THIẾT KẾ CÔNG TƠ đo LƯỜNG CÔNG SUẤT TIÊU THỤ

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN ĐỀ TÀI 7 1.1 Đặt vấn đề 7 1.2 Tầm quan trọng của quản lí và giám sát năng lượng 8 1.3 Giới thiệu một số hệ thống giám sát, quản lí năng lượng từ xa trong thực tế 9 1.3.1 Hệ thống giám sát và quản lý năng lượng từ xa qua sóng vô tuyến RF 9 1.3.2 Hệ thống giám sát và quản lý năng lượng từ xa qua bộ truyền tải tín hiệu thông qua đường dây điện. 10 1.4 Mục tiêu, nhiệm vụ 12 1.4.1 Mục Tiêu 12 1.4.2 Nhiệm vụ 12 1.4 Giới hạn 12 1.5 Bố cục báo cáo 13 CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT 14 2.1 Công nghệ IOT 14 2.3.1 Giao thức kết nối 14 2.3.2 Giao thức truyền tải dữ liệu 15 2.3.3 Firebase 18 2.2 Các chuẩn truyền dữ liệu 21 2.2.1 Giao tiếp I2C 21 2.2.2 Giao tiếp UART 26 2.3 Giới thiệu phân cứng 28 2.3.1 Module NodeMCU ESP8266 wifi v1.0 28 2.3.2 Module PZEM004T 32 2.3.3 Màn hình LCD 20x4 35 2.3.4 Module chuyển đổi giao tiếp I2C 36 2.4 Giới thiệu phần mềm 38 2.4.1 Phần mềm lập trình Arduino IDE 38 2.4.2 Phần mềm lập trình Android Studio 41 2.4.3 Phần mềm giám sát điện năng trên app Blynk 43 CHƯƠNG 3. PHÂN TÍCH THIẾT KẾ VÀ XÂY DỰNG HỆ THỐNG 45 3.1 Giới thiệu 45 3.2 Thiết kế hệ thống 45 3.2.1 Thiết kế sơ đồ khối hệ thống 45 3.2.2 Sơ đồ kết nối toàn mạch 49 3.2.3 Nguyên lý hoạt động 50 3.2.4 Lưu đồ giải thuật 50 3.3 Thi công hệ thống 51 3.3.1 Mô hình thiết bi ̣ 51 3.3.2 Danh sách các linh kiện 52 3.3.3 Lắp ráp và kiểm tra 52 3.4 Lập trình phần cứng và phần mềm 55 3.4.1 Chương trình hê ̣thống phần cứng Arduino IDE 55 Hình ảnh phía dưới là một số đoạn chương trình chính của sản phẩm: 55 3.4.2 Chương trình app Android Studio 56 3.4.3 Tạo giao diện để xem các thông số điện năng trên app Blynk 58 3.5 Kết quả, nhận xét

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN VÀ TRUYỀN THÔNG

KHOA CÔNG NGHỆ ĐIỆN TỬ VÀ TRUYỀN THÔNG

BÁO CÁO TIỂU LUẬN MÔN HỌC MÁY TÍNH NHÚNG VÀ ỨNG DỤNG

Đề tài

THIẾT KẾ CÔNG TƠ ĐO LƯỜNG CÔNG SUẤT TIÊU THỤ

Giáo viên Giảng dạy: ThS NGUYỄN THANH TÙNG

Thái Nguyên, tháng 6 năm 2021

2.4.3 Phần mềm giám sát điện năng trên app Blynk 43CHƯƠNG 3 PHÂN TÍCH THIẾT KẾ VÀ XÂY DỰNG HỆ THỐNG 45

3.4.3 Tạo giao diện để xem các thông số điện năng trên app Blynk 58

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 2.5 Kết nối thiết bị vào bus I2C ở chế độ chuẩn (Standard mode) và chế độ nhanh

Hình 2.6 Quá trình truyền nhận giữa thiết bi ̣chủ (master) và tớ (slave) 23

Hình 2.19 Mạch nguyên lý module chuyển đổi giao tiếp I2C 38

Hình 2.22 Trình quản lí các thiết bị giao tiếp với IDE 40

Hình 2.28 Giao diện chính app Blynk 44

Hình 3.8 Mobile app hiển thị dữ liệu theo thời gian thực 49

Hình 3.20 Code nhận dữ liệu từ firebbase trong java 56Hình 3.21 Code nhận dữ liệu từ firebbase trong java 57

Hình 3.24 Các công cụ và giao diện khi hoàn thành 58

Hình 3.26 Giao diện theo dõi điện năng qua app blynk và android 59

LỜI MỞ ĐẦU

Nhu cầu quản lý, giám sát cũng như kiểm soát việc đo điện năng, các thông số:điện áp, dòng điện, các chỉ tiêu chất lượng điện năng từ xa là rất cần thiết cho các nhàquản lý, các công ty điện lực và cá nhân Mặc dù đã đạt đến một mức độ thành côngnhất định, tuy nhiên các hệ thống quản lý và giám sát điện năng hiện nay chi phí rất cao

và hạn chế về việc truy cập từ xa Ngoài ra, xu hướng hiện nay là sử dụng các thiết bịthông minh: điện thoại smart phone, máy tính bảng …để truy cập và giám sát từ xa.Trong xu thế mới này, hệ thống hỗ trợ việc quản lý, giám sát việc đo điện năng và cácthông số hệ thống điện từ xa bằng Internet là cần thiết để tìm ra hướng tiện nghi vàkinh tế phục vụ các nhà quản lý, các công ty điện lực

Với mong muốn giải quyết được phần nào những khó khăn và tìm ra một hương đimới cho ngành điện Việt Nam, nhóm tác giả đã bắt tay vào nghiên cứu và thực hiện đềtài “Thiết kế công tơ đo lường công suất điện tiêu thụ” Trên cơ sở tìm hiểu về IoTnhằm giám sát điện năng và các thông số khác của hệ thống điện từ xa qua mạng khôngdây, qua việc truy cập vào trang app, người dùng có thể giám sát từ xa ở mọi nơi mọilúc Điểm nổi bật của đề tài này là có thể giám sát điện năng đồng thời hai hay nhiềuthiết bi ̣điện thông qua mạng không dây, và kiểm soát thông qua việc đo, lưu trữ cácthông số điện liên tục tại các thời điểm trong ngày

