Chương 1 GIỚI THIỆU TÔNG QUAN 1.1 Đặt van đề Trong thời kỳ công nghệ phát triển, các thiết bị, đồ dùng ngày càng được cải thiện cũng như đổi mới đề có thê đáp ứng được nhu cầu cũng như nâng cao trải nghiệm của người dùng. Các thiết bị, đồ dùng được cải tiễn theo hướng thông minh hơn, xử lý được những van dé phức tap hơn. Chúng dần thay thế cho các thiết bị đời cũ. Việc thay thế đó tạo ra hai vấn đề cần giải quyết, thứ nhất đó là chi phí cho một thiết bi thông minh cao hơn nhiều so với một thiết bị bình thường và thứ hai là khi thay thế, thiết bị đời cũ sẽ bị loại bỏ, gây ra lãng phí tài nguyên cũng như ô nhiễm môi trường.
Nhằm giải quyết hai vấn đề đó, nhóm đã lên ý tưởng dé biến một thiết bị đời cũ thành thiết bị thông minh, như vậy sẽ giảm được chi phi, không gây lãng phí và 6 nhiễm môi trường. Cụ thé thiết bị được nhóm chon dé cải tiến là tủ lạnh, một thiết bị gần gũi với tất cả các hộ gia đình, đặc biệt là trong tình hình dịch bệnh hiện nay, nhu cầu dự trữ đồ ăn dé hạn chế ra ngoài của các gia đình là rất lớn, nên việc sở hữu một chiếc tủ lạnh tốt là vô cùng cần thiết.2 Thực trạng Qua khảo sát, nhóm nhận thấy tủ lạnh thông minh đã và đang được đầu tư, phát triển trong thời gian qua bởi nhiều công ty lớn như GE, LG, Samsung,. Nhiều tính năng thông minh được tích hợp vào trong tủ lạnh như: màn hình cảm ứng, cho phép chơi nhạc, hiển thị công thức món ăn, quản lý từ xa thông qua điện thoại, có trợ lý ảo hỗ tro,. Tuy nhiên những thiết bị thông minh như trên có giá thành rất cao, có thê gấp chục lần so với thiết bị thông thường.3 Nội dung nghiên cứu Mô hình giải pháp cho tủ lạnh thông minh, nhóm nghiên cứu tạo ra một mô hình tích hợp hỗ trợ giúp tủ lạnh bình thường trở nên thông minh.
Xây dựng ứng dụng trên thiết bị di động giúp người dùng tương tác với tủ lạnh.1 Mobile app se Nhập thông tin thực phâm (Tên, giá, han sử dung) bang QR code. s Tra cứu thông tin thực phẩm bang QR code. « Hiển thị đề xuất món ăn. se Hién thị nhiệt độ, độ âm.2 Giải pháp tương tac với tủ lạnh s Thu thập thông tin về điều kiện môi trường.
s Xây dựng giải pháp quản lý thực phẩm thông qua dùng mã QR. e Cơ chế lưu trữ thực pham cho tu lanh.3 Server s Lưu trữ, cập nhật cơ sở dữ liệu. s Xử lý các thông tin bằng thuật toán máy học dé đưa ra đề xuất món ăn phù hợp.4 Cơ sở dữ liệu e Xây dựng cơ sở dữ liệu lưu trữ thông tin về nhiệt độ, độ âm, thực phẩm và món ăn.4 Mục tiêu e Biến một chiếc tủ lạnh bình thường thành tủ lạnh thông minh, cho phép người sử dụng có thé sử dụng điện thoại thông minh để kiểm tra các loại thực phẩm có trong tủ lạnh, từ những thông tin đó sẽ gợi ý cho người sử dụng các món ăn có thé nấu, cung cấp thông tin vê nguyên liệu có săn cũng như các nguyên liệu còn thiêu đê chê biên. Đông 12 thời cũng cho phép người sử dụng theo dõi tình trạng của tủ (nhiệt độ, độ ẩm) dé có thể tùy chỉnh sao cho phủ hợp.
