Hướng dẫn sử dụng Arduino cơ bản Tập 7 Arduino với các đồ án

Để điều khiển được thiết bị chúng ta cần phải kết nối với hệ thống trung tâm, bằng cách kết nối Bluetooth điện thoại với Bluetooth của hệ thống thông qua phần mềm Control Electricity Eq

HƯỚNG DẪN SỬ

DỤNG ARDUINO CƠ

BẢN

TẬP 7: ARDUINO VỚI CÁC ĐỒ ÁN

PHẦN 1: IOT với Smarthome

Đề tài 1: Smarthome với Bluetooth

Đề tài 2: Smarthome với SMS và WiFI

Đề tài 3: Smarthome Weberver

Đề tài 4: Smarthome với Firebase- Webserver

ĐỀ TÀI 1: ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ BẰ NG BLUTOOTOTH

(Giới thiệu tóm tắt)

1.1 Hệ thống đóng mở cửa bằng thẻ RFID

1.1.1 Sơ đồ khối

Thiết kế hệ thống điều khiển đóng mở cửa thông qua việc sử dụng thẻ từ

để điều khiển Trường hợp bị mất thẻ từ hoặc mất điện, việc đóng mở cửa sẽ được thực hiện bằng phương pháp thủ công thông qua việc sử dụng chìa khóa

để mở cửa

KHỐI XỬ LÝ TRUNG TÂM

KHỐI MODULE RFID

1.1.2 Thiết kế phần cứng

Thiết kế phần cứng của hệ thống mở cửa bằng thẻ RFID chia làm 4 khối cụ thể như sau:

• Khối nguồn

• Khối xử lý trung tâm

• Khối Module RFID

• Khối Relay và điều khiển

1.1.3 Sơ đồ kết nối thiết bị

Hình 3 2: Sơ đồ kết nối các module của thẻ RFID

1.1.4 Nguyên lý hoạt động của hệ thống

Đầu tiên để mở cửa là chúng ta sẽ cần có thẻ từ để khối module RFID nhận dạng thẻ

• Đóng cửa:

Chúng ta sẽ đưa thẻ từ lại gần thiết bị đọc thẻ để thiết bị đọc thẻ nhận tín hiệu và truyền về Arduino để đưa ra tín hiệu đóng Relay

2.2.2 Thiết kế phần cứng

Thiết kế phần cứng của điều khiển thiết bị điện bằng điện thoại thông minh

KHỐI XỬ LÝ TRUNG TÂM

KHỐI MODULE BLUETOOTH

KHỐI MODULE

NGUỒN

KHỐI ĐÈN BÁO/RELAY/NGÕ

RA

KHỐI ĐIỀU KHIỂN (ĐIỆN THOẠI ANDROID)

• Khối xử lý trung tâm

• Khối Module Bluetooth

• Khối đèn báo/Relay và điều khiển

2.2.3 Sơ đồ nguyên lý

2.2.4 Nguyên lý hoạt động của hệ thống

Đầu tiên, khởi động phần mềm Android Khi phần mềm xuất hiện chúng

ta sẽ thực hiện kết nối Bluetooth giữa điện thoại với Module Bluetooth HC-05 của khối xử lý trung tâm Sau khi kết nối thành công phần mềm sẽ hiện thị thông báo là đã kết nối Tiếp theo chúng ta sẽ điều khiển phần mềm để đóng

mở thiết bị theo ý muốn

• Khi bật thiết bị:

Khi nhấp vào một nút nhấn nào đó trên phần mềm Android thì nó sẽ gởi tín hiệu mở thiết bị đi đến Module Bluetooth HC-05 thông qua Bluetooth trên điện thoại Sau đó Module Bluetooth HC 05 sẽ truyền tính hiệu về Arduino để đưa ra tín hiệu mở đèn/đóng relay

• Khi tắt thiết bị:

Khi nhấp vào một nút nhấn nào đó trên phần mềm Android thì nó sẽ gởi tín hiệu đóng thiết bị đi đến Module Bluetooth HC-05 thông qua Bluetooth trên điện thoại Sau đó Module Bluetooth HC 05 sẽ truyền tính hiệu về Arduino để đưa ra tín hiệu tắt đèn/mở relay

