Chủ đề wifi xây dựng hệ thống truyền thông không dây có giám sát, điều khiển sử dụng công nghệ wifi

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI KHOA ĐIỆN TỬ NHÓM 12 Chủ đề Wifi – xây dựng hệ thống truyền thông không dây có giám sát, điều khiển sử dụng công nghệ Wifi GVHD ThS Bùi Như Phong Các thành viên trong[.]

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

KHOA ĐIỆN TỬ

NHÓM 12 Chủ đề:

Wifi – xây dựng hệ thống truyền thông không dây có giám sát, điều khiển sử

dụng công nghệ Wifi

GVHD: ThS Bùi Như Phong

Các thành viên trong nhóm:

Nguyễn Văn Hiếu: 2019605152

Nguyễn Đình Hòa: 2019605262

Nguyễn Trường Giang: 2019601955

Lớp – Khóa : FE6019.1_K14

Hà Nội, 2022

MỤC LỤC

LỜI NÓI ĐẦU 3

CHƯƠNG I : TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI 5

1.1 Giới thiệu về công nghệ Wi-Fi 5

1.1.1 Nguyên tắc hoạt động 5

1.1.2 Các chuẩn kết nối Wifi 6

1.1.3 Wifi hoạt động như thế nào 9

1.2 Giới thiệu về MODULE ESP8266 10

1.2.1 Tổng quan về MODULE ESP8266 10

1.2.2 Tính năng của chip Esp8266 11

1.2.3 Sơ đồ chân 12

CHƯƠNG II THIẾT KẾ HỆ THỐNG 13

2.1 Xây dựng bài toán thiết kế 13

2.1.1 Yêu cầu hệ thống 13

2.1.2 Giải pháp công nghệ 13

2.1.3 Giải pháp thiết kế 13

2.2 Sơ đồ khối 13

2.2.1 Giới thiệu màn hình Oled 14

2.2.2 Module DHT11 14

2.3 Sơ đồ nguyên lí 15

2.4 Sơ đồ lắp ráp 16

CHƯƠNG III HOÀN THIỆN VÀ THỬ NGHIỆM 17

3.1 Mô hình hoàn thiện 17

3.2 Thực nghiệm 17

3.3 Đánh giá 18

TÀI LIỆU THAM KHẢO 19

LỜI NÓI ĐẦU

1 Lí do chọn đề tài

Xã hội ngày càng phát triển,nhu cầu của con người ngày càng nâng cao,cùng với đó, những thiết bị máy móc tự động và điều khiển giám sát ngày càng được ưa chuộng Cùng với sự bùng nổ của cuộc cách mạng công nghiệp lần thứ 4, sự ra đời của mạng dữ liệu tốc độ cao và internet kết nối vạn vật, ngày càng có nhiều lĩnh vực đã áp dụng những tiến bộ công nghệ mới nhất, cùng với sự điều khiển và giám sát qua Wifi, mạng di động, những thiết bị thông minh, smart home ngày càng được ứng dụng rộng rãi

Để đáp ứng nhu cầu môn học và cũng để tìm hiểu nhiều hơn về công nghệ wifi và những ứng dựng trong cuộc sống thực tế, nhóm chúng em đã lựa chọn đề

tài: Mô hình cảm biến nhiệt độ, độ ẩm sử dụng module wifi esp 8266 và hiển thị Oled

2 Mục đích của đề tài:

Nhằm giúp mọi người hiểu rõ hơn về các giao thức truyền thông sử dụng công nghệ Wifi, các cách thiết lập, nguyên lí hoạt động của công nghệ nhằm tạo tiền đề cho việc phát triển những sản phẩm hữu ích trong tương lai

Mong muốn tự nghiên cứu, tự thiết kế một sản phẩm sử dụng cho môn học, bằng những kiến thức đã được thầy cô chỉ dạy

Mô hình này chúng em sẽ thiết kế gồm một mạch điện thu thập sữ liệu sử dụng Module chính là ESP8266,có hiển thị kết quả lên màn hình OLED

3 Phương pháp nghiên cứu:

Phương pháp nghiên cứu đề tài :

+ Phương pháp phân tích tổng hợp lý thuyết

+ Phương pháp tham khảo tài liệu

+ Phương pháp thực nghiệm

+Phương pháp phân tích đánh giá kết quả

Cụ thể:

+ Tìm hiểu về công nghệ wifi và module ESP8266

+ Tìm hiểu về module nhiệt độ độ ẩm DHT11 và màn hình OLED

+ Viết chương trình điều khiển bằng phần mềm Arduino IDE

+ Tìm hiểu về giao tiếp giữa 2 module ESP8266

+ Lập trình code, thử nghiệm

Bản báo cáo thay cho lời chào, lời cảm ơn tới những thầy cô đã hướng dẫn chúng tôi suốt thời gian qua để gặt hái những thành quả học tập đầu tiên Bản báo cáo này cũng được sử dụng nhằm mục đích để người đọc có thể hiểu rõ hơn về sản phẩm tâm huyết của nhóm Với kết cấu các chương, các mục logic, rõ ràng, nhóm

12 hy vọng bản báo cáo sẽ giúp ích cho người đọc nhanh chóng hiểu rõ những nội dung cơ bản của bản báo cáo mà nhóm 12 đưa ra và là tiền đề để đánh giá sự nỗ lực và năng lực của nhóm em Mặc dù đã hết sức trong quá trình biên soạn, nhưng khó mà tránh khỏi những thiếu sót, nhóm rất mong nhận được những ý kiến đóng góp của thầy, cô, bạn học và toàn thể người đọc

CHƯƠNG I : TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI

1.1 Giới thiệu về công nghệ Wi-Fi

Wifi là viết tắt của từ Wireless Fidelity trong tiếng Anh, được gọi chung là mạng không dây sử dụng sóng vô tuyến Wifi là loại sóng vô tuyến tương tự như sóng điện thoại, sóng truyền hình và radio Hầu hết các thiết bị sử dụng điện tử hiện nay như : Smartphone, Máy tính bảng, Tivi, Laptop đều có thể kết nối được WiFi

Và Wifi là thứ gắn liền và không thể thiếu với đời sống của người dân trong hầu hết công việc cũng như giải trí hàng ngày

Kết nối Wifi dựa trên các loại chuẩn kết nối IEEE 802.11, và chủ yếu hiện nay Wifi hoạt động trên băng tần 54 Mbps và có tín hiệu mạnh nhất trong khoảng cách 100 feet gần 31 mét

1.1.1 Nguyên tắc hoạt động

Hình 1 1 Nguyên tắc hoạt động của Wifi

Truyền thông qua mạng không dây là truyền thông vô tuyến hai chiều Cụ thể: Thiết bị adapter1 không dây (hay bộ chuyển tín hiệu không dây) của máy tính chuyển đổi dữ liệu sang tín hiệu vô tuyến và phát những tín hiệu này đi bằng một ăng-ten

Thiết bị router không dây nhận những tín hiệu này và giải mã chúng Nó gửi thông tin tới Internet thông qua kết nối hữu tuyến Ethernet

Quy trình này vẫn hoạt động với chiều ngược lại router nhận thông tin từ Internet, chuyển chúng thành tín hiệu vô tuyến và gởi đến adapter không dây của máy tính

Sóng WIFI: Các sóng vô tuyến sử dụng cho WiFi gần giống với các sóng

vô tuyến sử dụng cho thiết bị cầm tay, điện thoại di động và các thiết bị khác Nó

có thể chuyển và nhận sóng vô tuyển, chuyển đổi các mã nhị phân 1 và 0 sang sóng

vô tuyến và ngược lại

Tuy nhiên, sóng WiFi có một số khác biệt so với các sóng vô tuyến khác ở chỗ:

Chúng truyền và phát tín hiệu ở tần số 2.5 GHz hoặc 5GHz Tần số này cao hơn so với các tần số sử dụng cho điện thoại di động, các thiết bị cầm tay và truyền 1.1.2 Các chuẩn kết nối Wifi

Hình 1 2 Các chuẩn kết nối Wifi

Chúng truyền và phát tín hiệu ở tần số 2.4 GHz hoặc 5 GHz Tần số này cao hơn so với các tần số sử dụng cho điện thoại di động, các thiết bị cầm tay và truyền hình Tần số cao hơn cho phép tín hiệu mang theo nhiều dữ liệu hơn

• Chuẩn 802.11:

IEEE 802.11 là một tập các chuẩn của tổ chức IEEE (tiếng Anh: Institute of Electrical and Electronic Engineers) bao gồm các đặc tả kỹ thuật liên quan đến hệ thống mạng không dây Chuẩn IEEE 802.11 mô tả một giao tiếp “truyền qua không khí" (tiếng Anh: over-the-air) sử dụng sóng vô tuyến để truyền nhận tín hiệu giữa một thiết bị không dây và tổng đài hoặc điểm truy cập (tiếng Anh: access point) hoặc giữa 2 hay nhiều thiết bị không dây với nhau

IEEE giới thiệu chuẩn mạng không dây đầu tiên và đặt tên nó là 802.11 Khi đó, tốc độ hỗ trợ tối đa của mạng này chỉ là 2 Mbps với bang tầng 2.4GHz

• Chuẩn 802.11b:

IEEE đã mở rộng trên chuẩn 802.11 gốc, đó chính là chuẩn 802.11b Chuẩn này hỗ trợ băng thông lên đến 11Mbps, tương quan với Ethernet truyền thống

802.11b sử dụng tần số vô tuyến (2.4 GHz) giống như chuẩn ban đầu 802.11 Các hãng thích sử dụng các tần số này để chi phí trong sản xuất của họ được giảm Các thiết bị 802.11b có thể bị xuyên nhiễu từ các thiết bị điện thoại không dây (kéo dải), lò vi sóng hoặc các thiết bị khác sử dụng cùng dải tần 2.4 GHz Mặc dù vậy bằng cách cài đặt các thiết bị 802.11b cách xa các thiết bị như vậy có thể giảm được hiện tượng xuyên nhiễu này

• Ưu điểm của 802.11b – giá thành thấp nhất; phạm vi tín hiệu tốt và không dễ bị cản trở

• Nhược điểm của 802.11b – tốc độ tối đa thấp nhất; các ứng dụng gia đình có thể xuyên nhiễu

• Chuẩn 802.11a

Được phát triển song song cùng với chuẩn 802.11b, chuẩn 802.11a hỗ trợ tốc độ tối đa gần gấp 5 lần lên đến 54 Mpbs và sử dụng bằng tầng 5Ghz nhằm tránh

bị nhiễu từ các thiết bị khác Tuy nhiên, đây cũng là nhược điểm của chuẩn này vì phạm vi phát sẽ hẹp hơn (40-100m) và khó xuyên qua các vật cản như vách tường

Chuẩn này thường được sử dụng trong các mạng doanh nghiệp thay vì gia đình vì giá thành của nó khá cao

• Chuẩn 802.11g

Năm 2003, chuẩn Wifi thế hệ thứ 3 ra đời và mang tên 802.11g Chuẩn này được kết hợp từ chuẩn a và b Được hỗ trợ tốc độ 54Mpbs như chuẩn a và sử dụng băng tầng 2.4GHz của chuẩn b vì vậy chuẩn này có phạm vi tín hiệu khá tốt (80- 200m) và vẫn dễ bị nhiễu từ các thiết bị điện tử khác Ngày nay, một số hộ gia đình vẫn còn sử dụng chuẩn này

• Ưu điểm của 802.11g – tốc độ cao; phạm vi tín hiệu tốt và ít bị che khuất

• Nhược điểm của 802.11g – giá thành đắt hơn 802.11b; các thiết bị có thể bị xuyên nhiễu từ nhiều thiết bị khác sử dụng cùng băng tần

• Chuẩn 802.11n (hay 802.11 b/g/n)

Đây là chuẩn được sử dụng phổ biến nhất hiện nay và tương đối mới Chuẩn WiFi 802.11n được đưa ra nhằm cải thiện chuẩn 802.11g bằng cách sử dụng công nghệ MIMO (Multiple-Input Multiple-Output) tận dụng nhiều anten hơn

Chuẩn kết nối 802.11n hỗ trợ tốc độ tối đa lên đến 600 Mpbs, có thể hoạt động trên cả băng tần 2.4 GHz và 5 GHz, nếu router hỗ trợ thì hai băng tần này có thể củng phát sóng song song Chuẩn kết nối này đã và đang dần thay thế chuẩn 802.11g với tốc độ cao, phạm vi tín hiệu rất tốt (từ 100-250m) và giá thành đang ngày càng phù hợp với túi tiền người tiêu dùng

•Ưu điểm của 802.11n – tốc độ nhanh và phạm vi tín hiệu tốt nhất; khả năng chịu đựng tốt hơn từ việc xuyên nhiễu từ các nguồn bên ngoài

