ĐỀ TÀI: Đồ an tốt nghiệp: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MÔ HÌNH GIÁM SÁT HỆ THỐNG MÁY LẠNH

HƯỚNG DẪN TRÌNH BÀY ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP BỘ GIÁO DỤC ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ BỘ MÔN ĐIỆN CÔNG NGHIỆP ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỆN ĐIỆ.

KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

BỘ MÔN ĐIỆN CÔNG NGHIỆP

MSSV: 18142402

KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

BỘ MÔN ĐIỆN CÔNG NGHIỆP

MSSV: 18142402

Tp Hồ Chí Minh - 07/2022

BỘ MÔN ĐIỆN CÔNG NGHIỆP

o0o NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Họ tên sinh viên: Dương Đông Nguyên

Nguyễn Thanh Tiến

MSSV: 18142347MSSV: 18142402

Chuyên ngành: CNKT Điện - Điện tử Mã ngành:

Hệ đào tạo: Đại học chính quy Mã hệ:

I TÊN ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MÔ HÌNH GIÁM SÁT HỆ THỐNG

MÁY LẠNH.

II NHIỆM VỤ

1 Các số liệu ban đầu:

 Vi điều khiển PIC 18F4550

 Module WiFi ESP8266 NodeMCU

 Module Relay 5V

 Cảm biến nhiệt độ DHT11

 Cảm biến dòng ACS712 20A

 WebSever và App điện thoại

2 Nội dung thực hiện:

 Sử dụng vi điều khiển PIC 18F4550 làm khối điều khiển trung tâm để thu thập và

xử lí thông tin tại các sensor nodes

 Giao tiếp và truyền dữ liệu bằng internet thông qua Module WiFi ESP8266 NodeMCU

 Cập nhật dữ liệu theo thời gian thực trên WebSever Thingspeak, app điện thoại ThingView

 Bật/tắt thiết bị thông qua Wifi

 Gửi cảnh báo thông qua Gmail, phát cảnh báo trên mạng xã hội thông qua mạng

xã hội Twitter

 Thi công mô hình

 Viết báo cáo

III.NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 07/03/2022

IV NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ:

V HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: GVC.ThS Nguyễn Đình Phú

Bộ Môn Điện Công Nghiệp

Tp Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2022

LỊCH TRÌNH THỰC HIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

(Bản lịch trình này được đóng vào cuốn báo cáo)

Họ tên sinh viên: Dương Đông Nguyên MSSV: 18142347

Họ tên sinh viên: Nguyễn Thanh Tiến MSSV: 18142402

Lớp: 181423B

Tên đề tài: Thiết Kế Và Thi Công Mô Hình Giám Sát Hệ Thống Máy Lạnh.

-Tìm hiểu các linh kiện sử dụng trong mạch

-Thiết kế sơ đồ nguyên lí

Tuần 12,13

(23/5 – 5/6)

- Tiến hành thi công và kiểm tra mạch thi công

- Xây dựng mô hình, kiểm tra hoạt động của hệ thống

Tuần 14,15,16

(6/6 – 26/6)

- Viết báo cáo hoàn chỉnh

- Làm slide, báo cáo với GVHD

GV HƯỚNG DẪN(Ký và ghi rõ họ và tên)

Trong suốt thời gian học tập vừa qua, được sự chỉ dẫn, giúp đỡ tận tình củaquý thầy cô trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh, naythông qua đề tài KLTN này, em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến:

Quý thầy cô trong Khoa Điện – Điện tử, đặc biệt là các thầy cô thuộc Bộmôn Điện Công Nghiệp đã tận tình chỉ bảo chúng em trong suốt quá trình họctập

Quý thầy cô ở các khoa có liên quan đã cung cấp cho chúng em những kiếnthức cần thiết của một sinh viên, những kinh nghiệm và vốn sống hữu ích

Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh đã tạo điềukiện cho em học tập, nghiên cứu trong một môi trường chuyên nghiệp năng động

và sáng tạo suốt thời gian qua

Đồng thời, nhóm cũng xin cám ơn các thành viên trong lớp 181423B đã cónhững ý kiến đóng góp, bổ sung, giúp nhóm hoàn thành tốt đề tài

Ngoài ra, nhóm cũng đã nhận được sự chỉ bảo của các anh (chị) đi trước.Các anh (chị) cũng đã hướng dẫn và giới thiệu tài liệu tham khảo và các phươngpháp nghiên cứu bổ ích trong việc thực hiện nghiên cứu

Đặc biệt, nhóm chúng em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến Thầy ThS

NGUYỄN ĐÌNH PHÚ đã góp ý, hướng dẫn và chia sẻ nhiều kinh nghiệm quýbáu giúp cho chúng em hoàn thành và thực hiện tốt đề tài KLTN này

Chúng em xin chân thành cảm ơn!

Trân trọng

Nhóm thực hiện đồ án

Dương Đông Nguyên Nguyễn Thanh Tiến TÓM TẮT

thông tin, điện tử, tự động hóa, IoT (Internet of Things) … Đã làm cho đời sốngcủa con người ngày càng hoàn thiện Các thiết bị tự động điều khiển, điện thoạithông minh hay các cảm biến giám sát đã ngày càng xâm lấn vào trong đời sống

và thậm chí là được ứng dụng nhiều vào việc kinh doanh sản xuất, cuộc sốngsinh hoạt hàng ngày của mỗi con người Do đó một chiếc điện thoại thông minh

có thể giám sát từ xa và hỗ trợ cho công việc quản lí một số ngành dịch vụ chẳnghạn như cơ quan, trường học, khách sạn đã trở thành hiện thực Là sinh viênkhoa Điện - Điện tử trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật Tp Hồ Chí Minh, bằngnhững kiến thức đã học và mong muốn thiết kế được một mô hình hệ thống giámsát máy lạnh đáp ứng được nhu cầu quản lí hiện đại của người dùng Chúng tôi

đã quyết định chọn “THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MÔ HÌNH GIÁM SÁT HỆ

THỐNG MÁY LẠNH” làm đề tài cho đồ án tốt nghiệp của chúng tôi.

