LÊ HUỲNH đức 1781510088 báo cáo ĐATN 2203 (1)

TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC KHOA ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP TỰ ĐỘNG ĐIỀU KHIỂN GIÀN PHƠI QUẦN ÁO Ngành CNKT Điện tử Viễn thông Mã số 7510302 Sinh viên thực hiện Lê Huỳnh Đức Giảng viên hướng dẫn TS Phạm Duy Phong HÀ NỘI – 2022 TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC KHOA ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP TỰ ĐỘNG ĐIỀU KHIỂN GIÀN PHƠI QUẦN ÁO Ngành CNKT Điện tử Viễn thông Mã số 7510302 Sinh viên thực hiện Lê Huỳnh Đức Lớp D12 ĐTVT Mã SV 1781510088 G.

111Equation Chapter 1 Section 1TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC

KHOA ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP TỰ ĐỘNG ĐIỀU KHIỂN

GIÀN PHƠI QUẦN ÁO

Ngành: CNKT Điện tử - Viễn thông

Mã số: 7510302

Sinh viên thực hiện : Lê Huỳnh Đức

Giảng viên hướng dẫn : TS Phạm Duy Phong

HÀ NỘI – 2022

TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC

KHOA ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP TỰ ĐỘNG ĐIỀU KHIỂN

GIÀN PHƠI QUẦN ÁO

Ngành: CNKT Điện tử - Viễn thông

sự góp ý của thầy, cô giáo và các bạn để đề tài của chúng em được hoàn thiệnhơn.

Chúng em xin chân thành cảm ơn!

Hà Nội, ngày … tháng… năm 20…

SINH VIÊN

Lê Huỳnh Đức

NHẬN XÉT

(Của giảng viên hướng dẫn)

