Thiết kế ứng dụng Internet of things đo, giám sát các thông số môi trường và điều khiển thiết bị điện qua nền tảng Blynk

Bài viết Thiết kế ứng dụng Internet of things đo, giám sát các thông số môi trường và điều khiển thiết bị điện qua nền tảng Blynk trình bày một ứng dụng IoT cho việc đo lường, giám sát các thông số của môi trường như nhiệt độ, độ ẩm, nồng độ khí gas, phát hiện chuyển động và điều khiển thiết bị điện như quạt điện, đèn chiếu sáng.

TẠP CHÍ ISSN: 1859-316X KHOA HỌC CƠNG NGHỆ HÀNG HẢI JOURNAL OF MARINE SCIENCE AND TECHNOLOGY KHOA HỌC - CÔNG NGHỆ THIẾT KẾ ỨNG DỤNG INTERNET OF THINGS ĐO, GIÁM SÁT CÁC THÔNG SỐ MÔI TRƯỜNG VÀ ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ ĐIỆN QUA NỀN TẢNG BLYNK AN INTERNET OF THINGS APPLICATION FOR MEASUREMENT, SUPERVISION OF ENVIRONMENTAL PARAMETERS AND CONTROL ELECTRICAL DEVICES ON BLYNK ĐOÀN HỮU CHỨC Khoa Điện - Điện tử, Trường Đại học Quản lý Công nghệ Hải Phịng Email liên hệ: chucdh@hpu.edu.vn Tóm tắt Internet of things (IoT) ngày ứng dụng rộng rãi sống Bài báo trình bày ứng dụng IoT cho việc đo lường, giám sát thông số môi trường nhiệt độ, độ ẩm, nồng độ khí gas, phát chuyển động điều khiển thiết bị điện quạt điện, đèn chiếu sáng Các thành phần hệ thống, lưu đồ thuật toán giao diện điều khiển hệ thống trình bày cách chi tiết Việc kết nối tới hệ thống qua Internet để giám sát điều khiển thực qua trang web Blynk máy tính Blynk IoT điện thoại thơng minh Mơ hình hệ thống xây dựng hoạt động tin cậy bao gồm máy tính mà cịn bao gồm hệ thống nhúng kết nối đến đối tượng vật lý, tất nối vào mạng internet, cho phép thiết bị tạo, trao đổi, phân tích liệu đưa định với can thiệp người tối thiểu [1] IoT có tiềm thay đổi khía cạnh sống chúng ta, giống cách mà Internet thay đổi Internet kết nối vạn vật ứng dụng nhiều lĩnh vực Việc kết nối tới Internet thực qua nhiều cách khác qua mạng Lan, Wan, chuẩn Zigbee hay mạng wifi [2] Từ khóa: Arduino, ESP8266, IoT Abstract Internet of things (IoT) is increasingly widely applied in life The article presents an IoT application for measuring and monitoring environmental parameters of temperature, humidity, gas concentration, motion detection and control of electrical equipment such as electric fans and lights The components of the system, the algorithm flowchart and the system control interface are presented in detail The connection to the system via the Internet for monitoring and control is done via the Blynk website on a computer or Blynk IoT on a smartphone The system has been built and works reliably Keywords: Arduino, ESP8266, IoT Khái niệm IoT (Internet of Things) Một định nghĩa chấp nhận rộng rãi IoT là: Internet kết nối vạn vật (Internet of things - IoT) phát triển dịch vụ Internet, không SỐ 71 (8-2022) Hình Một số ứng dụng IoT Các ứng dụng phổ biến cho nhà thông minh, thành phố thông minh, nông nghiệp thông minh, giám sát thông số sức khỏe, môi trường, nơng nghiệp, [3] Trong [1] nhóm tác giả sử dụng KIT Arduino ESP8266 để thực số ứng dụng điều khiển thiết bị điện nhà thiết bị chiếu sáng, quạt điện, tivi,… Tuy nhiên việc sử dụng thêm kit Arduino Uno dùng ESP 8266 làm tăng độ phức tạp tăng giá thành hệ thống Trong [2] tổng kết so sánh ưu điểm việc sử dụng tảng kết nối mạng Internet cho ứng dụng IoT Qua cho thấy việc sử dụng kết nối qua mạng Internet - Wifi hiệu kết nối toàn cầu Mặc dù giá thành tăng 43 TẠP CHÍ KHOA HỌC - CƠNG NGHỆ lên Điều khắc phục cách dùng ESP 8266 tận dụng tài nguyên cho việc kết nối cảm biến để thu nhận tín hiệu đo sử dụng cho việc