Mô hình vườn thông minh

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP HỒ CHÍ MINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP MÔ HÌNH VƯỜN THÔNG MINH NGÀNH Kỹ thuật điện, điện tử GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN PGS TS Nguyễn Hùng Sinh viên thực hiện MSSV Lớp Tăng Đức Hòa An 11711020168 17DDCA1 Nguyễn Hữu Phước Điền 11711020123 17DDCA1 Nguyễn Văn Hải 11711020068 17DDCA1 TP Hồ Chí Minh, Ngày 29 tháng 8 năm 2021 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD PGS TS NGUYỄN HÙNG LỜI CẢM ƠN Với lòng biết ơn sâu sắc nhất, nhóm chúng em xin cảm ơn Quý thầy cô ngành Điện Điện tử đã tậ.

Tính cấp thiết của đề tài

Trong thời đại công nghệ thông tin bùng nổ, Internet đã trở thành một phương tiện thông tin đại chúng phát triển mạnh mẽ, đóng vai trò quan trọng trong mọi lĩnh vực của đời sống xã hội Từ khi ra đời, Internet đã tác động sâu rộng đến các ngành nghề, trong đó có ngành Điện-điện tử, giúp cải thiện hiệu quả và kết nối con người một cách nhanh chóng và dễ dàng.

Trong ngành Điện-điện tử, khái niệm "Internet of Things" (IoTs) đang ngày càng trở nên quan trọng, cho phép mọi thiết bị kết nối với nhau qua Internet IoTs giúp chúng ta kiểm soát các đồ vật thông qua các thiết bị thông minh như smartphone, tablet, PC, hoặc smartwatch Để áp dụng IoT vào cuộc sống, việc nghiên cứu sâu về nó là cần thiết Chính vì vậy, tôi đã chọn đề tài “Mô hình vườn thông minh” cho luận văn của mình, nhằm tìm hiểu các vi xử lý và linh kiện liên quan, qua đó củng cố kiến thức điện-điện tử và nâng cao kỹ năng ứng dụng thực tiễn.

Nhiệm vụ nghiên cứu

Mô hình "thiết kế vườn thông minh" được phát triển nhằm tối ưu hóa việc giám sát và điều khiển thông qua các dòng chip điện tử và cảm biến Đề tài này không chỉ hệ thống hóa kiến thức về linh kiện điện tử và cảm biến mà còn tự động hóa nhiều quy trình, từ đó tiết kiệm thời gian, nâng cao năng suất và đảm bảo an toàn cho sản phẩm.

-Nhiệm vụ cấp thiết cần nghiên cứu:

-Hiểu được nguyên lý hoạt động của hệ thống

-Thiết kế và lắp đặt mô hình

Vận hành được mô hình.

Mục đích nghiên cứu

Mục đích của đề tài nghiên cứu thiết kế vườn thông minh giám sát tự động là hoàn thành môn học và phục vụ cho việc nghiên cứu khoa học Nhóm nghiên cứu mong muốn đạt được các mục tiêu nhằm nâng cao tính an toàn cho khu vườn.

Giảm được công sức thời gian cho người trồng và cho sản phẩm chất lượng vượt trội

Hệ thống cảm biến thu thập thông tin môi trường như nhiệt độ và độ ẩm, từ đó điều chỉnh phù hợp để tối ưu hóa điều kiện phát triển của cây trồng.

Nâng cao khả năng nghiên cứu và tự nghiên cứu của sinh viên.

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu tài liệu về các cảm biến nhiệt độ, độ ẩm và ánh sáng hiện có từ các hãng sản xuất là bước đầu tiên trong quá trình thiết kế phần cứng cho đề tài nghiên cứu.

Khám phá các phương pháp thiết kế và kết nối hệ thống điều khiển bằng cách tham khảo sách báo, website và các diễn đàn để lựa chọn giải pháp thiết kế thiết bị phù hợp.

Thiết kế và chế tạo thiết bị mẫu, vận hành thử và tối ưu kết quả.