LỜI CẢM ƠN I

TÓM TẮT II

DANH MỤC HÌNH VII

DANH MỤC BẢNG X

CÁC TỪ VIẾT TẮT XI

CHƯƠNG 1TỔNG QUAN 1

1.1 GIỚI THIỆU 1

1.2 MỤC TIÊU ĐỀ TÀI 1

1.3 GIỚI HẠN ĐỀ TÀI 1

1.4 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2

1.5 ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU 2

1.6 BỐ CỤC QUYỂN BÁO CÁO 3

CHƯƠNG 2CƠ SỞ LÝ THUYẾT 5

2.1 TỔNG QUAN VỀ IOT 5

2.1.1 Khái niệm[1] 5

2.1.2 Đặc tính cơ bản[2] 6

2.1.3 Cấu phần của hệ thống IoT[3] 6

2.1.4 Ứng dụng 7

2.1.5 Lợi ích mang lại và thách thức[4] 8

2.2 TRUYỀN THÔNG KHÔNG DÂY BẰNG WIFI[5] 11

2.2.2 Nguyên lý hoạt động 11

2.2.3 Một số chuẩn kết nối WiFi phổ biến 12

2.3 MO DULE WIFI ESP8266 NODEMCU 12

2.3.1 Giới thiệu[6] 12

2.3.2 Đặc điểm[6] 13

2.3.3 Tập lệnh AT của ESP8266 (Attention Command)[7] 14

2.4 CHUẨN GIAO TIẾP UART 15

2.4.1 Giới thiệu[8] 15

2.4.2 Sơ đồ UART[9] 15

2.4.3 Các thông số cơ bản trong truyền nhận UART:[8] 16

2.4.4 Các ứng dụng của UART[10] 17

2.4.5 Ưu điểm và nhược điểm của UART[10] 17

2.5 VI ĐIỀU KHIỂN PIC 18

2.5.1 Giới thiệu về vi xử lí và vi điều khiển[11] 18

2.5.2 PIC 18F4550[11] 19

2.5.3 Ngôn ngữ lập trình Vi điều khiển[11] 21

2.6 CẢM BIẾN DÒNG ACS712 20A 22

2.6.1 Cảm biến dòng[12] 22

2.6.2 Thông số kỹ thuật và sơ đồ chân 23

2.7 CẢM BIẾN NHIỆT ĐỘ DHT11 24

2.7.1 Giới thiệu[13] 24

2.7.2 Thông số kỹ thuật và sơ đồ chân 24

2.8 HỆ THỐNG SERVER 25

2.8.1 Thingspeak[14] 25

2.8.2 Tạo Server Thingspeak[15] 26

2.9.1 Khái niệm 29

2.9.2 Tính năng 29

2.10 CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ MÁY LẠNH[17] 31

2.10.1 Giới thiệu 31

2.10.2 Nguyên lý hoạt động 34

2.10.3 Dòng trong máy lạnh[18] 35

CHƯƠNG 3TÍNH TOÁN THIẾT KẾ 37

3.1 GIỚI THIỆU 37

3.2 TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG 39

3.2.1 Yêu cầu hệ thống 39

3.2.2 Thiết kế sơ đồ khối hệ thống 40

CHƯƠNG 4THI CÔNG HỆ THỐNG 48

4.1 GIỚI THIỆU 48

4.2 THI CÔNG HỆ THỐNG 48

4.2.1 Thi công bo mạch 48

4.2.2 Lắp ráp và kiểm tra 51

4.3 THI CÔNG MÔ HÌNH 51

4.4 LẬP TRÌNH HỆ THỐNG 53

4.4.1 Lưu đồ hoạt động 53

4.4.2 Lập trình cho vi điều khiển PIC 18F4550 59

4.4.3 Lập trình cho ESP8266 NodeMCU 64

4.4.4 Lập trình Web bật/tắt thiết bị 71

4.4.5 Phát cảnh báo trên Gmail/Twitter 78

4.5.1 Viết tài liệu hướng dẫn sử dụng 87

4.5.2 Quy trình thao tác 88

CHƯƠNG 5KẾT QUẢ - NHẬN XÉT - ĐÁNH GIÁ 90

5.1 GIỚI THIỆU 90

5.2 KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC 90

5.3 KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM 91

5.3.1 Cấp nguồn và kết nối Wifi cho board mạch điều khiển 92

5.3.2 Dữ liệu được gửi lên Thingspeak 92

5.3.3 Phát cảnh báo qua Gmail và Twitter 95

5.3.4 Giám sát qua app Thingview 98

5.3.5 Bật tắt thiết bị thông qua wifi 98

5.4 NHẬN XÉT – ĐÁNH GIÁ 99

5.4.1 Nhận xét 99

5.4.2 Đánh giá 100

CHƯƠNG 6KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 101

TÀI LIỆU THAM KHẢO 102

PHỤ LỤC 104

Chương 2: Cơ sở lý thuyết

Hình 2.1 Minh họa hệ thống IOT 5

Hình 2.2 Mô hình kiến trúc IoT 7

Hình 2 3 Thách thức IOT 9

Hình 2 4 Nguyên lý hoạt động của WiFi 12

Hình 2 5 Sơ đồ chân ESP8266 NodeMCU 14

Hình 2 6 Giao tiếp UART 15

Hình 2 7 Sơ đồ khối UART 16

Hình 2 8 Sơ đồ khối hệ thống vi xử lý 18

Hình 2 9 Vi điều khiển PIC 18F4550 19

Hình 2 10 Sơ đồ chân vi điều khiển PIC 18F4550 20

Hình 2 11 Cảm biến dòng ACS712 23

Hình 2 12 Sơ đồ chân DHT11 25

Hình 2 13 Trang chủ Thingspeak 26

Hình 2 14 Giao diện tạo tài khoản Thingspeak 26

Hình 2 15 Giao diện tạo Channels Thingspeak 27

Hình 2 16 Giao diện thẻ API Keys 28

Hình 2 17 Ứng dụng Thingview 29

Hình 2 18 Tìm kênh thông qua channel ID 30

Hình 2 19 Giao diện quản lý các channel khác nhau 30

Hình 2 20 Giao diện theo dõi trực quan theo thời gian thực 31

Hình 2 21 Máy lạnh hiện đại được sử dụng rộng rãi 32

Hình 2 22 Cấu tạo bên ngoài của dàn lạnh 33

Hình 2 23 Vỏ của dàn nóng thường được phủ lớp sơn tĩnh điện 34

Hình 2 24 Nguyên lý hoạt động của máy lạnh 35

Chương 3: Tính toán thiết kế Hình 3 1 Phối cảnh 3D của dãy trọ 38

Hình 3 2 Bên trong của từng phòng 38

Hình 3 3 Mặt trước của mô hình 3D 39

Hình 3 5 Sơ đồ nguyên lý khối xử lý trung tâm PIC 18F4550 42

Hình 3 6 Sơ đồ nguyên lý khối cảm biến 42

Hình 3 7 Module wifi ESP8266 NodeMCU 44

Hình 3 8 LCD 20x4 giao tiếp với vi điều khiển 45

Hình 3 9 Mạch hạ áp 12VDC - 5V 46

Hình 3 10 Sơ đồ nguyên lý toàn mạch 47

Hình 3 11 Sơ đồ nguyên lý thiết bị 47

Chương 4: Thi công hệ thống Z Hình 4.1 Sơ đồ mạch in 48

Hình 4.2 Mặt sau của mạch 50

Hình 4.3 Mạch đã hàn linh kiện 50

Hình 4.4 Mạch đã hoạt động 51

Hình 4.5 Mô hình thực tế mặt trước - sau 52

Hình 4.6 Lưu đồ khối điều khiển trung tâm PIC18F4550 53

Hình 4.7 Lưu đồ hoạt động đọc nhiệt độ từ cảm biến DHT11 54

Hình 4.8 Lưu đồ hoạt động cảm biến dòng ACS712 55

Hình 4.9 Lưu đồ hoạt động hiển thị lên LCD và truyền qua ESP8266 56

Hình 4.10 Lưu đồ hoạt động gửi dữ liệu lên Thingspeak 57

Hình 4.11 Lưu đồ lấy trạng thái thiết bị 58

Hình 4.12 Lưu đồ cập nhật trạng thái 59

Hình 4.13 Biểu tượng phần mềm CCS 60

Hình 4.14 Giao diện môi trường lập trình CCS 61

Hình 4.15 Phần mềm Adruino 64

Hình 4.16 Giao diện phần mềm Adruino IDE 65

Hình 4.17 Giao diện phần mềm Sublime text 72

Hình 4.18 Giao diện IFTTT 78

Hình 4.19 Tiến hành tạo câu lệnh 79

Hình 4.20 Cài đặt nội dung câu lệnh 80