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN ĐỀ TÀI

1.1 Đặt vấn đề

Công nghệ Internet of Things (IOT) nói chung và công nghệ cảm biến không dây(Wireless Sensor) nói riêng được tích hợp từ các kỹ thuật điện tử, tin học và viễn thôngtiên tiến vào trong mục đích nghiên cứu, giải trí, sản xuất, kinh doanh, v.v , phạm vinày ngày càng được mở rộng, để tạo ra các ứng dụng đáp ứng cho các nhu cầu trên cáclĩnh vực khác nhau Hiện nay, mặc dù khái niệm IOT và công nghệ cảm biến khôngdây đã trở nên khá quen thuộc và được ứng dụng nhiều trong các lĩnh vực của đời sốngcon người, đặc biệt ở các nước phát triển có nền khoa học công nghệ tiên tiến Tuynhiên, những công nghệ này chưa được áp dụng một cách rộng rãi ở nước ta, do nhữngđiều kiện về kỹ thuật, kinh tế, nhu cầu sử dụng Song nó vẫn hứa hẹn là một đích đếntiêu biểu cho các nhà nghiên cứu, cho những mục đích phát triển đầy tiềm năng

Được sự định hướng và chỉ dẫn của Thạc sĩ Đoàn Ngọc Phương em đã chọn đề tàiluận án “Giám sát điện năng qua mạng không dây” Trên cơ sở tìm hiểu về IoT nhằmgiám sát điện năng và các thông số khác của hệ thống điện từ xa qua internet, đó cũng

là một nhu cầu có thật và đang tăng cao trong thời gian gần đây Đặc biệt là sau nhữngđợt giá điện tăng, nhiều nhà máy đã tiết kiệm điện năng hiệu quả sau khi có kết quảtheo dõi Với thiết bi ̣quan sát điện năng từ xa, chúng ta có thể nhìn thấy các thông sốcủa hệ thống điện như điện áp, dòng điện, tần số, công suất, hệ số công suất, của nhàmáy hoặc các bộ phận bất cứ lúc nào mà ta không cần phải có mặt tại nhà máy Chúng

ta có thể dùng máy vi tính hoặc thiết bị di động có hỗ trợ duyệt web là có thể quan sátđược các thông số của hệ thống điện nhà máy của mình Hệ thống quản lý điện nănggiúp nhà quản lý đánh giá sự tiêu thụ điện năng để thực hiện tiết kiệm chi phí và nănglượng

Đề tài đã khảo sát các phương pháp giám sát điện năng điển hình trước đây thôngqua internet như dùng module sim kết hợp RS232 qua cổng truyền thông RS485 theophương thức truyền thông Modbus RTU [2], tuy nhiên thực tế mạng GSM sẽ gặp phảinhững khó khăn như việc bị trễ tin nhắn do nghẽn mạng, kẹt mạng

hay những nơi có sóng GSM yếu và chỉ giám sát được trên máy tính Những phươngpháp khác như dùng phần mềm Acuview giám sát điện năng thông qua đồng hồ đođiện năng đa năng Mutimeter ACUVIM [3] hoặc giám sát điện năng sử dụng PLCS7-400 thông qua giao diện WINCC [4] đều có giá thành cao rất tốn kém Để khắcphục các nhược điểm trên, đề tài: “Giám sát điện năng qua mạng không dây” nghiêncứu việc giao tiếp với các thiết bi ̣điện quaInternet dùng công nghê ̣IoT, góp phần hỗtrợ cho công tác giám sát và quản lý điện năng từ xa, sử dụng bộ vi điều khiển kết hợpvới việc truyền dữ liệu qua WIFI, giúp đo ghi dữ liệu từ xa, mà không bi ̣hạn chếkhoảng cách truyền dữ liệu.

1.2 Tầm quan trọng của quản lí và giám sát năng lượng

Quản lý và giám sát năng lượng là chìa khóa để tiết kiêm năng lượng trong các tổchức thương mại, công nghiệp và chính phủ trong những năm gần đây đang phải chiụnhững áp lực to lớn về kinh tế và môi trường Giám sát và quản lý năng lượng giúpgiảm sự phu ̣thuộc vào nhiên liệu hóa thạch đang ngày càng trở nên cạn kiệt Khi tiêuthụ nhiều năng lượng, doanh nghiệp cũng như các hô ̣ gia đình sẽ phải đối mặt với tìnhtrạng thiếu nguồn cung cấp nghiêm trọng kèm theo nguy cơ tăng giá năng lượng dẫnđến ảnh hưởng tới lợi nhuận của tổ chức, bằng viêc quản lý năng lượng doanh nghiệp

và các hô ̣gia đình có thể giảm nguy cơ này bằng cách kiểm soát nhu cầu năng lượng,tiết kiệm điện trên dây chuyền sản xuất từng bước tăng hiệu quả việc đầu tư vào giáthành cho sản phẩm

Lợi ích đem lại khi sử dụng hê ̣thống giám sát và quản lý năng lượng:

- Giảm thời gian chi phí nhân công để ghi lại dữ liệu từ các đồng hồ đo, nhậpvào file excell báo cáo mỗi tháng

- Giảm được sai xót trong quá trình thu thập dữ liệu bằng tay

- Kiểm soát dữ liệu điện năng liên tục 24 giờ tại bất kì trạm làm viêc nào

- Giảm thời gian xử lý sự cố do dữ liêu được thu thập đầy đủ, có ghi lại dạngsóng của nguồn điên khi sự cố xảy ra

Đây là một trong những đề tài đang được tìm hiểu, nghiên cứu rất nhiều để đưa ragiải pháp giúp ngành điện Việt Nam giải quyết đưuọc những khó khăn nêu trên

1.3 Giới thiệu một số hệ thống giám sát, quản lí năng lượng từ xa trong thực tế

1.3.1 Hệ thống giám sát và quản lý năng lượng từ xa qua sóng vô tuyến RF

Hệ thống đọc chỉ số công tơ từ xa bằng sóng vô tuyến RF bao gồm các khối chứcnăng sau:

- Công tơ điện tử có tích hợp tính năng thu phát tín hiệu vô tuyến RF lắp tạicác hộ khách hàng sử dụng điện, có chức năng đo đếm, lưu trữ năng lượng vào bộ nhớkhông dây và truyền về bộ thu thập tín hiệu di động khi nhận được lệnh

- Bộ thu thập tín hiệu di động (Handheld Unit) bao gồm: máy tính cầm tay(Handheld Unit) được tích hợp module thu phát tín hiệu vô tuyến RF bên trong, vớichương trình thu thập số liệu do Công ty tự phát triển Trên máy tính cầm tay sẽ giúpngười ghi ra lệnh đọc chỉ số công tơ trong phạm vi phủ sóng dựa vào danh sách và sốliệu khách hàng sử dụng điện được tao ra ̣ từ cơ sở dữ liệu kinh doanh điện năng Toàn

bộ dữ liệu ghi được sẽ được ghép nối vào cơ sở dữ liệu kinh doanh điện năng một cách

tự động mà không cần phải tốn nhiều thao tác thủ công như trước đây

Giải pháp này có các ưu điểm:

- Không phụ thuộc vào khoảng cách, không phụ thuộc vào vị trí điểm đầu,điểm cuối khi có sự thay đổi về vị trí lắp đặt công tơ, hay vị trí trung tâm thì không bịthay đổi về thiết bị

- Thiết bị modem gọn nhẹ, thông dụng, dễ dàng lắp kèm với công tơ

- Cước phí tính theo lưu lượng (KB) thấp, rất phù hợp với hệ thống không yêucầu truyền theo thời gian thực

Nhược điểm:

Do sử dụng đường truyền không dây, truyền qua mạng di động, nên tín hiệu có thể

bị ảnh hưởng khi thời tiết xấu, do đó cần cân nhắc chọn dịch vụ của nhà cung cấp mạng

có mật độ phủ sóng rộng, chất lượng tín hiệu tốt

1.3.2 Hệ thống giám sát và quản lý năng lượng từ xa qua bộ truyền tải tín hiệu thông qua đường dây điện.

Hệ thống đo đếm công tơ từ xa truyền qua đường dây điện CollectricTM là hệthống đo lượng điện năng tiêu thu ̣theo thời gian thực Với hệ thống này, không cần cửnhân viên đi ghi chỉ số công tơ tại các hộ gia đình

Hệ thống Collectric gồm 5 thiết bị cơ bản sau:

● RTU: là thiết bị đầu cuối một chiều được lắp đặt bên trong hoặc bên ngoài

các công tơ ở vị trí thuận tiện RTU sẽ đếm vòng quay của đĩa, biến thành tín hiệu điện,điều chế tín hiệu, truyền số liệu đã thu được và các thông tin khác về thiết bị tâp trung

● TRPU: là thiết bị đầu cuối hai chiều, nó vừa có tính năng của một RTU vừa

có chức năng thông tin hai chiều bao gồm lệnh quản lý bảng thời gian sử dụng để tínhcác mức giá khác nhau tại thiết bị tâp trung, TRPU còn có thể truyền thông tin sắp xếptheo bảng chữ cái hay chữ số nhận được từ thiết bị tâp trung ̣ tới khách hàng,

nó còn có thể lặp tín hiệu như một bộ lặp, nếu có lắp đặt thêm bộ điều khiển tải nó cóthể tự động đóng cắt tải theo lệnh từ trung tâm

● CONCENTRATOR: là thiết bị tâp trung ̣ lắp đặt trên lưới điện hạ thế ứng

với một trạm Thiết bị này có thể thu thập và xử lý dữ liệu cho 1250 công tơ Dữ liệu từcác thiết bị đầu cuối được tập trung tại bộ trung tâm và được truyền về máy tính trungtâm qua các cách khác nhau Thiết bị tập trung cũng có thể truyền lệnh quản lý và cácchỉ thị khác tới các thiết bị đầu cuối hai chiều

● MICROTERMINAL: là thiết bị thu thập dữ liệu cầm tay là cầu nối giữa

thiết bị tập trung với máy tính trung tâm, nó nhận dữ liệu từ bộ trung tâm và truyền vềmáy tính trung tâm Nó còn được dùng để lập trình cho các thiết bị tâp trung ̣ , RTU,TRPU, và đọc các số liệu từ các thiết bị này để đưa vào máy tính

● MAIN COMPUTER: chứa các phần mềm cần thiết cho quá trình vận hành

hệ thống Colletric Nó thu nhận dữ liệu từ các bộ trung tâm để sử dụng cho các mụcđích của ngành điện

Kĩ thuật truyền thông: sử dụng công nghệ PLC truyền thông tin thông qua lưới điện

hạ thế (từ trạm biến áp đến các hộ gia đình) Tại các trạm biến áp (vốn có

nhiệm vụ chuyển các dòng điện cao thế thành hạ thế và đưa đến hộ tiêu dùng), mộtmodem tốc độ cao HE (HeadEnd) sẽ nối giữa đường hạ thế và hệ thống cáp quangtruyền thông backbone Nhiệm vụ của modem HE là điều chế các tín hiệu truyền thôngcủa cáp quang thành tín hiệu thông tin có tần số 1,6 - 80 Mhz ( Tùy vào từng hãng mà

sử dụng những dãy tần số khác nhau) để truyền vào lưới điện hạ thế và ngược lại Cáctín hiệu thông tin sau khi điều chế sẽ được truyền đi song song với tín hiệu điện trênlưới điện hạ thế đến các toà nhà Tại đây, một modem PLC (CPE lắp đặt tại gia đình) sẽnhận các tín hiệu thông tin, giải điều chế, tái tạo lại tín hiệu thông tin ban đầu để có thể

sử dụng Internet hoặc dùng điện thoại, fax Moderm PLC cũng có thể đảo ngược quátrình này để gửi các tín hiệu thông tin đã điều chế đến modem HE

Ưu điểm:

- Mạng lưới điện có mặt ở hầu khắp mọi nơi

- Mạng điện hạ thế có thể được dùng để thiết lập một cơ sở hạ tầng mạng sẵn

có cho hàng triệu khách hàng, doanh nghiệp riêng biệt trên toàn thế giới, có đường dẫntới tận các ổ cắm điện phục vụ cho cả thiết bị gia đình và thiết bị điện công nghiệp

- PLC có thể cung cấp khả năng truy cập tốc độ cao, tốc độ truyền thông đãđạt tới hành trăm Mb/s

- Mạng lưới đường dây điện đã được xây dựng nên có lợi thế về chi phí đầu tư

cơ bản, cơ sở hạ tầng đường dây điện đã có sẵn, nên nó có thể cho phép cạnh tranh vớigiá rẻ hơn các kỹ thuật truy cập viễn thông nội vùng khác (thường yêu cầu vốn đầu tư

cơ bản lớn)

Nhược điểm:

Đường dây truyền tải điện không phải được thiết kế để dành cho truyền dữ liệu, do

đó có rất nhiều vấn đề cần được khắc phục Công suất nhiễu trên đường dây điện lực làtập hợp tất cả các nguồn nhiễu khác nhau thâm nhập vào đường dây và vào máy thu.Các tải được kết nối vào mạng như ti vi, máy tính, máy hút bụi phát nhiễu và lantruyền qua đường dây điện; các hệ thống truyền thông khác cũng có thể đưa thêm nhiễuvào máy thu Đường dây điện được ra đời phục vụ cho việc truyền

năng lượng điện chứ không nhằm mục đích truyền thông tin Khi đưa thông tin truyềntrên đó, ta sẽ gặp phải rất nhiều yếu tố gây nhiễu cho tín hiệu.