Hình 4 1: Code chương trình

Hình 4 2: Ứng dụng trên điện thoại

3.1 Lưu đồ giải thuận cho Arduino

Điều khiển thiết bị

NO

YES

Kiểm tra điều kiện

3.2 Lưu đồ giải thuật chương trình trên Smartphone

Tìm địa chỉ MAC thiết bị

Thiết bị được đóng/mở theo button đã được

nhấn Màn hình điện thoại hiện “ Đã kết nối “

đưa thẻ lên gần nơi đọc thẻ thêm lần nữa thì cửa sẽ đóng

Vào đến bên trong ngôi nhà hệ thống đèn và quạt trong phòng

sẽ được điều khiển từ xa bằng sóng Bluetooth thông qua điện thoại thông minh trên nền tảng Android Để điều khiển được thiết bị chúng ta cần phải kết nối với hệ thống trung tâm, bằng cách kết nối Bluetooth điện thoại với

Bluetooth của hệ thống thông qua phần mềm Control Electricity Equipment

Khi kết nối xong chúng ta sẽ dễ dàng điều khiển được thiết bị trong phòng,

việc tắt hay mở các thiết bị trở nên dễ dàng cho người sử dụng khi chỉ cần chạm vào các nút trên phần mềm để đóng mở các thiết bị

Ngoài ra nếu muốn các thiết bị mở đồng loạt mà không muốn tốn công nhấn

từng cái thì chỉ việc nhấn vào nút đỏ (PUSH) thì tất cả các thiết bị sẽ mở đồng

loại, nhấn thêm lần tiếp theo thì sẽ tắt đồng loạt

Việc mở cửa bằng thẻ từ hoặc điều khiển thiết bị từ xa sẽ tạo cảm giác thoải mái, tiện lợi, cho người sử dụng, đem đến sự hiện đại cho ngôi nhà

Kết quả là như thế nhưng mọi việc đều có ưu và nhược điểm tồn tại kèm theo dưới đây là ưu điểm và nhược điểm của sản phẩm rút ra trong quát trình thi công và trải nghiệm sản phẩm

Ưu điểm:

Đem đến sự tiện lợi, thoải mái nhất định đến cho người sử dụng

Mỗi thẻ từ sẽ chỉ có một mã thẻ duy nhất nên việc sao chép hay có thêm 1 thẻ thứ hai (nếu không cung cấp thẻ từ gốc) là việc không thể, đều này sẽ đảm bảo

về vấn đề bảo mật cho ngôi nhà

Giao diện Android đẹp, dễ dàng thao tác, sử dụng, dễ dàng cài đặt trên hầu hết điện thoại và máy tính bảng sử dụng hệ điều hành Android

Tốc độ xử lý và phản hồi giữa người dùng và phần mền nhanh chóng

Không bị nhiễu tín hiệu

Nhược điểm:

Việc đóng mở cửa bằng thẻ từ, chìa khóa chỉ đem lại sự tiện lợi cho người sử dụng chưa thật sự đảm bào về tính an toàn cho ngôi nhà, phù hợp hơn với nhà

có hai lớp cửa và việc sử dụng thẻ từ để mở lớp cửa đầu tiền sẽ là lựa chọn hoàn hảo cho ngôi nhà

Khoảng cách giao tiếp giữa thẻ RFID với đầu đọc thẻ để mở cửa(5cm-10cm) và giữa điện thoại đến module Bluetooth(15m-20m) còn hạn chế Do chất lượng linh kiện và cách thiết kế còn kém nên khoảng cách giao tiếp giữa các thiết bị không được xa

Sản phẩm chưa được họat động trong thời gian dài và ở nhiều môi trường khác nhau nên chưa xác định được độ ổn định của sản phẩm

Giao diện điều khiển chưa thật sự mang tính chuyên nghiệp

PHỤ LỤC

Code cho phần đóng mở cửa bằng thẻ RFID

Code cho phần điều khiển thiết bị bằng điện thoại thông minh

ĐỀ TÀI 2: ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ BẰ NG SMS VÀ WIFI SỬ DỤNG ARDUINO MEGA2560 (Giới thiệu tóm tắt)