Hình 4.22 Tạo ThingHTTP 81

Hình 4.23 Tạo ThingHTTP cho các máy lạnh khác 82

Hình 4.24 Tạo React để cài đặt ngưỡng cảnh báo 83

Hình 4.25 Cảnh báo của các máy lạnh 84

Hình 4.26 Tạo cảnh báo để liên kết với Twitter 85

Hình 4.27 Cài đặt ngưỡng cảnh báo 86

Hình 4.28 Cài đặt ngưỡng sự cố 87

Hình 4.29 Màn hình đã kết nối tới wifi 88

Hình 4.30 Cấp nguồn cho thiết bị 89

Hình 4.31 Giao diện của LCD, Thingspeak, Thingview khi hoạt động 89

Chương 5: Kết quả_nhận xét_đánh giá Hình 5.1 Màn hình khi kết nối wifi thành công 92

Hình 5.2 Tải minh họa 93

Hình 5.3 Giao diện giám sát các tầng 93

Hình 5.4 Giao diện giám sát tầng 2 (Máy lạnh 1 và 2) 94

Hình 5.5 Dùng Matlab tạo biểu đồ gộp 95

Hình 5.6 Tầng 1 máy lạnh 1 quá ngưỡng 96

Hình 5.7 Phát cảnh báo qua Gmail 97

Hình 5.8 Phát cảnh báo qua Twitter 97

Hình 5.9 Giám sát qua App Thingview 98

Hình 5.10 Giao diện khi tắt cả thiết bị đang tắt 98

Hình 5.11 Giao diện đang có một số thiết bị đang bật 99

Hình 5.12 Giao diện khi tất cả thiết bị đều bật 99

Chương 2: Cơ sở lý thuyết

Bảng 2 1 Các tập lệnh AT cơ bản 14 Bảng 2 2 Thông số kỹ thuật PIC 18F4550 20 Bảng 2 3 Thông số kỹ thuật ACS712 24

Bảng 2 4 Các chân của LCD Error! Bookmark not defined.

Chương 3: Tính toán thiết kế

Bảng 3 1 Số liệu nhiệt độ - dòng điện 37 Bảng 3 2 Tính toán dòng điện sử dụng trong mạch 45

Chương 4: Thi công hệ thống

Bảng 4 1 Danh sách các linh kiện 49

DCE Data Communication Equipment

DTE Data Terminal Equipment

EEPROM Electrically Erasable Programmable Read-Only

MemoryEUART Enhanced Universal Asynchronous Receiver

Transceiver

GPIO General - purpose input/output

GPS Global Positioning System

GSM Global System for Mobile Communications

GVHD Giáo viên hướng dẫn

HTTP HyperText Transfer Protocol

IC Integrated circuit

ICSP In Circuit Serial Programming

IEEE Institute of Electrical and Electronics EngineersIFTTT If this then that

IoT Internet of Things

ISP Internet Service Provider

I2C Inter-Integrated Communication

KLTN Khóa luận tốt nghiệp

LCD Liquid crystal display

LSB Least Significant Bit

PCB Printed Circuit Board

PIC Peripheral Interface Controller

RISC Reduced Instructions Set Computer

SMS Short Message Service

SPI Serial Peripheral Interface

SRAM Static random-access memory

TIA Telecommunications Industry AssociationUART Universal Asynchronous Receiver-TransmitterUDP User Datagram Protocol

USB Universal Serial Bus

WIFI Wireless Fidelity

WPA Wifi Protected Access

XML Extensible Markup Language

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN

Trong xu thế phát triển hiện nay, với sự bùng nổ của các ngành công nghệthông tin, điện tử, tự động hóa, IoT… Đã làm cho đời sống của con người ngàycàng hoàn thiện Các thiết bị tự động điều khiển, điện thoại thông minh hay cáccảm biến giám sát đã ngày càng xâm lấn vào trong đời sống và thậm chí là đượcứng dụng nhiều vào việc kinh doanh sản xuất, cuộc sống sinh hoạt hàng ngàycủa mỗi con người Do đó một chiếc điện thoại thông minh có thể giám sát từ xa

và hỗ trợ cho công việc quản lí một số ngành chẳng hạn như cơ quan, trườnghọc, khách sạn đã trở thành hiện thực Là sinh viên khoa Điện - Điện tử trườngĐại học Sư Phạm Kỹ Thuật Tp Hồ Chí Minh, bằng những kiến thức đã họcchúng tôi mong muốn thiết kế được một mô hình hệ thống giám sát máy lạnhđáp ứng được nhu cầu quản lí hiện đại của người dùng Vì vậy chúng tôi đã

quyết định chọn “THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MÔ HÌNH GIÁM SÁT HỆ

THỐNG MÁY LẠNH” làm đề tài cho đồ án tốt nghiệp của chúng tôi.

1.2 MỤC TIÊU ĐỀ TÀI

Đề tài “Thiết Kế Và Thi Công Mô Hình Giám Sát Hệ Thống Máy

Lạnh” được thực hiện có chức năng:

- Người dùng giám sát, kiểm tra biểu đồ dòng điện, nhiệt độ, bật/tắt thiết bịcũng như theo dõi chế độ bảo trì, bảo dưỡng định kỳ hoặc các lỗi phátsinh trong quá trình sử dụng ở bất cứ nơi đâu có mạng internet hay 3G/4Gbằng App trên điện thoại

- Hệ thống cập nhật dữ liệu trên sever Thingspeak

- Hệ thống gửi cảnh báo trên Gmail và Twitter

1.3 GIỚI HẠN ĐỀ TÀI

Đề tài “Thiết Kế Và Thi Công Mô Hình Giám Sát Hệ Thống Máy

Lạnh” sử dụng vi điều khiển PIC 18F4550 làm khối điều khiển trung tâm để thu

thập và xử lí thông tin tại các Sensor Nodes

Cảm biến dòng ACS712 20A nhận tín hiệu dòng điện từ thiết bị điện đểđưa đến vi điều khiển

Cảm biến nhiệt độ DHT11 nhận tín hiệu nhiệt độ từ môi trường để đưa đến

Relay bật/tắt thiết bị

Phát cảnh báo thông qua Gmail và mạng xã hội Twitter

Việc thực hiện một đề tài có nhiều ứng dụng thực tế đòi hỏi người thựchiện phải tham khảo và sử dụng nhiều phương pháp nghiên cứu kết hợp từ đótìm ra một hướng đi riêng

Các phương pháp nghiên cứu mà nhóm đã áp dụng như sau:

- Khảo sát thực tế

- Khảo sát các hệ thống vi điều khiển thiết bị đã có trên thị trường

- Phân tích và tổng hợp các lý thuyết ngôn ngữ lập trình C/C++

- Tham khảo luận văn, tài liệu khóa trước, các đề tài nghiên cứukhoa học

- Tham khảo ý kiến, góp ý từ giáo viên hướng dẫn, anh chị, các bạn

đã và đang làm những đề tài liên quan

- Thực nghiệm trên mô hình và đánh giá kết quả

Đối tượng nghiên cứu của đề tài:

- Vi điều khiển PIC 18F4550

- Module WiFi ESP8266 NodeMCU

- Module Relay 5V

- Cảm biến dòng ACS712 20A

- Cảm biến nhiệt độ DHT11

- Web server Thingspeak lưu và xuất dữ liệu.

