Thiết kế hệ thống điều khiển qua app blynk cho ngôi nhà thông minh sử dụng hệ vi điều khiển arduino mega 2560 r3 b

Microsoft Word DATN Nhà Thông Minh 2021 BUI DUC BINH FINE BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP HỒ CHÍ MINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN QUA APP BLYNK CHO NGÔI NHÀ THÔNG MINH SỬ DỤNG HỆ VI ĐIỀU KHIỂN ARDUINO MEGA 2560 R3 Ngành Kỹ Thuật Điện Tử Truyền Thông Giảng viên hướng dẫn Th S Bùi Hữu Hiên Sinh viên thực hiện Bùi Đức Bình Mssv 1411010147 Lớp 14DDT01 TP Hồ Chí Minh, ngày 01 tháng 12 năm 2021 5 MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN 3 LỜI CẢM ƠN 4 MỤC LỤC 5 DANH SÁCH CÁC HÌNH 7 Ch.

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP HỒ CHÍ MINH

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN QUA APP BLYNK CHO NGÔI NHÀ THÔNG MINH SỬ DỤNG HỆ VI ĐIỀU

KHIỂN ARDUINO MEGA 2560 R3

Ngành: Kỹ Thuật Điện Tử Truyền Thông

Giảng viên hướng dẫn: Th.S Bùi Hữu Hiên

Sinh viên thực hiện: Bùi Đức Bình

Mssv: 1411010147

Lớp: 14DDT01

TP Hồ Chí Minh, ngày 01 tháng 12 năm 2021.