Hà Nội, ngày … tháng… năm 20…

GIẢNG VIÊN

TS.Phạm Duy Phong

MỤC LỤC

Trang

MỤC LỤC i

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT iii

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU v

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ vi

LỜI MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU VỀ ĐỀ TÀI 3

1.1 Đặt vấn đề 3

1.2 Tầm quan trọng của đề tài 4

1.3 Mục đích nghiên cứu 4

1.4 Dàn ý nghiên cứu 5

1.5 Đối tượng nghiên cứu 5

1.6 Phương pháp và phương tiện nghiên cứu 5

CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ SẢN PHẨM 6

2.1 Tổng quan về Arduino 6

2.1.1 Tổng quan về Arduino 6

2.1.2 Một vài ứng dụng của Arduino 7

2.1.3 Tổng quan về Arduino UNO R3 8

2.2 Module ESP32 NodeMCU 11

2.3 Các cảm biến sử dụng 20

2.3.1 Cảm biến nhiệt độ, độ ẩm 20

2.3.2 Cảm biến mưa 20

2.3.3 Cảm biến cường độ ánh sáng 22

2.4 LCD và module I2C 23

2.4.1 LCD 23

2.4.2 Module hỗ trợ giao tiếp I2C 25

3.1 Ý tưởng thiết kế 27

3.2 Thiết kế sơ đồ khối 28

3.3 Thiết kế sơ đồ nguyên lý 29

3.3.1 Khối nguồn 29

3.3.2 Khối hiển thị 29

3.3.3 Khối cảm biến 30

3.3.4 Khối thực thi 30

3.3.5 Khối xử lý trung tâm 31

3.3.6 Sơ đồ nguyên lý toàn hệ thống 32

3.4 Thiết kế mạch in 33

3.5 Thiết kế lưu đồ thuật toán 35

3.6 Thi công mô hình và đánh giá 40

3.6.1 Mạch điều khiển 40

3.2.2 Mô hình 42

3.2 Kiểm thử và đánh giá 45

3.2.1 Thử nghiệm 1: Chế độ tự động thu dàn phơi khi trời mưa 45

3.2.2 Thử nghiệm 2: Chế độ tự động phơi quần áo khi trời sáng và cất quần áo khi trời tối dựa vào cảm biến ánh sáng 46

3.2.3 Thử nghiệm 3: Theo dõi nhiệt độ, độ ẩm, điều khiển dàn phơi từ App Blynk 47

3.2.3 Thử nghiệm 3: Tự động bật quạt thổi khô khi độ ẩm cao 48

KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 50

TÀI LIỆU THAM KHẢO 51

PHỤ LỤC 52

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT

1 ADC Analog Digital Converter Bộ chuyển đổi tín hiệu

analog sang digital2

EIR Equipment Indentity

4 LCD Liquid Crystal Display Màn hình tinh thể lỏng

6 UART Universal Asynchronous

Receiver-Transmitter

Giao tiếp truyền thông nối

tiếp

Environment

Môi trường phát triển

10 CPU Central Processing Unit Bộ xử lý trung tâm

Regulator

Bộ điều chỉnh biến áp

14 SDRA Static Random-Access Bộ nhớ truy cập ngẫu

DANH MỤC CÁC BẢNG BI

Y

Bảng 2 1 Thông số Arduino Uno 9

Bảng 2 2: Chức năng từng chân của NodeMCU Esp32s 17

Bảng 2 3: Chức năng của từng chân và ghép nối chi tiết LCD 23

Bảng 3 1: Kết quả thử nghiệm 2 45

Bảng 3 2: Kết quả thử nghiệm 1 46

Bảng 3 3: Sử dụng internet 47

Bảng 3 4: Sử dụng mạng 4G 48

Bảng 3 5: Kết quả thử nghiệm 3 49

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ T

Hình 1 1: Phơi quần áo tại các chung cư 3

Y Hình 2 1: Arduino Uno 8

Hình 2 2: Module NodeMCU Esp-32S 11

Hình 2 3: Các tính năng của module NodeMCU-32S 13

Hình 2 4: Cảm biến DHT11 20

Hình 2 5: Cảm biến mưa 21

Hình 2 6 Cảm biến cường độ ánh sáng 22

Hình 2 7 LCD 23

Hình 2 8: Module I2C 26

Hình 2 9: Mạch in 2D 33

Hình 2 10: Mạch in 3D 34

Hình 3 1: Sơ đồ khối hệ thống 28

Hình 3 2: Sở đồ nguyên lý khối nguồn 29

Hình 3 3: Sơ đồ nguyên lý khối hiển thị 29

Hình 3 4: Sơ đồ nguyên lý khối cảm biến mưa 30

Hình 3 5: Sơ đồ nguyên lý khối cảm biến nhiệt độ 30

Hình 3 6: Sơ đồ nguyên lý khối cảm biến ánh sáng 30

Hình 3 7: Sơ đồ nguyên lý khối thực thi 31

Hình 3 8: Sơ đồ nguyên lý khối xử lý trung tâm 31

Hình 3 9: Sơ đồ nguyên lý hệ thống 32

Hình 3 10: Lưu đồ thuật toán hệ thống 35

Hình 3 11: Chế độ tự động 36

Hình 3 12: Chế độ điều khiển từ App Blynk 38

Hình 3 13: Lưu đồ thuật toán Arudino 39

Hình 3 14: Mạch điều khiển 41 Hình 3 15: Mô hình dàn phơi 44 Hình 3 16: Giao diện app Blynk 45

LỜI MỞ ĐẦU

Ngày nay, sự phát triển tiến bộ không ngừng của khoa học công nghệ cũngnhư nhu cầu ngày càng cao của con người trong nhiều lĩnh vực của đời sống xãhội, trong đó có nhu cầu về một cuộc sống tiện nghi và thông minh, đã tạo độnglực thúc đẩy các nhà thiết kế, sáng tạo ra những sản phẩm tiên tiến, nhằm đápứng những nhu cầu đó Một trong số những sản phẩm nổi bật phải kể đến là Giànphơi thông minh Một giàn phơi thông minh có thể được lắp đặt gọn gàng ở mộtnơi có diện tích khiêm tốn Trong khi đó, lợi ích mà loại thiết bị này mang lạicho người sử dụng là vô cùng to lớn, phải kể đến khả năng điều chỉnh linh hoạtcác mức độ cao, phù hợp cho mọi lứa tuổi sử dụng Ngoài ra, giàn phơi còn tíchhợp thêm cơ cấu quạt tự động, giúp bảo vệ quần áo khỏi các tác động bên ngoàicủa thời tiết như mưa gió hay độ ẩm cao, làm cho quần áo nhanh khô hơn Nhưvậy có thể thấy, việc sử dụng Giàn phơi thông minh giúp việc phơi quần áo trởnên dễ dàng và tiện lợi hơn bao giờ hết

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU VỀ ĐỀ TÀI

1.1 Đặt vấn đề

Các tòa nhà chung cư xuất hiện ngày càng nhiều, mang đến cho người dânnhiều nơi ở, nhưng cũng từ đây mà kéo theo không ít vấn đề, nhất là trong sinhhoạt cá nhân Vì không gian sống của một căn hộ chung cư tương đối hạn chếnên đối với một gia đình Việt cơ bản gồm bốn thành viên thì cần phải tận dụngkhông gian một cách hiệu quả mới có thể sinh hoạt thuận tiện được Những hoạtđộng sinh hoạt cá nhân, đặc biệt là việc phơi quần áo đã trở thành một trongnhững vấn đề nan giải đối với nhiều hộ gia đình