•Nhược điểm của 802.11n – chuẩn vẫn chưa được ban bố, giá thành đắt hơn 802.11g: sử dụng nhiều tín hiệu có thể gây nhiễu với các mạng 802.11b/g ở gần

• Chuẩn 802.11ac (hay chuẩn 802.11 a/b/g/n/ac)

Chuẩn Wi-Fi 802.11ac là chuẩn mạng không dây đang ngày càng xuất hiện nhiều hơn trên các router, máy tính và tất nhiên là cả các thiết bị di động như smartphone So với Wi-Fi 802.11n đang được dùng phổ biến hiện nay, chuẩn 802.11ac mang lại tốc độ nhanh hơn

Là chuẩn Wifi mới nhất được IEEE giới thiệu Chuẩn ac có hoạt động ở băng tầng 5 GHz và tốc độ tối đa lên đến 1730 Mpbs khi sử dụng lại công nghệ đa anten trên chuẩn 802.11n cho người dùng trải nghiệm tốc độ cao nhất

Hiện tại, chuẩn này được sử dụng trên một số thiết bị cao cấp của các hãng điện thoại như Apple, Samsung, Sony, Tuy nhiên, do giá thành khá cao nên các thiết bị phát tín hiệu cho chuẩn này chưa được phổ biến trên thị trường nên mặc dù các thiết bị này không hoạt động tối ưu khi sử dụng bởi sự hạn chế của các thiết bị phát

• Wifi Hotspot

Đây là tính năng mà thiết bị có thể phát sóng Wifi cho các thiết bị điện thoại laptop, máy tính bảng khác Nói cách khác tính năng này biến chiếc Smartphone thành một chiếc Modem Wifi

WiFi có thể hoạt động trên cả ba tần số và có thể nhảy qua lại giữa các tần

số khác nhau một cách nhanh chóng Việc nhảy qua lại giữa các tần số giúp giảm thiểu sự nhiễu sóng và cho phép nhiều thiết bị kết nối không dây cùng một lúc 1.1.3 Wifi hoạt động như thế nào

Cũng giống như điện thoại di động, Wifi sử dụng sóng radio (sóng vô tuyến)

để truyền thông tin qua hệ thống mạng Máy tính bao gồm một card mạng không dây sẽ truyền dữ liệu gửi vào tín hiệu radio

Tương tự tín hiệu này sẽ được truyền đi thông qua một ăng-ten, một bộ giải

mã gọi là router Sau khi giải mã xong, dữ liệu sẽ được gửi đến Internet thông qua một kết nối Ethernet có dây

Wifi hoạt động như thế nào?

Đa số người dùng biết rất ít hoặc thậm chí là không biết Wifi hoạt động như thế nào

Lúc đầu Wifi được phát triển như là một cách để thay thế cáp Ethernet Cho đến thời điểm hiện tại, Wifi đã trở thành một công nghệ phổ biến cung cấp kết nối giữa các thiết bị

Tuy nhiên, Wifi đã phát triển và bây giờ Wifi có thể thay thế cho nhiều loại cáp khác nhau như cáp video, cáp âm thanh, cáp USB Nhưng điều quan trọng nhất

là Wifi hiện đang vận chuyển hơn 60% lưu lượng Internet của toàn thế giới

Không giống như máy thu FM trên xe ô tô, Wifi giao tiếp qua lại chủ yếu quá 2 radio sử dụng điện năng thấp hơn và phát sóng trên một khoảng cách ngắn hơn nhiều

Hai radio cho phép người dùng web tải dữ liệu từ Internet cũng như upload các thông tin – thậm chí là địa chỉ submit thông qua bộ đếm trình duyệt giao tiếp 2 chiều

Wifi phức tạp hơn so với vô tuyến mặt đất đó là Wifi sử dụng giao thức kết nối Internet (Internet Protocol) để giao tiếp Ngôn ngữ này của Internet tạo ra cấu trúc Wifi

Wifi có thể phát sóng trên cả hai tần số, để cắt giảm tín hiệu của mình tránh

bị nhiễu và cung cấp tín hiệu nhanh từ Router không dây đến máy tính

Wifi 2.4 GHz có tần số thấp hơn, vì vậy nó có thể “tiếp cận” với các máy tính ở cách xa hơn so với Wifi tần số 5 GHz