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN 3

LỜI CẢM ƠN 4

MỤC LỤC 5

DANH SÁCH CÁC HÌNH 7

Chương 1: 9

MỞ ĐẦU 9

1.1 Đặt vấn đề 9

1.2 Mục đích đề tài 9

1.3 Nội dung đề tài 10

1.4 Ý nghĩa đề tài 10

Chương 2: 11

TỔNG QUAN 11

2.1 Giới thiệu sơ lược về IoT 11

2.1.1 Đặc tính cơ bản 12

2.1.2 Ứng dụng 12

2.1.3 Lịch sử hình thành và phát triển của Bluetooth 13

2.1.4 Khởi nguồn của Bluetooth 14

2.1.5 Tiêu chuẩn ban đầu 15

2.1.6 Sửa đổi và nâng cấp 16

2.2 Lịch sử hình thành và phát triển của WiFi 17

2.3 Giới thiệu phần mềm sử dụng 20

2.3.1 Phần mềm Arduino IDE 20

2.3.2 Phần mềm Blynk 20

Chương 3: 25

NGHIÊN CỨU VÀ XÂY DỰNG HỆ THỐNG 25

3.1 Hệ thống mô hình 25

3.1.1 Khối xử lý trung tâm 25

3.1.2 Khối xử lý Wifi 27

3.2 Khối cảm biến 29

3.2.1 Cảm biến khí gas 29

3.2.2 Cảm biến nhiệt độ, độ ẩm (DHT11) 30

3.3 Module đọc thẻ từ RC522 31

3.3.1 Thẻ RFID 32

3.4 Module điều khiển động cơ L298N 33

3.5 Khối động cơ 34

3.6 Khối relay 35

Chương 4: 36

SƠ ĐỒ KHỐI HỆ THỐNG VÀ LƯU ĐỒ THUẬT TOÁN 36

4.1 Sơ đồ khối của hệ thống 36

4.2 Sơ đồ khối hệ thống khí gas 37

4.2.1 Lưu đồ thuật toán hệ thống khí gas 38

4.3 Sơ đồ khối hệ thống cửa RFID 38

4.3.1 Lưu đồ thuật toán hệ thống cửa RFID 39

4.4 Sơ đồ khối hệ thống đo nhiệt độ, độ ẩm 40

Chương 5: 41

THI CÔNG 41

5.1 Giới thiệu 41

5.2 Thi công hệ thống 41

5.2.1 Thi công mạch xử lý và thu phát wifi 42

5.2.2 Danh sách linh kiện 43

5.3 Lắp ráp và kiểm tra 44

5.3.1 Lắp ráp mạch điều khiển 44

5.3.2 Lắp ráp mô hình 44

5.4 Viết tài liệu hướng dẫn sử dụng, thao tác  Điều khiển và giám sát trên App Blynk 45

Chương 6: 46

ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ, KẾT LUẬN 46

6.1 Kết quả đạt được 46

6.2 Đánh giá kết quả thực tế 46

6.3 Nhận xét 47

6.3.1 Ưu điểm 47

6.3.2 Nhược điểm 47

6.4 Định hướng phát triển 48

TÀI LIỆU THAM KHẢO 49

I Tài liệu từ sách 49

II Tài liệu từ nguồn từ Internet 49

PHỤ LỤC 49

1 Code lập trình Arduino 49

2 Code lập trình Node MCU ESP8266 58

DANH SÁCH CÁC HÌNH Hình 2.1 Biểu tượng Internet of Thing

Hình 2.2 Biểu tượng Bluetooth

Hình 2.3 Điện thoại đầu tiên có Bluetooth

Hình 2.4 Các phiên bản của Bluetooth

Hình 2.5 Những năm đầu phát triển Wifi

Hình 2.11 Giao diện Log in và tạo Project của Blynk

Hình 2.12 Giao diện tạo các thành phần trong Project của Blynk Hình 2.13 Giao diện cấu hình thành phần trong Project của Blynk Hình 3.1 Mô hình nhà thông minh

Hình 3.2 Board Arduino Mega 2560 R3

Hình 3.3 Board NodeMCU (ESP8266)

Hình 3.10 Module relay 6 kênh (5VDC)

Hình 4.1 Sơ đồ khối của hệ thống

Hình 4.2 Sơ đồ khối hệ thống khí gas

Hình 4.3 Lưu đồ thuật toán hệ thống gas

Hình 4.4 Sơ đồ khối hệ thống cửa RFID

Hình 4.5 Lưu đồ thuật toán hệ thống cửa RFID

Hình 4.6 Sơ đồ khối hệ thống đo nhiệt độ, độ ẩm

Hình 5.1 Sơ đồ nguyên lý mạch xử lý trung tâm và thu phát Wifi Hình 5.2 Sơ đồ mạch PCB Layout

Hình 5.3 Sơ đồ bố trí linh kiện 3D

Hình 5.4 Mạch thực tế sau khi lắp ráp

Hình 5.5 Thi công ráp mô hình

Hình 5.6 Mô hình khi lắp hoàn thiện

Hình 5.7 Màn hình giao diện Blynk

Hình 6.1 Mô hình hoạt động thực tế

kế hệ thống điều khiển qua app Blynk cho ngôi nhà thông minh sử dụng hệ vi điều khiển Arduino Mega 2560 R3” để làm đề tài tốt nghiệp cho mình

1.2 Mục đích đề tài

Đề tài “Thiết kế hệ thống điều khiển qua app Blynk cho ngôi nhà thông minh sử dụng hệ vi điều khiển Arduino Mega 2560 R3” được thực hiện với 3 mục đích chính: + Tổng hợp các kiến thức đã học, các lý thuyết về vi xử lý, về mở rộng xây dựng trong giải thuật để có thể độc lập làm chủ công nghệ trong việc thiết kế một hệ thống điều khiển các thiết bị trong gia đình một cách tự động và ổn định

+ Với việc phát triển mạnh mẽ của IoT, kết nối và điều khiển các thiết bị với nhau

từ đó phát triển điều khiển các thiết bị điện trong gia đình

+ Bên cạnh đó đề tài còn được kết hợp các hệ thống bảo vệ cho gia đình như hệ thống cảnh báo khí gas ngăn chặn nguy cơ cháy nổ, hệ thống giám sát nhiệt độ, độ

ẩm trong gia đình, hệ thống cửa tự động RFID

1.3 Nội dung đề tài

- Tìm hiểu về vi xử lý Atmega 2560 và NodeMCU ESP8266

- Tìm hiểu về các cảm biến, và cách xử lý tín hiệu

- Tìm hiểu cách truyền nhận dữ liệu không dây (Bluetooth, Wifi)

