Thiết lập mô hình mạng điều khiển từ internet đến board điều khiển trung tâm, rồi từ đó đi đến các nút mạng khác. Giao tiếp dữ liệu qua mạng wifi thành công giữa board điều khiển trung tâm và các thiết bị hay cảm biến Xây dựng chương trình điều khiển là một server ứng dụng app điện thoại được tích hợp trên board, cho phép điều khiển khi có wifi. Thiết kế và thi công một số cảm biến như: cảm biến nhiệt độ độ ẩm, cảm biến độ ẩm đất và cảm biến ánh sáng.
BỘ THÔNG TIN & TRUYỀN THÔNG HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THƠNG BÁO CÁO BÀI TẬP LỚN Môn học: Đồ án thiết kế hệ thống nhúng Đề tài: Thiết kế vườn tự động Hà Nội, 2022 Vườn tự động GVHD: T.S Nguyễn Ngọc Minh MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU I TỔNG QUAN VỀ VƯỜN TỰ ĐỘNG Giới thiệu đề tài Mục đích đề tài Mô tả yêu cầu 4 Mục tiêu thực Sơ lược bước thực đề tài II LINH KIỆN VÀ CÁC CHUẨN GIAO TIẾP SỬ DỤNG Các linh kiện sử dụng chức 1.1 Linh kiện sử dụng 1.2 Giới thiệu linh kiện Các chuẩn giao tiếp sử dụng 13 2.1 Hệ điều hành FREERTOS 13 2.2 Giao tiếp UART 14 2.3 Chuyển đổi ADC 16 2.4 Giao tiếp API 18 2.5 Giao tiếp One Wire 19 2.6 Giao thức MQTT 20 III THIẾT KẾ MẠCH 22 Sơ đồ khối 22 1.1 Khối đầu vào 22 1.2 Khối xử lý STM32F103C8T6 22 1.3 Khối truyền nhận ESP8266 22 1.4 Khối hiển thị Web 22 1.5 Khối đầu 23 Thiết kế mạch phần cứng 23 2.1 Sơ đồ nguyên lý 23 2.2 PCB 23 2.3 Mạch hoàn thiện 24 IV KẾT LUẬN 25 Vườn tự động GVHD: T.S Nguyễn Ngọc Minh LỜI NÓI ĐẦU Ngày nay, với phát triển vượt bậc khoa học kỹ thuật (KHKT), cơng cụ, máy móc hỗ trợ ngày ăn sâu vào lĩnh vực đời sống: từ ngành truyền thống lâu đời dệt may, nông nghiệp… đến ngành công nghệ cao, địi hỏi tỉ mỉ xác cực cao Ngồi chúng cơng cụ giải trí, liên lạc,… giúp người liên lạc, giao tiếp với cách dễ dàng, nhanh chóng cần thiết, đại dịch Covid – 19, người phải hạn chế việc giao tiếp trực tiếp với Song song với tiến mà KHKT mang lại, lại quan tâm đến mối liên hệ lượng - môi trường Chúng ta cần phải phối hợp phát triển kỹ thuật bảo vệ mơi trường gọi phát triển bền vững Từ đó, loại lượng người cho đời điện gió , điện mặt trời… giúp giảm thiểu tác hại ô nhiễm môi trường Vườn tự động trang bị hệ thống tự động thơng minh với cách bố trí hợp lý, hệ thống có khả tự điều phối hoạt động theo thói quen người sử dụng loại trồng Các thiết bị tự đưa cách xử lý tình lập trình trước, điều khiển giám sát từ xa Từ nhu cầu thực tế muốn ước mơ sử dụng thiết bị điện dân dụng tự động đến với người dân, đồ án chúng em đề xuất xây dựng đề tài “Thiết kế mơ hình vườn tự động ứng dụng vi điều khiển” Chúng em xin chân thành cảm ơn giảng viên thầy Nguyễn Ngọc Minh, cảm ơn thầy cô giáo khoa Kỹ thuật Điện tử I tận tình giúp đỡ chúng em để đề tài chúng em hoàn thành thời hạn