Tuy nhiên, chúng ta đang sống trong thời đại của kỹ thuật số, sự phổ biến củainternet và các thiết bị di động thông minh đã tạo nên khái niệm mới là IoT (Internet ofThings - Internet vạn vật), do đó vấn đề ứng dụng các thành tựu này vào việc giám sát

và điều khiển mọi thứ một cách dễ dàng đã được áp dụng vào thực tế trong cuộc sống

1.4 Mục tiêu, nhiệm vụ

1.4.1 Mục Tiêu

Kết quả cuối cùng của đề tài là xây dựng một hệ thống giám sát điện năng từ xa đocác thông số về điện năng của nguồn xoay chiều của mạch điện như dòng điện, điện áp,tần số, công suất và năng lượng tiêu thụ của hai hay nhiều thiết bi ̣điện, bằng cách truycập vào trang web, app blynk và app android người dùng có thể giám sát từ xa ở mọinơi mọi lúc

1.4.2 Nhiệm vụ

Quá trình thực hiện đồ án gồm các nhiệm vụ nghiên cứu sau:

- Tìm hiểu và tham khảo các tài liệu, giáo trình, nghiên cứu các chủ đề, cácnội dung liên quan đến đề tài

- Lập trình giao tiếp với module PZEM004T để đo các thông số điện năng

- Viết chương trình cho ESP8266 gửi dữ liệu lên Sever

- Kết nối mạch phần cứng giữa PZEM004T, ESP8266, LCD

- Thiết kế và thi công mô hình thiết bi ̣hoàn thiện

- Xây dựng giao diện app blynk và app android giám sát thiết bị

- Chạy thử nghiệm và cân chỉnh hệ thống

- Viết quyển báo cáo đồ án tốt nghiệp

- Báo cáo đồ án tốt nghiệp

1.4 Giới hạn

Với đề tài giám sát điện năng qua mạng không dây thì các giới hạn bao gồm:

● Mô hình thi công có kích thước: 14x14cm

● Số lượng thiết bi ̣giám sát : 1 thiết bi.̣

● Thời gian ổn định của thiết bị: sau vài phút hoạt động thiết bi ̣sẽ đo và tínhtoán chính xác hơn.

1.5 Bố cục báo cáo

Với đề tài giám sát điện năng qua mạng không dây thì bố cục đồ án như sau:

❖ Chương 1: Tổng quan đề tài

Chương này trình bày đặt vấn đề dẫn nhập lý do chọn đề tài, giới thiệu một số hệthông giám sát và quản lí năng lượng, mục tiêu, nhiệm vụ, nội dung ̣nghiên cứu, cácgiới hạn thông số và bố cục đồ án

❖ Chương 2: Cơ Sở Lý Thuyết.

Chương này trình bày các lý thuyết có liên quan đến các vấn đề mà đề tài sẽ dùng

để thực hiện thiết kế, thi công cho đề tài

❖ Chương 3: Khảo sát và phân tích hệ thống

Chương này giới thiệu tổng quan về các yêu cầu của đề tài về thiết kế và các tínhtoán liên quan đến đề tài

❖ Chương 4: Thi công hê ̣thống

Chương này có thể gồm kết quả thi công phần cứng và những kết quả hình ảnh trênmàn hình hay mô phỏng tín hiệu, kết quả thống kê Kết quả, nhận xét và đánh giá sảnphẩm mô hình đã hoàn thành

CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT

pin, sẽ quyết định lựa chọnmột hoặc nhiều phương thức truyền thông phù hợp

Sau đây là một số giao thức IoT cho các kỹ sư phát triển tìm hiểu và lựa chọn

2.3.1 Giao thức kết nối

Wifi là giao thức chính được ứng dụng trong nội dung đề tài này

Wifi (là viết tắt từ Wireless Fidelity hay mạng 802.11) là hệ thống mạng không dây sửdụng sóng vô tuyến, cũng giống như điện thoại di động, truyền hình và

radio Kết nối Wifi thường là sự lựa chọn hàng đầu của rất nhiều kỹ sư bởi tính thôngdụng và kinh tế của hệ thống wifi và mạng LAN với mô hình kết nối trong một phạm

số sử dụng cho điện thoại di động, các thiết bị cầm tay và truyền hình Tần số cao hơncho phép tín hiệu mang theo nhiều dữ liệu hơn

2.3.2 Giao thức truyền tải dữ liệu

Có 5 giao thức truyền tải dữ liệu phổ biến có thể được sử dụng trong các mô hình

là : MQTT, CoAP, AMQP và DDS

MQTT là một giao thức kết nối máy với máy, một giao thức mã nguồn mở đểtruyền các messages giữa nhiều Client (Publisher và Subscriber) thông qua một Brokertrung gian, được thiết kế để đơn giản và dễ dàng triển khai Giao thức này nhẹ đến mức

nó có thể được hỗ trợ bởi một số thiết bị đo lường và giám sát nhỏ nhất và nó có thểtruyền dữ liệu qua các mạng có khả năng tiếp cận, đôi khi liên tục Kiến trúc MQTTdựa trên Broker trung gian và sử dụng kết nối TCP long-lived từ các Client đến Broker.Trong một hệ thống sử dụng giao thức MQTT, nhiều node trạm (gọi là mqtt client - gọitắt là client) kết nối tới một MQTT server (gọi là broker) Mỗi client sẽ đăng ký mộtvài kênh (topic), ví dụ như "/client1/channel1", "/client1/channel2" Quá trình đăng kýnày gọi là "subscribe" Mỗi client sẽ nhận

được dữ liệu khi bất kỳ trạm nào khác gửi dữ liệu và kênh đã đăng ký Khi một client gửi

dữ liệu tới kênh đó, gọi là "publish"

Hình 2.1 Giao thức truyền của MQTT

MQTT thì nhẹ nhàng hơn và nhanh Nó mất rất ít bytes cho việc kết nối với server

và quá trình kết nối có thể giữ trạng thái xuyên suốt Ưu điểm là giao tiếp sẽ mất ít dữliệu và thời gian hơn HTTP protocol, nên có thể được sử dụng cho truyền thông 2chiều thông qua các mạng có độ trễ cao và độ tin cậy thấp, nó cũng tương thích với cácthiết bị tiêu thụ điện năng thấp

Vì vậy MQTT phù hợp để chọn làm giao thức truyền thông chính trong đề tài

"Giám sát điên năng tiêu thụ qua mạng không dây "

CoAP (Constrained Applications Protocol)

