MẠCH ĐIỀU KHIỂN LED VÀ HIỂN THỊNHIỆT ĐỘ, ĐỘ ẨM BẰNG SMARTPHONE

Trong khuôn khổ môn học này em chọn đề tài làm “MẠCH ĐIỀU KHIỂN LED VÀ HIỂN THỊ NHIỆT ĐỘ, ĐỘ ẨM BẰNG SMARTPHONE” dưới sự hướng dẫn của Ths.. TÓM TẮT ĐỀ TÀITrong đề tài này, em thực hiện

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

VIỆN ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG

LỜI NÓI ĐẦU

Ngày nay kinh tế ngày càng quốc tế hóa, trở nên hội nhập, xã hội ngàycàng phát triển Trong đó lĩnh vực điện tử và truyền thông đang đóng một vaitrò không nhỏ trong phát triển kinh tế Để đáp ứng nhu cầu cần thiết của cuộcsống và hội nhập tiến độ phát triển của thế giới, đòi hỏi ngành khoa học kỹthuật hiện này phải tiến lên không ngừng ngày phải một nâng cao và pháttriển về chất lượng và khả năng ứng dụng rộng rãi Là sinh viên đang cònngồi trên ghế nhà trường, em đã được trau dồi những kiến thức chuyên môncủa ngành học Vận dụng những kiến thức đã học, trong quá trình học tập em

đã thực hiện đồ án 3 này với mục đích nâng cao kiến thức

Trong khuôn khổ môn học này em chọn đề tài làm “MẠCH ĐIỀU

KHIỂN LED VÀ HIỂN THỊ NHIỆT ĐỘ, ĐỘ ẨM BẰNG SMARTPHONE” dưới sự hướng dẫn của Ths Nguyễn Hồng Anh Trong

quá trình thực hiện đề tài,em đã cố gắng để hoàn thành tốt những mục tiêu đề

ra Tuy nhiên vì là lần đầu thực hiện, kiến thức còn chưa đủ và nhiều yếu tốkhác, em không thể tránh khỏi các sai sót Em rất mong nhận được sự hướngdẫn và ý kiến đóng góp của cô

Em xin được gửi lời cảm ơn chân thành đến Ths Nguyễn Hồng Anh

đã tận tình hướng dẫn và định hướng phát triển trong quá trình thực hiện đềtài

Em xin chân thành cám ơn !

TÓM TẮT ĐỀ TÀI

Trong đề tài này, em thực hiện việc điều khiển bật tắt led và hiển thịnhiệt độ, độ ẩm thông qua smartphone Thực hiện việc lập trình trên modulewifi ESP8266V12 để điều khiển, tín hiệu điều khiển được lấy từ smartphonethông qua wifi sẽ gửi đến module wifi thực hiện việc điều khiển led và hiểnthị nhiệt độ, độ ẩm như đã được lập trình ở trên

MỤC LỤC

LỜI NÓI ĐẦU

TÓM TẮT ĐỀ TÀI

MỤC LỤC

DANH MỤC HÌNH ẢNH

DANH MỤC BẢNG BIỂU

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN ĐỀ TÀI

1.1 Vấn đề và hiện trạng

1.2 Ý tưởng và nhu cầu

1.3 Mục tiêu

1.4 Giới thiệu smartconfig

1.4.1 Smartconfig là gì ?

1.4.2 ESP Touch

CHƯƠNG 2 MÔ TẢ SẢN PHẨM

2.1 Yêu cầu chức năng

2.2 Yêu cầu phi chức năng

2.3 Các linh kiện được sử dụng

CHƯƠNG 3 LẬP KẾ HOẠCH

3

CHƯƠNG 4 THIẾT KẾ VÀ KIỂM TRA

4.1 Thiết kế sơ đồ khối

4.1.1 Khối xử lí

4.1.2 Khối sensor

4.1.3 Led

4.1.4 Khối nguồn

4.1.5 Hoàn thiện sơ đồ nguyên lý

4.2 Kiểm tra

CHƯƠNG 5 KẾT LUẬN

5.1 Kết quả đạt được và các vấn đề còn tồn tại

5.1.1 Kết quả nhận được:

5.1.2 Vấn đề tồn tại:

5.2 Hướng phát triển

TÀI LIỆU THAM KHẢO

4

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 4 1 Sơ đồ khối của mạch

Hình 4 2 Node MCU 8266

Hình 4 3 Sơ đồ node MCU 8266

Hình 4 4 Module DHT11

Hình 4 5 Sơ đồ nguyên lý

Hình 4 6 Mô phỏng mạch trên bo mạch trắng

Hình 4 7 Cấu hình cho ESP 8266

Hình 4 8 Cấu hình thành công

Hình 4 9 Kết quả thu được trên smartphone

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 3 1 Kế hoạch thực hiện đề tài 11

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN ĐỀ TÀI 1.1 Vấn đề và hiện trạng