- App Thingview tương tác giữa người dùng với hệ thống

- Gmail và mạng xã hội Twitter làm nơi phát cảnh báo

Phạm vi nghiên cứu của đề tài:

- Nghiên cứu trong lĩnh vực lập trình trên PIC;

- Nghiên cứu phần mềm hỗ trợ lập trình trên PIC là CCS;

- Nghiên cứu trong lĩnh vực lập trình trên Adruino;

- Nghiên cứu phần mềm hỗ trợ lập trình trên Adruino là AdruinoIDE;

- Nghiên cứu lập trình Web;

- Cách kết nối vật lý giữa Module Wifi ESP8266 NodeMCU,module relay 5V, cảm biến dòng ACS712, cảm biến nhiệt độDHT11, LCD với PIC;

- Tìm hiểu nguyên lý hoạt động của cảm biến dòng điện và nhiệt độ;

- Nghiên cứu xây dựng Server Thingspeak lưu và xuất dữ liệu;

- Nghiên cứu cách kết nối, truyền, nhận dữ liệu của Module WiFiESP8266 NodeMCU, Server, app Thingview, Relay và PIC

- Nghiên cứu, phân tích dữ liệu dựa trên cơ sở dữ liệu được lưu ởSever Thingspeak để tạo những biểu đồ trực quan cũng như phátnhững cảnh báo cho người sử dụng

Nội dung chính của đề tài được trình bày với 6 chương như sau:

Chương 1 Tổng quan: Trong chương này trình bày ra được tình hình

nghiên cứu hiện nay, lý do và mục tiêu chọn đề tài, giới hạn của đề tài, , phươngpháp nghiên cứu, đối tượng và phạm vi nghiên cứu của đề tài

Chương 2 Cơ sở lý thuyết: Các lý thuyết liên quan đến phần cứng và

phần mềm của cả hệ thống

Chương 3 Tính toán thiết kế: Trong chương này nêu ra được cách tính

toán thiết kế phần cứng, linh kiện cho hệ thống phù hợp với những yêu cầu đặt

ra Từ sơ đồ khối tổng quát và sơ đồ khối chi tiết để tiến hành lựa chọn các linhkiện cho các khối.

Chương 4 Thi công hệ thống: Trình bày về quá trình thi công phần cứng,

phần mềm và đánh giá ưu nhược điểm của hệ thống

Chương 5 Kết quả - nhận xét - đánh giá: Đưa ra các kết quả của quá

trình nghiên cứu Nhận xét và đánh giá mô hình sản phẩm

Chương 6 Kết luận và hướng phát triển: Đưa ra các kết luận về những

vấn đề mà trong quá trình nghiên cứu đã đạt được và chưa đạt được Đưa rahướng phát triển đề tài trong tương lai

CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT

2.1.1 Khái niệm[1]

Internet of Things (IoT) là mạng lưới vạn vật và thiết bị được kết nốithông qua cảm biến, phần mềm và các công nghệ khác, cho phép các đối tượng

và thiết bị thu thập và trao đổi dữ liệu với nhau

Internet of Things truyền bá lợi ích của Internet cho tất cả mọi thứ được kết nối,không chỉ là một máy tính Khi một đối tượng được kết nối với Internet, nó sẽtrở nên thông minh hơn vì nó có thể gửi hoặc nhận thông tin và tự động hànhđộng trên thông tin đó

Các thiết bị IoT có thể là các đối tượng có cảm biến để thu thập dữ liệu về môitrường xung quanh chúng (như các giác quan), máy tính / bộ điều khiển nhận dữliệu và ra lệnh cho các thiết bị khác hoặc các đối tượng tích hợp cả hai điều trên Tiềm năng ứng dụng của Internet of Things (IoT) trải dài trên mọi lĩnh vực Tuynhiên, mọi hệ thống IoT hoàn chỉnh đều có 4 bước: thu thập dữ liệu, chia sẻ dữliệu, xử lý dữ liệu và đưa ra quyết định

Hình 2.1 Minh họa hệ thống IOT

2.1.2 Đặc tính cơ bản[2]

Tính không đồng nhất: trong IoT các thiết bị không đồng nhất vì mỗi thứ

sẽ có một phần cứng khác nhau và network khác nhau Tuy nhiên chúngđược liên kết với nhau nhờ sự liên kết giữa các network với nhau nên mọithứ trở nên đơn giản trong cả khâu sản xuất và lập trình Không nhất thiếtcác thiết bị phải đồng nhất về phần cứng hay phần mềm nhưng chúng vẫn cóthể kết nối với nhau

Tính kết nối liên thông: với bất cứ thiết bị gì, chúng đều có thể kết nối qua

cơ sở liên lạc nhất định, chúng sử dụng ngôn ngữ riêng để kết nối với nhau,

để truyền dữ liệu và trao đổi thông tin

Thay đổi linh hoạt: các thiết bị tự động thay đổi trạng thái linh hoạt tùy

theo trường hợp riêng, số lượng thiết bị hoạt động cũng có thể thay đổi tùy ý

Quy mô lớn: số lượng thiết bị tham gia rất lớn, số lượng thông tin truyền

được cũng sẽ lớn hơn nhiều so với bình thường

Những dịch vụ liên quan đến “Things”: cung cấp các dịch vụ liên quan

đến Things, chẳng hạn như bảo vệ sự riêng tư và nhất quán giữa PhysicalThing và Virtual Thing

2.1.3 Cấu phần của hệ thống IoT[3]

Kiến trúc IoT (như hình 2.2) được đại diện cơ bản bởi bốn phần: Vạn vật(Things), trạm kết nối (Gateways), hạ tầng mạng và điện toán đám mây(Network and Cloud) và các lớp tạo và cung cấp dịch vụ (Services-creation andSolutions Layers)

Vạn vật (Things): Ví dụ thiết bị cảm biến, thiết bị đeo, xe hơi và điện thoại

di động đang được kết nối trực tiếp thông qua băng tần mạng không dây và truycập vào Internet Giải pháp IoT giúp các thiết bị thông minh được sàng lọc, kếtnối và quản lý dữ liệu một cách cục bộ, còn các thiết bị “chưa thông minh” thì cóthể kết nối được thông qua các trạm kết nối