CoAP là một giao thức truyền tải tài liệu theo mô hình client/server dự trên internettương tự như giao thức HTTP nhưng được thiết kế cho các thiết bị ràng buộc Giaothức này hỗ trợ một giao thức one-to-one để chuyển đổi trạng thái thông tin giữa client

và server

CoAP sử dụng UDP (User Datagram Protocol), không hỗ trợ TCP, ngoài ra còn hỗtrợ địa chỉ broadcast và multicast, truyền thông CoAP thông qua các datagram phi kếtnối (connectionless) có thể được sử dụng trên các giao thức truyền thông dựa trên cácgói

UDP có thể dễ dàng triển khai trên các vi điều khiển hơn TCP nhưng các công cụbảo mật như SSL/TSL không có sẵn, tuy nhiên ta có thể sử dụng Datagram TransportLayer Security (DTLS) để thay thế

Hình 2.2 Mô hình sử dụng giao thức CoAP và HTTP

AMQP (Advanced Message Queue Protocol)

AMQP (Advanced Message Queue Protocol) là một giao thức làm trung gian chocác gói tin trên lớp ứng dụng với mục đích thay thế các hệ thống truyền tin độc quyền

và không tương thích Các tính năng chính của AMQP là định hướng message, hàngđợi, định tuyến (bao gồm point-to-point và publish-subscribe) có độ tin cậy và bảo mậtcao Các hoạt động sẽ được thực hiện thông qua broker, nó cung cấp khả năng điềukhiển luồng (Flow Control)

Một trong các Message Broker phổ biến là RabbitMQ, được lập trình bằng ngônngữ Erlang, RabbitMQ cung cấp cho lập trình viên một phương tiện trung gian để giaotiếp giữa nhiều thành phần trong một hệ thống lớn

Không giống như các giao thức khác, AMQP là một giao thức có dây protocol), có khả năng diễn tả các message phù hợp với định dạng dữ liệu, có thể triểnkhai với rất nhiều loại ngôn ngữ lập trình

(wire-DDS (Data Distribution Service)

DDS là một ngôn ngữ trung gian dựa vào dữ liệu tập trung được sử dụng để chophép khả năng mở rộng, thời gian thực, độ tin cậy cao và trao đổi dữ liệu tương tác.Đây là một giao thức phi tập trung (broker-less) với truyền thông ngang hàng trựctiếp theo kiểu peer-to-peer giữa các publishers và subscribers và được thiết kế để trởthành một ngôn ngữ và hệ điều hành độc lập DDS gửi và nhận dữ liệu, sự kiện, vàthông tin lệnh trên UDP nhưng cũng có thể chạy trên các giao thức truyền

tải khác như IP Multicast, TCP / IP, bộ nhớ chia sẻ … DDS hỗ trợ các kết nối đượcquản lý many-to-many theo thời gian thực và ngoài ra còn hỗ trợ dò tìm tự động(automatic discovery) Các ứng dụng sử dụng DDS cho truyền thông được tách riêng

và không yêu cầu sự can thiệp từ các ứng dụng của người dùng, có thể đơn giản hóaviệc lập trình mạng phức tạp Các tham số QoS được sử dụng để xác định các cơ chế tự

dò tìm của nó được thiết lập một lần

XMPP (Extensible Messaging và Presence Protocol)

XMPP (trước đây gọi là “Jabber”) là giao thức truyền thông dùng cho định hướngtin nhắn trung gian dựa trên ngôn ngữ XML

XMPP là mô hình phân quyền client-server phi tập trung, được sử dụng cho cácứng dụng nhắn tin văn bản Có thể nói XMPP gần như là thời gian thực và có thể mởrộng đến hàng trăm hàng nghìn nút Dữ liệu nhị phân phải được mã hóa base64 trướckhi nó được truyền đi trong băng tần XMPP tương tự như MQTT, có thể chạy trên nềntảng TCP

Hình 2.3 ví dụ về XMPP

2.3.3 Firebase

Firebase là một dịch vụ cơ sở dữ liệu thời gian thực hoạt động trên nền tảng đámmây được cung cấp bởi Google nhằm giúp các lập trình phát triển nhanh các ứng dụngbằng cách đơn giản hóa các thao tác với cơ sở dữ liệu Nếu cần xây dựng

18

một ứng dụng cho mobile hoặc các thiết bị di động khác, mà bạn đang gặp khó khăn vìkhông biết chọn dịch vụ VPS nào, loại database gì thì Firebase sẽ là dịch vụ dànhcho bạn.

FireBase có thể rất mạnh mẽ đối với ứng dụng backend, nó bao gồm việc lưu trữ

dữ liệu, xác thực người dùng, static hosting……Nên lập trình viên chỉ cần chú tâm đếnviệc nâng cao trải nghiệm người dùng

Mình cùng điểm qua các tính năng và lợi ích của firebase xem sao

Realtime Database

● Firebase lưu trữ dữ liệu database dưới dạng JSON và thực hiện đồng bộdatabase tới tất cả các client theo thời gian thực Cụ thể hơn là có thể xây dựng đượcclient đa nền tảng (cross-platform client) và tất cả các client này sẽ cùng sử dụng chung

1 database đến từ Firebase và có thể tự động cập nhật mỗi khi dữ liệu trong databaseđược thêm mới hoặc sửa đổi

● Tự động tính toán quy mô ứng dụng, dễ dàng hơn rất nhiều mỗi khi cần nângcấp hay mở rộng dịch vụ Ngoài ra Firebase sử dụng NoSQL, giúp cho database sẽkhông bị bó buộc trong các bảng và các trường mà có thể tùy ý xây dựng database theocấu trúc của riêng

● Cho phép phân quyền một cách đơn giản bằng cú pháp tương tự nhưjavascript

Khi ứng dụng muốn phát triển, không cần lo lắng về việc nâng cấp máychủ…Firebase sẽ xử lý việc tự động Các máy chủ của Firebase quản lý hàng triệu kếtnối đồng thời và hàng tỉ lượt truy vấn mỗi tháng

Làm việc offline

Ứng dụng Firebase duy trì tương tác bất chấp một số các vấn đề về internet xảy ra.Trước khi bất kỳ dữ liệu được ghi đến server thì tất cả dữ liệu lập tức sẽ được viết vàomột cơ sử dữ liệu Firebase ở local Ngay khi có thể kết nối lại, client đó sẽ nhận bất kỳthay đổi mà nó thiếu, đồng bộ hoá nó với trạng thái hiện tại server.

