Đồ án giám sát nhiệt độ độ ẩm và điều khiển thiết bị từ xa bằng nodemcu esp8266

EBOOKBKMT.COM BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI BÁO CÁO ĐỒ ÁN CHUYÊN MÔN ĐO LƯỜNG VÀ ĐIỀU KHIỂN ĐỀ TÀI SỐ : THIẾT KẾ HỆ THỐNG GIÁM SÁT NHIỆT ĐỘ VÀ ẨM BẰNG ESP8266 NODEMCU + BLYNK + DHT11 GV HƯỚNG DẪN : TS.BÙI VĂN HUY Nhóm SV thực hiện: ng Ngọc Ngun :1174040108 Laị Văn Thanh :1041040115 Trần Văn Thắng :2017607332 Vũ Đức Thịnh :1041040335 Nguyễn văn Vũ :2017606818 Hà Nội ngày 10 tháng năm 2018 LỜI CẢM ƠN EBOOKBKMT.COM Lời đầu tiên, cho chúng em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến cô giáo TS Bùi Văn Huy tận tình hướng dẫn, bảo, cung cấp tài liệu cần thiết, giúp đỡ động viên để em hồn thành đồ án Chúng Em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới thầy khoa Điện Điện tử nói riêng Trường Đại học Cơng Nghiệp Hà Nội nói chung tận tình giảng dạy, giúp đỡ truyền đạt kiến thức quý báu cho em suốt năm học tập rèn luyện trường vừa qua Em xin chân thành cảm ơn! Hà Nội , tháng 03 năm 2018 MỤC LỤC EBOOKBKMT.COM Trang Lời nói đầu CHƯƠNG I: CƠ SỞ LÝ THUYẾT A Tổng quan Arduino Giới thiệu chung Cấu trúc phần cứng B Cơ sở lý thuyết Module Wifi ESP8266 Giới thiệu ESP8266 Cấu tạo NODEMCU ESP8266 Tính NODEMCU ESP8266 Quản lý lượng NODE MCU ESP8266 Cấu trúc phần mềm lập trình Arduino C Đặc điểm cảm biến DHT11 D Cơ sở lý thuyết APP Blynk CHƯƠNG II: PHÂN TÍCH THIẾT KẾ HỆ THỐNG A Yêu cầu hệ thống 2.1 Mô tả hoạt động hệ thống 2.2 Yêu cầu hệ thống CHƯƠNG 3: MÔ PHỎNG VÀ XÂY DỰNG HỆ THỐNG THỰC NGHIỆM 3.1 Bài toán đặt 3.2 Thiết kế hệ thống Bảng liệt kê linh kiện Cài đặt giao diện Blynk Viết chương trình code cho Vi điều khiển NODEMCU 3.3 Lưu đồ thuật toán 3.4 Kết thực nghiệm KẾT LUẬN EBOOKBKMT.COM LỜI NÓI ĐẦU Trong xu phát triển nay, với bùng nổ ngành công nghệ thông tin, điện tử, tự động hóa,… Đã làm cho đời sống người ngày hồn thiện Các thiết bị tự động hóa ngày xâm lấn vào sản xuất chí vào sống sinh hoạt hàng ngày người Do ngơi nhà thơng minh giám sát điều khiển từ xa trở thành thực Là sinh viên khoa Điện trường Đại học công Nghiệp Hà Nội , kiến thức học mong muốn thiết kế mơ hình nhà tự động hóa đáp ứng nhu cầu sinh hoạt hàng ngày Nhóm em mạnh dạn chọn “Thiết kế mạch điều khiển thiết bị giám sát nhiệt độ , độ ẩm qua internet” làm đề tài cho đồ án Trong trình thực đồ án mình, hướng dẫn thầy BÙI VĂN HUY em cố gắng để hoàn thiện cách tốt Nhưng với kiến thức hiểu biết có hạn nên khơng tránh khỏi thiếu sót mong thầy bạn đóng góp ý kiến đề tài em hoàn thiện EBOOKBKMT.COM Chương CƠ SỞ LÝ THUYẾT A Tổng quan Arduino Giới thiệu chung Arduino mã nguồn mở điện tử tạo thành từ phần cứng phần mềm.Về mặt kĩ thuật coi Arduino điều khiển logic lập trình Đơn giản hơn, Arduino thiết bị tương tác với ngoại cảnh thông qua cảm biến hành vi lập trình sẵn Với thiết bị việc lắp ráp điều khiển thiết bị điện tử dễ dàng hết Hiện có nhiều loại