Người dân ở khu chung cư thường phải tận dụng tối đa không gian để phơiquần áo nhưng không mang lại nhiều hiệu quả như mong đợi Không gian sống

bị chiếm dụng khá nhiều cho việc phơi đồ, tạo nên hình ảnh kém thẩm mĩ chokhu đô thị Chưa kể nhiều hộ gia đình thậm chí còn không có chỗ phơi, phảiphơi ở những nơi tạm bợ, với điều kiện gió và ánh sáng không đủ, dẫn đến quần

áo bị ẩm mốc, không sạch vi khuẩn, gây khó chịu cho người mặc và ảnh hưởngxấu đến sức khỏe

Hình 1 1: Phơi quần áo tại các chung cư

Vấn đề cấp thiết đó đã hình thành nên nhu cầu lớn trong thị trường về một

sản phẩm giàn phơi quần áo thông minh Với cuộc sống ngày càng hiện đại, đờisống của con người ngày được nâng lên mà sản phẩm giàn phơi cũng đã ngàycàng được cải tiến và nâng cấp thành nhiều loại khác nhau.

1.2 Tầm quan trọng của đề tài

Do thực tiễn hiện nay trong đời sống sinh hoạt của con người, việc phơiquần áo trong những ngày thời tiết xấu là rất bất tiện đặt biệt đối với những giađình không có điều kiện ở nhà thường xuyên, từ những bất tiện của vấn đề trên

em thực hiện nghiên cứu về vấn đề này nhằm đưa ra ý tưởng chế tạo ra môt thiết

bị phơi đồ thông minh giúp xóa bỏ mọi bất tiện và hạn chế trong việc phơi quần

áo cũng như phù hợp với xu thế mới trong ngành điều khiển tự động

1.3 Mục đích nghiên cứu

Một số mục tiêu chính của đồ án như sau:

 Về kỹ năng: Nắm được tính cấp thiết của đề tài, đưa ra giải pháp củabản thân để giải quyết vấn đề, rèn luyện kỹ năng làm việc đọc lập, kỹnăng tìm tòi, phát huy tính tích cực trong học tập và rèn luyện

 Về kiến thức: Nắm được những kiến thức về vi điều khiển, sử dụngthành thạo phần mềm lập trình và kỹ năng lập trình

 Về thiết kế mô hình: Hoàn thành mô hình dàn phơi thông minh cócác chức năng:

- Chế độ điều khiển bằng điện thoại: Điều khiển quạt, điềukhiển động cơ dàn phơi

- Chế độ điều khiển tự động: Ban ngày, tự động cho quần áo raphơi, ban đêm tự động cất quần áo Trời nắng tự động cho quần áo raphơi, trời mưa tự động thu vào, độ ẩm cao tự động bật quạt,

- Hiển thị nhiệt độ độ ẩm lên LCD

1.4 Dàn ý nghiên cứu

Báo cáo bao gồm 3 chương:

Chương 1: Giới thiệu về đề tài

“Phần này sẽ giới thiệu chung về đề tài”

Chương 2: Giới thiệu linh kiện

“Phần này sẽ tìm hiểu sâu vào chi tiết các linh kiện trong hệ thống.”

Chương 3: Thiết kế đề tài và thi công sản phẩm

“Nội dung chương đưa ra cách thiết kế phần cứng và phần mềm hệ thống.Thiết kế chi tiết sơ đồ thuật toán, các module chương trình”

1.5 Đối tượng nghiên cứu

 Các loại giàn phơi hiện nay trên thị trường

 Ưu nhược điểm của từng loại giàn phơi

 Các linh kiện sử dụng trong đồ án như: Arduino, module Node MCUESP32, các loại cảm biến sử dụng

 Phần mềm vẽ mạch, phần mềm thiết kế thuật toán

1.6 Phương pháp và phương tiện nghiên cứu

 Phương pháp nghiên cứu tài liệu: Tra cứu tài liệu trong nước, ngoài nước, các đề tài, luận văn tương tự Các trang web về linh kiện, sản phẩm

 Phương pháp quan sát: Thự nghiệm khảo sát các loại giàn phơi đã lắp đặt tại chung cư

 Phương pháp nghiên cứu hoạt động của sản phẩm: Nghiên cứu hoạt động của các loại giàn phơi đã được lắp đặt

 Phương pháp phân tích tổng hợp

 Phương pháp mô phỏng, đánh giá tính khả thi và thi công sản phẩm

CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ SẢN PHẨM 2.1 Tổng quan về Arduino

2.1.1 Tổng quan về Arduino

Định nghĩa Arduino

 Arduino là nền tảng tạo mẫu điện tử mã nguồn mở, được sử dụng nhằm xâydựng các ứng dụng điện tử tương tác với nhau hoặc với môi trường đượcthuận tiện, dễ dàng hơn