Vườn tự động GVHD: T.S Nguyễn Ngọc Minh I TỔNG QUAN VỀ VƯỜN TỰ ĐỘNG Giới thiệu đề tài Vườn tự động kiểu vườn lắp đặt thiết bị điện, điện tử điều khiển tự động hoá bán tự động Thay người thực thao tác quản lý, điều khiển Hệ thống điện tử giao tiếp với người dùng thông qua bảng điện tử đặt nhà, ứng dụng điện thoại di động, máy tính bảng giao diện web Mục đích đề tài Bạn kiểm sốt xem diễn vườn Ngay bạn khơng sử dụng điện thoại thơng minh, máy tính bảng đơi máy tính Vừa dễ dàng để sinh viên vận dụng kiến thức tiếp thu giảng đường vào phù hợp để sinh viên học tập nghiên cứu thêm ngành Điện tử cách cụ thể Mô tả yêu cầu Đảm bảo đầy đủ yếu tố mô vườn tự động thu nhỏ Có tính khả thi thực thời gian ngắn Đảm bảo phát triển theo mục tiêu đề tài đặt ra: điều khiển quản lý thiết bị thông qua mạng internet Mục tiêu thực Thiết lập mơ hình mạng điều khiển từ internet đến board điều khiển trung tâm, từ đến nút mạng khác Giao tiếp liệu qua mạng wifi thành công board điều khiển trung tâm thiết bị hay cảm biến Xây dựng chương trình điều khiển server ứng dụng app điện thoại tích hợp board, cho phép điều khiển có wifi Thiết kế thi cơng số cảm biến như: cảm biến nhiệt độ độ ẩm, cảm biến độ ẩm đất cảm biến ánh sáng Sơ lược bước thực đề tài • Bước 1: Thảo luận đề tài, tìm hiểu linh kiện, đọc tài liệu liên quan • Bước 2: Thống kê linh kiện, chọn giá sản phẩm phù hợp với nhu cầu tiến hành mua linh kiện cần thiết • Bước 3: Thiết kế mơ hình mơ vườn tự động Vườn tự động GVHD: T.S Nguyễn Ngọc Minh • Bước 4: Thực nghiệm kiểm tra linh kiện, nghiên cứu cách hoạt động • Bước 5: Nạp thử nghiệm • Bước 6: Lắp ráp linh kiện cần thiết kiểm thử sản phẩm • Bước 7: Làm báo cáo, thuyết trình, kết luận II LINH KIỆN VÀ CÁC CHUẨN GIAO TIẾP SỬ DỤNG Các linh kiện sử dụng chức 1.1 Linh kiện sử dụng • Esp8266 NodeMCU • STM32F103C8T6 • Module kênh 5V • Module DHT11 • Module cảm biến ánh sáng • Module cảm biến độ ẩm đất LM393 • Van nước/ bơm nước DC 5v • Đèn LED 1.2 Giới thiệu linh kiện • Esp8266 NodeMCU : Kit RF thu phát Wifi ESP8266 NodeMCU Lua CP2102 kit phát triển dựa chip Wifi SoC ESP8266 với thiết kế dễ sử dụng đặc biệt sử dụng trực tiếp trình biên dịch Arduino để lập trình nạp code, điều khiến việc sử dụng lập trình ứng dụng ESP8266 trở nên đơn giản Kit RF thu phát Wifi ESP8266 NodeMCU Lua CP2102 dùng cho ứng dụng cần kết nối, thu thập liệu điều khiển qua sóng Wifi, đặc biệt ứng dụng liên quan đến IoT Vườn tự động GVHD: T.S Nguyễn Ngọc Minh Module ESP8266 Thông số kỹ thuật : ✓ IC chính: ESP8266 ✓ Phiên firmware: NodeMCU Lua ✓ Chip nạp giao tiếp UART: CP2102 ✓ GPIO tương thích hồn tồn với firmware Node MCU ✓ Cấp nguồn: 5VDC MicroUSB Vin ✓ GIPO giao tiếp mức 3.3VDC ✓ Tích hợp Led báo trạng thái, nút Reset, Flash ✓ Tương thích