HỆ THỐNG điều KHIỂN mái CHE GIẾNG TRỜI, đo NHIỆT độ độ ẩm và THÔNG báo TRÊN APP SHEET, có CODE

1 Trang 27 27 HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN MÁI CHE GIẾNG TRỜI, ĐO NHIỆT ĐỘ ĐỘ ẨM VÀ THÔNG BÁO TRÊN APP SHEET

GIẾNG TRỜI, ĐO NHIỆT ĐỘ ĐỘ ẨM VÀ

THÔNG BÁO TRÊN APP SHEET

MỤC LỤC

Chương 1 Tổng quan đề tài 4

1.1 Giới thiệu đề tài 4

1.2 Mục đích nghiên cứu 4

1.3 Đối tượng nghiên cứu 5

1.4 Phạm vi nghiên cứu 5

1.5 Dự kiến kết quả 5

Chương 2 Sơ đồ khối và giải thuật 7

2.1 Sơ đồ khối 7

2.2 Giới thiệu về cảm biến đo nhiệt độ độ ẩm DHT11 7

2.3 ESP-32 9

2.3.1 ESP-32 9

2.3.2 Chức năng ESP-32 10

2.4 Phần mềm Node-red 10

2.5 Giới thiệu Adruino IDE 11

2.6 Giới thiệu App Sheet 12

Chương 3 Giải thuật và điểu khiển 15

3.1 Nguyên lý làm việc của hệ thống 15

3.2 Lưu đồ giải thuật 15

Chương 4 Thực nghiệm 16

4.1 Tiến hành thực nghiệm 16

4.2 Kết quả thực nghiệm 18

4.3 Hiển thị thông tin ở App Sheet 18

4.4 Ứng dụng IoT 18

Chương 5 Kết luận 20

5.1 Ưu điểm 20

5.2 Nhược điểm 20

TÀI LIỆU THAM KHẢO: 21

Chương 1 Tổng quan đề tài 1.1 Giới thiệu đề tài

Giới thiệu:

Chúng ta đang sống trong 1 thời đại mà nền công nghiệp 4.0 đang phát triển mạnh

mẽ nhất, chính vì vậy những ứng dụng của nó được xuất hiện ở khắp nơi quanh cuộc sống chúng ta và 1 trong số chúng là Internet Vạn Vật hay còn được gọi là Internet of things (IoT) Nó đóng vai trò như 1 mạng toàn cầu mà trong đó vật dụng và con người được đặt theo cách riêng, có khả năng kết nối, giao tiếp với nhau thông qua mạng Internet

mà không cần trực tiếp tương tác với nhau Trong tương lai IoT sẽ còn phát triển rực rỡ hơn nữa, góp phần phát triển nhiều mặt trong cuộc sống hằng ngày

Ở đề tài này, chúng ta sẽ cùng tìm hiểu và biết được cách điều khiển thiết bị trong nhà, đo được nhiệt độ và độ ẩm môi trường thông qua lập trình node-red, adruino, xử lí giá trị và hiển thị trên App Sheet

Chức năng:

Áp dụng công nghệ 4.0 vào thực tế, con người lúc đó có thể làm chủ được thời gian và không gian của mình, điều khiển thiết bị và truyền tải thông tin mà không cần trực tiếp giao tiếp với nhau Từ đó tự động hóa được ngôi nhà của mình cũng như thu được các giá trị nhiệt độ độ ẩm ngoài môi trường.

Phán đoán và thực hiện đóng tấm che giếng trời khi có dấu hiệu trời sắp mưa, đồng thời cập nhật liên tục giá trị nhiệt độ độ ẩm ngoài môi trường lên App Sheet.

1.2 Mục đích nghiên cứu

Dựa trên những kiến thức đã học về lập trình vi điều khiển , lập trình C Tiến hành nghiên cứu cách sử dụng và kết nối ESP-32 với cảm biến nhiệt độ độ ẩm DHT11

Đồng thời tìm hiểu thêm kiến thức về lập trình node-red cũng như cách xuất giá trị lên App Sheet

Tìm hiểu chức năng cấu tạo nguyên lý hoạt động của cảm biến đo nhiệt độ độ ẩm Nghiêm cứu về chức năng WiFi Bluetooth của ESP-32.