điều khiển thiết bị điện Trong báo này, tác giả trình bày thiết kế ứng dụng IoT sử dụng cảm biến đo lường thông số môi trường từ có tín hiệu điều khiển thiết bị phù hợp sử dụng ESP8266 kết nối mạng Internet qua Wifi Thiết kế ứng dụng IoT điều khiển thiết bị điện Để thiết kế ứng dụng IoT, ta sử dụng cảm biến để đo thông số môi trường nhiệt độ, độ ẩm, độ ẩm đất, nồng độ khí gas, cảm biến chuyển động từ lấy tín hiệu điều khiển quạt, điều hòa, thiết bị chiếu sáng cấu chấp hành khác Mơ hình bao gồm cảm biến nhiệt độ, độ ẩm, nồng độ khí ga, cảm biến chuyển động, cảm biến ánh sáng, vi xử lý, module truyền nhận tín hiệu khơng dây NodeMCU ESP8266 để điều khiển thiết bị nhà, giám sát thông số cảm biến trạng thái thiết bị thông qua thiết bị ngoại vi điện thoại máy tính mà trực tiếp qua app Blynk [4, 5] Sơ đồ hệ thống trình bày chi tiết Hình ISSN: 1859-316X KHOA HỌC CÔNG NGHỆ HÀNG HẢI JOURNAL OF MARINE SCIENCE AND TECHNOLOGY Điện áp hoạt động: 3,3V Điện áp vào: 5V thông qua cổng USB Số chân I/O: 11 (tất chân I/O có Interrupt/PWM/I2C/Onewire, trừ chân D0) Số chân Analog Input: (điện áp vào tối đa 3,3V) Bộ nhớ Flash: 4MB Giao tiếp: Cáp Micro USB Hỗ trợ bảo mật: WPA/WPA2 Tích hợp giao thức TCP/IP Để thuận lợi cho việc lắp đặt thực tế, nhóm sử dụng module ESP8266 cho phịng riêng biệt Chi tiết Hình Hình Sơ đồ chân ESP8266 Hình Mơ hình hệ thống IoT giám sát thông số môi trường Khối trung tâm Ý tưởng thiết kế sử dụng nhiều module cảm biến kết hợp, cần số lượng chân kết nối cụ thể Module Wifi ESP8266 NODE MCU với 14 chân digital I/O chân analog, cổng micro USB phù hợp để làm khối xử lý trung tâm Sơ đồ chân nguyên lý chi tiết trình bày Hình Các thơng số kỹ thuật chính: Chip: ESP8266EX Hình Sơ đồ nguyên lý khối điều khiển trung tâm Khối cảm biến - Cảm biến đo nhiệt độ độ ẩm DHT11 có chức thu thập giá trị thơng số nhiệt độ độ ẩm môi trường vùng tác động gửi cho module arduino mega - Để đo nồng độ loại khí gas gây cháy nổ, thiết kế sử dụng cảm biến MQ2 Tín hiệu từ cảm biến module aduino mega ESP8266 WiFi: 2,4GHz hỗ trợ chuẩn 802,11 b/g/n 44 SỐ 71 (8-2022) TẠP CHÍ ISSN: 1859-316X KHOA HỌC CÔNG NGHỆ HÀNG HẢI JOURNAL OF MARINE SCIENCE AND TECHNOLOGY - Cảm biến PIR làm nhiệm vụ phát chuyển động đối tượng thông qua việc thu nhận tín hiệu hồng ngoại nguồn phát gửi cho module arduino mega KHOA HỌC - CÔNG NGHỆ nhật xác giá trị thu từ cảm biến Giao diện thực điều khiển hệ thống tảng Web điện thoại thông minh Hình Khối truyền nhận liệu - Những thiết bị ngoại vi điện thoại máy tính kết nối truy cập ứng dụng Blynk qua Internet để hiển thị giá trị cảm biến điều khiển thiết bị điện qua ứng dụng thông qua Wifi - Các liệu từ thiết bị ngoại vi nhận từ NodeMCU qua Wifi để giám sát đồng thời gửi liệu cho NodeMCU để điều khiển Khối điều khiển Sử dụng relay để tắt mở thiết bị nhà đèn, quạt Khối nguồn Sử dụng adapter 5V/3A để cấp nguồn cho thiết bị, module cảm biến Hình Lưu đồ thuật tốn điều khiển hệ thống Hệ thống giám sát lắp đặt trực tiếp vào nhà, hộ nơi cần thiết Người dùng nắm bắt tình hình thông số môi trường nhiệt độ, độ ẩm, khí dễ cháy nổ chuyển động lúc kết nối Wifi với điện thoại thơng minh điều khiển thiết bị điện theo nhu cầu người sử dụng Trên sở phần cứng này, nhóm thực xây dựng thuật tốn viết chương trình điều khiển Để ứng dụng IoT, nhóm tác giả sử dụng ứng dụng Blynk Hình trình bày chi tiết lưu đồ thuật tốn Quy trình sau: - NodeMCU ESP8266 cấu hình nhận sóng wifi mật modem nhà mạng có kết nối tới Internet, đặt tốc độ Baud phù hợp, cấu hình ngõ vào cảm biến, sau đọc giá trị