Trạm kết nối (Gateways): Các trạm kết nối sẽ đóng vai trò là một trung

gian trực tiếp, cho phép các thiết bị có sẵn này kết nối với điện toán đám mâymột cách bảo mật và dễ dàng quản lý

Hình 2.2 Mô hình kiến trúc IoT

Hạ tầng mạng và điện toán đám mây (Network and Cloud): Cơ sở hạ

tầng kết nối Internet bao gồm thiết bị định tuyến, trạm kết nối, thiết bị tổng hợp,thiếp bị lặp và nhiều thiết bị khác có thể kiểm soát lưu lượng dữ liệu lưu thông

và cũng được kết nối đến mạng lưới viễn thông và cáp được triển khai bởi cácnhà cung cấp dịch vụ Trung tâm dữ liệu/hạ tầng điện toán đám mây bao gồmmột hệ thống lớn các máy chủ (Server), hệ thống lưu trữ và mạng ảo hóa đượckết nối

Các lớp tạo và cung cấp dịch vụ (Services-Creation and Solutions Layers): Intel đã kết hợp những phần mềm quản lý API hàng đầu (Application

Progmraming Interface) là Mashery và Aepona để giúp đưa các sản phẩm và giảipháp IoT ra thị trường một cách chóng và tận dụng được hết giá trị của việc phântích các dữ liệu từ hệ thống và tài sản đang có sẵn

2.1.4 Ứng dụng

IoT có thể ứng dụng được trong bất kì lĩnh vực nào mà chúng ta muốn Một

số lĩnh vực nổi bật hiện nay được ứng dụng IoT nhiều nhất như:

- Nhà thông minh;

- Lĩnh vực mua sắm thông minh;

- Quản lý môi trường, thời tiết;

- Quản lý các thiết bị cá nhân: Thiết bị đeo tay để đo nhịp tim huyết áp,theo dõi sức khỏe;

- Đồ dùng sinh hoạt hằng ngày: Như máy pha cà phê, bình nước nónglạnh, máy điều hòa;

- Xử lý trong các tình huống khẩn cấp;

- Quản lý giao thông;

- Tự động hóa: Các công xưởng sản xuất xe hơi đã áp dụng công nghệIoT để cắt giảm hầu hết các công nhân, thay vào đó là các bộ máy tíchhợp trí thông minh nhân tạo cho năng suất tăng gấp nhiều lần và độchính xác cao hơn

2.1.5 Lợi ích mang lại và thách thức[4]

Lợi ích của IoT đối với doanh nghiệp phụ thuộc vào việc triển khai cụ thể,

cách các nhà sản xuất có thể thêm cảm biến vào các thành phần sản phẩm để họ

có thể truyền đạt dữ liệu về cách chúng hoạt động

Điều này có thể giúp các công ty phát hiện sớm các khiếm khuyết và sửachữa trước khi chúng gây ra thiệt hại lớn Ngoài ra, các công ty có thể sử dụng

dữ liệu do cảm biến tạo ra để cải thiện chuỗi cung ứng và sản phẩm Cụ thể:

 Khiến cho mọi thứ trở nên dễ dàng và thuận tiện hơn rất nhiều

 Có khả năng xóa bỏ mọi rào cản có liên quan đến địa lý và ngôn ngữ

 Giúp cho bạn dễ dàng kiểm soát mọi thứ hơn

 Khi lắp đặt thiết bị IoT sẽ tiện lợi hơn trong việc kiểm soát không chỉ về

số lượng lẫn chất lượng

 Dễ dàng kiểm soát công việc của bạn

 IoT có khả năng kết nối được với thiết bị di động, máy tính PC, laptopVới sự trợ giúp của Internet of Things, cuộc sống của con người sẽ trở nên

dễ dàng và thuận tiện hơn bao giờ hết Các thiết bị thông minh như Echo củaAmazon và Google Home giúp phát nhạc, lên lịch hẹn giờ hoặc nhận thông tin

dễ dàng hơn hoặc hệ thống an ninh nhà thông minh giúp mọi người dễ dàngkiểm tra và theo dõi các chuyển động bên trong và bên ngoài ngôi nhà

Ngoài ra, khi đèn thông minh phát hiện có người đi vào vùng cảm ứng, đènthông minh sẽ tự động bật, và khi không có ai, đèn thông minh sẽ tự động tắt.Trong tương lai gần, các cảm biến có thể giúp chúng ta hiểu được mức độ ônhiễm môi trường hay mức độ báo động Xe ô tô không người lái và thành phố

thông minh cũng sẽ thay đổi nhận thức của mọi người và cách thức xây dựng vàphát triển các địa điểm công cộng và cộng đồng

Tuy nhiên, vẫn còn một số thách thức hiện tại hạn chế việc áp dụng IoT:Các lỗ hổng bảo mật (quyền riêng tư, phá hoại, từ chối dịch vụ): Việc cáchacker tấn công vào các mục tiêu quan trọng sẽ khiến mối nguy hiểm này rấtlớn Rõ ràng, hậu quả của việc phá hoại và từ chối dịch vụ có thể nghiêm trọnghơn nhiều so với xâm nhập quyền riêng tư cá nhân Nếu có sự thay đổi tỷ lệ phatrộn chất khử trùng tại nhà máy xử lý nước hoặc dừng hệ thống làm mát tại nhàmáy điện hạt nhân có khả năng khiến cả thành phố gặp nguy hiểm ngay lập tức

Hình 2.3 Thách thức IOT

Các vấn đề pháp lý: Điều này áp dụng chủ yếu cho các thiết bị y tế, ngânhàng, bảo hiểm, thiết bị cơ sở hạ tầng, thiết bị sản xuất và đặc biệt là các thiết bịliên quan đến dược phẩm và thực phẩm Điều này làm tăng thêm thời gian và chiphí cần thiết để đưa các sản phẩm này ra thị trường

Tính quyết định của mạng: Điều này rất quan trọng đối với hầu hết các lĩnhvực có thể sử dụng IoT, như trong các ứng dụng điều khiển, bảo mật, sản xuất,vận chuyển, cơ sở hạ tầng nói chung và các thiết bị y tế Việc sử dụng đám mâyhiện tại có độ trễ khoảng 200 mili giây trở lên Điều này phù hợp cho hầu hết cácứng dụng, nhưng không phải cho bảo mật hoặc các ứng dụng khác yêu cầu phảnhồi nhanh chóng, cần lập tức Ví dụ như một kích hoạt từ hệ thống giám sát anninh nhận được sau năm giây có thể là quá muộn.

