CHƯƠNG 1. Tổng quan về internet of things (IoT) 1. Giới thiệu về Internet of Things (IoT) Internet Vạn Vật, hay cụ thể hơn là Mạng lưới vạn vật kết nối Internet hoặc là Mạng lưới thiết bị kết nối Internet (tiếng Anh: Internet of Things, viết tắt IoT) là một liên mạng, trong đó các thiết bị, phương tiện vận tải (được gọi là "thiết bị kết nối" và "thiết bị thông minh"), phòng ốc và các trang thiết bị khác được nhúng với các bộ phận điện tử, phần mềm, cảm biến, cơ cấu chấp hành cùng với khả năng kết nối mạng máy tính giúp cho các thiết bị này có thể thu thập và truyền tải dữ liệu [1]. Ứng dụng của IoT Với những hiệu quả thông minh rất thiết thực mà IoT đem đến cho con người, IoT đã và đang được tích hợp trên khắp mọi thứ, mọi nơi xung quanh thế giới mà con người đang sống.
Các ứng dụng của IoT được xếp hạng dựa trên 3 tiêu chí: Sự tìm kiếm về IoT trên Google, điều được nói đến về IoT trên Twitter, điều được viết về IoT trên LinkedIn [2]. IoT hiện nay được ứng dụng trong rất nhiều lĩnh vực và mọi mặt trong cuộc sống. Có thể kể đến một số ứng dụng tiêu biểu như: nhà thông minh, bóng đèn thông minh, hệ thống đồ gia dụng, công tắc thông minh, mua sắm thông minh, ứng dụng trong nông nghiệp, ứng dụng trong y tế, thành phố thông minh, điện lưới thông minh (Smart City), … 1. Các cảm biến liên quan 1.
Chip Arduino Uno R3 1. Tổng quan Arduino Uno R3 Arduino UNO R3 là một loại bo mạch vi điều khiển, được sử dụng phổ biến trong họ Arduino. Chúng được phát hành vào năm 2011, và là phiên bản thứ 3 mới nhất của bảng Arduino (Hình 1. Mạch kit này được phát triển dựa trên ATmega328P với mục đích kiểm 7 soát và giữ bộ vi điều khiển.
Arduino Uno R3 được sử dụng bằng cách gắn vào máy tính thông qua một cáp USB. Sau khi đã lắp đặt xong, chúng ta sẽ sử dụng pin hoặc bộ chuyển đổi AC-DC để cung cấp điện cho mạch kit. Khi đấu nối thành công, mạch sẽ kích hoạt và hoạt động. Board Arduino UNO R3 1.
Thông số kỹ thuật Arduino Uno R3 Board mạch Arduino Uno R3 bao gồm các thông số kỹ thuật sau: • Nó là một Vi điều khiển dựa trên ATmega328P • Điện áp hoạt động của Arduino là 5V • Điện áp đầu vào được đề xuất nằm trong khoảng từ 7V đến 12V • Điện áp i/p (giới hạn) là 6V đến 20V • Chân đầu vào và đầu ra kỹ thuật số -14 • Chân đầu vào và đầu ra kỹ thuật số (PWM) -6 • Chân i/p analog là 6 chân • Dòng điện DC cho mỗi chân I/O là 20 mA • Dòng DC được sử dụng cho Pin 3.3V là 50 mA • Bộ nhớ Flash -32 KB và bộ nhớ 0.5 KB được bộ tải khởi động sử dụng • SRAM là 2 KB • EEPROM là 1 KB • Tốc độ của CLK là 16 MHz 8 • Đèn LED tích hợp • Chiều dài và chiều rộng của Arduino là 68.4 mm • Trọng lượng của bảng Arduino là 25g 1. Sơ đồ chân của Arduino Uno R3 (Hình 1. Sơ đồ chân Board Arduino UNO R3 ► Chân reset trên Arduino để thiết lập lại toàn bộ và đưa chương trình đang chạy trở về ban đầu. Chân reset này hữu ích khi Arduino bị treo khi đang chạy chương trình ► Có 14 chân I / O digital và 6 chân analog được tích hợp trên Arduino cho phép kết nối bên ngoài với bất kỳ mạch nào với Arduino.