Nghiên cứu về IoT (Internet of Things).

Tìm hiểu về gia thức truyền dữ liệu MQTT trên node red

Cuối cùng là có thể nhận giá trị đo bất cứ lúc nào mà không cần trực tiếp ở đó, thuận tiện cho người sử dụng.

1.3 Đối tượng nghiên cứu

Đo được nhiệt độ độ ẩm ngoài môi trường

Điều khiển được ở 2 chế độ tự động và thủ công

Hiển thị được các giá trị đo được lên màn hình

Xem được giá trị ở mọi thiết bị có kết nối Internet thông qua App Sheet

Chương 2 Sơ đồ khối và giải thuật 2.1 Sơ đồ khối

2.2 Giới thiệu về cảm biến đo nhiệt độ độ ẩm DHT11

Cảm biến DHT11 bao gồm một phần tử cảm biến độ ẩm điện dung và một điện trở nhiệt để cảm nhận nhiệt độ Tụ điện cảm biến độ ẩm có hai điện cực với chất nền giữ ẩm làm chất điện môi giữa chúng Thay đổi giá trị điện dung xảy ra với sự thay đổi của các mức độ ẩm IC đo, xử lý các giá trị điện trở đã thay đổi này và chuyển chúng thành dạng

kỹ thuật số.

Để đo nhiệt độ, cảm biến này sử dụng một nhiệt điện trở có hệ số nhiệt độ âm, làm giảm giá trị điện trở của nó khi nhiệt độ tăng Để có được giá trị điện trở lớn hơn ngay cả đối với sự thay đổi nhỏ nhất của nhiệt độ, cảm biến này thường được làm bằng gốm bán dẫn hoặc polymer

Cảm biến nhiệt độ và độ ẩm DHT11 là cảm biến rất thông dụng hiện nay vì chi phí thấp và rất dễ lấy dữ liệu thông qua giao tiếp 1 wire (giao tiếp digital 1 dây truyền dữ liệu

D H T 1 1

E S P - 3 2

N o d e - r e d

A p p S h e e t

duy nhất) Bộ tiền xử lý tín hiệu tích hợp trong cảm biến giúp bạn có được dữ liệu chính xác mà không phải qua bất kỳ tính toán nào

Hình 2.4: Module cảm biến DHT11

Sơ đồ chân DHT11:

VCC Nguồn 3,5V đến 5,5V Data Đầu ra cả nhiệt độ và độ ẩm

thông qua dữ liệu nối tiếp

Thông số kỹ thuật:

Điện áp hoạt động 3V - 5V DC Dòng điện tiêu thụ 2.5mA Phạm vi cảm biến độ ẩm 20% - 90% RH, sai số ±5%RH Phạm vi cảm biến nhiệt độ 0°C ~ 50°C, sai số ±2°C

Tần số lấy mẫu tối đa 1Hz (1 giây 1 lần) Kích thước 23 12 * 5 mm

2.3 ESP-32

Module điều khiển ESP-32 là module MCU có khả năng đa dụng, mạnh mẽ và được sử dụng rộng rãi trong thiết kế mạch điện tử và nó được úng dụng khá rộng rãi trong những ứng dụng về IoT hiện nay Phạm vi ứng dụng từ mạng lưới các thiết bị tiết kiệm năng lượng đến những ứng dụng có tác vụ phức tạp như mã hóa âm thanh, hình ảnh,…

Hình 2.1: Module ESP-32 Devkitc-32d

Thông số kỹ thuật:

Chip điều khiển ESP-32

Wifi 2.4 GHz hỗ trợ chuẩn 802.11 b/g/n/e/i

Bluetooth BR/EDR phiên bản v4.2 và BLE

Điện áp đầu vào 5V (thông qua cổng USB)

Số chân I/O 11 (tất cả đều có Interrupt/PWM/I2C/Onewire, trừ chân

Hình 2.2: Sơ đồ chân ESP-32

2.4 Giới thiệu Adruino IDE

Arduino IDE là một phần mềm mã nguồn mở chủ yếu được sử dụng để viết và biên dịch

mã vào module Arduino hay module ESP-32 được sử dụng trong bài.