Phạm vi nghiên cứu

Để xây dựng nội dung nghiên cứu chính cho đề tài, nhóm nghiên cứu đã lập kế hoạch chi tiết Nội dung được phân chia theo trật tự nhất định, từ những kiến thức cơ bản đến những khía cạnh phức tạp hơn trong nghiên cứu, thiết kế và chế tạo hệ thống Đồ án tốt nghiệp do PGS.TS Nguyễn Hùng hướng dẫn.

Các nội dung nghiên cứu chính của đề tài có được phân chia như sao:

Mạch ESP8266 NodeMCU được phát triển từ module wifi ESP-12F, cho phép kết nối WiFi dễ dàng chỉ với vài thao tác đơn giản Nó tích hợp IC giao tiếp CP2102, giúp kết nối với máy tính qua Micro USB để nạp chương trình và debug Trên mạch có nút nhấn và đèn LED, thuận tiện cho việc lập trình và theo dõi hoạt động của board mạch.

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

- Nghiên cứu các loại cảm biến phục vụ cho mục đích đề tài

Nhóm nghiên cứu trong đề tài này đã áp dụng cảm biến đo nhiệt độ và độ ẩm để xác định các thông số nhiệt độ và độ ẩm trong môi trường.

Màn hình Nextion được thiết kế để giúp người dùng dễ dàng và trực quan tạo ra các giao diện điều khiển và hiển thị (GUI) trên màn hình cảm ứng Với nhiều tính năng mạnh mẽ, Nextion mang lại trải nghiệm thiết kế mượt mà và hiệu quả cho người sử dụng.

 Giao tiếp UART, với chỉ 2 dây tín hiệu (TX, RX) rất dễ dàng giao tiếp và điều khiển

 Phần phểm thiết kế giao diện trên máy tính Nextion Editor trực quan và dễ sử dụng, giao tiếp với màn hình qua giao tiếp UART

Bộ nhớ lưu trữ và xử lý hình ảnh được tích hợp cùng với khe thẻ nhớ giúp giảm tải hầu hết các tác vụ xử lý hình cho mạch điều khiển trung tâm, chỉ truyền về trung tâm các dữ liệu thao tác cảm ứng cần thiết.

 Thiết kế cảm ứng điện trở giúp dễ dàng thao tác khi mang găng tay trong môi trường lao động

 Mạch có chất lượng gia công tốt, độ bền cao ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: PGS.TS NGUYỄN HÙNG

 -Nghiên cứu Blynk là một nền tảng với các ứng dụng iOS và

Android để điều khiển Arduino, Raspberry Pi và các ứng dụng tương tự qua Internet

Bảng điều khiển kỹ thuật số cho phép bạn tạo giao diện đồ họa cho dự án của mình một cách dễ dàng thông qua tính năng kéo và thả các widget.

Kết cấu của đồ án

Kết cấu đồ án gồm có 6 chương cụ thể như sau:

Chương 1: Giới thiệu về mô hình vườn thông minh

Chương 2: Tổng quan về giải pháp

Chương 3: Phương pháp giải quyết

Chương 4: Quy trình thiết kế mô hình

Chương 5: Thi công và mô phỏng mô hình

Chương 6: Kết luận và hướng phát triển ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP MÔ HÌNH VƯỜN THÔNG MINH

Giới thiệu về mô hình vườn thông minh

Hình 2.1 Mô hình tổng quan về IoT [7]

Trong thời đại công nghệ thông tin bùng nổ, Internet nổi bật như một phương tiện thông tin đại chúng phát triển mạnh mẽ nhất Với những ưu điểm vượt trội, Internet đã trở thành một phần quan trọng trong đời sống xã hội, ảnh hưởng đến mọi lĩnh vực và ngành nghề Không có ngành nào có thể thiếu vắng sự hỗ trợ của Internet.

Internet of Things (IoT) đang trở thành một lĩnh vực phát triển mạnh mẽ trong tương lai, ảnh hưởng đến hầu hết các hoạt động từ kinh doanh đến đời sống hàng ngày Đề tài "Đồ án tốt nghiệp mô hình vườn thông minh" là một ví dụ điển hình cho ứng dụng của IoT trong nông nghiệp, giúp tối ưu hóa quy trình sản xuất và nâng cao hiệu quả sử dụng tài nguyên.