hồn tồn với trình biên dịch Arduino ✓ Kích thước: 25 x 50 mm Vườn tự động GVHD: T.S Nguyễn Ngọc Minh Cấu hình chân chức ESP8266 • STM32F103C8T6STM32 Là dòng chip phổ biến ST với nhiều họ thông dụng F0,F1,F2,F3,F4… Stm32f103 thuộc họ F1 với lõi ARM COTEX M3 STM32F103 vi điều khiển 32 bit, tốc độ tối đa 72Mhz Giá thành rẻ so với loại vi điều khiển có chức tương tự Mạch nạp cơng cụ lập trình đa dạng dễ sử dụng.\ Vườn tự động GVHD: T.S Nguyễn Ngọc Minh Kit STM32F103C8T6 Thông số kỹ thuật: ✓ Điện áp cấp 5VDC qua cổng Micro USB chuyển đổi thành 3.3VDC qua IC nguồn cấp cho Vi điều khiển ✓ Tích hợp sẵn thạch anh 8Mhz ✓ Tích hợp sẵn thạnh anh 32Khz cho ứng dụng RTC ✓ Ra chân đầy đủ tất GPIO giao tiếp: CAN, I2C, SPI, UART, USB,… ✓ Tích hợp Led trạng thái nguồn, Led PC13, Nút Reset ✓ Kích thước: 53.34 x 15.24mm ✓ Sử dụng với mạch nạp: ST-Link Mini, J-link, USB TO COM ✓ Kết nối chân nạp ST-Link Mini ✓ Nạp theo chuẩn SWD • Module relay kênh 5V Gồm relay , điện áp hoạt động v điều khiển đầu tối đa 220VAC/10A 30VDC/10A Đầu vào IN1, IN2, IN3 IN4 nhận tín hiệu cực thấp Module relay kênh nhỏ thiết kế gọn chuyên nghiệp , khả chống nhiễu tốt khả cách điện tốt An tồn đáng tin cậy Có sẵn header Vườn tự động GVHD: T.S Nguyễn Ngọc Minh tiện dụng kết nối với vi điều khiển Có lỗ bắt vít tiện lợi dễ lắp đặt hệ thống mạch Trong module có sẵn mạch kích relay sử dụng IC cách ly quang transistor giúp cách ly hoàn toàn mạch vi điều khiển với rơ le bảo đảm vi điều khiển hoạt động ổn định Mạch điều khiển relay kênh sử dụng chân kích mức Thấp (0V): có tín hiệu 0V vào chân IN relay nhảy qua thường Mở Relay Module relay kênh 5V • Module đo nhiệt độ độ ẩm DHT11 Cảm biến nhiệt độ độ ẩm DHT11 Vườn tự động GVHD: T.S Nguyễn Ngọc Minh DHT11 cảm biến nhiêt độ độ ẩm giao tiếp với chân liệu, DHT11 đo giá trị độ ẩm từ 20% đến 90%RH nhiệt độ từ 0oC đến 50oC, độ xác: ± 5%RH ±2oC Cấu tạo cảm biến gồm 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 bất kỳ khâu phân tích hay tính tốn Thông số kỹ thuật : ✓ Điện áp hoạt động: 5VDC ✓ Chuẩn giao tiếp: TTL, wire ✓ Khoảng đo độ ẩm: 20%-80%RH sai số ± 5%RH ✓ Khoảng đo nhiệt độ: 0-50°C sai số ± 2°C ✓ Tần số lấy mẫu tối đa 1Hz (1 giây / lần) ✓ Kích thước: 28mm x 12mm x10m ✓ DHT11 có chân: VCC, DATA, NC, GND ✓ Module DHT11 gắn sẵn điện trở led báo nguồn, nên có chân ✓ VCC: Nguồn 3.3 - 5.5VDC ✓ DATA: Chân liệu ✓ GND: Nối đất, cực âm • Module cảm biến độ ẩm đất LM393 Cảm biến bao gồm biến trở để đặt ngưỡng độ ẩm mong muốn Đầu kỹ thuật số kết nối với điều khiển vi mô để cảm nhận mức độ ẩm Cảm biến xuất đầu tương tự kết nối với ADC điều khiển vi mô để có mức độ ẩm xác đất, phù hợp để thực dự án làm vườn nước, cảm biến nước, v.v Trạng thái đầu mức thấp (0V), đất thiếu nước đầu mức cao (5V), độ nhạy cao điều chỉnh biến trở Cảm biến 10 Vườn tự động GVHD: T.S Nguyễn Ngọc Minh độ ẩm đất sử dung tưới hoa tự động khơng có người quản lý khu vườn bạn dùng ứng dụng tương tự trồng Độ nhạy cảm biến độ ẩm đất tùy chỉnh (bằng cách điều chỉnh chiết áp màu xanh board mạch) Phần đầu DO cắm vào đất để phát độ ẩm đất, độ ầm đất đạt ngưỡng thiết lập, đầu DO chuyển trạng thái từ mức thấp lên mức cao Cảm biến độ ẩm đất LM393 Thông số kỹ thuật: ✓ Điện áp làm việc 3.3V ~ 5V ✓ Có lỗ cố định để lắp đặt thuận tiện ✓ Kích thước: 59 * 1.5 * 19.6 mm ✓ Sử dung chip LM393 để so sánh, ổn định làm việc ✓ Đầu kết nối sử dụng dây + VCC: 3.3V ~ 5V + GND: GND nguồn + DO: Đầu tín hiệu số (mức cao mức thấp) + AO: Đầu tín hiệu tương tự (Analog) 11 Vườn tự động GVHD: T.S Nguyễn Ngọc Minh • Module cảm biến ảnh sáng Module cảm biến ánh sáng Thông số kỹ thuật ✓ ✓ ✓ ✓ ✓ ✓ ✓ ✓ Điện áp hoạt động: 3.3V - 5V Kích thước PCB: 3cm x 1.6cm Led xanh báo nguồn ánh sáng IC so sánh : LM393 VCC: 3.3V - 5V GND: 0V DO: Đầu tín hiệu số (0 1) Mô tả sơ đồ chân module cảm biến ánh sáng + DO: Tín hiệu digital + GND: Nối Mass - Cực âm + VCC: Nối nguồn 3.3V đến 5V • Cách hoạt động - Khi mức ánh sáng xung quanh chưa đạt đến ngưỡng, DO mức cao Khi mức ánh sáng xung quanh vượt ngưỡng thiết lập, đầu DO mức thấp - Đầu DO kết nối trực tiếp với vi điều khiển module khác (có thể mạch điều khiển ánh sáng) - Đầu AO kết nối với vi điều khiển thơng qua chức ADC, bạn nhận giá trị cường độ ánh sáng xung quanh xác 12 Vườn tự động GVHD: T.S Nguyễn Ngọc Minh Các chuẩn giao tiếp sử dụng 2.1 Hệ điều hành FREERTOS RTOS viết tắt cụm từ Real-time operating system hay hệ điều hành thời gian thực thường nhúng dòng vi điều khiển dùng để điều khiển thiết bị cách nhanh chóng đa nhiệm (multi tasking) Để hiểu rõ ràng trước hết làm rõ khái niệm hệ điều hành Hệ điều hành (tiếng Anh: Operating System – viết tắt: OS) phần mềm dùng để điều hành, quản lý toàn tất thành phần (bao gồm phần cứng phần mềm) thiết bị điện tử Hệ điều hành giống hội đồng quản trị Họ có quyền định làm thời gian Các nhân viên ứng dụng, nhận lệnh cấp thực thi công việc theo chức Hệ điều hành thời gian thực (realtime): sinh cho tác vụ cần phản hồi nhanh hệ thống, thường nhúng loại vi điều khiển khơng có giao diện (GUI) tương tác với người dùng Chúng cần phản hồi nhanh đa số tác vụ tương tác với thiết bị, máy móc khác khơng phải người Các tài nguyên bên hữu hạn nên chậm trễ làm hệ thống làm việc hồn tồn sai lệch • Hệ điều hành thời gian thực cịn chia thành loại: • Soft-realtime: Sử dụng cho ứng dụng cruise control (điều khiển hành trình) tơ ứng dụng viễn thơng 13 Vườn tự động • GVHD: T.S Nguyễn Ngọc Minh Hard-realtime: Sử dụng ứng dụng điều khiển máy bay, động điện Ứng dụng RTOS sử dụng nhiều