BÁO cáo bài tập chủ đề thiết kế hệ thống thông gió điều khiển từ xa

1 BÁO CÁO BÀI TẬP Chủ đề : Thiết kế hệ thống thơng gió điều khiển từ xa Giảng viên hướng dẫn: Ts Ngơ Thanh Bình Sinh viên: Đặng Đồng Tuấn Anh - 181413497 Giáp Kim Anh - 181401811 Nguyễn Trọng Lâm - 1814000398 Bùi Trọng Nghĩa - 181412037 Phạm Minh Phương - 181401833 Lớp : Kỹ thuật Điện tử & Tin học Công nghiệp - K59 Môn : Thiết kế Hệ thống Nhúng I Phân tích yêu cầu đề II Lý thuyết chung III.Phần cứng IV Phần mềm I Phân tích yêu cầu đề 1) Ý tưởng Xây dựng hệ thống nhúng sử dụng vi xử lý ESP32 ứng dụng điều khiển cách ly thu thập liệu qua mạng wifi 2) Mục tiêu Xây dựng mạch thu thập liệu điều khiển relay từ xa hướng tới ứng dụng hệ thống thơng gió sinh hoạt 3) Hướng phát triển  Phát triển thêm chức điều khiển đèn, điều hòa  Xây dựng hệ thống báo cháy  Ứng dụng thêm vào mạng Lora, ESP-Now  II Lý thuyết chung 1) Cơ sở lý thuyết 2) Các giao thức a) Giao thức HTTP - HTTP tên viết tắt cụm từ HyperText Transfer Protocol - giao thức truyền tải siêu văn bản, sử dụng www dùng để truyền tải liệu Web server đến trình duyệt Web ngược lại - HTTP lần đầu giới thiệu vào năm 90 Cho đến ngày nay, khơng ngừng mở rộng chiếm vị trí quan trọng giới Internet HTTP coi giao thức ứng dụng giao thức tảng cho Internet TCP/IP Nó gửi thơng qua kết nối TCP mã hóa TLS II b) Lý thuyết chung Cấu trúc HTTP - Cấu trúc hoạt động HTTP đơn giản dễ hiểu HTTP tảng cho phép giao tiếp phía Client Server Client người dùng, thường truy cập vào HTTP thơng qua cơng cụ trình duyệt web Cịn Server đại diện cho phía website, đằng sau giao diện web gồm có kịch phản ứng từ máy chủ sở liệu - Quá trình giao tiếp Client Server dựa message độc lập Đầu tiên, phía khách hàng gửi message đến cho máy chủ, thường yêu cầu lợi ích khiến khách hàng truy cập website Sau tiếp nhận yêu cầu xử lý, máy chủ trả lại message gọi phản hồi II Lý thuyết chung d) Giao thức WebSocket Websocket là giao thức hỗ trợ giao tiếp hai chiều client server để tạo kết nối trao đổi liệu Giao thức không sử dụng HTTP mà thực qua TCP Mặc dù thiết kế để chuyên sử dụng cho ứng dụng web, lập trình viên đưa chúng vào loại ứng dụng Ưu điểm: WebSocket cung cấp giao thức giao tiếp hai chiều mạnh mẽ Nó có độ trễ thấp dễ xử lý lỗi Websocket thường sử dụng cho trường hợp yêu cầu real time chat, hiển thị biểu đồ hay thông tin chứng khoán Cấu trúc WebSocket III Phần cứng 1) Linh kiện sử dụng mạch  Kit Arduino Wifi BLE SoC ESP32 WeMos D1 R32  LCD keypad shield 1602  Module relay kênh 5V10A RL1-0510  cảm biến nhiệt độ, độ ẩm DTH11  nguồn adapter 12V  Điện thoại máy tính III Phần cứng a) Giới thiệu ESP32 ESP32 là series vi điều khiển trên vi mạch giá rẻ, lượng thấp có hỗ trợ WiFi dual-mode Bluetooth (tạm dịch: Bluetooth chế độ kép) Dòng ESP32 sử dụng vi xử lý Tensilica Xtensa LX6 hai biến thể lõi kép và lõi đơn, và bao gồm cơng tắc antenna tích hợp, RF balun, khuếch đại công suất, khuếch đại thu nhiễu thấp, lọc module quản lý lượng Nhà chế tạo Espressif Systems Loại Vi điều khiển Ngày mắt tháng 9, 2016 CPU Tensilica Xtensa LX6 microprocessor @ 160 or 240 MHz Bộ nhớ 520 KiB SRAM Năng lượng 3.3 VDC Sản phẩm trước ESP8266 Sản phẩm sau ESP32-S2 