vi điều khiển đa số lập trình ngơn ngữ C/C++ Assembly nên khó khăn cho người có kiến thức sâu điện tử lập trình Nó trở ngại cho người muốn tạo riêng cho đồ mang tính cơng nghệ Song Arduino giải vấn đề này, Arduino phát triển nhằm đơn giản hóa việc thiết kế, lắp ráp linh kiện điện tử lập trình vi điều khiển người tiếp cận dễ dàng với thiết bị điện tử mà không cần nhiều kiến thức điện tử thời gian Những mạnh Arduino so với tảng vi điều khiển khác: - Chạy đa tảng: Việc lập trình Arduino thực hệ điều hành khác Windows, Mac Os, Linux Desktop, Android di động - Ngơn ngữ lập trình đơn giản dễ hiểu - Mã nguồn mở: Arduino phát triển dựa nguồn mở nên phần mềm chạy Arduino chia sẻ dễ dàng tích hợp vào tảng khác - Mở rộng phần cứng: Arduino thiết kế sử dụng theo dạng modul nên việc mở rộng phần cứng dễ dàng - Đơn giản nhanh: Rất dễ dàng lắp ráp, lập trình sử dụng thiết bị EBOOKBKMT.COM - Dễ dàng chia sẻ: Mọi người dễ dàng chia sẻ mã nguồn với mà không lo lắng ngôn ngữ hay hệ điều hành sử dụng Arduino chọn làm não xử lý nhiều thiết bị từ đơn giản đến phức tạp Trong số có vài ứng dụng thực chứng tỏ khả vượt trội Arduino chúng có khả thực nhiều nhiệm vụ phức tạp Arduino biết đến nhiều phần cứng nó, phải có phần mềm để lập trình phần cứng Cả phần cứng phần mềm gọi chung Arduino ♦ Phần mềm Arduino: Phần mềm Arduino gọi sketches, tạo máy tính có tích hợp mơi trường phát triển (IDE) IDE cho phép viết, chỉnh sửa code chuyển đổi cho phần cứng hiểu IDE dùng để biên dịch nạp vào Arduino (quá trinh xử lý gọi UPLOAD) ♦ Phần cứng Arduino: Phần cứng Arduino board Arduino, nơi thực thi chương trình lập trình Các board điều khiển đáp trả tín hiệu điện, thành phần ghép trực tiếp vào nhằm tương tác với giới thực để cảm nhận truyền thơng Ví dụ cảm biến bao gồm thiết bị chuyển mạch, cảm biến siêu âm, gia tốc Các thiết bị truyền động bao gồm đèn, motor, loa thiết bị hiển thị Có nhiều ứng dụng sử dụng Arduino để điều khiển Arduino có nhiều module, module phát triển cho ứng dụng.Về mặt chức năng, bo mạch Arduino chia thành hai loại: loại bo mạch có chip Atmega loại mở rộng thêm chức cho bo mạch Các bo mạch giống chức năng, nhiên mặt cấu số lượng I/O, dung lượng nhớ, hay kích thước có khác Một số bo mạch có trang bị thêm tính kết nối Ethernet Bluetooth Các bo mở rộng chủ yếu mở rộng thêm EBOOKBKMT.COM số tính cho bo mạch ví dụ tính kết nối Ethernet, Wireless, điều khiển động Cấu trúc phần cứng ♦ Cấu trúc chung Arduino Uno bo mạch vi điều khiển dựa chip ATmega168 ATmega 328 Cấu trúc chung bao gồm: - 14 chân vào tín hiệu số, có chân sử dụng để điều chế độ rộng xung - Có chân đầu vào tín hiệu tương tự cho phép kết nối với cảm biến bên để thu thập số liệu - Sử dụng dao động thạch anh tần số dao động 16MHz - Có cổng kết nối chuẩn USB để nạp chương trình vào bo mạch chân cấp nguồn cho mạch, nút reset - Nó chứa tất thứ cần thiết để hỗ trợ vi điều khiển, nguồn