¢ Thực hiện được các tính năng đã đề ra, tạo ra một sản phẩm có chất lượng, nâng cao trải nghiệm người dùng.5 Phạm vi dé tài Phạm vi đề tài việc phát triển mô hình giải pháp có thé tích hợp vào tủ lạnh thông thường.6 Hướng phát triển Khảo sát và tuân theo các đề tài, yêu cầu đã đặt ra và trao đổi hàng tuần với giáo viên hướng dẫn đề cải thiện, khắc phục các sự cố cũng như giải quyết các vấn đề gặp phải. Các giai đoạn trong quá trình thực hiện: Hoàn chỉnh giải pháp tích hợp cho tủ lạnh thông minh. Mở rộng tính năng lựa chọn món ăn theo nhiều yếu tố khác nhau (sở thích, sức khỏe, chế độ dinh dưỡng.7 Két quả mong muôn s Có tiềm năng dé cải tiến, phát triển trong tương lai. ¢ Các tính năng hoạt động ôn định, thé hiện được tính khoa học của khóa luận tốt nghiệp.
13 Chương 2 GIỚI THIỆU CAC KỸ THUAT ĐƯỢC SỬ DỤNG 2.1 Phân tích phan cứng 2.1 Module ESP32 ESP32 là một vi điều khiến giá rẻ, năng lượng thấp có hỗ trợ WiFi va dual-mode Bluetooth (tạm dịch: Bluetooth chế độ kép). Dòng ESP32 sử dụng bộ vi xử ly Tensilica Xtensa LX6 ở cả hai biến thé lõi kép và lõi đơn, và bao gồm các công tắc, antenna tích hợp, RF balun, bộ khuếch đại công suất, bộ khuếch đại thu nhiễu thấp, bộ lọc và module quản lý năng lượng. ESP32 được chế tạo và phát triển bởi Espressif Systems, một công ty Trung Quốc có trụ sở tại Thượng Hải, và được sản xuất bởi TSMC bằng cách sử dụng công nghệ 40 nm. ESP32 là sản phẩm kế thừa từ vi điều khiên ESP8266.
Các thông số kỹ thuật chính: se CPU: Xtensa Dual-Core LX6 microprocessor ¢ Chạy hệ 32 bit © Tốc độ xử lý 160 MHZ up to 240 MHz s Tốc độ xung nhịp đọc flash chip 40 MHz —> 80 MHz (tùy chỉnh khi lập trình) ® RAM: 520 KByte SRAM ¢ 520 KB SRAM liền chip (trong đó 8 KB RAM RTC tốc độ cao - 8KB RAM RTC tốc độ thấp (dùng ở chế độ DeepSleep) 14 s WiFi: 802.2 BR/EDR va BLE e 18 kênh bộ chuyền đôi Analog-to-Digital (ADC), 3xSPI, 3xUART, 2xI2C, 16 kênh đầu ra PWM, 2 bộ chuyền đổi Digital-to-Analog (DAC), 2xI2S, 10 GPIO cảm biến dién dung se Điện ap hoạt động: 2.2 Cảm biến số nhiệt độ và độ âm DHT22 Cảm biến độ âm và nhiệt độ DHT22 là cảm biến rất thông dụng hiện nay vì chỉ phí rẻ và rất dé lay dir liệu thông qua giao tiếp 1 wire (giao tiếp digital 1 dây truyền dé liệu duy nhất). Các thông sô kỹ thuật chính: s Điện áp đầu vào: 3.3-5V DC s Chuẩn giao tiếp: TTL, 1 wire s Tầm đo nhiệt độ: -40 80°C s Độ phân giải: 0.1°C/ Sai số nhiệt độ <+0.5°C s Tam đo độ âm: 0-100% RH s Tầm đo độ âm: 0.1%RH / sai số +2%RH s Kích thước module: 38 x 20mm (1.2 Các chế độ ngủ của ESP32 2.1 Khái nệm Chế độ ngủ ESP32 là trạng thái tiết kiệm năng lượng mà ESP32 có thé chuyền sang khi không hoạt động. Khi đó, trạng thái ESP32 vẫn được duy trì trong RAM, nguồn sẽ bị cắt đối với một số ngoại vi không cần thiết, trong khi RAM vẫn nhận đủ năng lượng để cho phép nó giữ lai dtr liệu của mình.ESP32 Active Mode Chế độ hoạt động bình thường là Active Mode. Trong chế độ nay, tat cả các chức năng của chip đều được bật.
Vì Active Mode bật mọi chức năng (đặc biệt là module WIFI, Bluetooth và nhân xử lý), nên chip yêu cầu dòng điện hơn 240mA dé hoạt động. Ngoài ra, nếu sử dụng cả hai chức năng WiFi và Bluetooth cùng lúc, các xung công suất cao có thể xuất hiện (lớn nhất là 790mA). Đây là chế độ tiêu tốn năng lượng nhiều nhất. Vì vậy, muốn đảm bảo năng lượng, chúng ta phải tận dụng một trong các chế độ ngủ của ESP32 khi không sử dụng.