Internet Vạn Vật (IoT) là một mạng lưới kết nối giữa các thiết bị, phương tiện vận tải, và các trang thiết bị khác, được trang bị điện tử, phần mềm, cảm biến và cơ cấu chấp hành Nhờ vào khả năng kết nối mạng máy tính, các thiết bị này có thể thu thập và truyền tải dữ liệu một cách hiệu quả.

Năm 2013, tổ chức Global Standards Initiative on Internet of Things (IoT-GSI) định nghĩa Internet vạn vật (IoT) là "hạ tầng cơ sở toàn cầu phục vụ cho xã hội thông tin, hỗ trợ các dịch vụ điện toán chuyên sâu thông qua các vật thể (cả thực lẫn ảo) được kết nối với nhau nhờ vào công nghệ thông tin và truyền thông hiện hữu được tích hợp." Mục tiêu của định nghĩa này là tạo ra một hệ thống kết nối hiệu quả, phục vụ cho nhu cầu phát triển công nghệ và xã hội hiện đại.

"Vật" được định nghĩa là một thực thể trong thế giới thực hoặc ảo, có thể nhận dạng và tích hợp vào mạng lưới truyền thông Hệ thống IoT cho phép cảm nhận và điều khiển vật từ xa qua hạ tầng mạng hiện tại, giúp kết nối thế giới thực với điện toán, nâng cao hiệu suất, độ tin cậy và lợi ích kinh tế, đồng thời giảm thiểu sự can thiệp của con người Khi IoT kết hợp với cảm biến và cơ cấu chấp hành, nó hình thành một hệ thống ảo-thực đa dạng, bao gồm điện lưới thông minh, nhà máy điện ảo, nhà thông minh, vận tải thông minh và thành phố thông minh Mỗi vật trong hệ thống điện toán nhúng được nhận dạng riêng biệt và có khả năng phối hợp trong hạ tầng Internet hiện hữu Các chuyên gia dự đoán rằng Internet Vạn Vật sẽ phát triển mạnh mẽ trong tương lai.

Internet Vạn Vật (IoT) cung cấp kết nối mạnh mẽ cho các thiết bị và hệ thống, vượt trội hơn so với truyền tải máy-máy (M2M) Nó hỗ trợ nhiều giao thức và ứng dụng khác nhau, giúp kết nối các thiết bị thông minh và mở ra kỷ nguyên tự động hóa cho nhiều ngành nghề Từ các ứng dụng như điện lưới thông minh đến các lĩnh vực như thành phố thông minh, IoT đang định hình tương lai của công nghệ.

IoT, hay Internet of Things, là một hệ sinh thái nơi mỗi đồ vật và con người đều có một định danh riêng, cho phép truyền tải và trao đổi thông tin qua một mạng duy nhất mà không cần tương tác trực tiếp Sự phát triển của IoT đến từ việc kết hợp công nghệ không dây, vi cơ điện tử và Internet, tạo thành một mạng lưới các thiết bị có khả năng kết nối với nhau, với Internet và môi trường xung quanh để thực hiện các nhiệm vụ cụ thể.

Internet vạn vật (IoT) bao gồm nhiều đối tượng, từ con người với trái tim cấy ghép, động vật trang trại có chip sinh học, đến xe cộ với cảm biến cảnh báo tình trạng bánh xe IoT chủ yếu liên kết máy-đến-máy (M2M) trong các lĩnh vực sản xuất, năng lượng và dầu khí, với khả năng sản phẩm thông minh nhờ vào việc thu thập và truyền dữ liệu tự động Các thiết bị hiện đại như nhà thông minh cho phép kiểm soát đèn, lò sưởi, hệ thống thông gió và điều hòa không khí, cùng với các thiết bị gia dụng như máy giặt, máy hút chân không, và tủ lạnh sử dụng Wi-Fi để theo dõi từ xa, tạo nên một môi trường sống tiện nghi và hiệu quả.