1.1 Mô hình khối tổng quát

TÍN HIỆU

TỪ TIN NHẮN SMS

NHIỆT

ĐỘ

RƠLE CÔNG SUẤT

THIẾT

BỊ ĐIỆN

WIFI

HIỆU TỪ WIFI

ARDUIN

O MEGA

CẢM BIẾN NHIỆT

ĐỘ LM35

MODULE SIM900A

1.2 Sơ đồ các khối

• Khối nhận và xử lý tin nhắn, cuộc gọi

o Module sim: nhận tin nhắn và cuộc gọi

o Board mega 2560: xử lý thông tin từ cuộc gọi và tin nhắn

• Khối nhận và xử lý wifi

- Tiếp theo đó, bộ giám sát, điều khiển sẽ liên tục cập nhật nhiệt độ, trạng thái tin

nhắn trả về và trạng thái kết nối với module ESP8266 Nếu nhiệt độ quá cao, thì sẽ thực hiện hành động như đã nêu trên, nếu nhiệt độ đạt mức cho phép thì bộ giám sát, điều khiển sẽ hoạt động bình thường

- Nếu sử dụng điều khiển bằng wifi thì khi truy cập vào địa chỉ IP của module wifi thì trạng thái của các thiết bị sẽ được hiển thị, người sử dụng có thể điều khiển thông qua các nút nhấn trên web

- Nếu có cuộc gọi hoặc tin nhắn đến thì module sim nhận tin nhắn và chuyển nội

dụng tin nhắn về cho board mega 2560 xử lý Đầu tiên sẽ thực hiện lệnh mà tin nhắn yêu cầu và sau đó sẽ gởi tin nhắn với nội dung là trạng thái của các thiết bị về điện thoại người dùng

- Cuối cùng, bộ giám sát, điều khiển sẽ tổng hợp 3 thông tin từ cảm biến nhiệt độ, tin

nhắn SMS, wifi để đưa ra quyết định cuối cùng, bật hay tắt rơle

- Mỗi rơle sẽ điều khiển ứng với một thiết bị công suất như: đèn, quạt, máy lạnh, rèm

cửa, v.v Mỗi thiết bị công suất sẽ được kết nối với một rơle, lúc này, mỗi rơle sẽ đóng vai trò như là một khóa truyền thống nhưng được điều khiển bằng tín hiệu điện và điều khiển từ xa được

2.1 Khối nhận và xử lý tin nhắn cuộc gọi

Khối nhận và xử lý cuộc gọi bao gồm hai bộ phận chính:

• Module sim 900A

• Board arduino mega 2560 Khối này có nhiệm vụ: thu thập dữ liệu được gửi qua sóng điện thoại (tin nhắn sms),

truyền thông tin về bộ xử lý, chấp hành lệnh từ bộ xử lý để gửi những thông tin cần thiết

trả về lại thiết bị gửi

2.2 Khối xử lý wifi

Khối xử lý wifi bao gồm:

• Module wifi ESP 8266 v12

• Khối nguồn cấp cho Module wifi

2.3 Module sim900A

Module Sim900A là module GSM, hoạt động ở 2 băng tần 900/1900 MHz, xây

dựng dựa trên Sim900A của hãng SIMCOM Module Sim900A do MLAB sản xuất được

thiết kế tập trung hướng đến sự ổn định trong hoạt động của thiết bị, dễ sử dụng với

người dùng và phục vụ chủ yếu cho việc điều khiển và giám sát các thiết bị qua

GSM/GPRS, mọi tính năng không cần thiết đều được loại bỏ để đạt được yêu cầu chính

của khách hàng với chi phi phí thấp nhất Sử dụng tập lệnh AT để giao tiếp với vi điều

khiển

a) Phần cứng và kết nối

RX GND

Kết nối module sim 900A với Board Arduino mega 2560

Hình 2.5: Sơ đồ lý thuyết kết nối giữa Arduino Mega với module Sim900A

2.4 Module Wifi ESP 8266 v12

Hình 2.9: Module wifi esp 8266 a) Phần cứng và kết nối

Module wifi esp 8266 v12 có nhân xử lý là IC Wifi SoC ESP8266 Module được tích

hợp anten Wifi PCB, trong đề tài này, nhóm sử dụng thêm đế hàn ra chân cho module để

thuận tiện hơn cho việc lắp ráp, kết nối

n 3

3.1 Code cho Arduino Mega

ĐỀ TÀI 3 : ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ QUA WEBSERVER

(Giới thiệu tóm tắt)