Active Mode Active: B WiFi Bluetooth W Radio ESP32Core & ULP Coprocessor Peripherals `. IÑ Peripherals & Memory @ Ric Power Consumption: ATC Peripherals 1 60~260 mA Hinh 2.1: ESP32 Active Mode 2.ESP32 Modem Sleep Trong Modem Sleep, moi thir déu hoat déng, chi cd WiFi, Bluetooth va Radio bi tat. CPU vẫn hoạt động va RTC có thé được sử dung. Tại chế độ này, chip tiêu thụ khoảng 3mA ở tốc độ chậm và 20mAở tốc độ cao.
Đề duy trì kết nối WiFi / Bluetooth, CPU, WiFi, Bluetooth và Radio được đánh thức theo các khoảng thời gian được xác định trước đó. Trong kiểu ngủ này, ESP32 sẽ chuyên đổi giữa chế độ Active Mode va Modem Sleep. ESP32 chỉ có thé chuyển sang Modem Sleep khi kết nối với Access Point ở chế độ Station (trạm). ESP32 vẫn kết nói với bộ định tuyến thông qua cơ chế DTIM Beacon.
Dé tiết kiệm năng lượng, ESP32 vô hiệu hóa module WiFi giữa hai khoảng thời gian DTIM Beacon và tự động thức dậy trước khi đến Beacon tiếp theo. Thời gian ngủ được quyết định bởi khoảng thời gian DTIM Beacon của Access Point thường là 100ms đến 1000ms. 16 Modem Sleep Active: Inactive: FSP32Core WiFi Radic © ULPCoprocessor J§ Bluetooth N RTC Radio Peripherals Power Consumption: RTC & RTC Peripherals 3~20 mA Hinh 2.2: ESP32 Modem Sleep 3. ESP32 Light Sleep Light Sleep Active: Inactive: TM ULPCoprocessor WIiFi WM RTc Bluetooth § Radio Paused: @ Peripherals 0 7 WM €&ESP32 Core ESP32 Core & Memory Power Consumption: qe RTC bang O : 8 mA Hinh 2.3: ESP32 Light Sleep Chế độ làm việc của Light Sleep tương tự như Modem Sleep.
Sự khác biệt là RAM, CPU và ngoại vi đều bị tắt clock (clock-gated). Trong Light Sleep, CPU bị tạm dừng bằng cách tắt nguồn xung clock, nhưng RTC và ULP vẫn được duy trì hoạt động. Điều nay dẫn đến mức tiêu thụ điện năng ít hơn so với Modem Sleep, chỉ khoảng 0,8mA. Khi chuyền sang Light Sleep, ESP32 duy trì trạng thái bên trong của nó và tiếp tục hoạt động khi thoát khỏi chế độ ngủ.
Toàn bộ RAM vẫn được giữ nguyên. esp_light_sleep_start() hàm này được sử dụng dé chuyền sang Light Sleep sau khi nguồn đánh thức được cau hình.ESP32 Deep Sleep Ở Deep Sleep, CPU, RAM và tất cả các ngoại vi đều bị tắt. Các bộ phận duy nhất của chip vẫn được cấp nguồn là: bộ RTC, ngoại vi RTC (bao gồm bộ ULP) và bộ nhớ RTC. Chip tiêu thụ từ 10uA đến 0.
Deep Sleeep Active: Inactive: TM ULPCoprocessor §§ ESP32 Core Mm RTc @ WiFi @ Bluetooth Radio @ Peripherals Power Consumption: RTC & ATC Peripherals 1 O UA Hinh 2.4: ESP32 Deep Sleep Trong Deep Sleep, CPU chính bị tắt nguồn còn bộ ULP thực hiện các phép do cảm biến và đánh thức hệ thong chính dựa trên dữ liệu do được. Cùng với CPU, bộ nhớ chính của chip cũng bị tắt. Vì vậy, mọi thứ được lưu trữ trong bộ nhớ đó bị xóa sạch và không thé truy cập được. Tuy nhiên, bộ nhớ RTC vẫn được bat.
Vì vậy, nội dung của nó được bảo quản trong Deep Sleep và có thé được lấy ra sau khi chip được đánh thức. Đó là lý do mà chip lưu trữ dữ liệu kết nối WiFi và Bluetooth trong bộ nhớ RTC trước đó. Vậy nếu muốn sử dụng đữ liệu khi khởi động lại, hãy lưu trữ nó vào bộ nhớ RTC bang cách xác định một biến toàn cục với thuộc tính RTC _DATA_ ATTR.