Khi tự động hóa kết nối internet trở nên phổ biến, IoT dự kiến sẽ tạo ra một lượng lớn dữ liệu từ nhiều nguồn khác nhau, dẫn đến nhu cầu cao về việc tập hợp, đánh chỉ mục, lưu trữ và xử lý dữ liệu hiệu quả Hiện nay, Internet Vạn Vật là nền tảng quan trọng cho Thành phố Thông minh và các Hệ thống Quản lý Năng lượng Thông minh.

Năm 1999, Kevin Ashton đã giới thiệu cụm từ "Internet of Things" (IoT) để mô tả các đối tượng có thể được nhận diện và kết nối Đến năm 2016, IoT đã phát triển mạnh mẽ nhờ sự hội tụ của các công nghệ như truyền tải vô tuyến, phân tích dữ liệu thời gian thực, học máy và cảm biến Tất cả các hệ thống nhúng cổ điển như mạng cảm biến không dây và tự động hóa đều đóng vai trò quan trọng trong việc vận hành IoT Ý tưởng về mạng lưới thiết bị thông minh đã được khởi xướng từ năm 1982 với máy bán nước Coca-Cola tại Đại học Carnegie Mellon, trở thành thiết bị đầu tiên kết nối Internet Bên cạnh đó, khái niệm điện toán phổ quát của Mark Weiser và các báo cáo từ các viện nghiên cứu UbiComp và PerCom đã góp phần định hình tầm nhìn hiện đại về IoT Reza Raji cũng đã mô tả trong năm 1994 rằng IoT là việc chuyển các gói dữ liệu nhỏ thành một mạng lưới lớn để tự động hóa mọi thứ từ thiết bị gia dụng đến nhà máy sản xuất.

Giữa năm 1993 và 1996, một số công ty như Microsoft với giải pháp at Work và Novell với NEST đã đưa ra các đề xuất Tuy nhiên, chỉ đến năm 1999, lĩnh vực này mới bắt đầu phát triển mạnh mẽ Bill Joy đã hình dung phương thức truyền tải thiết bị-tới-thiết bị (D2D) trong bộ khung "Six Webs" của ông, được trình bày tại Diễn đàn Kinh tế Thế giới ở Davos năm 1999.

Khái niệm Internet Vạn Vật trở nên phổ biến trong năm 1999 qua Trung tâm Auto-

ID ở Viện Công nghệ Massachusetts và các xuất bản phẩm phân tích thị trường có liên quan

2.3 Các tính chất của hệ thống IoT

Sự kết hợp giữa Internet of Things (IoT) và điều khiển tự động đang trở thành xu hướng nghiên cứu mới, mặc dù thông minh và tự động trong điều khiển không phải là phần cốt lõi của IoT Các máy móc hiện nay có khả năng nhận biết và phản hồi môi trường xung quanh, đồng thời tự điều khiển mà không cần kết nối mạng Tương lai của IoT có thể là một mạng lưới các thực thể thông minh, có khả năng tự tổ chức và hoạt động độc lập theo từng tình huống, môi trường, đồng thời chúng cũng có thể giao tiếp và trao đổi thông tin với nhau.

Sự kết hợp giữa Internet vạn vật (IoT) và điều khiển tự động (autonomous control) đang mở ra một tương lai mới cho các thiết bị thông minh Mặc dù khả năng nhận biết và phản hồi môi trường xung quanh (ambient intelligence) cùng với khả năng tự điều khiển không cần kết nối mạng đã tồn tại, nhưng nghiên cứu hiện nay đang hướng tới việc tích hợp hai khái niệm này Tương lai của IoT có thể là một mạng lưới các thực thể thông minh, có khả năng tự tổ chức và hoạt động độc lập tùy thuộc vào tình huống và môi trường, đồng thời chúng có thể giao tiếp và trao đổi thông tin với nhau.

-Kiến trúc dựa trên sự kiện:

Trong IoT, các thực thể và máy móc phản hồi theo các sự kiện xảy ra trong thời gian thực Một số nhà nghiên cứu nhận định rằng mạng lưới cảm biến là một thành phần cơ bản của IoT.