cung cấp cho Arduino từ máy tính thơng qua cổng USB từ nguồn chuyên dụng biến đổi từ xoay chiều sang chiều nguồn lấy từ pin Hình 1.1 Cấu trúc phần cứng của Arduino Uno EBOOKBKMT.COM Thông số kỹ thuật của Uno:  Khối xử lý trung tâm vi điều khiển Atmega328  Điện áp hoạt động 5V  Điện áp đầu vào khuyến nghị 5-12V  Điện áp đầu vào giới hạn 6-20V  Dòng điện chiều chân vào 40mA  Dòng điện chiều cho chân 3.3V 50mA  Clock Speed 16 MHz  Flash Memory 16 Kb (ATmega 168) 32 Kb (ATmega 328), SRAM Kb (ATmega 168) Kb (ATmega 328), EEPROM 512 bytes (ATmega 168) Kb (AT mega 328) ♦ Nguồn ni Arduino hỗ trợ thông qua kết nối USB với nguồn cung cấp điện bên Các nguồn lượng lựa chọn tự động Hệ thống vi điều khiển hoạt động nguồn cung cấp bên ngồi từ 6V đến 20V Nên cung cấp với 7V, nhiên pin 5V cung cấp 5V hệ thống vi điều khiển không ổn định Nếu sử dụng nhiều 12V điều chỉnh điện áp nóng Phạm vi khuyến nghị 7V đến 12V  Chân Vin: Điện áp đầu vào Arduino dùng nguồn điện bên ngồi Chúng ta cung cấp nguồn thơng qua chân  Chân 5V: Cung cấp nguồn vi điều khiển phận khác bo mạch cung cấp nguồn cho thiết bị ngoại vi kết nối tới bo mạch  Chân 3V3: Cung cấp nguồn cho thiết bị cảm biến  Chân GND : Chân nối đất EBOOKBKMT.COM B.Cơ sở lý thuyết Module Wifi ESP8266 1.Giới thiệu ESP8266 ♦ Khái niệm:Module ESP8266 module wifi đánh giá cao cho ứng dụng liên quan đến Internet Wifi ứng dụng truyền nhận sử dụng thay cho module RF khác với khoảng cách truyền lên tới 100 mét( Mơi trường khơng có vật cản) Trên 400m với anten router thích hợp  ESP8266 cung cấp giải pháp kết nối mạng Wi-Fi hồn chỉnh khép kín, cho phép lưu trữ ứng dụng để giảm tải tất chức kết nối mạng Wi-Fi từ xử lý ứng dụng  Khi ESP8266 máy chủ ứng dụng hay vi xử lý ứng dụng có thiết bị, khởi động trực tiếp từ flash ngồi Nó có tích hợp nhớ cache để cải thiện hiệu suất hệ thống ứng dụng này, để giảm thiểu yêu cầu nhớ  Luôn phiên, phục vụ chuyển đổi Wi-Fi, truy cập internet khơng dây thêm vào thiết kế vi điều khiển dựa kết nối đơn giản qua giao diện UART giao diện cầu CPU AHB  Khả lưu trữ xử lý mạnh mẽ cho phép tích hợp với cảm biến, vi điều khiển thiết bị ứng dụng cụ thể khác thông qua GPIOs với chi phí tối thiểu PCB tối thiểu Với mức độ tích hợp cao chip, bao gồm anten chuyển đổi balun, chuyển đổi quản lý điện năng… EBOOKBKMT.COM Hình 1.6: Hình ảnh thực tế của Chip NODEMCU ESP8266 2.Cấu tạo NODEMCU ESP8266 Module ESP8266 có chân dùng để cấp nguồn thực kết nối Chức chân sau: + VCC: 3.3V lên đến 300Ma + GND: Chân Nối đất + Tx: Chân Tx giao thức UART, kết nối đến chân Rx vi điều khiển + Rx: Chân Rx giao thức UART, kết nối đến chân Tx vi điều khiển + RST: chân reset, kéo xuống mass để reset + 10 chân GPIO từ D0 – D8, có chức PWM, IIC, giao tiếp SPI, 1-Wire ADC chân A0 + Kết nối mạng wifi (có thể sử dụng điểm truy cập và/hoặc trạm máy chủ lưu trữ một, máy chủ web), kết nối internet để lấy tải lên liệu 10