Đây là một phần mềm Arduino chính thức, giúp cho việc biên dịch mã trở nên dễ dàng mà ngay cả một người bình thường không có kiến thức kỹ thuật cũng có thể làm được.

Môi trường IDE chủ yếu chứa hai phần cơ bản: Trình chỉnh sửa và Trình biên dịch, phần đầu sử dụng để viết mã được yêu cầu và phần sau được sử dụng để biên dịch và tải mã lên module Arduino Môi trường này hỗ trợ cả ngôn ngữ C và C ++

Hình 2.5: Shortcut của Arduino

Giao diện làm việc trên Adruino IDE:

Hình 2.6: Giao diện làm việc của Adruino IDE

2.5 Phần mềm Node-red

Node-red là một công cụ lập trình kéo-thả để kết nối các thiết bị phần cứng, API

và online services với nhau Nó cung cấp một trình soạn thảo dựa trên trình duyệt giúp dễ dàng kết nối các luồng với nhau bằng cách sử dụng một loạt các Node trong bảng màu (palette) có thể được triển khai chỉ bằng một cú nhấp chuột.

Hình 2.3: Giao diện node-red

2.6 Giới thiệu App Sheet

AppSheet là công cụ/nền tảng tạo ứng dụng mà không cần biết mã lệnh

(code) Thay vì học mã (như Flutter – một nền tảng phát triển ứng dụng di động, ứng dụng web chuyên nghiệp) hoặc tìm ai đó để tạo ứng dụng bạn cần, bạn có thể sử dụng AppSheet để tự tạo ứng dụng bằng cách kéo thả Với AppSheet bạn có thể tập trung vào việc sử dụng nó thay vì phát triển hoặc sửa chữa nó.

Hình 2.7: Shortcut của App Sheet

Lợi ích khi dùng App Sheet:

+ Ứng dụng AppSheet chính là cách No-code giúp IT thúc đẩy sự đổi mới tại nơi làm việc Lọai bỏ gánh nặng cho việc tạo các ứng dụng tại nơi làm việc dựa trên CNTT mà không phải lo lắng tính bảo mật và cách quản trị được phát triển ứng dụng trên nền tảng No-code từ AppSheet.

+ Cho phép các nhà phát triển trong tổ chức của bạn tạo ra các giải pháp sáng tạo tại nơi làm việc mà họ cần để hoàn thành công việc tốt hơn, nhanh hơn và khả năng hiển thị cao hơn.

+ Bạn có thể tự tạo ứng dụng quản lý doanh nghiệp cho riêng mình chỉ với vài click chuột!

+ Ứng dụng AppSheet là các ứng dụng di động và máy tính để bàn với các tính năng mạnh mẽ

Hình 2.8: Giới thiệu App Sheet

Chương 3 Giải thuật và điểu khiển 3.1 Nguyên lý làm việc của hệ thống

Cảm biến đo nhiệt độ độ ẩm DHT11 sẽ thu thập dữ liệu và cung cấp cho ESP-32 ESP-32 sẽ xử lí dữ dữ liệu, tính toán giá trị và gửi lên Node-red thông qua giao thức MQTT

Node-red nhận được thông báo và xử lý dữ liệu nhận được để xuất lên màn hình điều khiển, đồng thời gửi giá trị và cập nhật liên tục giá trị qua App Sheet

3.2 Lưu đồ giải thuật

Tín hiệu nhiệt độ độ ẩmCảm biến nhiệt độ độ ẩm DHT11

ESP-32Node-redApp Sheet

In kết quả lên màn hình

Chương 4 Thực nghiệm 4.1 Tiến hành thực nghiệm

Bước 1: Đấu nối cảm biến nhiệt độ độ ẩm DHT11 với ESP-32 và cấp nguồn cho nó

Hình 4.1: Sơ đồ đấu nối dây ESP-32 và DHT11

Bước 2: Mở phần mềm Adruino, viết và nạp chương trình cho ESP-32

Hình 4.2: Chương trình trong phần mềm Adruino IDE

Data-D13

GND-GNDVCC-3V3

Bước 3: Mở Node-red và bắt đầu khởi chạy

Hình 4.3: Tạo khối trên Node-red

Bước 4: Xuất giá trị đo trên Dashboard và App Sheet quan sát và ghi lại số liệu

Hình 4.4: Giao diện điều khiển và kết quả trên Dashboard Node-red

Hình 4.5: Kết quả hiển thị ở App Sheet

4.3 Hiển thị thông tin ở App Sheet

Qua App Sheet ta có thể biết được tình hình thời tiết quanh nhà mình như nhiệt độ,

độ ẩm, trời đang nắng hay đang mưa.