-Là một hệ thống phức tạp:

Trong một thế giới mở, Internet of Things (IoT) sẽ trở nên phức tạp do sự kết nối đa dạng giữa các thiết bị, máy móc và dịch vụ, cùng với khả năng tích hợp các yếu tố mới.

Tổng quan về giải pháp

3.1 Các phương pháp đặc tính thiết kế 3.1.1 Giám sát tự động hệ thống trồng thủy canh

Kiểm soát dinh dưỡng cây trồng là ưu điểm nổi bật của thủy canh, nhờ vào việc nghiên cứu kỹ lưỡng môi trường dinh dưỡng trước khi trồng Mỗi chất dinh dưỡng cần thiết cho sự phát triển của cây đều được kiểm soát ở nồng độ phù hợp cho từng loại cây và môi trường cụ thể Hơn nữa, các nguyên tố có thể gây hại cho cây cũng được duy trì ở mức dư lượng an toàn.

Không cần đất, chỉ cần không gian, phương pháp này có thể được áp dụng ở những vùng đất cằn cỗi như đảo xa hoặc tại các hộ gia đình trên sân thượng và ban công.

- Trồng được nhiều vụ, có thể trồng trái vụ

- Không phải sử dụng thuốc trừ sâu bệnh, và các hóa chất độc hại khác

- Năng suất cao vì có thể trồng liên tục

- Sản phẩm hoàn toàn sạch giàu dinh dưỡng

Hoạt động này không yêu cầu lao động nặng nhọc, cho phép cả người già và trẻ em tham gia một cách hiệu quả Điều này nhờ vào việc không cần làm đất, không có cỏ dại và không cần tưới nước.

- Chỉ trồng các loại cây rau quả ngắn ngày

- Giá thành sản xuất còn cao

- Đòi hỏi trình độ chuyên môn kỹ thuật cao để sản xuất có hiệu quả Điều này cản trở cho việc trồng thủy canh đại trà

Khi cây hấp thụ chất dinh dưỡng từ dung dịch, độ dẫn điện sẽ thay đổi, phản ánh độ đậm đặc của dung dịch Giá trị độ dẫn điện lý tưởng nằm trong khoảng 1,5-2,5 dS/m Độ dẫn điện cao có thể cản trở quá trình hấp thụ dinh dưỡng do áp suất thẩm thấu thấp, trong khi độ dẫn điện thấp lại ảnh hưởng tiêu cực đến sức khỏe và năng suất của cây.

3.1.2 Giám sát hệ thống tưới nhỏ giọt

Tưới nhỏ giọt giúp phân bố độ ẩm đều trong đất nông nghiệp, tạo điều kiện thuận lợi cho cây trồng về không khí, nhiệt độ, độ ẩm, dinh dưỡng và quang hợp.

Tưới nhỏ giọt đảm bảo cung cấp nước tưới một cách đều đặn, giúp tránh tình trạng tập trung nước trong đất, từ đó hạn chế hiện tượng bạc màu và rửa trôi đất trên đồng ruộng.

- Tưới nhỏ giọt tiết kiệm nước đến mức tối đa, giảm đến mức tối thiểu các tổn thất lượng nước tưới do bốc hơi, thấm

- Tưới nhỏ giọt không gây ra hiện tượng xói mòn đất, không tạo nên váng đất đọng trên bề mặt và không phá vỡ cấu tượng đất

 Tưới nhỏ giọt sử dụng cột nước áp lực làm việc thấp, lưu lượng nhỏ nên tiết kiệm năng lượng, giảm chi phí vận hành

Tưới nhỏ giọt là phương pháp cung cấp nước liên tục, giúp duy trì độ ẩm lý tưởng cho sự sinh trưởng và phát triển của cây trồng công nghiệp Nhờ vào hệ thống tưới này, cây sẽ phát triển tốt, nhanh chóng và đạt năng suất cao.

Tưới nhỏ giọt không thể làm mát cây và cải thiện vi khí hậu như phương pháp tưới phun mưa Hơn nữa, nó cũng không có khả năng rửa sạch lá, điều này ảnh hưởng đến quá trình quang hợp của cây.