lập trình ESP32, ESP8266, STM32 dòng chip khác RTOS phân đoạn phần chương trình, giải việc điều phối task, lập lịch phân mức ưu tiên cho task, nắm bắt thông điệp gửi từ task RTOS phức tạp, nói cách dễ hiểu thực việc xử lý trạng thái máy (State Machine) Các bạn tìm hiểu viết States Machine lập trình nhúng Nhân Kernel điều phối hoạt động tác vụ (Task), task có mức ưu tiên (prioritize) thực thi theo chu kì cố định Nếu có tác động ngắt, tín hiệu tin nhắn Task, Kernel điều phối chuyển tới Task tương ứng với Code Sự chuyển dịch Task linh động, độ trễ thấp mang lại độ tin cậy cao cho chương trình Thay chạy từ xuống chương trình chúng chạy theo Task khác Được chia nhỏ chạy đồng thời 2.2 Giao tiếp UART UART hay thu-phát không đồng đa hình thức giao tiếp kỹ thuật số thiết bị với thiết bị đơn giản lâu đời Bạn tìm thấy thiết bị UART phần mạch tích hợp (IC) dạng thành phần riêng lẻ Các UART giao tiếp hai nút riêng biệt cách sử dụng cặp dẫn nối đất chung 14 Vườn tự động GVHD: T.S Nguyễn Ngọc Minh Chân Tx (truyền) chip kết nối trực tiếp với chân Rx (nhận) chip ngược lại Thơng thường, q trình truyền diễn 3.3V 5V UART giao thức master, slave, thiết bị thiết lập để giao tiếp với thiết bị khác Dữ liệu truyền đến từ UART song song với thiết bị điều khiển (ví dụ: CPU) Khi gửi chân Tx, UART dịch thông tin song song thành nối tiếp truyền đến thiết bị nhận UART thứ hai nhận liệu chân Rx biến đổi trở lại thành song song để giao tiếp với thiết bị điều khiển UART truyền liệu nối tiếp, theo ba chế độ: - Full duplex: Giao tiếp đồng thời đến từ master slave - Half duplex: Dữ liệu theo hướng thời điểm - Simplex: Chỉ giao tiếp chiều Dữ liệu truyền qua UART tổ chức thành gói Mỗi gói chứa bit bắt đầu, đến bit liệu (tùy thuộc vào UART), bit chẵn lẻ tùy chọn bit dừng UART giao thức khơng đồng bộ, khơng có đường clock điều chỉnh tốc độ truyền liệu Người dùng phải đặt hai thiết bị để giao tiếp tốc độ Tốc độ gọi tốc độ truyền, biểu thị bit giây bps Tốc độ truyền thay đổi đáng kể, từ 9600 baud đến 115200 Tốc độ truyền UART truyền nhận chênh lệch khoảng 10% trước thời gian bit bị lệch xa 15 Vườn tự động GVHD: T.S Nguyễn Ngọc Minh • Ưu nhược điểm UART Khơng có giao thức truyền thơng hồn hảo, UART thực tốt cơng việc Dưới số ưu nhược điểm để giúp bạn định xem có phù hợp với nhu cầu bạn hay khơng • Ưu điểm + Chỉ sử dụng hai dây + Không cần tín hiệu clock + Có bit chẵn lẻ phép kiểm tra lỗi + Cấu trúc gói liệu thay đổi miễn hai bên thiết lập cho + Phương pháp có nhiều tài liệu sử dụng rộng rãi • Nhược điểm + Kích thước khung liệu giới hạn tối đa bit + Không hỗ trợ nhiều hệ thống slave nhiều hệ thống master + Tốc độ truyền UART phải nằm khoảng 10% 2.3 Chuyển đổi ADC ADC từ viết tắt Analog to Digital Converter hay chuyển đổi