Xác thực người dùng

Với Firebase, có thể dễ dàng xác thực người dùng từ ứng dụng trên Android, iOS

và JavaScript SDKs chỉ với một vài đoạn mã Firebase đã xây dựng chức năng cho việcxác thực người dùng với Email, Facebook, Twitter, GitHub, Google, và xác thực nặcdanh Các ứng dụng sử dụng chức năng xác thực của FireBase có thể giải quyết đượcvấn đề khi người dùng đăng nhập, nó sẽ tiết kiện thời gian và rất nhiều các vấn đề phứctạp về phần backend Hơn nữa có thể tích hợp xác thực người dùng với các chức năngbackend đã có sẵn dùng custom auth tokens

Firebase Hosting

Chúng ta có thể triển khai một ứng dụng nền web chỉ với vài giây (chém gió tới từfirebase, chính mình cũng không tin lắm) với hệ thống Firebase, và các dữ liệu sẽ đượclưu trữ đám mây đồng thời được bảo mật thông qua giao thức truy cập SSL

Các ứng dụng sẽ được cấp 1 tên miền dạng *.firebaseio.com hoặc có thể trả tiền để

sử dụng tên miền của riêng mình

Triểu khai siêu tốc

Với Firebase ta có thể giảm bớt rất nhiều thời gian cho việc viết các dòng code đểquản lý và đồng bộ cơ sở dữ liệu, mọi việc sẽ diễn ra hoàn toàn tự động với các APIcủa Firebase Không chỉ có vậy Firebase còn hỗ trợ đã nền tảng nên sẽ càng đỡ mấtthời gian rất nhiều khi ứng dụng muốn xây dựng là ứng dụng đa nền tảng Không chỉnhanh chóng trong việc xây dựng database, Google Firebase còn giúp ta đơn giản hóaquá trình đăng kí và đăng nhập vào ứng dụng bằng các sử dụng hệ thống xác thực dochính Firebase cung cấp

Sự ổn định

Firebase hoạt động dựa trên nền tảng Cloud đến từ Google vì vậy hầu như chúng takhông bao giờ phải lo lắng về việc sập server, tấn công mạng như DDOS, tốc độ kếtnối lúc nhanh lúc chậm nữa

Giá thành

Google Firebase có rất nhiều gói dịch vụ với các mức dung lượng lưu trữ cũng nhưbăng thông khác nhau với mức giá dao động từ Free đến $1500 đủ để đáp ứng đượcnhu cầu của tất cả các đối tượng Chính vì vậy có thể lựa chọn gói dịch vụ phù hợpnhất với nhu cầu của mình Điều này giúp tới ưu hóa được vốn đầu tư và vận hành củamình tùy theo số lượng người sử dụng Ngoài ra còn không mất chi phí để bảo trì, nângcấp, khắc phục các sự cố

Thông tin trên mình có tổng hợp và chỉnh sửa lại một chút từ vtcacademy vàtechmaster

2.2 Các chuẩn truyền dữ liệu

2.2.1 Giao tiếp I2C

2.2.1.1 Giới thiệu

Đầu năm 1980 Phillips đã phát triển một chuẩn giao tiếp nối tiếp 2 dây được gọi làI2C Đây là đường Bus giao tiếp giữa các IC với nhau I2C mặc dù được phát triển bởiPhilips, nhưng nó đã được rất nhiều nhà sản xuất IC trên thế giới sử dụng I2C trởthành một chuẩn công nghiệp cho các giao tiếp điều khiển Bus I2C được sử dụng làmbus giao tiếp ngoại vi cho rất nhiều loại IC khác nhau như các loại Vi điều khiển 8051,PIC, AVR, ARM chip nhớ như: RAM tĩnh (Static Ram), EEPROM, bộ chuyển đổitương tự số (ADC), số tương tự(DAC), IC điểu khiển LCD, LED

Hình 2.4 Bus I2C và các thiết bị ngoại vi.

2.2.1.2 Đặc điểm giao tiếp I2C

Một giao tiếp I2C gồm có 2 dây: Serial Data (SDA) và Serial Clock (SCL) SDA làđường truyền dữ liệu 2 hướng, còn SCL là đường truyền xung đồng hồ để đồng bộ vàchỉ theo một hướng Như ta thấy trên hình vẽ trên, khi một thiết bị ngoại vi kết nối vàođường bus I2C thì chân SDA của nó sẽ nối với dây SDA của bus, chân SCL sẽ nối vớidây SCL.

Hình 2.5 Kết nối thiết bị vào bus I2C ở chế độ chuẩn (Standard mode) và chế độ

nhanh (Fast mode)

Mỗi dây SDA hãy SCL đều được nối với điện áp dương của nguồn cấp thông quamột điện trở kéo lên (pullup resistor) vì chân giao tiếp I2C của các thiết bị ngoại vithường là dạng cực máng hở (opendrain hay opencollector) Giá trị của các điện trở nàykhác nhau tùy vào từng thiết bị và chuẩn giao tiếp, thường dao động trong khoảng 1Kđến 4.7k

Xem hình 2.5, ta thấy có rất nhiều thiết bị (ICs) cùng được kết nối vào một busI2C, mỗi thiết bị sẽ được nhận ra bởi một địa chỉ duy nhất với một quan hệ chủ/tớ tồntại trong suốt thời gian kết nối Mỗi thiết bị có thể hoạt động như là thiết bị nhận hoặctruyền dữ liệu hay có thể vừa truyền vừa nhận Hoạt động truyền hay nhận còn tùythuộc vào việc thiết bị đó là chủ (master) hay tớ (slave)

Một thiết bị hay một IC khi kết nối với bus I2C, ngoài một địa chỉ (duy nhất) đểphân biệt, nó còn được cấu hình là thiết bị chủ hay tớ Khi giữa hai thiết bị chủ-tớ giaotiếp thì thiết bị chủ có nhiệm vụ tạo xung đồng hồ cho toàn hệ thống và quản lý

địa chỉ của thiết bị tớ trong suốt quá trình giao tiếp Thiết bị chủ giữ vai trò chủ động, cònthiết bị tớ giữ vai trò bị động trong việc giao tiếp.