 Nền tảng mẫu này giống như một máy tính thu nhỏ, giúp người dùng lậptrình và thực hiện các dự án điện tử mà không cần phải đến các công cụchuyên dụng để phục vụ việc nạp code

 Phần mềm này tương tác với thế giới bên ngoài thông qua các cảm biếnđiện tử, đèn và động cơ

Cấu tạo của Arduino

 Phần cứng Arduino là bảng mạch nguồn mở, cùng bộ vi xử lý và chân đầuvào/ đầu ra (I/ O) để liên lạc, điều khiển các đối tượng vật lý (LED, servo,nút, v.v.) Bảng mạch thường được cấp nguồn qua USB hoặc nguồn điệnbên ngoài, cho phép cung cấp năng lượng cho các phần cứng, cảm biếnkhác

 Là phần mềm nguồn mở tương tự như C ++ Môi trường phát triển tích hợpArduino (IDE – Integrated Development Environment) cho phép bạn soạnthảo, biên dịch code, nạp chương cho board

Chi tiết phần cứng của Arduino

Cổng USB: là chân cắm để tải mã lập trình từ PC lên chip điều khiển Đồng

thời đây cũng là cổng giao tiếp serial giúp truyền dữ liệu từ chip điều khiển vàomáy tính

Jack nguồn: để chạy Arduino, bạn hoàn toàn có thể nạp nguồn từ cổng

USB ở trên Tuy nhiên không phải lúc nào cũng kết nối với máy tính được Cónhững dự án cần thực hiện ngoài trời sẽ cần một nguồn điện khác với mức điện

áp từ 9V -12V

Hàng Header: những chân đánh số từ 0 – 12 là hàng digital pin Đây là nơ

truyền – nhận các tín hiệu số Bên cạnh đó sẽ có một pin đất (GND) và pin điện

áp tham chiếu (AREF)

Hàng header thứ 2: chủ yếu liên quan tới điện áp đất, nguồn.

Hàng header thứ 3: đây là các chân để nhập – xuất các tín hiệu analog

(đọc thông tin của các thiết bị cảm biến)

Chip điều khiển AVR: bộ phận xử lý trung tâm của toàn bo mạch Với

mỗi mẫu Arduino khác nhau, con chip này sẽ khác nhau Ví dụ trên ArduinoUno thì sẽ sử dụng ATMega328

Lịch sử ra đời của Arduino

Arduino ra đời tại thị trấn Ivrea, nước Ý và được đặt theo tên của vị vua

King Arduin vào thế kỷ thứ IX (1002-1014) Arduino chính thức được đưa ragiới thiệu vào năm 2005, được xem là một công cụ cho sinh viên học tập tạiInteraction Design Institute Ivrea (Viện thiết kế tương tác Ivrea) Giáo sưMassimo Banzi là một trong những người phát triển Arduino và cũng là giảngviên tại Ivrea

Dường như không có một sự tiếp thị hay quảng cáo nào về Arduino, thếnhưng tin tức về phần mềm này vẫn lan truyền với tốc độ chóng mặt nhờ vô vànlời truyền miệng tốt đẹp của những người dùng đầu tiên Arduino nổi tiếng trêntoàn thế giới, đến nỗi có người còn tìm đến thị trấn Ivrea chỉ để tham quan nơi đãsản sinh nền tảng thú vị này

2.1.2 Một vài ứng dụng của Arduino

Một số ứng dụng của Arduino trong đời sống phải kể đến như:

 Điều khiển các thiết bị cảm biến âm thanh, ánh sáng

 Làm máy in 3D.

 Làm đàn bằng ánh sáng

 Làm lò nướng bánh biết tweet thông báo khi bánh đã chín

 Arduino có khả năng đọc các thiết bị cảm biến, điều khiển động cơ,…Chính vì thế mà mã nguồn mở này được c dùng để làm bộ xử lý trung tâmcủa rất nhiều loại robot

 Arduino còn có thể được sử dụng để tương tác với Joystick, màn hình,…khi chơi các game như Tetrix, phá gạch, Mario…

 Dùng để chế tạo ra máy bay không người lái

 Điều khiển đèn giao thông, làm hiệu ứng đèn Led nhấp nháy trên các biểnquảng cáo…

 Ngoài ra, Arduino còn rất nhiều ứng dụng hữu ích khác tùy thuộc vào sựsáng tạo của người sử dụng

 Ví dụ: Muốn kết nối Internet thì có Ethernet shield, điều khiển động cơ thì

có Motor shield, kết nối nhận tin nhắn thì có GSM shield,… Khá đơn giản,chỉ cần tập trung vào việc “lắp ghép” các thành phần này và sáng tạo racác ứng dụng cần thiết là được

2.1.3 Tổng quan về Arduino UNO R3

Arduino Uno là một board mạch vi xử lý tích hợp, nhằm xây dựng các ứngdụng tương tác với nhau hoặc với môi trường được thuận lợi hơn