analog sang kỹ thuật số mạch chuyển đổi giá trị điện áp liên tục (analog) sang giá trị nhị phân (kỹ thuật số) mà thiết bị kỹ thuật số hiểu sau sử dụng để tính tốn kỹ thuật số Mạch ADC vi mạch ADC nhúng vào vi điều khiển 16 Vườn tự động GVHD: T.S Nguyễn Ngọc Minh Thiết bị điện tử ngày hoàn toàn kỹ thuật số, khơng cịn thời kỳ máy tính analog Thật không may cho hệ thống kỹ thuật số, giới sống analog đầy màu sắc, khơng đen trắng Ví dụ, cảm biến nhiệt độ LM35 tạo điện áp phụ thuộc vào nhiệt độ, trường hợp thiết bị cụ thể tăng 10mV nhiệt độ tăng lên độ Nếu kết nối trực tiếp thiết bị với đầu vào kỹ thuật số, ghi cao thấp tùy thuộc vào ngưỡng đầu vào, điều hoàn tồn vơ dụng Thay vào đó, sử dụng ADC để chuyển đổi đầu vào điện áp analog thành chuỗi bit kết nối trực tiếp với bus liệu vi xử lý sử dụng để tính tốn • Cách thức ADC hoạt động Một cách hay để xem xét hoạt động ADC tưởng tượng chia tỷ lệ toán học Tỷ lệ ánh xạ giá trị từ dải sang dải khác, ADC ánh xạ giá trị điện áp sang số nhị phân Những cần thứ chuyển đổi điện áp thành loạt mức logic, ví dụ ghi Tất nhiên, ghi chấp nhận mức logic làm đầu vào, bạn kết nối tín hiệu trực tiếp với đầu vào logic, kết khơng tốt Vì cần có giao diện logic điện áp đầu vào analog • Điện áp tham chiếu Tất nhiên, khơng có ADC tuyệt đối, điện áp ánh xạ tới giá trị nhị phân lớn gọi điện áp tham chiếu Ví dụ: chuyển đổi 10 bit với 5V làm điện áp tham chiếu, 1111111111 (tất bit một, số nhị phân 10 bit cao ) tương ứng với 5V 0000000000 (số thấp tương ứng với 0V) Vì vậy, bước nhị phân lên đại diện cho khoảng 4,9mV, có 1024 chữ số 10 bit Số đo điện áp bit gọi độ phân giải ADC 17 Vườn tự động GVHD: T.S Nguyễn Ngọc Minh Điều xảy điện áp thay đổi 4,9mV bước? Nó đặt ADC vào vùng chết, kết chuyển đổi ln có lỗi nhỏ Có ngăn chặn lỗi cách sử dụng ADC có độ phân giải cao ví dụ ADC lên đến 24 bit, tần số chuyển đổi thấp • Tốc độ mẫu Số lượng chuyển đổi từ analog sang kỹ thuật số mà chuyển đổi thực giây gọi tốc độ mẫu Ví dụ: ADC thực tốt có tốc độ mẫu 300Ms / s Đơn vị đọc megasamples giây, nghĩa triệu mẫu giây Lưu ý tiền tố SI áp dụng Tốc độ lấy mẫu phụ thuộc hoàn tồn vào loại chuyển đổi độ xác cần thiết Nếu cần đọc xác, ADC thường dành nhiều thời gian để xem xét tín hiệu đầu vào (thường lấy mẫu giữ đầu vào tích hợp) khơng cần độ xác cao đọc nhanh Ngun tắc chung tốc độ độ xác tỷ lệ nghịch với nhau, điều quan trọng phải chọn ADC tùy thuộc vào ứng dụng 2.4 Giao tiếp API API phương thức, giao thức kết nối với thư viện ứng dụng khác Nó viết tắt Application Programming Interface – giao diện lập trình ứng dụng API cung cấp khả cung cấp khả truy xuất đến tập hàm hay dùng Và từ trao đổi liệu ứng dụng 18 Vườn tự động GVHD: T.S Nguyễn Ngọc Minh Web API hoạt động nào? Đầu tiên xây dựng URL