Hình 2.6 Quá trình truyền nhận giữa thiết bi ̣chủ (master) và tớ (slave)

Theo như hình 2.6 ta thấy xung đồng hồ chỉ có một hướng từ chủ đến tớ, còn luồng dữliệu có thể đi theo hai hướng, từ chủ đến tớ hay ngược lại tớ đến chủ

2.2.1.3 Chế độ hoạt động (tốc độ truyền):

Các bus I2C có thể hoạt động ở ba chế độ khác nhau:

● Chế độ tiêu chuẩn (Standard mode)

● Chế độ nhanh (Fast mode)

● Chế độ cao tốc High-Speed (Hs) mode

❖ Chế độ tiêu chuẩn:

- Đây là chế độ tiêu chuẩn ban đầu được phát hành vào đầu những năm 80

- Nó có tốc độ dữ liệu tối đa 100kbps

- Nó sử dụng 7-bit địa chỉ, 112 địa chỉ tớ

❖Tăng cường hoặc chế độ nhanh:

- Tốc độ dữ liệu tối đa được tăng lên đến 400 kbps

- Để ngăn chặn gai tiếng ồn Ngõ vào của thiết bị Fast-mode là

Schmitt-triggered

- Chân SCL và SDA của một thiết bị tớ I2C ở trạng thái trở kháng cao khi

không cấp nguồn

❖Chế độ cao tốc (High-Speed):

Chế độ này đã được tạo ra chủ yếu để tăng tốc độ dữ liệu lên đến 36 lần nhanh hơn

so với chế độ tiêu chuẩn Nó cung cấp 1,7 Mbps (với Cb = 400 pF), và 3.4Mbps (vớiC> b = 100pF)

Một bus I2C có thể hoạt động ở nhiều chế độ khác nhau:

● Một chủ một tớ (one master - one slave)

● Một chủ nhiều tớ (one master - multi slave)

● Nhiều chủ nhiều tớ (Multi master - Multi slave)

Dù ở chế độ nào, một giao tiếp I2C đều dựa vào quan hệ chủ/tớ Giả thiết một thiết bị

A muốn gửi dữ liệu đến thiết bị B, quá trình được thực hiện như sau:

● Thiết bị A (Chủ) xác định đúng địa chỉ của thiết bị B (tớ), cùng với việc xácđịnh địa chỉ, thiết bị A sẽ quyết định việc đọc hay ghi vào thiết bị tớ

● Thiết bị A gửi dữ liệu tới thiết bị B

● Thiết bị A kết thúc quá trình truyền dữ liệu

Khi A muốn nhận dữ liệu từ B, quá trình diễn ra như trên, chỉ khác là A sẽ nhận dữliệu từ B Trong giao tiếp này, A là chủ còn B vẫn là tớ Chi tiết việc thiết lập một giaotiếp giữa hai thiết bị sẽ được mô tả chi tiết dưới đây

Trình tự truyền bit trên đường truyền:

Hình 2.7 Trình tự truyền bit trên đường truyền

- Bước 1: Thiết bị chủ tạo một điều kiện start Điều kiện này thông báo cho tất

cả các thiết bị tớ chuẩn bi ̣nhâṇ dữ liệu trên đường truyền

- Bước 2: Thiết bị chủ gởi địa chỉ của thiết bị tớ mà thiết bị chủ muốn giaotiếp và cờ đọc/ghi dữ liệụ (nếu cờ thiết lập lên 1 byte tiếp theo được truyền từ thiết bị

tớ đến thiết bị chủ, nếu cờ thiết lập xuống 0 thì byte tiếp theo truyền từ thiết bị chủ đếnthiết bị tớ)

- Bước 3: Khi thiết bị tớ trên bus I2C có địa chỉ đúng với địa chỉ mà thiết bịchủ gửi sẻ phản hồi lại bằng một xung ACK

- Bước 4: Giao tiếp giữa thiết bị chủ và tớ trên bus dữ liệu bắt đầu Cả chủ và

tớ đều có thể nhận hoặc truyền dữ liệu tùy thuộc vào việc truyền thông là đọc hay ghi

Bộ truyền gửi 8 bit dữ liệu tới bộ nhận, Bộ nhận phản hồi với một bit ACK

- Bước 5: Để kết thúc quá trình giao tiếp, thiết bị chủ tạo ra một điều kiện stop

Điều kiện START và STOP (START and STOP conditions)

START và STOP là những điều kiện bắt buộc phải có khi một thiết bị chủ muốnthiết lập giao tiếp với một thiết bị nào đó trên bus I2C START là điều kiện khởi đầu,báo hiệu bắt đầu của giao tiếp, còn STOP báo hiệu kết thúc một giao tiếp Hình dướiđây mô tả điều kiện START và STOP

Hình 2.8 Điểu kiện để giao tiếp I2C

Ban đầu khi chưa thực hiện quá trình giao tiếp, cả hai đường SDA và SCL đều ở

mức cao (SDA = SCL = HIGH) Lúc này bus I2C được coi là rỗi (“bus free”), sẵn

sàng cho một giao tiếp Hai điều kiện START và STOP là không thể thiếu trong việcgiao tiếp giữa các thiết bị I2C với nhau

Điều kiện START: một sự chuyển đổi trạng thái từ cao xuống thấp trên đường

SDA trong khi đường SCL đang ở mức cao (cao = 1; thấp = 0) báo hiệu một điều kiệnSTART

Điều kiện STOP: Một sự chuyển đổi trạng thái từ mức thấp lên cao trên đường

SDA trong khi đường SCL đang ở mức cao Cả hai điều kiện START và STOP đềuđược tạo ra bởi thiết bị chủ Sau tín hiệu START, bus I2C coi như đang trong trạng tháilàm việc (busy) Bus I2C sẽ rỗi, sẵn sàng cho một giao tiếp mới sau tín hiệu STOP từphía thiết bị chủ

Sau khi có một điều kiện START, trong quá trình giao tiếp, khi có một tín hiệuSTART được lặp lại thay vì một tín hiệu STOP thì bus I2C vẫn tiếp tục trong trạng tháibận Tín hiệu START và lặp lại START (Repeated START) đều có chức năng giốngnhau là khởi tạo một giao tiếp

Truyền dữ liệu:

Mỗi xung clock có một bit dữ liệu được truyền Mức tín hiệu SDA chỉ được thayđổi khi xung clock đang ở mức thấp, và ổn định khi xung clock ở mức cao Thiết bị tớ

có thể lấy mẫu dữ liệu khi xung clock ở mức cao

Hình 2.9 Quá trình truyền dữ liệu I2C

2.2.2 Giao tiếp UART

UART (Universal Asynchronous Receive/Transmit) là chuẩn giao tiếp truyền nhận

dữ liệu không đồng bộ Đây là chuẩn giao tiếp phổ biến và dễ sử dụng, thường dùngtrong giao tiếp giữa vi điều khiển với nhau hoặc với các thiết bị khác

UART chuyển đổi giữa dữ liệu nối tiếp và song song Một chiều, UART chuyểnđổi dữ liệu song song bus hệ thống ra dữ liệu nối tiếp để truyền đi Một chiều khác,UART chuyển đổi dữ liệu nhận được dạng dữ liệu nối tiếp thành dạng dữ liệu songsong cho CPU có thể đọc vào bus hệ thống