Thiếu một kiến trúc và tiêu chuẩn hóa chung: Sự phân mảnh liên tục trongquá trình triển khai IoT sẽ làm giảm giá trị và tăng chi phí cho người dùng cuối.Hầu hết các sản phẩm đều nhắm mục tiêu các lĩnh vực rất cụ thể Một số nguyênnhân của sự phân mảnh này là do lo ngại về bảo mật và quyền riêng tư, cố gắngchiếm lĩnh thị trường, cố gắng tránh các vấn đề với tài sản trí tuệ của đối thủcạnh tranh và hiện tại thiếu sự lãnh đạo rõ ràng trong lĩnh vực này

Khả năng mở rộng: Điều này hiện không phải là vấn đề lớn, nhưng nó chắcchắn sẽ trở thành một vấn đề chủ yếu liên quan đến đám mây khi số lượng thiết

bị hoạt động tăng lên Điều này sẽ tăng băng thông dữ liệu cần thiết và thời giancần thiết để xác minh giao dịch

Hạn chế của các cảm biến hiện tại: Các loại cảm biến cơ bản, chẳng hạnnhư nhiệt độ, ánh sáng, chuyển động, âm thanh, màu sắc, radar, máy quét laser,siêu âm và tia X, đã khá hiệu quả Hơn nữa, những tiến bộ gần đây trong vi điện

tử, cùng với những tiến bộ trong cảm biến trạng thái rắn, sẽ làm cho các cảmbiến trần ít trở thành vấn đề trong tương lai Thách thức sẽ là làm sao cho cảmbiến có thể hoạt động tốt trong môi trường đông đúc, ồn ào và phức tạp hơn.Việc áp dụng các thuật toán tương tự như logic mờ hứa hẹn sẽ làm giảm vấn đềnày trong tương lai

Nguồn điện nằm ngoài mạng lưới: Mặc dù Ethernet, WIFI, 3G vàBluetooth đã có thể giải quyết hầu hết các vấn đề kết nối bằng cách cung cấp chocác thiết bị khác nhau các hình thức khác nhau, tuy nhiên hạn chế về thời lượngpin vẫn còn Hầu hết các điện thoại thông minh vẫn cần phải được sạc mỗi ngày

và hầu hết các cảm biến vẫn cần thay pin thường xuyên hoặc kết nối với lưới

điện Sẽ có một sự khác biệt nếu năng lượng có thể được phát không dây đến cácthiết bị như vậy từ xa hoặc nếu nguồn năng lượng có thể tồn tại ít nhất một năm

có thể được tích hợp vào các cảm biến

2.2.1 Khái niệm

WiFi là phương thức kết nối không dây sử dụng sóng vô tuyến, được triểnkhai trên hầu hết các thiết bị điện tử thông minh hiện nay để có thể kết nối vớinhau và kết nối Internet WiFi được triển khai với mục đích truyền dữ liệu khôngdây tốc độ cao, không cần đấu nối dây hay cáp mạng, triển khai hạ tầng mạngmột cách nhanh chóng WiFi hiện tại đang sử dụng chuẩn kết nối IEEE 802.11

2.2.2 Nguyên lý hoạt động

Mạng Internet sẽ được các ISP (Internet Services Provider – nhà cung cấpdịch vụ internet) truyền đến bộ giải mã tín hiệu số (Modem), thông qua bộ địnhtuyến (Router) hay chúng ta thường gọi là “bộ phát wifi” chuyển tín hiệu hữutuyến thành kết nối vô tuyến và đưa đến các thiết bị di động không dây thôngqua chuẩn kết nối WiFi

Các thiết bị không dây tiếp nhận sóng WiFi thông qua một thiết bị chuyểnđổi tín hiệu gọi là Adapter (card WiFi) được cài đặt trực tiếp trên các thiết bị.Tín hiệu vô tuyến sẽ được giải mã ngay trên thiết bị, từ đây người dùng có thểtrực tiếp truy cập Internet như bình thường (như hình 2.4)

Hình 2.4 Nguyên lý hoạt động của WiFi

2.2.3 Một số chuẩn kết nối WiFi phổ biến

- Chuẩn 802.11a: Tần số 5 GHz, tốc độ xử lý 54 Mbps

- Chuẩn 802.11b: Tần số 2.4 GHz, tốc độ xử lý 11 Mbps, đây làchuẩn kết nối yếu nhất

Module wifi ESP8266 NodeMCU cung cấp khả năng kết nối mạng wifi đầy

đủ và khép kín, bạn có thể sử dụng nó để tạo một web server đơn giản hoặc sửdụng như một access point

ESP8266 với thiết kế dễ sử dụng và đặc biệt là có thể sử dụng trực tiếptrình biên dịch của Arduino để lập trình và nạp code, điều này khiến việc sửdụng và lập trình các ứng dụng trên ESP8266 trở nên rất đơn giản.Kit RF thu phát Wifi ESP8266 NodeMCU Lua CP2102 được dùng cho các ứngdụng cần kết nối, thu thập dữ liệu và điều khiển qua sóng Wifi, đặc biệt là cácứng dụng liên quan đến IoT Kit RF thu phát Wifi ESP8266 NodeMCU LuaCP2102 sử dụng chip nạp và giao tiếp UART mới và ổn định nhất là CP2102 cókhả năng tự nhận Driver trên tất cả các hệ điều hành Window và Linux

2.3.2 Đặc điểm[6]

a. Thông số kỹ thuật:

- IC chính: ESP8266

- Phiên bản firmware: NodeMCU Lua

- Chip nạp và giao tiếp UART: CP2102

- GPIO tương thích hoàn toàn với firmware Node MCU

- Cấp nguồn: 5VDC MicroUSB hoặc Vin

- Tích hợp Led báo trạng thái, nút Reset, Flash.

- Tương thích hoàn toàn với trình biên dịch Arduino

- Kích thước: 25 x 50 mm

b. Tính năng:

- SDIO 2.0, SPI, UART;

- 32 pin QFN (Chip ESP8266);

- Tích hợp bộ xử lý RISC, trên chip bộ nhớ và giao diện bộ nhớ bênngoài;

- Tích hợp bộ vi xử lý MAC/baseband;

- Hỗ trợ các chuẩn bảo mật như: OPEN, WEP,WPA_PSK,WPA2_PSK,WPA_WPA2_PSK;

c Sơ đồ chân (như hình 2.5) và các chức năng:

Hình 2.5 Sơ đồ chân ESP8266 NodeMCU

2.3.3 Tập lệnh AT của ESP8266 (Attention Command)[7]

a Khái niệm

Là tập lệnh chuẩn được hỗ trợ bởi hầu hết các thiết bị di động như điệnthoại di động, GSM modem mà có hỗ trợ gửi và nhận tin nhắn tin nhắn dướidạng SMS và điều khiển cuộc gọi Là một lệnh thiết lập được sử dụng để giao

tiếp giữa DTE (dữ liệu của các thiết bị đầu cuối) chẳng hạn như máy vi tính vàDCE (dữ liệu giao tiếp thiết bị).