Các chân này cung cấp sự linh hoạt và dễ sử dụng cho các thiết bị bên ngoài có thể được kết nối thông qua các chân này. ► 6 chân analog được đánh dấu là A0 đến A5 và có độ phân giải 10 bit. Các chân này đo từ 0 đến 5V, tuy nhiên, chúng có thể được cấu hình ở phạm vi cao bằng cách sử dụng chức năng analogReference () và chân ISF. ► Bộ nhớ flash 13KB được sử dụng để lưu trữ số lượng hướng dẫn dưới dạng mã.
► Chỉ cần nguồn 5V để sử dụng với Arduino, hoặc lấy nguồn trực tiếp từ cổng USB. Arduino có thể hỗ trợ nguồn điện bên ngoài lên đến 12 V có thể được điều chỉnh và giới hạn ở mức 5 V hoặc 3,3 V dựa trên yêu cầu của projects. 9 ► Đèn LED : Arduino Uno đi kèm với đèn LED tích hợp được kết nối thông qua chân 13. Cung cấp mức logic HIGH tương ứng ON và LOW tương ứng tắt.
► Vin : Đây là điện áp đầu vào được cung cấp cho board mạch Arduino. Khác với 5V được cung cấp qua cổng USB. Pin này được sử dụng để cung cấp điện áp toàn mạch thông qua jack nguồn, thông thường khoảng 7- 12VDC ► 5V : Chân 5V được sử dụng để cung cấp điện áp đầu ra. Arduino được cấp nguồn bằng ba cách đó là USB, chân Vin của bo mạch hoặc giắc nguồn DC.
► USB : Hỗ trợ điện áp khoảng 5V trong khi Vin và Power Jack hỗ trợ dải điện áp trong khoảng từ 7V đến 20V. ► GND : Chân mass chung cho toàn mạch Arduino ► Reset : Chân reset để thiết lập lại về ban đầu ► IOREF : Chân này rất hữu ích để cung cấp tham chiếu điện áp cho Arduino ► PWM : PWM được cung cấp bởi các chân 3,5,6,9,10, 11. Các chân này được cấu hình để cung cấp PWM đầu ra 8 bit. ► SPI : Chân này được gọi là giao diện ngoại vi nối tiếp.
Các chân 10 (SS), 11 (MOSI), 12 (MISO), 13 (SCK) cung cấp liên lạc SPI với sự trợ giúp của thư viện SPI. ► AREF : Chân này được gọi là tham chiếu tương tự, được sử dụng để cung cấp điện áp tham chiếu cho các đầu vào tương tự. ► TWI : Chân Giao tiếp TWI được truy cập thông qua thư viện dây. Chân A4 và A5 được sử dụng cho mục đích này.
► Serial Communication :Giao tiếp nối tiếp được thực hiện thông qua hai chân 0 (Rx) và 1 (Tx). ► Rx : Chân này được sử dụng để nhận dữ liệu trong khi chân Tx được 10 sử dụng để truyền dữ liệu. ► External Interrupts (Ngắt ngoài) : Chân 2 và 3 được sử dụng để cung cấp các ngắt ngoài. ứng dụng của Arduino Uno R3 Aruino Uno R3 được sử dụng phổ biến trong việc tự thiết kế ra các mạch điện tử như điều khiển led, gửi dữ liệu lên lcd, điều khiển motor,.
hay được gắn thêm các Shield để kết nối nhiều module cảm biến khác để thực hiện thêm nhiều chức năng mở rộng như gửi dữ liệu qua wifi (Hình 1. Ngoài ra, trên thị trường còn có nhiều biến thể của Arduino Uno để thực hiện thêm các tính năng chuyên dụng, ví dụ như mCore, Orion trên mBot được chuyên dụng với việc dễ dàng phân biệt các loại module nào có thể sử dụng cắm vào trên các cổng để trẻ dễ dàng sử dụng. Ứng dụng của Arduino UNO R3 1. Chip Wifi ESP32 1.
Tổng quan ESP32 ESP32 là một chip được tích hợp công nghệ Wifi và Bluetooth với công nghệ tiêu thụ năng lượng cực thấp. Nó cung cấp một nền tảng tích hợp mạnh mẽ, đáp ứng nhu cầu hiệu năng tốt nhất, tính linh hoạt, thiết kế nhỏ gọn, hiệu suất cao và độ tin cậy trong nhiều ứng dụng. Các dòng chip ESP32 bao gồm 11 ESP32-D0WDQ6, ESP32-D0WD, ESP32-D2WD và ESP32-S0WD. Espressif đã thiết kế và sản xuất ra một số module để người dùng dễ dàng tiếp cận hơn với dòng chip ESP32.