- Thiết kế và viết chương trình cho phần mềm điều khiển trên điện thoại

1.4 Ý nghĩa đề tài

Là nền tảng để ứng dụng việc tự động hóa vào ngôi nhà của chúng ta, điều khiển

và giám sát trạng thái của các thiết bị trong gia đình, góp phần phục vụ con người trong thời đại công nghệ 4.0

Chương 2:

TỔNG QUAN

2.1 Giới thiệu sơ lược về IoT

Thuật ngữ “Internet of things” (viết tắt là IoT) trong thời gian gần đây xuất hiện khá nhiều và thu hút không ít sự quan tâm chú ý của thế giới công nghệ Vì sự bùng

nổ của IoT trong tương lai sẽ có tác động mãnh mẽ tới cuộc sống, công việc và xã hội loài người

Internet of Things là một mạng lưới các vật thể được gắn cảm biến hoặc hệ thống điện tử đặc biệt cho phép chúng kết nối với nhau để thu thập và trao đổi dữ liệu Các vật thể trong mạng lưới này có thể được kết nối với mạng Internet cho mục đích điều khiển từ xa

Hình 2.1 Biểu tượng Internet of Thing

Mạng lưới vạn vật kết nối Internet hoặc là mạng lưới thiết bị kết nối Internet viết tắt là IoT 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

Hay hiểu một cách đơn giản IOT là tất cả các thiết bị có thể kết nối với nhau Việc kết nối thì có thể thực hiện qua WiFi, mạng viễn thông băng rộng (3G, 4G), Bluetooth, ZigBee, hồng ngoại… Các thiết bị có thể là điện thoại thông minh, máy pha cafe, máy giặt, tai nghe, bóng đèn và nhiều thiết bị khác

Lĩnh vực y tế: IoT trong vấn đề sức khỏe luôn là chủ đề được quan tâm hàng đầu, các thiết bị theo dõi sức khỏe luôn được kết nối để bất kỳ người thân đều có thể theo

dõi dù có ở bất kỳ nơi đâu Những ứng dụng phổ biến hiện nay là theo dõi thể trạng, nhịp tim, hay giấc ngủ của bạn và đưa ra lời khuyên hợp lý Ví dụ như ứng dụng

“Sleep Better” của Runtastic giúp theo dõi giấc ngủ của các bạn và sẽ báo thức vào thời điểm thích hợp để bạn thức dậy tỉnh táo nhất

Nhà thông minh: Là hệ thống IoT được mọi người tìm kiếm nhiều hiện nay, đem đến khả năng kiểm soát cũng như giám sát nơi ở một cách trực quan, tránh được các rủi ro không cần thiết như kẻ trộm đột nhập, quên tắt các thiết bị khi đi công tác xa qua việc liên kết các “Things” trên mạng lưới và điều khiển qua smartphone

Quản lý môi trường: Nếu nói về ứng dụng về giúp tiết kiệm nước và khuyến khích người dân đô thị trồng cây thì không thể không nhắc đến Hachi, hệ thống tưới cây hẹn giờ rất “hot” hiện nay do một nhóm bạn trẻ ở Hà Nội phát minh

Bạn đang đi chơi nhưng thấy trời mưa? Khỏi lo, bạn dễ dàng tắt hệ thống tưới cây qua ứng dụng trên smartphone của mình ở bất cứ đâu Mà khỏi lo việc cây bị úng nước nhé, tưới cây với liều lượng rất thích hợp Vừa tiết kiệm nước, vừa có cây đẹp trong nhà

Ngoài ra, tác động của IoT rất đa dạng và đang phát triển một cách nhanh chóng, trên các lĩnh vực khác như: Mua sắm thông minh, đồng hồ thông minh, vận tải thông minh hay thông minh trong việc quản lý điện lưới Trong một thế giới mở, IoT sẽ mang tính chất phức tạp bởi nó bao gồm một lượng lớn các đường liên kết giữa những thiết bị, máy móc, dịch vụ với nhau đang đợi con người khám phá

