Bài tiểu luận môn thực hành cơ sở (2)

HỌC VIỆN CƠNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THƠNG ***** THỰC HÀNH CƠ SỞ BÁO CÁO BÀI TẬP LỚN Giảng viên: Nguyễn Đức Việt Nhóm 02 Thành viên nhóm: Đào Văn Tố Mã Sinh Viên:B19DCDT198 Nguyễn Nguyên Huy Tuấn Mã Sinh Viên:B19DCDT205 Ngô Đức Thọ Mã Sinh Viên:B19DCDT238 Nguyễn Trọng Dũng Mã Sinh Viên:B19DCDT031 Nguyễn Hoàng Anh Mã Sinh Viên:B19DCDT010 Đề tài: Sử dụng KIT Arduino ESP32 kết hợp phần mềm hiển ThingSpeak FireBase thu thập liệu mơi trường lưu server thời gian thực Hà Nội-2022 Phần I:Ý tưởng, mục đích, thành phần sử dụng Ý tưởng: Sử dụng module cảm biến kết hợp vi điều khiểu ESP xây dựng thành hệ thống cảm biến gửi thông tin lên server phục vụ việc nghiên cứu, đánh giá đưa dự báo thay đổi môi trường khoảng thời gian Mục đích Làm quen với với Kit IOT ESP32 Nắm cấu tạo, nguyên lý hoạt động module cảm biến nhiệt độ, độ ẩm DHT11, quang trở module cảm biến âm Nắm cách lập trình cho vi điều khiển dung Arduino IDE máy tính sử dụng ngơn ngữ lập trình C Nắm cách gửi thơng tin lên sever thời gian thực Nắm cách xây dựng phần cứng,cách nối khối mạch điện để hoàn thiện hệ thống mạch theo yêu cầu Thành phần sử dụng Phần cứng KIT Arduino ESP32 Module DHT11 Quang trở Module cảm biến âm Board mạch Dây kết nối Điện trở Phần mềm Arduino IDE ThingSpeak Firebase Phần II:Kiến thức công cụ xử dụng Phần cứng KIT Arduino ESP32 ESP32 dòng vi điều khiển giá rẻ đến từ Expressif Systems Các vi xử lý thuộc dòng ESP32 có mức tiêu thụ lượng thấp đồng thời hỗ trợ kết nối WIFI Dual-Mode Bluetooth.ESP32 thiết kế cho thiết bị điện tử di động đeo tay ứng dụng ngành IoT( Internet Of Things) Thông số kỹ thuật ESP32 lõi kép, điều có nghĩa có vi xử lý Được tích hợp Wi-Fi bluetooth Chạy chương trình 32 bit Xung nhịp lên đến 240MHz có RAM 512 kB Bảng cụ thể có 30 36 chân, hàng có 15 chân Hỗ trợ kết hợp nhiều loại thiết bị ngoại vi, như: cảm ứng điện dung, ADC, DAC, UART, SPI, I2C… Được tích hợp cảm biến hiệu ứng mơi trường cảm biến nhiệt độ tích hợp Sơ đồ chân Module DHT11 DHT11 module cảm biến nhiệt độ, độ ẩm giao tiếp dây(one wire) Cấu tạo cảm biến gồm phần: phần điện trở nhiệt cảm biến độ ẩm điện dung Ngồi bên module cịn có mạch chuyển đổi tương tự sang số Cảm biến tích hợp tiền xử lý giúp cho liệu nhận xác mà khơng cần phải qua khâu phân tích hay tính tốn Sơ đồ chân Thông số kĩ thuật Điện áp hoạt động: 3V - 5V (DC) Dòng điện hoạt động cực đại 2,5mA Dải độ ẩm hoạt động: 20% - 90% RH, sai số ±5%RH Dải nhiệt độ hoạt động: 0°C ~ 50°C, sai số ±2°C Khoảng cách truyển tối đa: 20m Nhiệt độ độ ẩm có độ phân giải 16 bit Tốc độ lấy mẫu không 1Hz (mỗi giây lần) Tốc độ cảm nhận: trung bình 2s Module cảm biến âm Module cảm biến âm hệ thống mạch điện sử dụng micro, hệ thống phát cường độ âm mơi trường xung quanh Module cảm biến nhận tiếng ồn hay âm quanh môi trường xung quanh theo nguyên tắc rung micro Module nhận âm hay tiếng ồn có tần số cụ thể Module cảm biến KY-037 có cấu tạo bao gồm micro mạch