Để giao tiếp module ta sử dụng truyền các lệnh AT qua RS232 ở tốc độbaud 115200

AT+CIPMUX=

0(chế độ kết nốiđơn kênh)

type:"TCP"/"UDP"

address"IPaddress"

port:TCP/UDP port

AT+CIPSTART="TCP","1 92.168.3.10", 3000

AT+CIPSEND=

<len>

truyền dữ liệutới server len: độ dài dữ liệu

đã được tích hợp UART, vì vấn đề tốc độ và độ tiện dụng của UART không thể

so sánh với các giao tiếp mới hiện nay nên các dòng PC và Laptop đời mớikhông còn tích hợp cổng UART Như các bạn đã biết giao tiếp SPI và I2C có 1dây truyền dữ liệu và 1 dây được sử dụng để truyền xung clock (SCL) để đồng

bộ trong giao tiếp Với UART thì không có dây SCL, vấn đề được giải quyết khi

mà việc truyền UART được dùng giữa 2 vi xử lý với nhau, đồng nghĩa với việcmỗi vi xử lý có thể tự tạo ra xung clock cho chính nó sử dụng với sơ đồ giao tiếp(như hình 2.6)

Trong đề tài này, chúng tôi sử dụng chuẩn UART để thực hiện việc giaotiếp giữa module module Wifi với vi điều khiển

Tx Peripheral Rx

GND

Rx

Tx Microcontroller GND

Hình 2.6 Giao tiếp UART

2.4.2 Sơ đồ UART[9]

UART có sơ đồ bao gồm hai thành phần là thiết bị gửi và thiết bị thu Phầnthiết bị gửi bao gồm ba khối là thanh ghi giữ truyền, thanh ghi dịch chuyển vàlogic điều khiển Tương tự, phần thiết bị thu bao gồm một thanh ghi giữ, thanhghi thay đổi và logic điều khiển

Hai phần này thường được cung cấp bởi một bộ tạo tốc độ baud Trình tạonày được sử dụng để tạo tốc độ khi phần máy phát và phần máy thu phải truyềnhoặc nhận dữ liệu (như hình 2.7)

Thanh ghi giữ trong thiết bị gửi bao gồm byte dữ liệu được truyền Cácthanh ghi thay đổi trong thiết bị gửi và nhận di chuyển các bit sang phải hoặc tráicho đến khi một byte dữ liệu được truyền hoặc nhận Một logic điều khiển đọc(hoặc) ghi được sử dụng để biết khi nào nên đọc hoặc viết

Máy phát tốc độ baud giữa thiết bị gửi và thiết bị nhận tạo ra tốc độ daođộng từ 110 bps đến 230400 bps Thông thường, tốc độ truyền của vi điều khiển

là 9600 đến 115200 bps

Để bắt đầu cho việc truyền dữ liệu bằng UART, một Start bit được gửi đi,sau đó là các bit dữ liệu và kết thúc quá trình truyền là Stop bit

TRANSMIT HOLD REGISTER

CONTROL LOGIC BAUD RATE

GENERATOR

Transmitter Receiver

Hình 2.7 Sơ đồ khối UART

2.4.3 Các thông số cơ bản trong truyền nhận UART:[8]

- Baund rate (tốc độ baund): Khoảng thời gian dành cho 1 bit đượctruyền Phải được cài đặt giống nhau ở gửi và nhận

- Frame (khung truyền): Khung truyền quy định về số bit trong mỗilần truyền

- Start bit : Là bit đầu tiên được truyền trong 1 Frame Báo hiệu chothiết bị nhận có một gói dữ liệu sắp đc truyền đến Bit bắt buộc

- Data: Dữ liệu cần truyền Bit có trọng số nhỏ nhất LSB đượctruyền trước sau đó đến bit MSB

- Parity bit : Kiểm tra dữ liệu truyền có đúng không

- Stop bit : Là 1 hoặc các bit báo cho thiết bị rằng các bit đã đượcgửi xong Thiết bị nhận sẽ tiến hành kiểm tra khung truyền nhằmđảm bảo tính đúng đắn của dữ liệu Đây là bit bắt buộc

2.4.4 Các ứng dụng của UART[10]

UART thường được sử dụng trong các bộ vi điều khiển cho các yêu cầuchính xác và chúng cũng có sẵn trong các thiết bị liên lạc khác nhau như giaotiếp không dây, thiết bị GPS, module Bluetooth và nhiều ứng dụng khác

Các tiêu chuẩn truyền thông như RS422 và TIA được sử dụng trong UARTngoại trừ RS232 Thông thường, UART là một IC riêng được sử dụng trong giaotiếp nối tiếp UART.

2.4.5 Ưu điểm và nhược điểm của UART[10]

Những ưu và nhược điểm của UART bao gồm những điều sau đây:

- Nó chỉ cần hai dây để truyền dữ liệu;

- Tín hiệu CLK là không cần thiết;

- Nó bao gồm một bit chẵn lẻ để cho phép kiểm tra lỗi;

- Sắp xếp gói dữ liệu có thể được sửa đổi vì cả hai mặt được sắpxếp;

- Kích thước khung dữ liệu tối đa là 9 bit;

- Nó không chứa một số hệ thống phụ;

- Tốc độ truyền của UART phải ở mức 10% của nhau

Trên đây là tất cả về tổng quan về máy phát thu không đồng bộ vạn năng(UART) là một trong những giao diện cơ bản mang lại sự giao tiếp đơn giản,hiệu quả và chi phí phải chăng giữa các vi điều khiển cũng như PC

2.5 VI ĐIỀU KHIỂN PIC

2.5.1 Giới thiệu về vi xử lí và vi điều khiển[11]

Từ năm 1971 bộ vi xử lý đầu tiên ra đời đã mở ra một thời đại mới trongcông nghệ điện tử và tin học, nó đã ảnh hưởng sâu sắc đến mọi lĩnh vực khoahọc công nghệ Các hệ thống được thiết kế dựa trên nền tảng của bộ vi xử lý cókhả năng mà các hệ thống điện tử thông thường không thể thực hiện được

Khi sử dụng vi xử lý phải thiết kế một hệ thống gồm có: vi xử lý, bộ nhớ,các ngoại vi Yêu cầu điều khiển càng cao thì hệ thống càng phức tạp, nếu yêucầu điều khiển đơn giản thì hệ thống vi xử lý cũng phải có đầy đủ các khối trên(như hình 2.8)

Để kết nối các khối trên tạo thành một hệ thống vi xử lý đòi hỏi người thiết

kế phải rất hiểu biết về tất cả các thành phần vi xử lý, bộ nhớ, các thiết bị ngoại

vi Hệ thống tạo ra khá phức tạp, chiếm nhiều không gian, mạch in và vấn đềchính là đòi hỏi người thiết kế hiểu thật rõ về hệ thống Một lý do nữa là vi xử lý

thường xử lý dữ liệu theo byte hoặc word trong khi đó các đối tượng điều khiểntrong công nghiệp thường điều khiển theo bit Chính vì sự phức tạp nên các nhàchế tạp đã tích hợp bộ nhớ và một số thiết bị ngoại vi cùng với vi xử lý tạo thànhmột IC gọi là vi điều khiển – Microcontroller.