III Phần cứng a) Giới thiệu ESP32 Sơ đồ chân ESP32 Sơ đồ khối chức ESP32 10 III Phần cứng d) Cảm biến nhiệt độ, độ ẩm DTH11  Cảm biến độ ẩm nhiệt độ DHT11 là cảm biến thơng dụng chi phí rẻ dễ lấy liệu thông qua giao tiếp wire (giao tiếp digital dây truyền liệu nhất) Bộ tiền xử lý tín hiệu tích hợp cảm biến giúp bạn có liệu xác mà khơng phải qua tính tốn Thông số kỹ thuật:  Nguồn: - VDC  Dòng sử dụng: 2.5mA max  Khoảng đo độ ẩm: 20%-90% RH (± 5%RH)   Khoảng đo nhiệt độ: 0-50°C (± 2°C)   Tần số lấy mẫu tối đa: 1Hz (1 giây / lần)  Kích thước 15mm x 12mm x 5.5mm 17 III Phần cứng e) Nguồn adapter 12V Nguồn adapter 12V - 1A được thiết kế để chuyển đổi điện áp từ nguồn xoay chiều 110/220VAC thành nguồn 12VDC để cung cấp cho thiết bị hoạt động Thông số kỹ thuật  Điện áp đầu vào: AC100-240V 50 / 60HZ  Đầu cắm AC: chuẩn Hoa Kỳ  Điện áp đầu ra:  DC12V  Dòng đầu tối đa: 1A  Tổng chiều dài nguồn ~ 1m5  Hiệu quả: > 85%  Jack cắm DC : 5.5*2.5mm (tương thích 5.5 * 2.1mm)  Trọng lượng: 215g 18 III Phần cứng 2) Sơ đồ khối phần cứng 19 III Phần cứng 3) Mạch đấu nối Thiết bị đấu nối Chân ESP32 Chân thiết bị DHT11 IO04 DATA Relay IO17 EN1 Sơ đồ đấu nối Fritzing Mạch đấu nối thực tế 20 IV Phần mềm 1) Môi trường lập trình a) Visual Studio Code • Visual Studio Code là trình biên tập mã phát triển bởi Microsoft dành cho Windows, Linux và macOS Nó hỗ trợ chức debug, kèm với Git, có syntax highlighting, tự hồn thành mã thơng minh, snippets, và cải tiến mã nguồn • Visual Studio Code dựa trên Electron, tảng sử dụng để triển khai ứng dụng Node.js máy tính cá nhân chạy động bố trí Blink • Trong khảo sát vào năm 2018 Stack Overflow, Visual Studio Code xếp hạng trình biên tập mã phổ biến 21 IV Phần mềm Tính năng: • Visual Studio Code hỗ trợ nhiều ngơn ngữ chức tùy vào ngơn ngữ sử dụng • Nhiều chức Visual Studio Code không hiển thị menu tùy chọn hay giao diện người dùng Thay vào đó, chúng gọi thơng qua khung nhập lệnh hoặc qua tập tin .json (ví dụ tập tin tùy chỉnh người dùng) • Khung nhập lệnh giao diện theo dịng lệnh Tuy nhiên, biến người dùng nhấp nơi khác, nhấn tổ hợp phím để tương tác với bên ngồi Giao diện Visual Studio Code 22 IV Phần mềm Các chức phụ thuộc vào ngôn ngữ Chức Ngôn ngữ Syntax highlighting Batch, C++, Clojure, CoffeeScript, DockerFile, Elixir, F#, Go, Pug template language, Java, HandleBars, Ini, Lua, Makefile, ObjectiveC, Perl, PowerShell, Python, R, Razor, Ruby, Rust, SQL, Visual Basic, XML Snippets Groovy, Markdown, Nim, PHP, Swift Tự động hồn thành mã thơng minh CSS, HTML, JavaScript, JSON, Less, Sass, TypeScript Cải tiến mã nguồn C#, TypeScript Debugging     JavaScript và TypeScript cho Node.js C# và F# cho Mono trên Linux và macOS C và C++ trên Windows, Linux và macOS Python Visual Studio Code mở rộng qua plugin Điều giúp bổ sung thêm chức cho trình biên tập và hỗ trợ thêm ngơn ngữ. Một tính đáng ý khả tạo phần mở rộng để phân tích mã, linter cơng cụ phân tích, sử dụng Language Server Protocol 23 IV Phần mềm b) Platform IO-IDE • PlatformIO hệ sinh thái mã nguồn mở viết Python để phát triển IoT IDE đa tảng với trình gỡ lỗi hợp chạy Windows, Mac Linux • PlatformIO kèm với trình quản lý thư viện cho tảng Arduino