Tưới nhỏ giọt yêu cầu một khoản đầu tư ban đầu và người thực hiện cần có kiến thức kỹ thuật về hệ thống tưới Việc áp dụng mô hình vườn thông minh trong dự án tốt nghiệp sẽ giúp tối ưu hóa hiệu quả sử dụng nước và nâng cao năng suất cây trồng.

- Khi tưới nhỏ giọt bị gián đoạn, cây trồng sẽ xấu đi nhiều so với các phương pháp tưới khác

3.1.3 Giám sát tự động kết hệ thống tưới phun sương

- Năng suất lao động cao do quá trình tưới được tự động hoá, có thể tăng gấp chục lần so với tưới thông thường

- Cho phép dùng phân hóa học, các chất khử trùng đã hòa tan trong nước để rải xuống mặt đất một cách đều và hiệu quả hơn

Tiết kiệm nước là một yếu tố quan trọng, đặc biệt ở những vùng khan hiếm nguồn nước Hệ số sử dụng nước trong tưới phun có thể đạt từ 90%-95%, cho phép tưới chính xác diện tích cần thiết với lưu lượng phù hợp, từ đó nâng cao hiệu quả sử dụng nước.

Để cây trồng phát triển khỏe mạnh, cần đảm bảo cung cấp đủ nước cho bộ rễ và làm sạch bụi bám trên bề mặt lá Việc này không chỉ đáp ứng yêu cầu sinh lý của cây mà còn giúp điều hòa tiểu khí hậu, bảo vệ cây khỏi nóng, lạnh và sương muối.

- Cho phép dùng phân hoá học, các chất khử trùng đã hoà tan trong nước để rải xuống mặt ruộng một cách đều và hiệu quả hơn

Hệ thống tưới có thể được áp dụng trên các vùng đất dốc và địa hình phức tạp, giúp tiết kiệm diện tích đất Mặc dù chi phí đầu tư ban đầu cho việc xây dựng hệ thống tưới khá lớn, người sử dụng cần có kiến thức về kỹ thuật và quản lý để đạt hiệu quả tối ưu.

- Chất lượng tưới phun mưa (sự phân bố hạt trên diện tích tưới) phụ thuộc vào điều kiện thời tiết (vận tốc và hướng gió).Với vận tốc gió V >

Để tránh sự phân bố không đều, cần ngừng phun tưới khi đạt 5,6m/giây Quá trình tưới tự động hóa giúp nâng cao năng suất lao động, có thể tăng gấp nhiều lần so với phương pháp tưới truyền thống Đây là nội dung chính của Đồ án tốt nghiệp mô hình vườn thông minh.

Hệ thống tưới có thể được áp dụng trên những vùng đất dốc và địa hình phức tạp, giúp tiết kiệm diện tích đất Tuy nhiên, để xây dựng hệ thống này với chi phí đầu tư ban đầu lớn, người sử dụng cần có kiến thức nhất định về kỹ thuật và quản lý.

- Linh hoạt theo phong cách hay cách thức bố cục sắp đặt của từng loại cây - Sạch sẽ, không quá mất công chăm sóc

Một số loại cây có rễ bè và đâm sâu cần nhiều đất, do đó không thể sử dụng trong các loại chậu thông thường Hiện nay, có hai loại chậu phổ biến là chậu làm từ modul nhựa và chậu từ vải nỉ Tuy nhiên, tại Việt Nam, chậu modul nhựa không được ưa chuộng do chất lượng nhựa kém, dễ bị giòn và vỡ sau một mùa hè Việc nhập khẩu nhựa từ nước ngoài để cải thiện chất lượng cũng sẽ gây tốn kém.