2.1.3 Lịch sử hình thành và phát triển của Bluetooth

Ngày nay Bluethooth là một công nghệ không thể thiếu đối với đại đa số người dùng điện thoại di động, phục vụ nhiều nhu cầu từ tai nghe đến loa không dây, thiết

bị chơi game cầm tay, bàn phím chia sẽ tập tin và ứng dụng trong IOT điều khiển thiết bị

Các tính năng của Bluetooth ngày càng hữu ích và đa dạng, là kết quả của quá trình hình thành, phát triển sau hơn 20 năm kể từ khi ra mắt

Hình 2.2 Biểu tượng Bluetooth

2.1.4 Khởi nguồn của Bluetooth

Bluetooth được tạo ra bởi Tiến sĩ Jaap Haartsen tại Ericsson vào năm 1994, đặt theo tên vị vua nổi tiếng đã thống nhất Đan Mạch và Na Uy vào thế kỷ X Bluetooth

ra đời để thay thế cáp viễn thông RS-232 (một chuẩn kết nối cũ được tạo ra vào năm 1960) bằng cách sử dụng sóng vô tuyến UHF băng tần từ 2.4 đến 2.485 GHz Dù tần

số này tương tự với Wi-Fi, Bluetooth được thiết kế để hoạt động trong phạm vi ngắn

và tiêu tốn ít điện năng hơn

Đến năm 1998, tổ chức Bluetooth Special Interest Group (SIG) được thành lập với mục đích đại diện chuẩn hóa và quảng bá phiên bản mới của Bluetooth Bluetooth SIG ban đầu chỉ bao gồm Ericsson, IBM, Intel, Nokia và Toshiba, nhưng đã đạt được hơn 4.000 thành viên vào cuối năm đó Hiện nay nhóm có hơn 30.000 công ty thành viên với các mức độ ảnh hưởng khác nhau

Phiên bản Bluetooth thương mại đầu tiên và nhắm vào người dùng phổ thông được

ra mắt năm 1999 Đó là chiếc điện thoại di động cầm tay đạt giải thưởng công nghệ

“Best of Show Technology Award” tại COMDEX Bluetooth 1.0 cũng chính thức ra mắt vào năm đó, kéo theo phong trào tích hợp Bluetooth vào các thiết bị như vi xử

lý, Dongles, chuột, card PC không dây và điện thoại nổ ra vào năm 2000

Điện thoại di động thương mại có Bluetooth đầu tiên là Sony Ericsson T36, máy

có cấu hình gồm màn hình LCD đơn sắc 101 x 54 pixel, GSM 3 băng tần, kết nối

Internet WAP và bộ nhớ có thể lưu trữ tới 1000 danh bạ

Hình 2.3 Điện thoại đầu tiên có Bluetooth

2.1.5 Tiêu chuẩn ban đầu

Vào thời điểm ra mắt, Bluetooth nhằm vào nhiều mục đích sử dụng Chuẩn

RS-232 được sử dụng phổ biến như một cổng kết nối của máy tính, để cắm modem internet, máy in, chuột, bộ nhớ ngoài và các thiết bị ngoại vi khác RS-232 lại khá tốn năng lượng cho việc kết nối vật lý, và Bluetooth được làm ra với yêu cầu tiêu thụ ít điện năng nhất

Vì là phiên bản đầu tiên, Bluetooth 1.0 vẫn có nhiều vấn đề phát sinh Ẩn danh là một các vấn đề do việc bắt buộc phát địa chỉ Ngoài ra còn có nhiều vấn đề liên quan đến kết nối Bản 1.0 cung cấp tốc độ truyền dữ liệu tối đa 721 kbps và kết nối không thể xa hơn 10 mét Thực tế khi sử dụng, tốc độ còn chậm hơn đáng kể so với con số

đó Các tiêu chuẩn ban đầu đi kèm với cấu hình cho hội thoại không dây và tai nghe, mạng Dial-up, Fax và truyền tập tin