hay MBED với kiểm thử phần mềm cập nhật firmware • PlatformIO hỗ trợ số platform, framework, board Arduino, ESP32, ESP8266 kèm với số ví dụ thư viện Giao diện lập trình Platform IO VSCode 24 IV Phần mềm Những ưu điểm PlatformIO: • PlatformIO giúp người dùng viết chương trình nhanh chóng với tính hồn tất code C/C ++ công cụ hỗ trợ viết code thông minh Linter để phát triển dự án chuyên nghiệp nhanh chóng Nó kèm với điều hướng code định dạng code • Trình gỡ lỗi hợp với hỗ trợ cho nhiều kiến trúc tảng phát triển cho phép gỡ lỗi nhiều board nhúng với Zero-Configuration Trình gỡ lỗi có tính điểm ngắt có điều kiện (Conditional Breakpoint), biểu thức (Expression) điểm theo dõi (Watchpoint), trình xem nhớ (Memory Viewer), khởi động lại nóng phiên gỡ lỗi hoạt động • PlatformIO Core viết Python hoạt động Windows, macOS, Linux, FreeBSD chí máy tính có kích thước nhỏ dựa ARM Raspberry Pi, BeagleBone, CubieBoard, Samsung ARTIK, v.v 25 IV Phần mềm 2) Ngơn ngữ lập trình • JavaScript: một ngơn ngữ lập trình thơng dịch được phát triển từ ý niệm nguyên mẫu, tích hợp nhúng HTML giúp website sống động JavaScript cho phép kiểm soát hành vi trang web tốt so với sử dụng HTML • C++: loại ngơn ngữ lập trình bậc trung (middlelevel) Đây ngơn ngữ lập trình đa tạo Bjarne Stroustrup phần mở rộng ngôn ngữ lập trình C, "C với lớp Class“ C++ thiết kế hướng tới lập trình hệ thống máy tính phần mềm nhúng mạch vi xử lý, bao gồm hệ thống có tài nguyên hạn chế tài nguyên khổng lồ, với ưu điểm vượt trội hiệu suất, hiệu tính linh hoạt cao 26 IV Phần mềm 2) Lưu đồ thuật toán 27 IV Phần mềm Cách thức lấy liệu từ cảm biến DHT11 gửi nhận dữ liệu với một dây tín hiệu DATA, với chuẩn liệu truyền dây này, phải đảm bảo cho chế độ chờ (idle) dây DATA có giá trị mức cao, nên mạch sử dụng DHT11, dây DATA phải mắc với trở kéo bên ngồi (thơng thường giá trị 4.7kΩ) Dữ liệu truyền DHT11 gồm 40bit liệu theo thứ tự: bit biểu thị phần nguyên độ ẩm + bit biểu thị phần thập phân độ ẩm + bit biểu thị phần nguyên nhiệt độ + bit biểu thị phần thập phân nhiệt độ + bit check sum 28 IV Phần mềm Cách thức điều khiển relay • Sự kiện đảo trạng thái điều khiển relay Client thông báo đến Web server: • Hàm xử lý tin nhắn nhận từ Client: 29 Cách thức hiển thị LCD , WebSocket • Hiển thị LCD: Sử dụng thư viện hỗ trợ “LiquidCrystal.h” Thư viện cho phép điều khiển hình LCD dựa chipset Hitachi HD44780 Thư viện hoạt động chế độ bit (tức sử dụng dịng liệu ngồi RS, bật tùy chọn đường điều khiển RW) • Hiển thị WebSocket: Sự kiện gửi liệu lên HTML Dữ liệu từ sensor gửi dạng chuỗi JSON Cập nhật liệu lên Web server Hiển thị lên Web 30 V Kết Video chạy thành phẩm 31 ...BÁO CÁO BÀI TẬP Chủ đề : Thiết kế hệ thống thơng gió điều khiển từ xa Giảng viên hướng dẫn: Ts Ngơ Thanh Bình Sinh viên: Đặng Đồng... mạch thu thập liệu điều khiển relay từ xa hướng tới ứng dụng hệ thống thơng gió sinh hoạt 3) Hướng phát triển  Phát triển thêm chức điều khiển đèn, điều hòa  Xây dựng hệ thống báo cháy  Ứng dụng... : Thiết kế Hệ thống Nhúng I Phân tích yêu cầu đề II Lý thuyết chung III.Phần cứng IV Phần mềm I Phân tích yêu cầu đề 1) Ý tưởng Xây dựng hệ thống nhúng sử dụng vi xử lý ESP32 ứng dụng điều khiển