Sản phẩm của đề tài bao gồm:

- 01 hệ thống giám sát trồng cây tự động cho người dùng

- Tài liệu nghiên cứu và thiết kế các modules cảm biến, modules relay điều khiển

Phương pháp giải quyết

QUY TRÌNH THIẾT KẾ VƯỜN THÔNG MINH

NodeMCU là một nền tảng IoT mã nguồn mở giá rẻ Nó ban đầu bao gồm firmware mà chạy trên ESP8266 Wi-Fi SoC từ Systems

Espressif, và phần cứng được dựa trên các mô-đun ESP-12 Sau đó, hỗ trợ cho MCU 32- bit ESP32 đã được thêm vào

NodeMCU là phần mềm mã nguồn mở, cung cấp thiết kế bảng mạch cho các dự án sáng tạo Tên gọi "NodeMCU" được hình thành từ sự kết hợp giữa "nút" và "MCU", thường được sử dụng trong các đồ án tốt nghiệp, đặc biệt là trong mô hình vườn thông minh.

Thuật ngữ "NodeMCU" nói đúng ra là đề cập đến phần sụn chứ không phải là bộ công cụ phát triển liên quan

Cả phần sụn và thiết kế bảng tạo mẫu đều là mã nguồn mở

Phần sụn sử dụng ngôn ngữ kịch bản Lua, dựa trên dự án eLua và được xây dựng trên Espressif Non-OS SDK cho ESP8266 Nó tích hợp nhiều dự án mã nguồn mở như lua-cjson và SPIFFS Do hạn chế về tài nguyên, người dùng cần lựa chọn các mô-đun phù hợp cho dự án của mình và xây dựng phần sụn đáp ứng nhu cầu cụ thể Hỗ trợ cho ESP32 32-bit cũng đã được triển khai.

Phần cứng tạo mẫu thường sử dụng bảng mạch tích hợp bộ điều khiển USB và bảng gắn trên bề mặt nhỏ hơn chứa MCU và ăng-ten, với định dạng DIP giúp dễ dàng tạo mẫu trên breadboards Thiết kế ban đầu dựa trên mô-đun ESP-12 của ESP8266, một SoC Wi-Fi tích hợp lõi Tensilica Xtensa LX106, phổ biến trong các ứng dụng IoT.

Wifi, hay còn gọi là Wireless Fidelity, là một công nghệ kết nối Internet không dây sử dụng sóng vô tuyến để truyền tải tín hiệu Hiện nay, hầu hết các thiết bị như laptop, điện thoại, máy tính và máy tính bảng đều có khả năng kết nối wifi một cách dễ dàng.

Wifi dựa trên tiêu chuẩn IEEE 802.11, cung cấp tốc độ kết nối lên đến 54Mbps Tầm hoạt động ổn định của Wifi có thể đạt khoảng 100 feet (khoảng 31m) trong điều kiện không có vật cản gây ảnh hưởng đến sóng.

Bộ phát Wifi bao gồm các thiết bị như modem và router, nhận tín hiệu Internet từ các nhà cung cấp dịch vụ như FPT, Viettel, VNPT, CMC Những thiết bị này sẽ chuyển đổi tín hiệu Internet từ kết nối có dây thành tín hiệu vô tuyến, giúp truyền tải đến các thiết bị sử dụng như điện thoại, laptop và máy tính bảng.

Thiết bị nhận tín hiệu không dây (adapter) chính là card wifi trên điện thoại, laptop, máy tính bảng,… và chuyển hóa thành tín hiệu Internet

Wifi phức tạp hơn so với vô tuyến mặt đất vì nó sử dụng giao thức Internet (Internet Protocol) để giao tiếp Quá trình truyền dẫn yêu cầu xác nhận cho mỗi byte được gửi và nhận.

Wifi có nhiều tính năng bảo mật quan trọng, trong đó yêu cầu người dùng nhập mật khẩu WPA hoặc WPA2 để truy cập mạng WPA2, đại diện cho thế hệ thứ 2 của WPA, cung cấp mức độ bảo mật cao hơn Thêm vào đó, tính năng Advanced Encryption Standard (AES) được phát triển bởi chính phủ Hoa Kỳ cũng giúp bảo vệ dữ liệu trong quá trình truyền từ thiết bị này sang thiết bị khác Đặc biệt, ESP8266 NodeMCU có khả năng hoạt động như một modem Wifi, mang lại sự linh hoạt trong việc kết nối và truyền tải dữ liệu.