Với 721 Kbps, Bluetooth đáp ứng tốt cho các dữ liệu âm thanh đã được nén lại Việc này đủ để đáp ứng nhu cầu cho những sản phẩm âm thanh đơn giản chứ chưa thể phục vụ cho việc truyền tải âm thanh chất lượng cao như từ đĩa CD tại thời điểm

đó

Theo thông số được công bố của cấu hình A2DP, Bluetooth 1.0 sử dụng codec tối

thiểu là SBC chứ không sử dụng trực tiếp các chuẩn âm thanh như mp3, wma hay aac Kết quả là âm thanh của Bluetooth có chất lượng rất kém

2.1.6 Sửa đổi và nâng cấp

Cốt lõi của Bluetooth chưa được cải tổ hoàn toàn để duy trì việc tương thích với các nền tảng Dù có nhiều bổ sung và cải tiến kỹ thuật qua nhiều lần sửa đổi, từ giao thức kết nối mới và chế độ truyền tải, nhưng tốc độ truyền tải dữ liệu cốt lõi vẫn ở mức 1 Mbps và phần lớn các cấu hình vẫn hoạt động

Các tính năng nổi bật nhất theo thông số kỹ thuật bao gồm Enhanced Data Rate lên đến 3 Mbps ở phiên bản 2.0, truyền tải tốc độ cao qua Wi-Fi dùng thiết bị ghép nối Bluetooth tại phiên bản 3.0, và tiết kiệm năng lượng ở phiên bản 4.0 Bảng liệt kê dưới đây cho thấy những tính năng chính đã ra mắt và các trường hợp sử dụng điển hình cho tốc độ và phạm vi được phát triển theo thời gian

Hình 2.4 Các phiên bản của Bluetooth

Tuy nhiên, Bluetooth không thực sự phù hợp với tiêu chí được hướng đến trong vài năm qua Thay vì phát triển theo hướng tập trung vào cải thiện tốc độ truyền tải

và phạm vi kết nối, tiêu chuẩn đang dần phân mảnh qua 2 hướng riêng Đó là Low Energy (tiết kiệm điện năng) kể từ phiên bản 4.0 và Classic (truyền thống)

Low Energy được điều chỉnh để sử dụng cho các thiết bị phục vụ cộng đồng như theo dõi hoạt động cơ thể, Internet of Things (IoT) Classic thì tiếp tục cung cấp tốc

độ truyền dữ liệu cao hơn cho các sản phẩm đòi hỏi việc kết nối liên tục

Phiên bản Bluetooth 5.0 mới nhất tiếp tục đi theo con đường này, chia những cải

tiến cho Classic và Low Energy Nâng cấp này đặt trọng tâm vào việc tăng phạm vi

và tốc độ truyền tải dữ liệu của lựa chọn năng lượng thấp và phạm vi kết nối xa

2.2 Lịch sử hình thành và phát triển của WiFi

Hiện nay gần như không ai còn xa lạ với mạng kết nối không dây sử dụng sóng

vô tuyến, hay còn có tên gọi khác là Wifi, đây là công cụ cho phép các thiết bị điện

tử có khả năng kết nối, truy cập nhanh chóng và dễ dàng mà không cần đến cáp truyền dẫn

Cuộc cách mạng của Wifi chỉ đơn giản ra đời từ một quyết định của chính phủ Hoa Kỳ năm 1985, nhưng nó lại trở thành làn sóng lan rộng và mạnh mẽ cho đến tận thế kỉ 21 này

Hình 2.5 Những năm đầu phát triển Wifi

Nếu như bạn để ý khi mua một chiếc máy tính hoặc một chiếc smartphone, hay bất kỳ thiết bị nào có thể kết nối được với Wifi bạn đều thấy thông số kết nối wifi thuộc chuẩn IEEE 802.11, và kèm thêm các chữ cái phía sau đó, IEEE là viết tắt của Institute of Electrical and Electronics Engineers có thể tạm hiểu đây là Hiệp hội các

kỹ sư điện và điện tử, đây là cơ quan phê duyệt củng như nghiên cứu thúc đẩy sự phát

triển của Wifi

Từ suốt những năm 1999 cho đến nay, lần lượt các chuẩn mạng Wifi đã ra đời rộng rãi:

Hình 2.6 Các chuẩn mạng Wifi

Ngày nay có rất nhiều các thiết bị có công nghệ kết nối với Wifi như máy tính, Smartphone, máy nghe nhạc, tivi, máy chơi game… và hiện nay cũng có rất nhiều khu vực cũng như vị trí được lắp đặt Wifi như các điểm công cộng, bệnh viện, trường học, trên xe buýt thậm chí các thành phố lớn còn sử dụng Wifi bao phủ toàn bộ thành phố để phục vụ cho khách du lịch cũng như các thiết bị quản lý giao thông, và

sự xuất hiện của Wifi đã tạo ra một cuộc cách mạng về công nghệ đóng vai trò vô

cùng quan trọng trong cuộc sống hôm nay và sự ứng dụng của Wifi ngày càng trở nên nhiều và phổ biến ngoài việc cho phép truy cập internet Wifi còn phục vụ nâng cao chất lượng cuộc sống và góp phần rất lớn trong thời đại công nghệ 4.0 và vạn vật

có thể kết nối với nhau (IOT)

Hình 2.7 Sự kết nối Wifi giữa các thiết bị

Là phần mềm được sử dụng trong việc lập trình cho board xử lý về Internet (NodeMCU Esp8266)

2.3.2 Phần mềm Blynk

Hình 2.9 Biểu tượng phần mềm Blynk

Blynk là một nền tảng cho ứng dụng IOS, Android cho phép điều khiển Arduino,

Raspberry Pi, ESP8266, bạn có thể xây dựng ứng dụng điều khiển bằng cách kéo thả các Widget

Blynk được thiết kế cho IOT nó có thể điều khiển phần cứng từ xa, hiển thị dữ liệu cảm biến, lưu trữ dữ liệu và có thể làm được nhiều điều khác thú vị, Blynk có thể điều khiển các I/O analog hoặc Digital trên vi điều khiển một cách trực tiếp, Blynk còn được thiết kế thêm Virtual pin (chân I/O ảo) Virtual pin được sử dụng gởi dữ liệu từ bộ vi điều khiển đến Blynk app và ngược lại, điều này mang lại lợi ích là tất

cả những thứ kết nối với vi điều khiển có thể làm việc với Blynk, bạn có thể gởi dữ liệu từ Blynk app đến Virtual pin, ở vi điều khiển nhận dữ liệu xử lý thực hiện yêu cầu sau đó phản hồi lại Smartphone

Blynk Libraries: Thư viện cung cấp kết nối phần cứng với server để xử lý tín hiệu đến và đi

Blynk không bị ràng buộc với những phần cứng cụ thể nào cả, thay vào đó nó hỗ trợ phần cứng cho bạn có thể lựa chọn như Arduino, Raspberry Pi, ESP8266 hay nhiều module phần cứng phổ biến khác

 Các bước thực hiện một project:

1 Tải ứng dụng Blynk trên cửa hàng App store hoặc CH play của điện thoại smartphone

2 Cấu hình app Blynk và lấy mã Auth Token

Để kết nối ứng dụng Blynk với phần cứng cần có một mã Token xác thực

- Tạo một tài khoản hoặc dùng tài khoản Facebook

- Tạo một project, hiểu giống như một ứng dụng sắp được thiết kế

- Sau khi tạo dự án thành công, cần sao chép hay gởi mã xác thực Auth Token qua tài khoản email

- Kiểm tra email trong hộp thư đến và tìm mã xác thực Auth Token

Hình 2.11 Giao diện Log in và tạo Project của Blynk

Mỗi project, Blynk sẽ gởi 1 mã Auth Token riêng biệt để nhập trong code của Board mạch điều khiển NodeMCU, có thể lựa chọn nhiều chức năng như nút nhấn, thanh trược, hẹn giờ, đồng hồ, màn hình LCD mỗi đơn vị sẽ tốn một lượng Energy nhất định tùy từng đối tượng