CƠ SỞ LÝ THUYẾT

Điều khiển trực tiếp từ mô hình

Khi người dùng chạm vào bề mặt phím cảm ứng điện dung của mô hình, tín hiệu điều khiển được đưa tới bộ xử lý trung tâm, sau đó bộ xử lý trung tâm gửi tín hiệu điều khiển đến mạch công suất, cho phép đóng tắt thiết bị tương ứng Tiếp theo gửi dữ liệu chứa trạng thái của thiết bị lên server thông qua Internet, cụ thể là mạng wifi Server sẽ tiếp nhận dữ liệu vừa gửi tới, kế đến tiến hành xử lý và lưu dữ liệu vào cơ sở dữ liệu Cập nhật trạng thái hiện tại của thiết bị trên web Người dùng có thể truy cập vào web để biết được trạng thái hiện tại của thiết bị

Điều khiển thông qua web

Người dùng truy cập vào web, server sẽ trả về trạng thái hiện tại của thiết bị lên web Người dùng có thể lựa chọn thiết bị cần điều khiển Khi người dùng tác động vào web, server sẽ gửi dữ liệu điều khiển về bộ xử lý trung tâm Bộ xử lý trung tâm nhận dữ liệu, sau đó tiến hành tác động để đóng mở thiết bị tương ứng và đồng thời server sẽ cập nhật trạng thái của thiết bị vừa được tác động

Web server

Web server có thể là phần cứng hoặc phần mềm, hoặc cả hai

1 IC Cảm ứng điện dung AT42QT2120

Ở khía cạnh phần cứng, web server là một máy tính lưu trữ các file thành phần của một website (các tài liệu, hình ảnh,…) và có thể phân phát chúng tới thiết bị của người dùng Web server kết nối tới Internet và có thể truy cập tới thông qua một tên miền

Ở khía cạnh phần mềm, web server điều khiển người sử dụng web truy cập tới các file được lưu trữ trên một HTTP server (máy chủ HTTP) HTTP server là một phần mềm hiểu được các địa chỉ web (URL) và giao thức trình duyệt web (HTTP)

Web server hỗ trợ giao thức HTTP (Giao thức truyền phát siêu văn bản) HTTP là cách truyền các siêu văn bản giữa hai máy tính

Cơ sở dữ liệu

Cơ sở dữ liệu là một hệ thống các thông tin có cấu trúc, được lưu trữ trên các thiết bị lưu trữ nhằm thoả mản yêu cầu khai thác thông tin đồng thời của nhiều người sử dụng hay nhiều chương trình ứng dụng chạy cùng lúc với những mục đích khác nhau

Thiết kế sơ đồ khối hệ thống

gửi sang khối xử lý trung tâm

Khối xử lý trung tâm: nhận tín hiệu tác động từ khối cảm ứng điện dung, xử lý sau đó xuất tín hiệu điều khiển thiết bị cho khối công suất thực thi, kế đến gửi dữ liệu lên khối server Khối xử lý trung tâm có thể nhận dữ liệu yêu cầu điều khiển thiết bị từ server, sau đó gửi tín hiệu đến khối công suất Để điều khiển thiết bị mà server yêu cầu thông qua sự tác động của người dùng

Khối công suất: nhận tín hiệu từ khối xử lý trung tâm, để điều khiển thiết bị

Khối server: nhận dữ liệu điều khiển từ khối xử lý trung tâm, tiến hành lưu trạng thái của thiết bị vào cơ sở dữ liệu Để người dùng có thể truy cập, biết được lịch sử đóng tắt của thiết bị Người dùng có thể sử dụng web server, tác động và điều khiển thiết bị theo như mong muốn Khi tác động thì server sẽ tiến hành gửi dữ liệu điều khiển xuống khối xử lý trung tâm, khối xử

lý trung tâm nhận được dữ liệu sẽ truyền dữ liệu điều khiển thiết bị tương ứng sang khối công suất để tiến hành đóng tắt thiết bị

Lưu đồ của web server

Người dùng truy cập vào web, đăng nhập đúng user và password Sau đó chọn phòng cần điều khiển và giám sát Khi người dùng nhấn vào nút điều khiển trên web, thì web sẽ gửi tín hiệu điều khiển xuống ESP, thiết bị tương ứng được điều khiển Sau đó web lưu trạng thái của thiết

bị vừa được điều khiển vào cơ sở dữ liệu Khi ESP giữ trạng thái của thiết bị lên web, web

Bắt đầu

User và password đúng?