Internet of Things là một vấn đề cốt lõi, quan trọng trong cuộc cáchmạng công nghiệp 4.0 Internet of Things (IoT) là 1 mạng gồm các hệ thốngnhúng (thiết bị) có kết nối với internet, cho phép chúng kết nối và tương tác vớicác thiết bị nhúng khác, dịch vụ và con người trên quy mô lớn Sự phát triểnnhanh chóng của IoT trong thời gian qua thúc đẩy việc phát triển của đa số cácngành hiện nay

1.2 Ý tưởng và nhu cầu

Hiểu được vấn đề này, em đã thiết kế một mạch điều khiển led và hiển thịnhiệt độ, độ ẩm bằng smartphone Người dùng có thể điều khiển led và hiển thịnhiệt độ, độ ẩm bằng smartphone thông qua sóng wifi

1.3 Mục tiêu

Thiết kế thành công sản phẩm đáp ứng yêu cầu điều khiển led và hiển thị nhiệt độ, độ ẩm một cách chính xác Trong tương lai mạch có thể phát triển thành sản phẩm thương mại có thể điều khiển được đèn công suất lớn trong hộ gia đình

1.4 Giới thiệu smartconfig

1.4.1 Smartconfig là gì ?

Smartconfig là một khái niệm được nhắc đến khi người dùng muốn cấu hình thông tin cho thiết bị dùng WiFi (ở đây là ESP8266) có khả năng kết nối nhanh chóng đến Internet nhất thông qua các thao tác trên chính thiết bị (điện thoại) của họ

Để hiểu một cách đơn giản thì Smart config nghĩa là chúng ta gửi thông tin mạng wifi (bao gồm tên wifi và password wifi) cho ESP thông qua

smartphone thay cho cách thông thường là phải khai báo thông tin này trong chương trình và nạp firmware xuống

Ưu điểm của SmartConfig:

• Dễ dàng cấu hình wifi cho ESP8266 thông qua smartphone

• Không cần phải nạp lại code để cấu hình

• Có thể dùng Smartconfig để cấu hình nhiều thiết bị một lúc

1.4.2 ESP Touch

ESP Touch là protocol được dùng trong Smart Config để người dùng có thể kết nối tới các phiên bản modul ESP8266 thông qua cấu hình đơn giản trên Smartphone Ban đầu không thể kết nối với ESP8266, nhưng thông qua giao thức ESP-TOUCH thì Smartphone sẽ gửi gói UDP tới Access Point(AP) ở đây

là ESP8266, mã hóa SSID và mật khẩu thành trường Length trong gói UDP, để ESP8266 có thể hiểu và giải mã được thông tin

Cấu trúc gói tin sẽ có dạng

D

A SA Length LLC SNAP DATA FCS

Length bao gồm SSID và thông tin key cho ESP8266

CHƯƠNG 2 MÔ TẢ SẢN PHẨM 2.1 Yêu cầu chức năng

 Cấu hình cho module wifi:

 Cấu hình cho modul wifi bằng smartphone, smartphone sẽ gửi thông tin wifi (gồm tên và mật khẩu wifi) cho module wifi thay cho cách thông thường là phải khai báo thông tin này trong

chương trình và nạp firmware xuống

 Điều khiển led:

 Khi đăng nhập vào địa chỉ IP có sẵn chúng ta có thể điều khiểnled một cách dễ dàng Ở trạng thái ban đâu mặc định các đèn led

sẽ ở chế độ tắt (OFF) Khi ta ấn ON thì đèn sẽ sáng

 Hiển thị nhiệt độ, độ ẩm:

 Khi đăng nhập vào địa chỉ IP đã biết thì sẽ xuất hiện một giaodiện điều khiển đèn led và hiển thị 2 thông số nhiệt độ, độ ẩm.Chỉ số sẽ được cập nhật liên tục

2.2 Yêu cầu phi chức năng

 Mã nguồn dùng ngôn ngữ lập trình C

 Viết code trên môi trường Arduino IDE

 Test và debug trên bo mạch trắng

 Môi trường làm việc:

 Nhiệt độ: từ 0 độ C cho đến 60 độ C

 Độ ẩm: từ 20% đến 90% (tương đương với độ ẩm không khí

 Nguồn: 5V, 3.3V (cho module ESP8266)