so sánh, ngõ ra, tín hiệu âm tác động đến micro đủ lớn cho khiến cho mạch so sánh thay đổi trạng thái Ngưỡng điện áp so sánh (cũng mức độ nhạy cảm với âm to nhỏ module cảm biến) điều chỉnh thông qua biến trở vi chỉnh Thông số kỹ thuật :      Điện áp: 3V-15V Chân dương (+): kết nối 5V arduino Chân âm (-): kết nối GND arduino Chân A0: ngõ tương tự, tín hiệu điện áp ngõ micro Chân D0: cường độ âm đạt đến ngưỡng định, đầu tín hiệu cao/ thấp  Độ nhạy điều chỉnh chiết áp mạch Module cảm biến ánh sáng Module cảm biến ánh sáng cấu tạo gồm quang trở biến trở để thay đổi giá trị cần đo Quang trở gọi điện trở quang, photoresistor, photocell linh kiện tạo chất đặc biệt thay đổi điện trở ánh sáng chiếu vào Về bản, bạn hiểu tế bào quang điện hoạt động dựa theo nguyên lý quang dẫn Hay hiểu điện trở thay đổi giá trị theo cường độ ánh sáng Quang trở sử dụng nhiều mạch cảm biến ánh sáng, đèn đường, báo động ánh sáng, đồng hồ trời,… Quang trở gồm phần phần phần màng kim loại đấu nối với thông qua đầu cực Linh kiện thiết kế theo cách cung cấp diện tích tiếp xúc tối đa với màng kim loại đặt hộp nhựa giúp tiếp xúc với ánh sáng cảm nhận thay đổi cường độ ánh sáng Thành phần để tạo nên quang trở Cadmium Sulphide (CdS) sử dụng chất quang dẫn, thường khơng chứa có hạt electron không ánh sáng chiếu vào Nguyên lý hoạt động Quang trở chất bán dẫn có trở kháng cao khơng có tiếp giáp Trong bóng tối, quang trở thường có điện trở lên vài MΩ Cịn có ánh sáng chiếu vào giá trị điện trở giảm xuống mức vài trăm Ω Nguyên lý hoạt động quang trở dựa nguyên lý hiệu ứng quang điện khối vật chất Khi mà photon có lượng đủ lớn đập vào, khiến cho electron bật khỏi phân tử trở thành electron tự khối chất từ chất bán dẫn chuyển thành dẫn điện Mức độ dẫn điện quang trở tùy thuộc vào phần lớn photon hấp thụ Khi ánh sáng lọt vào quang trở, electron giải phóng độ dẫn điện tăng lên Tùy thuốc vào chất bán dẫn mà quang trở có phản ứng khác với loại sóng photon khác Các linh kiện khác Điện trở Board hàn Dây kết nối Phần mềm Arduino IDE Arduino IDE phần mềm mã nguồn mở chủ yếu sử dụng để viết biên dịch mã vào module Arduino Đây phần mềm Arduino thức, giúp cho việc biên dịch mã trở nên dễ dàng mà người bình thường khơng có kiến thức kỹ thuật làm Arduino có phiên cho hệ điều hành MAC, Windows, Linux chạy tảng Java kèm với chức lệnh có sẵn đóng vai trị quan trọng để gỡ lỗi, chỉnh sửa biên dịch mã môi trường Có nhiều module Arduino Arduino Uno, Arduino Mega, Arduino Leonardo, Arduino Micro nhiều module khác Mỗi module chứa vi điều khiển bo mạch lập trình chấp nhận thơng tin dạng mã Mã chính, cịn gọi sketch, tạo tảng IDE tạo file Hex, sau chuyển tải lên điều khiển bo Môi trường IDE chủ yếu chứa hai phần bản: Trình chỉnh sửa Trình biên dịch, phần đầu sử dụng để viết mã yêu cầu phần sau sử dụng để biên dịch tải mã lên module Arduino Môi trường hỗ trợ ngôn ngữ C C ++ Nguyên tắc hoạt động Khi người dùng viết mã biên dịch, IDE tạo file Hex cho mã File Hex file thập phân Hexa