4.4 Ứng dụng IoT

Ứng dụng vào thực tiễn sau khi hoàn thành chúng ta có thể xem kết quả ở mọi thiết

bị di động có kết nối internet.

Xem được cả giá trị lẫn trạng thái điều khiển trên dashboard bằng IP Qua lệnh ipconfig.

Hình 4.6: Kết quả sau khi chạy lệnh ipconfig

Chương 5 Kết luận 5.1 Ưu điểm

Giá thành rẻ

Dễ dàng sử dụng

Thuận tiện cho người sử dụng

Giúp tối ưu hóa không gian sống

5.2 Nhược điểm

Qui mô nhỏ chỉ sữ dụng cho mô hình vừa và nhỏ

Tùy thuộc vào linh kiện và cách lập trình mà cho ra kết quả tin cậy.

TÀI LIỆU THAM KHẢO:

const char* ssid ="Phim My" ;

const char* password = "24032000";

const char* mqtt_server = "192.168.1.249";

const uint16_t mqtt_port = 1883;

client.publish("Tamp", charTemp);

Serial.print("\n");

}

LUỒNG NODE-RED

[ { "id": "d79195fad1305c83", "type": "tab", "label": "Flow 2", "disabled": false, "info": "" }, { "id":

"a01a6782a24b5c4f", "type": "change", "z": "d79195fad1305c83", "name": "Reset", "rules": [ { "t": "set", "p": "set",

"pt": "flow", "to": "0", "tot": "num" } ], "action": "", "property": "", "from": "", "to": "", "reg": false, "x": 1190, "y":

480, "wires": [ [] ] }, { "id": "7f8252604708da0d", "type": "ui_gauge", "z": "d79195fad1305c83", "name": "",

"group": "a97b5507d43daef4", "order": 1, "width": 0, "height": 0, "gtype": "gage", "title": "Nhiệt độ", "label": " C", ⁰

"format": "{{value}}", "min": 0, "max": "100", "colors": [ "#00b500", "#e6e600", "#ca3838" ], "seg1": "", "seg2":

"", "className": "", "x": 1020, "y": 100, "wires": [] }, { "id": "d815e9b509e5e1cb", "type": "function", "z":

"d79195fad1305c83", "name": "", "func": "msg.Humidity = flow.get(\"Humidity\");\nmsg.Tamp =

flow.get(\"Tamp\")\n\nmsg.HumiditySetup = flow.get(\"HumiditySetup\");\nmsg.TampSetup =

flow.get(\"TampSetup\");\n\nif(msg.Humidity >= msg.HumiditySetup || msg.Tamp <= msg.TampSetup)\n{\n msg.payload = \"Trời mưa\";// sáng đỏ\n}\nelse\n{\n msg.payload = \"Trời nắng\";\n}\nreturn msg;", "outputs": 1,

"noerr": 0, "initialize": "", "finalize": "", "libs": [], "x": 820, "y": 280, "wires": [ [ "c15f9930b249f64e",

"6aaa2383152fdab2", "63d58b208af453ef", "c9abdaf10ef25a55" ] ] }, { "id": "98b7c80ec38e7b60", "type": "ui_led",

"z": "d79195fad1305c83", "order": 1, "group": "e4ac03dbcfa21d6a", "width": 0, "height": 0, "label": "Động cơ",

"labelPlacement": "left", "labelAlignment": "left", "colorForValue": [ { "color": "#ff0000", "value": "Trời mưa",

"valueType": "str" }, { "color": "#008000", "value": "Trời nắng", "valueType": "str" }, { "color": "#808080", "value":

"xam", "valueType": "str" } ], "allowColorForValueInMessage": false, "shape": "circle", "showGlow": false, "name":