 Công suất tiêu thụ: nhỏ hơn 2W

 Giá thành dự kiến: 300.000 VNĐ

 Thời gian hoàn thành: 12 tuần

 Thời gian bảo hành 1 tháng

2.3 Các linh kiện được sử dụng

Thực hiện code bộ điều khiển

Tuần 8 Kiểm tra mạch trên Test board

Tuần 9 –

tuần 10

Chỉnh sửa Tuần 11 Kiểm tra lần cuối

Tuần 12 Viết báo cáo

CHƯƠNG 4 THIẾT KẾ VÀ KIỂM TRA

Khối xử lí Led

Khối sensor

Khối nguồn

Hình 4 1 Sơ đồ khối của mạch

4.1.Thiết kế sơ đồ khối

4.1.1 Khối xử lí

ESP8266 là một mạch vi điều khiển có thể giúp chúng ta điều khiển các thiết

bị điện tử.Thêm vào đó nó được tích hợp wifi 2.4GHz có thể dùng cho lập trình

Hình 4.2: Node MCU8266

NodeMCU 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 CP2102, giúp dễ dàng giao tiếp với máy tính thông qua Micro USB để thao tác với board Và có sẳn nút nhấn, led để tiện qua quá trình học, nghiên cứu.Với kích thước nhỏ gọn, linh hoạt board dễ dàng liên kết với các thiết bị ngoại vi để tạo thành project, sản phẩm mẫu một cách nhanh chóng

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 đo D0)

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

 Bộ nhớ Flash: 4MB

 Giao tiếp: Cable Micro USB

 Hỗ trợ bảo mật: WPA/WPA2

 Tích hợp giao thức TCP/IP

 Lập trình trên các ngôn ngữ: C/C++, Micropython, NodeMCU - Lua

Hình 4.3 Sơ đồ Node MCU 8266

4.1.2 Khối sensor

DHT11 Là cảm biến rất thông dụng hiện nay vì chi phí rẻ và rất dễ lấy dữliệu thông qua giao tiếp 1-wire (giao tiếp digital 1-wire truyền dữ liệu duy nhất).Cảm biến được tích hợp bộ tiền xử lý tín hiệu giúp dữ liệu nhận về được chínhxác mà không cần phải qua bất kỳ tính toán nào

Hình 4 2 Module DHT11 Thống số kỹ thuật:

 Điện áp hoạt động: 3-5V DC

 Dòng điện sd: max 2.5mA

 Dải nhiệt độ đo: 0-50°C Sai số ±2°C

 Dải độ ẩm đo: 20-80% Sai số ±5%

 Tần số lấy mẫu: 1Hz (mỗi giây một lần)

4.1.3 Led

 Led được sử dụng là led siêu sáng

4.1.4 Khối nguồn

Mạch được cấp nguồn qua Adapter 5V/1A có bán sẵn trên thị trường

4.1.5 Hoàn thiện sơ đồ nguyên lý

Từ những phân tích các khối của hệ thống được đề cập ở trên, chúng em đã

có thể vẽ ra được sơ đồ nguyên lý để có thể thực hiện đúng các chức năng đã đặt

ra ở trên

Hình 4 5 Sơ đồ nguyên lý

4.2 Kiểm tra

Em tiến hành test trên bo trắng như hình 4.8 , mạch chạy tốt và hoạt động

đúng như những gì chúng em mong muốn

Hình 4 6 Mô phỏng mạch trên bo mạch trắng

Cấu hình cho ESP8266 bằng phần mềm IoT Smartconfig

Hình 4 7 Cấu hình cho Esp8266

Cấu hình thành công

Hình 4 8 Cấu hình thành công

Kết quả thu được trên smartphone

Hình 4 3 Kết quả thu được trên smartphone

CHƯƠNG 5 KẾT LUẬN 5.1 Kết quả đạt được và các vấn đề còn tồn tại

5.1.1 Kết quả nhận được:

 Mạch mô phỏng và mạch thực tế đã thực hiện được đầy đủ các yêucầu chức năng của đề tài, đặc biệt là chức năng smartconfig rất tiệnlợi

 Qua bài tập lớn này, em được tiếp nhận thêm kiến thức lập trìnhnhúng, hiểu về cấu trúc, cách hoạt động, chức năng và ứng dụng thực

tế của module ESP8266, giúp củng cố kiến thức được học trên lớp.Đồng thời luyện tập và phát triển tất cả các kỹ năng cứng và kỹ năngmềm

 Nhận được các định hướng phát triển nghề nghiệp từ giảng viênhướng dẫn ths.Nguyễn Hồng Anh

5.1.2 Vấn đề tồn tại:

 Chưa ứng dụng được vào thực tế

 Một số vấn đề khó khăn, liên qua đến kiến thức chuyên ngành, vềnguyên lý mạch, về các lỗi phát sinh trong quá trình làm mạch

 Kỹ năng tìm kiếm thông tin, phân tích và giải quyết vấn đề còn thiếu

5.2 Hướng phát triển

Trong tương lai em sẽ phát triển đề tài có thể điều khiển được các thiết bịcông suất lớn trong gia đình, và có thể cảm biến nhiệt độ, độ ẩm để tự động kíchhoạt máy bơm tưới cây

TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1] https://hocarm.org/

[2] https://iotmaker.vn/cam-bien-nhiet-do-do-am-dht11.html [3] https://www.tertiaryrobotics.com/esp8266-serial-wifi-wireless-transceiver-module.html