Hình 2 1: Arduino Uno

Phần cứng bao gồm một board mạch nguồn mở được thiết kế trên nền tảng

vi xử lý AVR Atmel 8 bit, hoặc ARM Atmel 32-bit Những Model hiện tại đượctrang bị gồm 1 cổng giao tiếp USB, 6 chân đầu vào analog, 14 chân I/O kỹ thuật

số tương thích với nhiều board mở rộng khác nhau

Bảng 2 1 Thông số Arduino Uno

Điện áp hoạt động 5V DC (chỉ được cấp qua cổng USB)

Điện áp vào khuyên

dùng

7-12V DC

Điện áp vào giới hạn 6-20V DC

Số chân Digital I/O 14 (6 chân hardware PWM)

Số chân Analog 6 (độ phân giải 10bit)

Dòng tối đa trên mỗi

Cấu tạo chính của Arduino Uno bao gồm các phần sau:

Cổng USB: Đây là loại cổng giao tiếp để ta nạp code từ PC lên vi điều

khiển Đồng thời nó cũng là giao tiếp serial để truyền dữ liệu giữa vi điều

 5V: cCấp điện áp 5V đầu ra Dòng tối đa cho phép ở chân này là 500mA.

 3.3V: Cấp điện áp 3.3V đầu ra Dòng tối đa cho phép ở chân này là50mA

 Vin (Voltage Input): Để cấp nguồn ngoài cho Arduino Nano, nối cựcdương của nguồn với chân này và cực âm của nguồn với chân GND

 IOREF: Điện áp hoạt động của vi điều khiển trên Arduino Nano có thểđược đo ở chân này và nó luôn bằng 5V Mặc dù vậy không được lấynguồn 5V từ chân này để sử dụng bởi chức năng của nó không phải làcấp nguồn

 RESET: Việc nhấn nút Reset trên board để reset vi điều khiển tươngđương với việc chân RESET được nối với GND qua 1 điện trở 10KΩ.Arduino Uno có 14 chân digital dùng để đọc hoặc xuất tín hiệu Chúngchỉ có 2 mức điện áp là 0V và 5V với dòng vào/ra tối đa trên mỗi chân là40mA Ở mỗi chân đều có các điện trở pull-up từ được cài đặt ngay trong viđiều khiển ATmega328 (mặc định thì các điện trở này không được kết nối).Một số chân digital có các chức năng đặc biệt như sau:

 Chân Serial: 0 (RX) và 1 (TX): Dùng để gửi (transmit – TX) và nhận(receive – RX) dữ liệu TTL Serial Arduino Nano có thể giao tiếp vớithiết bị khác thông qua 2 chân này Ví dụ kết nối Bluetooth chính là kếtnối Serial không dây

 Chân PWM (~): 3, 5, 6, 9, 10, và 11: Cho phép xuất ra xung PWM với độ

phân giải 8bit (giá trị từ 0 → 28-1 tương ứng với 0V → 5V) bằng hàmanalogWrite().

 Chân giao tiếp SPI: 10 (SS), 11 (MOSI), 12 (MISO), 13 (SCK) Ngoàicác chức năng thông thường, 4 chân này còn dùng để truyền phát dữ liệubằng giao thức SPI với các thiết bị khác

 LED 13: Trên Arduino Uno có 1 đèn led Khi bấm nút Reset đèn nàynhấp nháy để báo hiệu Led được nối với chân số 13 Khi chân này được

sử dụng LED này sẽ sáng

Arduino Uno có 6 chân analog (A0 → A5) cung cấp độ phân giải tín hiệu

10 bit (0 → 210-1) để đọc giá trị điện áp trong khoảng 0V → 5V Với chânAREF trên board ta có thể để đưa vào điện áp tham chiếu khi sử dụng cácchân analog Nếu ta cấp điện áp 2.5V vào chân này thì ta có thể dùng các chânanalog để đo điện áp trong khoảng từ 0V → 2.5V với độ phân giải vẫn là10bit Đặc biệt, Arduino Uno 2 chân A4 (SDA) và A5 (SCL) hỗ trợ giao tiếpI2C/TWI với các thiết bị khác

2.2 Module ESP32 NodeMCU

Hình 2 2 : Module NodeMCU Esp-32S

Module NodeMCU ESP-32S là một trong những bo mạch phát triển đượctạo bởi NodeMcu để đánh giá module ESP-WROOM-32 Nó được dựa trên vi

điều khiển ESP32 có Wifi, Bluetooth, Ethernet và Low Power hỗ trợ tất cả trongmột chip duy nhất