"", "x": 1490, "y": 280, "wires": [] }, { "id": "b1e73c54e1fdf2c0", "type": "mqtt in", "z": "d79195fad1305c83",

"name": "", "topic": "Tamp", "qos": "2", "datatype": "auto", "broker": "f61c527046f224d6", "nl": false, "rap": true,

"rh": 0, "x": 130, "y": 280, "wires": [ [ "d49534dc5d6ace41" ] ] }, { "id": "7b28485959848ed1", "type": "mqtt in",

"z": "d79195fad1305c83", "name": "", "topic": "Humidity", "qos": "2", "datatype": "auto", "broker":

"f61c527046f224d6", "nl": false, "rap": true, "rh": 0, "x": 140, "y": 320, "wires": [ [ "cef9554b6cade1e1" ] ] }, { "id":

"c01f3dac971dd02c", "type": "ui_button", "z": "d79195fad1305c83", "name": "", "group": "e4ac03dbcfa21d6a",

"order": 3, "width": 0, "height": 0, "passthru": false, "label": "Khởi động", "tooltip": "", "color": "", "bgcolor": "",

"className": "", "icon": "", "payload": "Trời nắng", "payloadType": "str", "topic": "topic", "topicType": "msg", "x":

990, "y": 420, "wires": [ [ "8dc8d33e95e61ec2", "98b7c80ec38e7b60", "318b7f42b17627fd",

"277fa4ee991ca996" ] ] }, { "id": "8dc8d33e95e61ec2", "type": "change", "z": "d79195fad1305c83", "name": "set",

"rules": [ { "t": "set", "p": "set", "pt": "flow", "to": "1", "tot": "num" } ], "action": "", "property": "", "from": "", "to":

"", "reg": false, "x": 1250, "y": 440, "wires": [ [] ] }, { "id": "03350c1cd2181b3e", "type": "ui_gauge", "z":

"d79195fad1305c83", "name": "", "group": "bb02d3f2ca4ee40c", "order": 1, "width": 0, "height": 0, "gtype": "gage",

"title": "Độ ẩm", "label": "%", "format": "{{value}}", "min": 0, "max": "100", "colors": [ "#00b500", "#e6e600",

"#ca3838" ], "seg1": "", "seg2": "", "className": "", "x": 1010, "y": 140, "wires": [] }, { "id": "d8b33b95a020e6e4",

"type": "GSheet", "z": "d79195fad1305c83", "creds": "2d3b51cb244d23b4", "method": "update", "action": "",

"sheet": "1XAMuTEZzOl9n8bD7YJu72eAUnJyStTylyxYtMl9p-Ic", "cells": "A2", "flatten": false, "name": "Nhiệt độ", "x": 1360, "y": 180, "wires": [ [] ] }, { "id": "d49534dc5d6ace41", "type": "change", "z": "d79195fad1305c83",

"name": "Tamp", "rules": [ { "t": "set", "p": "payload", "pt": "msg", "to": "$number(msg.payload)\t", "tot":

"jsonata" }, { "t": "set", "p": "Tamp", "pt": "msg", "to": "payload", "tot": "msg" }, { "t": "set", "p": "Tamp", "pt":

"flow", "to": "payload", "tot": "msg" } ], "action": "", "property": "", "from": "", "to": "", "reg": false, "x": 330, "y":

280, "wires": [ [ "b92ef0e3e38c6dca" ] ] }, { "id": "cef9554b6cade1e1", "type": "change", "z": "d79195fad1305c83",

"name": "Humidity", "rules": [ { "t": "set", "p": "payload", "pt": "msg", "to": "$number(msg.payload)\t", "tot":

"jsonata" }, { "t": "set", "p": "Humidity", "pt": "msg", "to": "payload", "tot": "msg" }, { "t": "set", "p": "Humidity",

"pt": "flow", "to": "payload", "tot": "msg" } ], "action": "", "property": "", "from": "", "to": "", "reg": false, "x": 320,

"y": 320, "wires": [ [ "b92ef0e3e38c6dca" ] ] }, { "id": "51e62f6f0c6f8c54", "type": "ui_button", "z":