Hình 2.12 Giao diện tạo các thành phần trong Project của Blynk

Sau khi chọn xong đối tượng nhấp vào đối tượng để cài đặt và cấu hình chân và mức logic cho chân, cấu hình này sẽ tác động đến chân của board phần cứng

Ví dụ như nhấn nút nhấn thì chân GP16 sẽ chuyển từ trạng thái logic 1 sang logic

0 hoặc có thể ngược lại theo yêu cầu, ngoài ra có thể đặt tên, kích thướt, hình dạng của đối tượng theo mong muốn

Hình 2.13 Giao diện cấu hình thành phần trong Project của Blynk

Sau khi cài đặt và thiết kế xong phần ứng dụng điện thoại thì tiếp tục đến bước tiếp theo mở phần mềm Arduino IDE và cài đặt thư viện

3 Cài đặt thư viện và code

- Sau khi cài đặt xong thư viện có thể vào File -> Example -> Blynk -> Board Wifi và chọn code tham khảo

- Tiến hành nạp code cho Board và chạy

Chương 3:

NGHIÊN CỨU VÀ XÂY DỰNG HỆ THỐNG

3.1 Hệ thống mô hình

Hình 3.1 Mô hình nhà thông minh

Hệ thống bao gồm vi xử lý trung tâm (Aduino Mega 2560 R3 ) được coi là đầu não của hệ thống, là nơi tập trung dữ liệu đầu vào/ra để xử lý, đọc giá trị cảm biến nhiệt độ, độ ẩm, khí gas, thẻ RFID để thực hiện yêu cầu của người dùng thông qua điện thoại thông minh

3.1.1 Khối xử lý trung tâm

Xử dụng board Arduino Mega 2560 R3 là một board vi xử lý có nhiều cải tiến hơn so với Arduino Uno, đặc biệt là bộ nhớ Flash của Mega được tăng lên một cách

đáng kể, gấp 4 lần so với những phiên bản cũ của Uno R3, điều này cùng với việc trang bị 3 timer và 6 cổng interrupt khiến bo mạch Mega hoàn toàn có thể giải quyết được nhiều bài toán hóc búa, cần điều khiển nhiều loại động cơ và xử lý song song nhiều luồng dữ liệu số cũng như tương tự

Ngoài việc phát triển được ưu tiên, việc kế thừa củng được đặc biệt lưu ý, ngoài

ra ở phiên bản này các nhà thiết kế đã mạnh dạn thay đổi thiết kế để có thêm được nhiều vùng nhớ và nhiều chân I/O hơn, do vậy Arduino Mega 2560 đã ra đời

Hình 3.2 Board Arduino Mega 2560 R3

 Thông số kĩ thuật:

Vi điều khiển: ATmega2560

Điện áp hoạt động: 5V

Điện áp đầu vào (được đề nghị): 7-12V

Điện áp đầu vào (giới hạn): 6-20V

Số lượng chân I /O: 54 (trong đó có 15 ngõ vào PWM)

Số lượng chân Input Analog: 16

Dòng điện DC mỗi I/O: 20 mA

Dòng điện DC với chân 3.3V: 50 mA

3.1.2 Khối xử lý Wifi

Hình 3.3 Board NodeMCU (ESP8266)

NodeMCU V1.0 được phát triển dựa trên Chip WIFI ESP8266EX bên trong Module ESP-12E dễ dàng kết nối Wifi với một vài thao tác Board còn tích hợp IC CP2120, giúp dễ dàng giao tiếp với máy tính thông qua Micro USB để thao tác với board, với kích thước nhỏ gọn, linh hoạt, board dễ dàng liên kết với các thiết bị ngoại

vi để tạo thành một project, sản phẩm một cách nhanh chóng, với kích thước nhỏ gọn

và khả năng kết nối mạng tốt nên board Node MCU V1.0 là sự lựa chọn của nhiều đề tài về IoT điều khiển và giám sát thiết bị qua Internet

Board có thể là một trạm (station) phát Wifi để các Client kết nối vào hoặc củng

có thể là một Client kết nối vào mạng Wifi nhà và được lập trình bằng phần mềm IDE của Arduino

 Thông số kỹ thuật:

Chip: ESP8266EX

WiFi: 2.4 GHz hỗ trợ chuẩn 802.11 b/g/n

Điện áp hoạt động: 3.3V

Điện áp vào: 5V thông qua cổng USB

Số chân I/O: 11 (tất cả các chân I/O đều có Interrupt/PWM/I2C/One-wire, trừ chân D0)

Số chân Analog Input: 1 (điện áp vào tối đa 3.3V)

3.2.2 Cảm biến nhiệt độ, độ ẩm (DHT11)

Hình 3.5 Cảm biến nhiệt độ, độ ẩm (DHT11)

Cảm biến DTH11 được tích hợp đo cả nhiệt độ và độ ẩm trong một mạch duy nhất, cảm biến gồm 3 chân (Vcc, GND, Signal) với một cấu tạo đơn giản và giá thành thấp nhưng cảm biến có khả năng đo nhiệt độ và độ ẩm tương đối chính xác

3.3 Module đọc thẻ từ RC522

Hình 3.6 Module đọc thẻ từ RC522

Module đọc thẻ từ RC522 có thể đọc được các loại thẻ có kết nối không dây như NFC, thẻ từ (loại dùng làm thẻ giảm giá, thẻ xe bus, thẻ giữ xe ), với giá thành rẻ và thiết kế nhỏ gọn module này là sự lựa chọn hàng đầu cho các ứng dụng về ghi đọc thẻ RFID

RFID (Radio Frequency Identification) là một công nghệ nhận dạng đối tượng bằng sóng vô tuyến bao gồm hai thành phần chính là thiết bị đọc (Reader) và thiết bị phát mã RFID có gắn chip hay con gọi là tag (thẻ từ) hai thiết bị này hoạt động thu phát sóng điện từ cùng tần số với nhau các tần số thường được sử dụng trong hệ thống RFID là 125Khz hoặc 900Mhz, Thiết bị đọc được gắn antenna để thu-phát sóng điện

từ, thiết bị gắn mã tag (thẻ) chứa một mã nhận dạng nhất định và các mã không trung lặp nhau, thiết bị reader phát ra sóng điện từ ở một tần số nhất định, khi thiết bị RFID tag trong vùng hoạt động sẽ cảm nhận được sống điện từ này và thu nhận năng lượng

từ đó phát lại cho thiết bị Reader biết mã số của mình, từ đó thiết bị Reader nhận biết được tag nào đang trong vùng hoạt động

1: SDA (CS) - Chân lựa chọn chip khi giao tiếp SPI (Kích hoạt ở mức thấp)

2: SCK - Chân xung trong chế độ SPI

3: MOSI (SDI) - Master Data Out - Slave In trong chế độ giao tiếp SPI

4: MISO (SDO) - Master Data In - Slave Out trong chế độ giao tiếp SPI

Với ưu điểm về mặt công nghệ như vậy nên sự bảo mật và độ an toàn của thiết bị RFID là rất cao, ứng dụng tiêu biểu của công nghệ này là chống mất trộm hàng hóa trong siêu thị, nếu một vật nào đó trong siêu thị chưa được tháo chip đi qua cửa kiểm soát thì thiết bị Reader dễ dàng nhận dạng và phát cảnh báo, một ứng dụng khác của công nghệ này mang lại và được sử dụng rộng rãi hiện nay là chống trộm xe máy khi

mà xe máy là một tài sản có giá trị thì việc bảo vệ nó là một việc rất cần thiết 3.4 Module điều khiển động cơ L298N

Hình 3.8 Module điều khiển ĐC (L298N)

Board L298N có thể điều khiển cùng lúc 2 động cơ hoặc có thể điều khiển 1 động

cơ bước 6 dây hoặc 4 dây, board gồm các chân 12V power, 5 power đây là chân cấp nguồn trực tiếp cho động cơ, có thể cấp nguồn từ 9-12V ở chân 12V và lấy được nguồn 5V từ chân 5V power để cấp nguồn cho arduino, chân GND là chân GND của nguồn cấp cho động cơ và cần nối chung với GND của Arduino