 Có thể quét và kết nối đến một mạng Wifi bất kì (Wifi Client) để thực hiện các tác vụ như lưu trữ, truy cập dữ liệu từ server

 Tạo điểm truy cập Wifi (Wifi Access Point) cho phép các thiết bị khác kết nối giao tiếp và điều khiển

ESP8266 NodeMCU là một server lý tưởng để xử lý dữ liệu từ các thiết bị Internet, với nguồn cấp từ cổng micro USB tích hợp giúp việc nạp code dễ dàng Người dùng có thể sử dụng sạc dự phòng thay cho nguồn USB từ máy tính, với điện áp tối đa 5V Thiết bị này có khả năng cung cấp nguồn cho tối đa 4 thiết bị, bao gồm 3 nguồn 3.3V và 1 nguồn từ chân Vin Khi sử dụng các chân cấp nguồn, cần chú ý không cắm nhầm chân dương và chân âm Tuy nhiên, các chân 3.3V được bảo vệ, còn chân Vin không có bảo vệ, nên việc cắm ngược cực có thể gây hỏng module ESP8266 NodeMCU có tổng cộng 13 chân, phù hợp cho các dự án như mô hình vườn thông minh.

GPIO (General-purpose input/output) chân có thể truyền/nhận tín hiệu (trên mạch in từ DO đến D8 và RX, TX, SD2, SD3)

Hình 4.2 Sơ đồ Esp8266 [19] ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP MÔ HÌNH VƯỜN THÔNG MINH

NodeMCU có 13 chân GPIO, mỗi chân có thể thực hiện nhiều chức năng khác nhau Tuy nhiên, một số chân được sử dụng cho các mục đích quan trọng khác, vì vậy cần lưu ý khi sử dụng chúng.

Tất cả các GPIO đều được trang bị trở kéo lên nguồn bên trong, trừ GPIO16, vốn có trở kéo xuống GND Người dùng có khả năng cấu hình để kích hoạt hoặc không kích hoạt các trở kéo này.

GPIO1 và GPIO3 kết nối với TX và RX của bộ UART0, vì NodeMCU sử dụng bộ UART này để nạp code, nên cần tránh sử dụng hai chân GPIO này.

GPIO0, GPIO2 và GPIO15 là các chân quan trọng trên ESP8266, có chức năng cấu hình chế độ nạp code Trong NodeMCU, các chân này được gọi là strapping pins và có các trở kéo để thiết lập mức logic cố định: GPIO0 ở mức HIGH, GPIO2 ở mức HIGH và GPIO15 ở mức LOW Để sử dụng các chân này như GPIO, cần thiết kế một nguyên lý riêng nhằm tránh xung đột trong quá trình nạp code.

 GPIO9, GPIO10: hai chân này được dùng để giao tiếp với External Flash của ESP8266 vì vậy cũng không thể dùng được

-Chân được sử dụng trong khi khởi động

ESP8266 có thể không khởi động nếu một số chân được kéo xuống mức thấp hoặc mức cao Dưới đây là danh sách trạng thái của các chân khi khởi động.

GPIO16: chân ở mức cao khi khởi động ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP MÔ HÌNH VƯỜN THÔNG MINH

GPIO0: lỗi khởi động nếu kéo mức thấp

GPIO2: chân ở mức cao khi khởi động, không khởi động được nếu kéo mức thấp GPIO15: lỗi khởi động nếu kéo mức cao

GPIO3: chân ở mức cao khi khởi động

GPIO1: chân ở mức cao khi khởi động, không khởi động được nếu kéo mức thấp GPIO10: chân ở mức cao khi khởi động

GPIO9: chân ở mức cao khi khởi động

-Chân mức cao khi khởi động

Khi ESP8266 khởi động, một số chân GPIO sẽ phát tín hiệu 3.3V, điều này có thể gây ra vấn đề nếu bạn kết nối relay hoặc thiết bị ngoại vi khác Các chân GPIO này sẽ xuất tín hiệu mức cao trong quá trình khởi động.

82