API để bên thứ ba gửi request liệu đến máy chủ cung cấp nội dung, dịch vụ thông qua giao thức HTTP HTTPS Tại web server cung cấp nội dung, ứng dụng nguồn thực kiểm tra xác thực có tìm đến tài ngun thích hợp để tạo nội dung trả kết Server trả kết theo định dạng JSON XML thông qua giao thức HTTP/HTTPS Tại nơi yêu cầu ban đầu ứng dụng web ứng dụng di động , liệu JSON/XML parse để lấy data Sau có data thực tiếp hoạt động lưu liệu xuống Cơ sở liệu, hiển thị liệu… 2.5 Giao tiếp One Wire OneWire hệ thống bus giao tiếp thiết kế Dallas Semiconductor Corp Giống tên gọi, hệ thống bus sử dụng dây để truyền nhận liệu Chính sử dụng dây nên giao tiếp có tốc độ truyền thấp liệu lại truyền khoảng cách xa OneWire chủ yếu sử dụng để giao tiếp với thiết bị nhỏ, thu thập truyền nhận liệu thời tiết, nhiệt độ,… công việc không yêu cầu tốc độ cao Giống chuẩn giao tiếp khác, 1-Wire cho phép truyền nhận liệu với nhiều Slave đường truyền Tuy nhiên có Master ( điểm giống với SPI) 19 Vườn tự động GVHD: T.S Nguyễn Ngọc Minh 2.6 Giao thức MQTT Kiến trúc mức cao MQTT gồm thành phần Broker Clients Broker coi trung tâm, điểm giao, trục giao với tất Clients Nhiệm vụ broker nhận giao tiếp từ thiết bị xuất hay hiểu đơn giản thiết bị tạo giao tiếp, xếp giao hàng đợi chuyển chúng tới địa cụ thể Nhiệm vụ phụ Broker đảm nhận thêm vài tính liên quan tới q trình truyền thơng như: bảo mật giao tiếp, lưu trữ giao tiếp, ghi lại lịch sử giao tiếp, … Client chia thành nhóm xuất giao tiếp theo dõi Client hoạt động thiết bị di dộng nên chúng thiết kế để hoạt động cách linh hoạt (lightweight) Client làm việc xuất giao tiếp lên kênh cụ thể theo dõi kênh để nhận thơng điệp từ kênh MQTT Clients tương thích với hầu hết tảng hệ điều hành có: MAC OS, Windows, LInux, Androids, iOS… • Connect (kết nối): Thơng điệp có nhiệm vụ thơng báo việc chờ kết nối thiết lập với máy chủ đồng thời tạo liên kết nút mạng từ thiết bị đến máy chủ.Các khái niệm MQTT 20 Vườn tự động GVHD: T.S Nguyễn Ngọc Minh • Cơ chế xuất theo dõi: Trong hệ thống sử dụng giao thức MQTT, nhiều node trạm (gọi mqtt client gọi tắt client) kết nối tới MQTT server (gọi Broker) Mỗi client đăng ký vài kênh (topic), ví dụ “/client1/channel1”, “/client1/channel2” Quá trình đăng ký gọi “subscribe”, giống đăng ký nhận tin kênh Youtube Mỗi client nhận liệu bất kỳ trạm khác gởi liệu kênh đăng ký Khi client gởi liệu tới kênh đó, gọi xuất • MQTT Broker: phần mềm máy tính cho phép tạo máy chủ (server) kết nối MQTT client thiết bị nói chung mạng MQTT Borker “host” người vận hành hệ thống tự xây dựng bên thứ ba Các phần mềm thị trường xây dựng hai dạng mã nguồn triển khai độc quyền cho trường hợp cụ thể • Các Broker hoạt động trạm bưu điện nhận nội dung đến chuyển nội dụng không sử dụng địa