là mắt thu hồng ngoại 1838T): Hình 2.5: Led thu hồng ngoại 1383. - Tính năng chính: + Bộ thu ánh sáng và tiền khuếch đại được tích hợp chung. + Bộ lọc trong BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 10 do an CHƯƠNG 2.
CƠ SỞ LÝ THUYẾT + Tương thích với TTL và CMOS + Độ ổn định cao + kích thước nhỏ + Hoạt động ở tần số 38KHz • Nguyên lý thu của Module KY -022: Hình 2.6: Nguyên lý thu của Module KY-022. Tín hiệu vào mang theo sóng mang f0 qua bộ lọc ( CGA & filter) , sau đó qua bộ giải điều chế (Demodulator) để đưa tín hiệu ra ngoài ( loại bỏ đi sóng mang). Khi nhận được lệnh phát tín hiệu từ vi điều khiển, Led sẽ phát tín hiệu với mã tương thích đã được lưu với sóng mang 38Khz để điều khiển thiết bị.