Cốt lõi của Module này là chip ESP32, được thiết kế để có thể mở rộng vàthích ứng Có 2 CPU có thể được điều khiển riêng hoặc cấp nguồn và tần sốclock có thể điều chỉnh từ 80 MHz đến 240MHz Người dùng cũng có thể tắtnguồn CPU và sử dụng bộ xử lý công suất thấp để liên tục theo dõi các thiết bịngoại vi để thay đổi hoặc vượt qua các ngưỡng ESP32 tích hợp một tập hợpphong phú thiết bị ngoại vi, từ cảm biến điện dung cảm ứng, cảm biến Hall, bộkhuếch đại cảm biến tiếng ồn thấp, thẻ SD giao diện, Ethernet, SDIO / SPI tốc

độ cao, UART, I2S và I2C

Sự tích hợp Bluetooth, Bluetooth LE và Wi-Fi đảm bảo rằng một loạt cácứng dụng có thể được nhắm mục tiêu và đó là bằng chứng trong tương lai: sửdụng Wi-Fi cho phép phạm vi vật lý lớn và kết nối trực tiếp tới internet thôngqua bộ định tuyến WiFi, trong khi sử dụng Bluetooth cho phép người dùng kếtnối thuận tiện với điện thoại hoặc phát sóng đèn hiệu năng lượng thấp để phát

hiện Dòng ngủ của chip ESP32 ít hơn 5 µ A, làm cho nó phù hợp với các ứng

dụng điện tử chạy bằng pin và đeo được ESP-WROOM-32 hỗ trợ tốc độ dữ liệulên đến 150Mbps và công suất đầu ra 22 dBm tại PA để đảm bảo rộng nhấtphạm vi vật lý Như vậy, chip cung cấp thông số kỹ thuật hàng đầu trong ngành

và tối ưu hóa tốt nhất hiệu suất cho tích hợp điện tử, phạm vi và mức tiêu thụđiện năng và kết nối

Thông số kỹ thuật

Hình 2 3: Các tính năng của module NodeMCU-32S

Wifi

• 802.11 b/g/n/e/i

• 802.11 n (2,4 GHz), với tốc độ lên tới 150 Mb/giây

• 802.11 e: QoS để nhận ra kỹ thuật truyền thông không dây

• WMM-PS, UAPSD

• Kỹ thuật tập hợp A-MPDU và A-MSDU Frame

• Phân mảnh và tái tổ hợp

• Theo dõi tự động đèn hiệu

• Các tính năng an toàn 802.11 i: Xác thực trước và TSN

• Hỗ trợ WPA /WPA2 /WPA2-Enterprise / Đã mã hóa WPS

• Wi-Fi Direct (P2P), P2P phát hiện, chế độ P2P GO và quản lý điện năngP2P

• Khả năng tương thích và chứng nhận UMA

• Sự đa dạng và lựa chọn Antenna

Wifi mode

Các thiết bị kết nối với mạng WiFi được gọi là Station (STA) Kết nối vớiWiFi được cung cấp bởi một điểm truy cập (AP), hoạt động như một trung tâmcho một hoặc nhiều trạm Điểm truy cập ở đầu kia được kết nối với mạng códây Điểm truy cập thường được tích hợp với bộ định tuyến để cung cấp quyềntruy cập từ mạng Wifi vào internet Mỗi điểm truy cập được nhận dạng bởi SSID(Bộ nhận dạng tập hợp dịch vụ), về cơ bản là tên mạng bạn chọn khi kết nối thiết

bị (trạm) với WiFi

Mỗi mô-đun ESP32 có thể hoạt động như một trạm, vì vậy chúng tôi cóthể kết nối nó với mạng WiFi Nó cũng có thể hoạt động như một điểm truy cậpmềm (soft-AP), để thiết lập mạng WiFi riêng Do đó, chúng tôi có thể kết nốicác trạm khác với các mô-đun như vậy Thứ ba, ESP32 cũng có thể hoạt động cả

ở chế độ điểm truy cập trạm và mềm cùng một lúc Điều này mang lại khả năngxây dựng, ví dụ: mạng lưới

⮚ Station

Chế độ trạm (STA) được sử dụng để kết nối ESP32 với mạng WiFi đượcthiết lập bởi một điểm truy cập

⮚ Soft Access Point

Điểm truy cập (AP) là thiết bị cung cấp quyền truy cập vào mạng Wi-Fitới các thiết bị khác (trạm) và kết nối chúng với mạng có dây ESP32 có thểcung cấp chức năng tương tự, ngoại trừ nó không có giao diện với mạng có dây.Chế độ hoạt động này được gọi là điểm truy cập mềm (soft-AP) Số lượng trạmtối đa được kết nối với AP mềm là năm