client nhận điểm đến nội dung mà quản lý dạng kênh (topic) Các client muốn có nội dung cần đăng ký kênh đó, sau Broker nhận nội dung tự động chuyển đến client đăng ký, có nhiều client đăng ký kênh client đăng ký nhiều kênh khác trạm Broker Các client điểm sản xuất nội dung đồng thời đăng ký kênh client khác nội dung khác nội dung • Hiện Broker triển khai vật lý đám mây, nhiên triển khai đám mây dễ hỗ trợ có Broker bị hỏng bị lỗi Broker quản lý, theo dõi phiên làm việc nội dung, kênh client có trao đổi nội dung 21 Vườn tự động GVHD: T.S Nguyễn Ngọc Minh III THIẾT KẾ MẠCH Sơ đồ khối ESP8266 Cảm biến WEB Sever STM32F103C8T6 Máy bơm, Đèn 1.1 Khối đầu vào Gồm cảm biến thu liệu nhiệt độ, độ ẩm, ánh sáng độ ẩm DHT11, Cảm biến ánh sáng, LM393 Sau thu liệu cảm biến gửi liệu cho STM32 theo chuẩn giao tiếp khác Cảm biến DHT11 sử dụng giao tiếp One Wire cảm biến ánh sáng LM393 sử dụng chuyển đổi ADC để gửi thông số cho STM32 1.2 Khối xử lý STM32F103C8T6 Có nhiệm vụ nhận liệu từ cảm biến sau chuyển qua cho ESP8266 giao UART sau nhận lại thông tin từ ESP8266 để điều khiển linh kiện khối đầu 1.3 Khối truyền nhận ESP8266 Có nhiệm vụ chức nhận liệu từ khối xử lý gửi thông tin lên Web sever sau nhận thơng tin từ web sever gửi lại cho khối xử lý để xử lý thông tin 1.4 Khối hiển thị Web Nhận thông tin liệu từ khối truyền nhận ESP8266 giao thức MQTT qua Wifi sau lưu liệu gửi lên Web để hiển thị thông tin cho người dùng Tại người dùng xem thơng tin liệu thu điều khiển thay đổi bật tắt thiết bị theo mong muốn 22 Vườn tự động GVHD: T.S Nguyễn Ngọc Minh 1.5 Khối đầu Gồm linh kiện máy bơm mini DC 5V đèn led Khối có chức thực thao tác người dùng từ web bật tắt thực tự động theo cài đặt qua chân I/O STM32 Thiết kế mạch phần cứng 2.1 Sơ đồ nguyên lý 2.2 PCB 23 Vườn tự động GVHD: T.S Nguyễn Ngọc Minh 2.3 Mạch hoàn thiện 24 Vườn tự động GVHD: T.S Nguyễn Ngọc Minh IV KẾT LUẬN Trong thời gian làm đề tài việc củng cố lại kiến thức học, nhóm em tìm hiểu làm quen nhiều đến kiến thức Web nhũng kiến thức khác để thực đề tài mà nhóm mong muốn Trong q trình thực đề tài nhóm gặp nhiều khó khăn khơng kiến thức mà kinh nghiệm làm việc Chính vậy, để thực đề tài nhóm phải tham khảo nhờ đến hỗ trợ thầy, bạn anh chị để hồn thiện khắc phục lỗi xảy trình làm việc Do kiến thức nhóm cịn hạn chế nên ý tưởng nhóm cịn chưa thể thực hết đề tài chưa thực hồn thiện Nhưng nhóm em mong muốn cố gắng góp phần để thực phát triển nâng cao đời sống nhiều Cuối nhóm xin gửi lời cảm ơn đến thầy TS Nguyễn Ngọc Minh hướng dẫn đồng hành nhóm thời gian qua để nhóm thực đề tài này, trang bị cho nhóm thêm nhiều hành trang, kiến thức để vận dụng phục vụ cho cơng việc sau Nhóm xin chúc thầy dồi sức khỏe thành cơng cơng việc Nhóm xin chân thành cảm ơn! 25