Arduino hiểu sau gửi đến bo mạch cáp USB Mỗi bo Arduino tích hợp vi điều khiển, vi điều khiển nhận file hex chạy theo mã viết ThingSpeak Thingspeak tảng mà bạn trực quan hóa phân tích liệu đám mây Nó sản phẩm Matlab bạn xử lý phân tích liệu trực tiếp từ đám mây Chủ yếu sử dụng dự án IoT cần phân tích để theo dõi thay đổi giá trị cảm biến đám mây Các tính bật ThingSpeak Xem liệu theo thời gian thực Nhận liệu từ phần mềm bên thứ Phân tích liệu thu thập Matlab Xây dựng nguyên mẫu hệ thông IoT mà không cần server phần mềm web Các thiết bị gửi liệu tới Thingspeak cách dễ dàng thơng qua việc cấu hình giao thức truyền thông Cách kết nối arduino với thingspeak Cài thư viện ThingSpeak Cách tạo project ThinkSpeak Đăng nhập, tạo Channel My Channels, thêm field tương ứng Vào API Keys chép đường dẫn bên “Write a Channel Feed” FireBase Firebase dịch vụ sở liệu hoạt động tảng đám mây – cloud Kèm theo hệ thống máy chủ mạnh mẽ Google Chức giúp người dùng lập trình ứng dụng cách đơn giản hóa thao tác với sở liệu Firebase Realtime Database Là server có sở thời gian thực, hỗ trợ đồng hóa liệu người dùng kể khơng có kết nối mạng , tạo nên trải nghiệm xuyên suốt bất chấp tình trạng kết nối internet người sử dụng Dù Android, IOS, web, c++, unity, xamarin, Reatime Database Firebase hỗ trợ tốt lựa chọn tương đối tốt cho dự án IoT vốn yêu cầu cao việc cập nhật liệu liên tục Cấu trúc chương trình Tổng quan Chi tiết Thư viện kết nối với DHT Thư viện giao tiếp I2C Thư viện arduino Thư viện kết nối với wifi Thư viện kết nối với firebase Thư viện kết nối với thingspeak Thư viện cần thiết thị với firebase Khai báo kết nối với DHT sử dụng chân số Kết nối cảm biến ánh sáng chân số 32 Kết nối cảm biến âm chân 33 Dạng DHT sử dụng DHT11 Khai báo tên Wifi Khai báo mật Wifi Khai báo API Database dùng để gửi giữ liệu lên web Khai báo URL firebase để gửi liệu lên Thiết lập cho DHT11 Khai báo hàm firebase Đặt biến sử dụng chương trình Khai báo thiết lập wifi Khai báo số bảng Thingspeak Khai báo API thingspeak Khai báo biến tạm thời gian sử dụng sau Khởi động chương trình kết nối I2C Khởi động DHT Khai báo xung kết nốt serial Khai báo cảm biến âm Khởi động wifi Khởi động kết nối với Firebase ThingSpeak Khai báo lấy liệu cảm biến DHT11 cảm biến âm thanh, ánh sáng Hiển thị thông số Serial Monitor Gửi liệu lên ThingSpeak Gửi liệu lên firebase Kết đạt ThingSpeak Độ ẩm Nhiệt độ Âm Ánh sáng Firebase ...Phần I:Ý tưởng, mục đích, thành phần sử dụng Ý tưởng: Sử dụng module cảm biến kết hợp vi điều khiểu ESP xây dựng thành hệ thống cảm biến gửi thông tin lên server phục... trình C Nắm cách gửi thơng tin lên sever thời gian thực Nắm cách xây dựng phần cứng,cách nối khối mạch điện để hoàn thiện hệ thống mạch theo yêu cầu Thành phần sử dụng Phần cứng KIT Arduino ESP32... photon có lượng đủ lớn đập vào, khiến cho electron bật khỏi phân tử trở thành electron tự khối chất từ chất bán dẫn chuyển thành dẫn điện Mức độ dẫn điện quang trở tùy thuộc vào phần lớn photon