Chế độ soft-AP thường được sử dụng và một bước trung gian trước khikết nối ESP với WiFi ở chế độ station Đây là khi SSID và mật khẩu cho mạngnhư vậy không được biết trước Mô-đun đầu tiên khởi động ở chế độ soft-AP, vì

vậy chúng tôi có thể kết nối với nó bằng cách sử dụng máy tính xách tay hoặcđiện thoại di động Sau đó, chúng tôi có thể cung cấp thông tin đăng nhập chomạng mục tiêu Sau khi thực hiện ESP được chuyển sang chế độ trạm và có thểkết nối với WiFi mục tiêu

⮚ Station + Soft Access Point

Một ứng dụng tiện lợi khác của chế độ soft-AP là thiết lập mạng lưới.ESP có thể hoạt động ở cả chế độ Soft-AP và Station để nó có thể hoạt động nhưmột nút của mạng lưới

Bluetooth

• Chuẩn Bluetooth v4.2

• Hiệu quả đầu ra lên đến 10 dBm

• Dựa trên HCI giao diện chuẩn SDIO /SPI / UART

• UART HCI tốc độ cao lên đến 4 Mb / giây

• Hỗ trợ bộ điều khiển BT 4.2 và giao thức chủ

• Dịch vụ phát hiện giao thức (SDP)

• Ứng dụng truy cập chung (GAP)

• Giao thức quản lý an toàn (SMP)

• Hỗ trợ tất cả Bluetooth chi phí thấp dựa trên GATT

• SPP-Giống như giao thức truyền dữ liệu Bluetooth chi phí thấp

• BLE Beacon

• A2DP /AVRCP /SPP, HSP /HFP, RFCOMM

• CVSD và thuật toán mã hóa và giải mã âm thanh SBC

• Bluetooth Piconet và Scatternet

CPU và bộ nhớ

• Cung cấp điện áp: 2.2V đến 3.6V

• Khả năng hoạt động của bộ xử lý lõi kép Xtensa® 32-bit LX6 có khả nănghoạt động cao tới 600 DMIPS

• ROM 448 KByte /520 KByte SRAM SR 16 KByte SRAM trong RTC

• QSPI kết nối 4 Flash /SRAM nhiều nhất, và mọi Flash đều lớn nhất khoảng

16 MByte

The clock and the timer

• RTC watchdog

• Bộ dao động dao động 8MHz dao động bên trong và hỗ trợ hiệu chuẩn tự

• Hỗ trợ bộ dao động tinh thể 2MHz đến 40 MHz bên ngoài

• Hỗ trợ bộ dao động tinh thể 32 kHz bên ngoài cho RTC để hỗ trợ tự hiệuchuẩn

• Hai nhóm hẹn giờ và mỗi nhóm bao gồm hai bộ đếm thời gian chung 64 bit

và một cơ quan giám sát hệ thống chính

• Equipped với thứ tự chính xác thứ hai RTC hẹn giờ

Thông số kỹ thuật nâng cao

• Bộ ADC SAR 12 bit

• Hai bộ chuyển đổi D / A 8 bit

• Cảm biến 10 cảm ứng

Cảm biến nhiệt độ

• 4 x SPI /2 x I2S / 2 x I2C /3x UART

• Một Máy chủ lưu trữ SD / eMMC / SDIO

• Một SDIO Slave / SPI

• Với giao diện MAC DMA Ethernet đặc biệt và hỗ trợ IEEE 1588 CAN 2.0 /

IR (TX / RX)

• LED PWM có tới 16 kênh

Hệ thống bảo mật

• Hỗ trợ IEEE 802.11 bao gồm WFA, WPA / WPA2 và WAPI

• Flash được mã hóa

• OTP 1024 bit lên đến 768 bit

Encrypted hardware accelerator

• USB - 1x cổng micro USB để cấp nguồn và lập trình

• Các nút Misc - BOOT và EN, đèn LED màu đỏ (nguồn) và màu xanh(GPIO2)