UART của PC hỗ trợ cả hai kiểu giao tiếp là giao tiếp đồng thời và không giao tiếpđồng thời Giao tiếp đồng thời tức là UART có thể gửi và nhận dữ liệu vào cùng mộtthời điểm Còn giao tiếp không đồng thời( không kép) là chỉ có một thiết bị có thểchuyển dữ liệu vào một thời điểm, với tín hiệu điều khiển hoặc mã sẽ quyết định bênnào có thể truyền dữ liệu Giao tiếp không đồng thời được thực hiện khi mà cả 2 chiềuchia sẻ một đường dẫn hoặc nếu có 2 đường nhưng cả 2 thiết bị chỉ giao tiếp qua mộtđường ở cùng một thời điểm

Thêm vào đường dữ liệu, UART hỗ trợ chuẩn RS232 và tín hiêu điều khiển nhưRTS, CTS, DTR, DCR, RT và CD

Để thuận tiện, các chương trình gửi và nhận dữ liệu trong định dạng không đồng

bộ, PC và nhiều vi xử lí khác có một bộ phận gọi là UART( universal asynchronousreceiver/transmitter: truyền /nhận không đồng bộ chung)

Hình 2.10 Kết nối UART giữa hai vi điều khiển

Rất nhiều vi điều khiển hiện nay đã được tích hợp UART, vì vấn đề tốc độ và độtiện dụng của UART không thể so sánh với các giao tiếp mới hiện nay nên các dòng PC

& Laptop đời mới không còn tích hợp cổng UART Nếu giao tiếp SPI và I2C có môṭdây truyền dữ liệu và môṭ dây được sử dụng để truyền xung clock (SCL) để đồng bộtrong giao tiếp thì với UART không có dây SCL, vấn đề được giải quyết khi mà việctruyền UART được dùng giữa hai vi xử lý với nhau, đồng nghĩa với việc mỗi vi xử lý

có thể tự tạo ra xung clock cho chính nó sử dụng

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

Hình 2.11 Quá trình truyền dữ liệu UART

Khi ở trạng thái chờ mức điện thế ở mức 1 (high) Khi bắt đầu truyền START bit sẽchuyển từ 1 xuống 0 để báo hiệu cho bộ nhận là quá trình truyền dữ liệu sắp xảy ra.Sau START bit là đến các bit dữ liệu D0-D7 (Theo hình vẽ các bit này có thể ở mứcHigh or Low tùy theo dữ liệu) Sau khi truyền hết dữ liệu thì đến Bit Parity để bộ nhậnkiểm tra tính chính xác của dữ liệu Cuối cùng là STOP bit là 1,

báo cho thiết bị rằng các bit đã được gửi xong Thiết bị nhận sẽ tiến hành kiểm trakhung truyền nhằm đảm báo tính chính xác của dữ liệu.

Các thông số cơ bản trong truyền nhận UART:

● Baund rate (tốc độ baund ): Khoảng thời gian truyền 1 bit Phải được cài đặtgiống nhau ở gửi và nhận

● Frame(khung truyền ): Khung truyền quy định về số bit trong mỗi lần truyền

● Start bit : là bit đầu tiên được truyền trong 1 Frame Báo hiệu cho thiết bịnhận có một gói dữ liệu sắp đc truyền đến Là bit bắt buộc

● Data : là dữ liệu cần truyền Bit có trọng số nhỏ nhất LSB được truyền trướcsau 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 được gửi xong.Thiết bị nhận sẽ tiến hành kiểm tra khung truyền nhằm đảm bảo tính chính xác của dữliệu

2.3 Giới thiệu phân cứng

Phần cứng gồm có những thiết bị sau:

● Thiết bị đầu vào: nút nhấn, ổ cắm thiết bi.̣

● Thiết bị đầu ra: LCD

● Thiết bi ̣đo điện năng: PZEM004T

● Thiết bị điều khiển trung tâm: NodeMCU ESP8266 WiFi V1.0

● Các chuẩn truyền dữ liệu: UART, I2C, Wifi, 3G

● Thiết bị giao diện điều khiển: điện thoại, máy tính, Ipad

2.3.1 Module NodeMCU ESP8266 wifi v1.0

2.3.1.1 Giới thiệu một số loại ESP 8266

ESP8266 là dạng Vi điều khiển tích hợp Wifi (Wifi SoC) được phát triển bởiEspressif Systems, một nhà sản xuất Trung Quốc có trụ sở tại Thượng Hải Với Vi điềukhiển và Wifi tích hợp, ESP8266 cho phép lập trình viên có thể thực hiện vô số các tác

vụ TCP/IP đơn giản để thực hiện vô số các ứng dụng khác nhau, đặc biệt là các ứngdụng IoT Module ESP8266 có giá thành rẻ, phải nói là rẻ nhất trong tất cả các loạiWifi SoC từ trước tới nay

Chip ESP8266 được phát triển bởi Espressif để cung cấp giải pháp giao tiếp Wificho các thiết bị IoT Điểm đặc biệt của dòng ESP8266 là nó được tích hợp các mạch

RF như balun, antenna switches, TX power amplifier và RX filter ngay bên trong chipvới kích thước rất nhỏ chỉ 5x5mm nên các board sử dụng ESP8266 không cần kíchthước board lớn cũng như không cần nhiều linh kiện xung quanh

Sau nhiều năm phát triển, hiện tại AI-Thinker sản xuất 14 loại cho ESP từ moduleESP-01 đến ESP-14 Ở thị trường VN thì ba module là ESP-01, ESP-07 và ESP-12Fkhá phổ biến, nhất là ESP-12

2.5.1.2 ESP8266-12

Hình 2.12 Ánh ESP8266-12 thực tế và sơ đồ chân

ESP-12 kết hợp với firmware ESP8266 trên Arduino và thiết kế phần cứng giaotiếp tiêu chuẩn đã tạo nên NodeMCU, cách sử dụng, kết nối dễ dàng, có thể lập trình,nạp chương trình trực tiếp trên phần mềm Arduino, đồng thời tương tích với các bộ thưviện Arduino sẵn có NodeMCU ESP8266 trở thành loại Kit phát triển phổ biến nhấttrong thời điểm hiện tại

Hình 2.13 Module Node MCU ESP8266 và sơ đồ chân

a Thông số cấu hình của NodeMCU ESP8266

Bảng 2.1 Thông số cấu hình của NodeMCU ESP8266

Giao tiếp ngoại vi UART/SDIO/SPI/I2C/I2S/IR

Remote Control, GPIO/PWM

bước

Phạm vi nhiệt độ hoạt động -40C ~ 125°C

b Sơ đồ mạch nguyên lý của NodeMCU ESP8266