Hình 2.8 Sơ đồ khối hệ thống vi xử lý

2.5.2 PIC 18F4550[11]

PIC 18F4550 (hình 2.9) là một vi xử lý cơ bản đa chức năng, có thể lậptrình cũng như kết nối dễ dàng Điểm riêng biệt của PIC 18F4550 là nó là mộttrong những PIC hỗ trợ toàn thể cho USB, nghĩa là có USB gắn trong có sẵn cácchân đầu ra để kết nối trực tiếp với máy tính mà không cần mạch kéo hay bất cứmạch gắn ngoài nào

Bên cạnh đó, bộ điều khiển trung tâm cũng như các thiết bị ngõ ra được lắpđặt trong một hộp điều khiển để đảm bảo việc hệ thống vận hành được an toàn

và tốt hơn

Hình 2.9 Vi điều khiển PIC 18F4550

Hình 2.10 Sơ đồ chân vi điều khiển PIC 18F4550

Bảng 2.2 Thông số kỹ thuật PIC 18F4550

Điện áp hoạt động 5V

Điện áp vào (đề nghị) 7V – 12V

Điện áp vào (giới hạn) 6V – 20V

Dòng tối đa trên mỗi chân I/O 30 mA

Dòng ra tối đa (5V) 500 mA

Dòng ra tối đa (3,3V) 50 mA

Flash Memory 32 KB trong đó 0,5 KB được sử dụng bởi

 Một số chức năng của PIC 18F4550:

 Chức năng các port I/O:

- Port A gồm các tín hiệu từ RA0 đến RA6

- Port B gồm các tín hiệu từ RB0 đến RB7

- Port C gồm các tín hiệu từ RC0 đến RC7

- Port D gồm các tín hiệu từ RD0 đến RD7

- Port E gồm các tín hiệu từ RE0 đến RE3

 Chức năng truyền dữ liệu không đồng bộ EUART:

- Có 1 ngõ nhận dữ liệu là RX

- Có 1 ngõ phát dữ liệu là TX

 Chức năng ngắt:

- Có 2 ngõ nhận tín hiệu ngắt cứng là INT1, INT2

 Chân PGD (I/O): Vào ra dữ liệu của ICSP

 Chân PGC (I): Lối vào Clock của ICSP

 Có 1 ngõ vào reset có tên là MCLR (master clear)

 Có 4 chân cấp nguồn: VDD cấp nguồn dương, VSS nối với 0V

2.5.3 Ngôn ngữ lập trình Vi điều khiển[11]

Ngôn ngữ lập trình C là một ngôn ngữ mệnh lệnh được phát triển từ đầuthập niên 1970 bởi Ken Thompson và Dennis Ritchie để dùng trong hệ điềuhành UNIX Từ đó, ngôn ngữ này đã lan rộng ra nhiều hệ điều hành khác và trởthành một trong những ngôn ngữ phổ dụng nhất C là ngôn ngữ rất có hiệu quả

và được ưa chuộng nhất để viết các phần mềm hệ thống, mặc dù nó cũng đượcdùng cho việc viết các ứng dụng

Một số ứng dụng tiêu biểu về việc lập trình ngôn ngữ này là lập trình C đãđược sử dụng để viết ra hệ điều hành Windows và Linux, Back-end một sốchương trình cần hiệu năng cao như Zalo, Games Ngoài ra khi chúng ta lập trìnhnhúng (lập trình cho các phần cứng như vi điều khiển, vi xử lý) như cho

Audi, Mercedes, việc tương tác với phần cứng thì ứng cử viên sáng giá luôn làngôn ngữ C cũng như C++ Server của Facebook viết bằng PHP nhưng nguồngốc của chúng vẫn là C, C++ Ngôn ngữ C xuất hiện cả trong việc bảo mật, tạo

ra virus, hack tools

Điểm mạnh:

- Ngôn ngữ lập trình cấp thấp: Hệ điều hành Unix có tới 90% là đượcviết bởi ngôn ngữ C 10% là được viết bởi hợp ngữ Ngoài ra có rấtnhiều các trình điều khiển hỗ trợ lập trình bằng ngôn ngữ C

- Ngôn ngữ có kích cỡ nhỏ: So với các ngôn ngữ như C++/C#, Java,ngôn ngữ C có kích cỡ nhỏ Các thư viện trong ngôn ngữ C là hạn chế,chỉ chứa các hàm cơ bản

- Mạnh và linh hoạt: Ngôn ngữ C không đưa ra các ràng buộc đối vớingười lập trình C được sử dụng trong nhiều dự án khác nhau, như viết

hệ điều hành, chương trình xử lý văn bản, đồ hoạ, bảng tính, và thậmchí cả chương trình dịch cho các ngôn ngữ khác

- Ngôn ngữ có tính khả chuyển: Một chương trình viết bằng C cho một

hệ máy tính có thể được dịch và chạy trên hệ máy tính khác

Điểm yếu:

- Các chương trình của C dễ bị lỗi: Do tính mềm dẻo của ngôn ngữ Ccũng chính là nguyên nhân dễ gây lỗi Giống như các ngôn ngữ lậptrình hợp ngữ các lỗi chỉ được phát hiện khi thực hiện biên dịchchương trình

- Các chương trình viết bằng ngôn ngữ C có thể khó hiểu: Tuy ngônngữ C có kích cỡ nhỏ và số lượng các từ khóa không nhiều Tuy nhiên

cú pháp viết ngôn ngữ C có thể gây khó hiểu đối với các lập trình viênmới vào nghề vì các từ khóa và cú pháp có thể không gợi nhớ như cácngôn ngữ hiện đại C#, java

2.6 CẢM BIẾN DÒNG ACS712 20A

2.6.1 Cảm biến dòng[12]

Cảm biến dòng điện ACS712 20A (Hall Effect Current Sensor) dựa trên hiệuứng Hall để đo dòng điện AC/DC, cảm biến có kích thước nhỏ gọn, dễ kết nối,giá trị trả ra là điện áp Analog tuyến tính theo cường độ dòng điện cần đo nên rất

dễ kết nối và lập trình với Vi điều khiển, thích hợp với các ứng dụng cần đodòng AC/DC với độ chính xác cao Cảm biến được trả về tín hiệu Analog nên dễthuận tiện cho giao tiếp với vi điều khiển

Cách sử dụng:

Đo dòng điện DC:

Khi đo DC phải mắc tải nối tiếp Ip+ và Ip- đúng chiều, khi dòng điện đi từ Ip+đến Ip- Vout sẽ ra mức điện áp tương ứng 2.5~5VDC tương ứng dòng 0~Max,nếu mắc ngược Vout sẽ ra điện thế 2.5~0VDC tương ứng với 0~(-Max)

Khi cấp nguồn 5VDC cho module khi chưa có dòng Ip (chưa có tải mắc nối tiếp)thì Vout = 2.5VDC, khi dòng Ip( dòng của tải) bằng Max thì Vout=5DC, Vout sẽtuyến tính với dòng Ip trong khoản 2.5~5VDC tương ứng với dòng 0~Max, đểkiểm tra có thể dùng đồng hồ VOM thang đo DC để đo Vout

Đo dòng điện AC:

Khi đo dòng điện AC, do dòng điện AC không có chiều nên không cần quan tâmchiều, khi cấp nguồn 5DC cho module khi chưa có dòng Ip (chưa có tải mắc nốitiếp với domino) thì Vout = 2.5VDC, khi có dòng xoay chiều Ip (dòng AC) dodòng xoay chiều độ lớn thay đổi liên tục theo hàm Sin, nên điện thế Vout sẽ có

độ lớn tuyến tính với dòng điện AC từ 0~5VDC tương ứng với (-Max)~Max(dòng xoay chiều), để kiểm tra dùng đồng hồ VOM thang đo AC đo Vout