Tuy nhiên kể từ khi điện thoại không dây ra đời, nhiều người dùng đã gặp phải sự cố với tín hiệu radio Cách duy nhất để khắc phục sự cố này đó là thiết lập tần số để phát song trên một kênh nào đó

Hầu hết các router đều “rất giỏi” tự động dò tìm các kênh tốt nhất để sử dụng

Và Wifi 5 GHz có nhiều kênh hơn so vói Wifi 2.4 GHz

Với người dùng mạng Wifi không ổn định, việc tinh chỉnh lại hệ thống mạng

sẽ hữu ích và hiệu quả hơn rất nhiều so với việc cài đặt bộ mở rộng hệ thống mạng

Vấn đề ở đây là bộ mở rộng lại “đẩy” một tín hiệu Wifi yếu Vì vậy nếu mạng Internet không dây chỉ truyền được tốc độ bằng 1/2 tốc độ cũ, bộ mở rộng (extender) sẽ lặp lại tín hiệu đó, đẩy ra một tín hiệu thậm chí yếu còn yếu hơn nó

Wifi cũng có một số tính năng bảo mật Để truy cập mạng, người dùng phải

có mật khẩu WPA2, hay còn gọi là WPA (số 2 đại diện cho thế hệ thứ hai của WPA) Đây chính là nơi nhập mật khẩu để kết nối mạng Wifi

Ngoài ra còn có một tính năng bảo mật khác gọi là Advanced Encryption Standard (còn gọi là AES) được phát triển bởi chính phủ Hoa Kỳ để đảm bảo cho

dữ liệu được an toàn vì nó truyền từ một thiết bị khác

Có lẽ tính năng quan trọng nhất của Wifi chính là tính năng tương thích ngược Với tính năng này, tất cả các máy tính cũ có thể kết nối với một Router mới

“siêu nhanh”

1.2 Giới thiệu về MODULE ESP8266

1.2.1 Tổng quan về MODULE ESP8266

Kít ESP8266 là kít phát triển dựa trên nền chíp Wifi SoC ESP8266 với thiết

kế dễ dàng sửa dụng vì tích hợp sẵn mạch nạp sử dụng chíp CP2102 trên borad Bên trong ESP8266 có sẵn một lõi vi xử lí có thể trực tiếp lập trình cho ESP8266

mà không cần thêm bất kì con vi xử lí nào nữa Hiện tại có hai ngôn ngữ có thể lập trình cho ESP8266, sử dụng trực tiếp phần mềm IDE của Arduinođể lập trình với

bộ thư viện riêng hoặc sử dụng phần mềm node MCU

Module ESP8266 là module wifi giá rẻ và được đánh giá rất cao cho các ứng dụng liên quan đến Internet và Wifi cũng như các ứng dụng truyền nhận sử dụng thay thế cho các module RF khác

ESP8266 là một chip tích hợp cao, được thiết kế cho nhu cầu của một thế giới kết nối mới, thế giới Internet of thing (IOT) Nó cung cấp một giải pháp kết nối mạng Wi-Fi đầy đủ và khép kín, cho phép nó có thể lưu trữ các ứng dụng hoặc

để giảm tải tất cả các chức năng kết nối mạng Wi-Fi từ một bộ xử lý ứng dụng

ESP8266 có xử lý và khả năng lưu trữ mạnh mẽ cho phép nó được tích hợp với các bộ cảm biến, vi điều khiển và các thiết bị ứng dụng cụ thể khác thông qua GPIOs với một chi phí tối thiểu và một PCB tối thiểu

1.2.2 Tính năng của chip Esp8266

▪ SDIO 2.0, SPI, UART

▪ 32-pin QFN ( Chip esp8266)

▪ Tích hợp RF switch, balun, 24dBm PA, DCXO, and PMU

▪ Tích hợp bộ xử lý RISC, trên chip bộ nhớ và giao diện bộ nhớ bên ngoài

▪ Tích hợp bộ vi xử lý MAC / baseband

▪ Chất lượng quản lý dịch vụ

▪ Giao diện I2S cho độ trung thực cao ứng dụng âm thanh

▪ On-chip thấp học sinh bỏ học điều chỉnh tuyến tính cho tất cả các nguồn cung cấp nội bộ

▪ Kiến trúc giả miễn phí thế hệ đồng hồ độc quyền

▪ Tích hợp WEP, TKIP, AES, và các công cụ WAPI