S

Đ

Nút nhấn trên web Đ được nhấn?

S

ESP gửi trạng thái của thiết bị lên server?

Đ

S

Lưu trạng thái của thiết bị vào cơ sở dữ liệu

Gửi tín hiệu điều khiển xuống ESP Chọn phòng cần điều

khiển và giám sát

Lưu đồ của ESP

ESP sẽ kết nối với mạng wifi, tiến hành kế nối với server Sau khi kết nối xong, sẽ thực hiện tuần hoàn Chờ nếu có dữ liệu từ server gửi xuống, thì sẽ điều khiển thiết bị mà server mong muốn Nếu người dùng tác động vào nút nhấn, thì ESP sẽ tiến hành gửi tín hiệu sang mạch công suất để điều khiển thiết bị, sau đó tiến hành gửi dữ liệu lên server Server sẽ lưu trạng thái của thiết bị

Phần mềm lập trình cho Web

Sử dụng phần mềm Visual Studio để lập trình cho Web

Visual Studio là IDE (Integrated Development Environments) có thể được sử dụng để xây dựng các dự án liên quan đến giải pháp phần mềm, ứng dụng và giao diện

Bắt đầu

Server gửi dữ Đ liệu?

S

Nút cảm ứng Đ đƣợc nhấn?

Điều khiển thiết bị

mà server yêu cầu

Kết nối với server Kết nối mạng Cấu hình 4 chân ngõ

ra và 4 chân ngõ vào

người dùng, đồ họa Hỗ trợ lập trình với nhiều ngôn ngữ như: C/C++, Visual Basic, C#, HTML, CSS, Javascript,…

Phần mềm Visual Studio

Phần mềm xây dựng cơ sở dữ liệu

Sử dụng phần mềm Microsoft SQL Server để xây dựng cơ sở dữ liệu cho web server

Microsoft SQL Server Management Studio là một công cục trực quan dùng để quản lý SQL Server, người dùng có thể thực hiện được các tương tác với cơ sở dữ liệu (database) bằng câu lệnh hoặc trên giao diện người SQL Server Management Studio được thiết kế đơn giản và dễ sử dụng nhưng người dùng cần có thời gian nhất định làm quen với nó

Phần mềm SQL Server Management Studio

Chương trình cho ESP8266:

Chương trình cho web server:

ĐỀ TÀI 4 : ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ QUA FIREBASE

App điều khiển

1 Phần mềm Atom

❖ Giới thiệu phần mềm Atom

Biểu tượng phần mềm Atom Atom là một trình soạn thảo văn bản (và mã nguồn) miễn phí, mã nguồn mở, hỗ trợ các hệ điều hành Linux, Mac OS, Windows Nó hỗ trợ các plugin để lập trình với NodeJS và nhúngGit-Control, phần mềm này được phát triển bởi GitHub

Atom được đánh giá là phần mềm soạn thảo văn bản (và mã nguồn) có giao diện hiện đại, dễ sử dụng và có các tính năng vượt trội so với các phần mềm tương tự

Các ngôn ngữ được hỗ trợ bởi Atom:

C/C++, C#, Clojure, CSS, CoffeeScript, GitHub Flavored Markdown, Go, Git, HTML, JavaScript, Java, JSON, Julia, Less, Make, Mustache, Objective- C, PHP, Perl, Property List (Apple), Python, Ruby on Rails, Ruby, Sass, Shell script, Scala, SQL, TOML, XML, YAML

Để download Atom hãy truy cập vào trang chủ của nó để tải link download,

chú ý Atom hỗ trợ cả 3 loại hệ điều hành Windows, Mac OS, Linux

2.HTML, CSS và JAVASCRIPT

Để thiết kế giao diện vàđiều khiển các thiết bị cho web-server Chúng ta cần lập trình