cảm biến, tạo chuỗi gồm thông số cảm biến, trạng thái thiết bị - Tiếp theo đẩy thông số lên ứng dụng Blynk qua wifi để giám sát theo dõi Đồng thời NodeMCU nhận tín hiệu điều khiển từ Blynk, để điều khiển thiết bị tương ứng - Việc truyền nhận tín hiệu NodeMCU kết nối qua mạng Internet Khi thông số môi trường cần giám sát nhiệt độ, độ ẩm, độ ẩm đất, nồng độ khí dễ cháy, vượt mức quy định xử lý trung tâm ESP8266 gửi cảnh báo đến điện thoại qua email người dùng - Các bước lặp lại liên tục để đảm bảo hệ thống điều khiển thiết bị cập SỐ 71 (8-2022) Hình Giao diện điều khiển điện thoại Giao diện Blynk hệ thống bao gồm khối: Khối điều khiển: Bao gồm nút để điều khiển bật tắt thiết bị đèn quạt nhà 45 TẠP CHÍ KHOA HỌC - CƠNG NGHỆ Khối hiển thị: Bao gồm hình thị thơng tin môi trường giám sát giá trị nhiệt độ phịng, độ ẩm phịng, khí gas chuyển động ngơi nhà ISSN: 1859-316X KHOA HỌC CƠNG NGHỆ HÀNG HẢI JOURNAL OF MARINE SCIENCE AND TECHNOLOGY TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Lalit Mohan Satapathy, Samir Kumar Bastia, Nihar Mohanty (2018), Arduino based home automation using Internet of things (IoT), International Journal of Pure and Applied Mathematics, Vol.118, No.17 [2] Mehedi Hasan, MD Toufiqul Islam Bilash, Parag Biswas, Md Ashik Zafar Dipto (2018), Smart Home Systems: Overview and Comparative Analysis, 2018 Fourth International Conference on Research in Computational Intelligence and Communication Networks (ICRCICN) [3] Vincent Ricquebourg, David Menga, David Durand, Bruno Marhic, Laurent Delahoche, Christophe (2006), The Smart Home Concept: our immediate future, 2006 1ST IEEE International Conference on E-Learning in Industrial Electronics Hình Giao diện điều khiển web Kết luận Hệ thống sau thiết kế, lắp đặt chạy thử nghiệm cho kết hoạt động ổn định tin cậy Người sử dụng giám sát điều khiển hệ thống qua thao tác đơn giản, dễ sử dụng nút điều khiển ảo điện thoại máy tính có kết nối mạng Internet trang web Blynk Hệ thống có tính bảo mật an toàn cao cho người sử dụng [4] Adeel Javed (2016), Building Arduino Projects for the Internet of Things, Building Arduino Projects for the Internet of Things [5] Marco Schwartz (2016), Internet of Things with Arduino Cookbook, Packt Publishing Ltd, Ngày nhận bài: Ngày nhận sửa: Ngày duyệt đăng: 02/8/2022 13/8/2022 19/8/2022 Việc điều khiển thiết bị điện nhà quạt điện, điều hòa hay thiết bị chiếu sáng thực qua ứng dụng Blynk Các cảm biến sử dụng hoạt động tốt Dữ liệu trạng thái thiết bị cảm biến truyền nhận liên tục qua serve ứng dụng Blynk Người dùng nhận đầy đủ thơng tin hệ thống điện thoại thơng minh máy tính truy cập Internet Hệ thống tiến hành cảnh báo cho người dùng cách gửi mail thông báo qua điện thoại Những tồn chưa xử lý nhà đột ngột điện cấp điện cho thiết bị thiết bị chấp hành hoạt động khơng ổn định hỏng trạng thái thiết bị khơng cập nhật xác Chưa đáp ứng điều khiển thời gian thực 46 SỐ 71 (8-2022) ... ứng dụng IoT sử dụng cảm biến đo lường thơng số mơi trường từ có tín hiệu điều khiển thiết bị phù hợp sử dụng ESP8266 kết nối mạng Internet qua Wifi Thiết kế ứng dụng IoT điều khiển thiết bị điện. .. biến điều khiển thiết bị điện qua ứng dụng thông qua Wifi - Các liệu từ thiết bị ngoại vi nhận từ NodeMCU qua Wifi để giám sát đồng thời gửi liệu cho NodeMCU để điều khiển Khối điều khiển Sử dụng. .. điều khiển thiết bị điện nhà quạt điện, điều hòa hay thiết bị chiếu sáng thực qua ứng dụng Blynk Các cảm biến sử dụng hoạt động tốt Dữ liệu trạng thái thiết bị cảm biến truyền nhận liên tục qua