• Nguồn điện: 5V qua USB hoặc pin Vin

• Kích thước: 51,4 x 28,3 mm

Bảng 2 2: Chức năng từng chân của NodeMCU Esp32s

TÊN CHÂN CHỨC NĂNG CHÂN

3V3 Power supply

GND CHÂN NỐI ĐẤT

D15 GPIO15, ADC2_CH3, TOUCH3, MTDO, HSPICS0,

GPIO13, HS2_CMD, SD_CMD,EMAC_RXD3

D2 GPIO2, ADC2_CH2, TOUCH2, RTC_GPIO12,

HSPIWP,HS2_DATA0, SD_DATA0

D4 GPIO4, ADC2_CH0, TOUCH0, RTC_GPIO10,

HSPIHD, HS2_DATA1, SD_DATA1, EMAC_TX_ER

RX2 GPIO16, HS1_DATA4, U2RXD,

EMAC_CLK_OUT

TX2 GPIO17, HS1_DATA5, U2TXD,

EMAC_CLK_OUT_180

D5 GPIO5, VSPICS0, HS1_DATA6, EMAC_RX_CLK

D18 GPIO18, VSPICLK, HS1_DATA7

D19 GPIO19, VSPIQ, U0CTS, EMAC_TXD0

D21 GPIO21,VSPIHD, EMAC_TX_EN

RX0 GPIO3, U0RXD, CLK_OUT2

TX0 GPIO1, U0TXD, CLK_OUT3, EMAC_RXD2

D22 GPIO22, VSPIWP, U0RTS, EMAC_TXD1

D23 GPIO23, VSPID, HS1_STROBE

VIN Power supply

GND CHÂN NỐI ĐẤT

D13 GPIO13, ADC2_CH4, TOUCH4, RTC_GPIO14,

MTCK,H, SPID, HS2_DATA3, SD_DATA3,

EMAC_RX_ER

D12 GPIO12, ADC2_CH5, TOUCH5, RTC_GPIO15,

MTDI,H, SPIQ, HS2_DATA2, SD_DATA2,

EMAC_TXD3

D14 GPIO14, ADC2_CH6, TOUCH6, RTC_GPIO16,

MTMS, HSPICLK, HS2_CLK, SD_CLK, EMAC_TXD2

D27 GPIO27, ADC2_CH7, TOUCH7, RTC_GPIO17,

D33 GPIO33, XTAL_32K_N (32.768kHz crystal

oscillator output), ADC1_CH5, TOUCH8, RTC_GPIO8

D32 GPIO32, XTAL_32K_P (32.768kHz crystal

oscillator input), ADC1_CH4, TOUCH9, RTC_GPIO9

D35 GPI35, ADC1_CH7, RTC_GPIO5

VN GPI39, SENSOR_VN, ADC1_CH3, ADC_H,

kỳ tính toán nào

Hình 2 5: Cảm biến mưa

 Có đèn báo hiệu nguồn và đầu ra

 Độ nhạy có thể được điều chỉnh thông qua chiết áp

 LED sáng lên khi không có mưa đầu ra cao, có mưa, đầu ra thấp LED tắt

Nguyên lý hoạt động

 Mạch cảm biến mưa có nguyên tắc hoạt động khá đơn giản, chúng hoạtđộng bằng cách so sánh hiệu điện thế của mạch cảm biến nằm ngoài trờivới giá trị định trước (giá trị này thay đổi được thông qua 1 biến trở màuxanh) từ đó phát ra tín hiệu đóng hoặc ngắt rơ le qua chân DO

 Khi có nước trên bề mặt cảm biến (trời mưa), độ dẫn điện tốt hơn và tạo ra

ít điện trở hơn, chân DO được kéo xuống thấp (0V), đèn LED màu đỏ sẽsáng lên Tương tự, khi cảm biến khô ráo (trời không mưa), độ dẫn điệnkém và cho điện trở cao, chân DO của module cảm biến mưa được giữ ởmức cao (5V-12V) Vì vậy, đầu ra của cảm biến mưa chủ yếu phụ thuộcvào điện trở

2.3.3 Cảm biến cường độ ánh sáng

Cảm biến BH1750 được sử dụng để đo cường độ ánh sáng, cảm biến cómạch chuyển đổi tương tự ra số nội và bộ tiền xử lý nên giá trị được trả ra là giátrị trực tiếp cường độ ánh sáng mà không phải qua bất kỳ xử lý Cảm biếnBH1750 được kết nối với vi điều khiển thông qua giao tiếp I2C

Đơn vị cho số lượng ánh sáng chiếu từ một nguồn bất kỳ trong một giây làlumen Cảm biến ánh sáng sẽ đọc giá trị trong một giây trên 1 mét vuông Đơn vị

là Lux viết tắt là lx Lux = 1 Lm/m2

 Thông số cơ bản của cảm biến

 Nguồn: 3 – 5VDC

 Giao tiếp: I2C

 Khoảng đo: 1 – 65535 lux

Hình 2 6 Cảm biến cường độ ánh sáng

 Cảm biến BH1750 có 3 chế độ đo:

 H-Resolution với độ nhậy sáng 0.5 lux

 H-Resolution với độ nhậy sáng 1 lux

 L-Resolution với độ nhậy sáng 4 lux

2.4 LCD và module I2C

2.4.1 LCD

Hình 2 7 LCD

 Màn hình LCD TC 1602A là loại màn hình tinh thể lỏng

 Là loại Text LCD, chỉ có thể hiển thị ký tự không hiển thị được hình ảnh

 Màn hình được hiển thị trên 2 Line

 HD44780 điều khiển tương đương

 Giao diện 4 hoặc 8 bit