Các thành phần chính trên những module này bao gồm chip ESP32, bộ tạo dao động thạch anh, mạch ăngten, chỉ khác nhau về một số chức năng tùy từng phiên bản như số lượng chân GPIO, các thiết bị ngoại vi được thêm vào như: màn hình L , bảng cảm ứng, khe cắm thẻ SD, module máy ảnh,… dưới đây là một số phiên bản đã được phát triển và đưa vào sử dụng [4].1: Các phiên bản module của ESP32 Thành phần Module Chip Flash RAM ESP-WROOM-32 ESP32-D0WDQ6 4MB - ESP-WROOM-32D ESP32-D0WD 4MB - ESP-WROOM-32U ESP32-D0WD 4MB - ESP-SOLO-1 ESP32-S0WD 4MB - ESP-WROVER (-I) ESP32-D0WDQ6 4MB 8MB Phiên bản ESP32-WOOM-32 (Hình 1.4) là một module vi điều khiển (MCU) Wifi (Wireless Fidelity) - BT (Bluetooth) - BLE (Bluetooth Low Energy) phổ biến và mạnh mẽ phục vụ cho nhiều ứng dụng khác nhau từ những ứng dụng đơn giản như điều khiển thiết bị, đọc giá trị cảm biến đến những nhiệm vụ phức tạp như mã hóa giọng nói, phát nhạc trực tuyến, giải mã MP3,…[4] Hình 1. Module ESP32-WOOM-32 12 Module này được xây dựng với lõi nhân là chip ESP32-D0WDQ6, chip được thiết kế để có thể mở rộng. Có 2 lõi CPU (Central Processing Unit) có thể kiểm soát riêng biệt và tần số xung đồng hồ dao động từ 80MHz đến 240MHz. Do tích hợp Bluetooth, Bluetooth LE, Wifi nên rất nhiều ứng dụng có thể thực hiện được trên module.
Sử dụng Wifi cho phép kết nối trong phạm vi rộng, không giới hạn, sử dụng Bluetooth cho phép kết nối một cách dễ dàng. Module cũng hỗ trợ truyền dữ liệu lên đến 150Mbps. - Một số ứng dụng của ESP32: Đa số các ứng dụng của SP32 được phục vụ cho các dự án IoT như: Nhà thông minh, Robot công nghiệp, nhận dạng giọng nói, nhận dạng hình ảnh, ứng dụng chăm sóc sức khỏe, … 1. Đặc điểm ESP32 • Mức năng lượng thấp: Chip ESP32 được thiết kế cho các ứng dụng di động, điện tử, ứng dụng IoT.
ESP32 có tất cả các đặc tính của một chip tiêu thụ mức năng lượng thấp, nhiều chế độ hoạt động giúp giảm thiểu tối đa năng lượng mà chip tiêu tốn. Ví dụ cảm biến trong ứng dụng IoT, SP32 được đánh thức theo chu kỳ và chỉ phát hiện khi có một điều kiện cụ thể. • Tích hợp hoàn chỉnh: Chip SP32 có khả năng tích hợp cao Wifi và Bluetooth cho các ứng dụng IoT, với khoảng 20 thiết bị ngoại vi. ESP32 tích hợp ăngten, sóng R (Radio frequency), bộ khuếch đại công suất, bộ khuếch đại thu tiếng ồn, module quản lý năng lượng, … Bảng 1.2: Thông số kỹ thuật cơ bản của module ESP32-WOOM-32 Loại Đặc trưng Thông số Wifi Giao thức 802.11n lên đến 150 Mbps) Tần số 2.5GHz Giao thức Bluetooth v4.2 và Bluetooth Lower Energy NZIF với độ nhạy -97dBm Bluetooth Radio Máy phát Class-1, Class-2, Class-3 AFH 13 Audio CVSD và SBC Thẻ SD, UART, SPI, SDIO, I2C, Led Giao tiếp module PWM, Motor PWM, I2S, IR, Counter, GPIO, cảm biến cảm ứng, ADC, DAC Chip cảm biến Hall sensor (từ trường) Thạch anh 40MHz SPI Flash 4MB Điện áp hệ thống 2.6V Phần cứng Dòng hệ thống Trung bình: 80mA Dòng điện tối 500mA thiểu của nguồn cung cấp Nhiệt độ hoạt động -40℃ ~ +85℃ Kích thước (18.
Sơ đồ chân của module ESP32 Bảng 1.