TỔNG QUAN
ĐẶT VẤN ĐỀ
Ngày nay, sự phát triển của khoa học kỹ thuật và tiến bộ xã hội đã làm cho nhu cầu thông tin trở nên thiết yếu trong hoạt động kinh doanh Việc truyền đạt thông tin đến mọi người trở nên dễ dàng và nhanh chóng hơn bao giờ hết Doanh nghiệp và hộ kinh doanh nhỏ có thể sử dụng nhiều hình thức khác nhau để giới thiệu sản phẩm, thông tin hàng hóa và giá cả đến với khách hàng.
Bảng LED hiện nay vượt trội hơn hẳn các loại quảng cáo truyền thống như biển quảng cáo sắt, gỗ, vải hay phướn nhờ vào tính linh hoạt và dễ dàng trong việc sửa đổi thông tin Việc lắp đặt và thay thế bảng LED cũng trở nên đơn giản hơn, giúp các doanh nghiệp tiết kiệm thời gian và chi phí quảng cáo hiệu quả hơn.
Trong cuộc sống hàng ngày, chúng ta thường thấy nhiều bảng thông tin hữu ích Tại sân bay, bạn có thể dễ dàng tra cứu thời gian, địa điểm và số hiệu chuyến bay Ngoài ra, trong khu vực ẩm thực, bảng LED hiển thị hình ảnh hấp dẫn về món ăn và logo với nhiều kiểu biến hóa sinh động.
Bảng LED ngày càng trở nên thiết yếu trong cuộc sống hàng ngày, với nhiều ứng dụng đa dạng Nhằm giới thiệu tầm quan trọng của bảng thông báo, tôi đã tiến hành nghiên cứu và thiết kế một mô hình ứng dụng thực tế.
MỤC TIÊU
Mục tiêu của em sẽ tiến hành thiết kế và thi công mô hình bảng LED MATRIX.
Mô hình hiển thị thông tin thời tiết như chỉ số tia UV, chất lượng không khí, giờ hiện tại, tốc độ gió và nhiệt độ Khi chỉ số tia UV cao, hệ thống sẽ cảnh báo người dùng không nên ra ngoài Ngoài ra, dự báo thời tiết 4 giờ tới sẽ được trình bày bằng hình ảnh sinh động Bảng LED còn cho phép người dùng nhập thông báo tùy chỉnh với khả năng điều chỉnh tốc độ và màu sắc hiển thị.
NỘI DUNG NGHIÊN CỨU
Em đã nghiên cứu các nội dung sau:
- Nội dung 1: Nghiên cứu Module LED p10 full color dùng cho bảng thông báo.
- Nội dung 2: Nghiên cứu KIT ESP32.
- Nội dung 3: Lập trình cho ESP32 trên arduino IDE.
- Nội dung 4: Thiết kế tính toán nguồn cho thiết bị.
- Nội dung 5: Thi công phần cứng, khung, thử nghiệm và hiệu chỉnh hệ thống.
- Nội dung 6: Cài đặt và điều chỉnh hệ thống để đặt được tối ưu.
- Nội dung 7: Viết báo cáo.
- Nội dung 8: Bảo vệ luận văn.
GIỚI HẠN
Các thông số giới hạn của đề tài bao gồm:
- Sử dụng KIT thu phát wifi ESP32
- Kích thước phần led hiển thị 128x64
- Sử dụng 16 Module P10 FULL COLOR ghép lại
- Sử dụng webserver để cài đặt thông số
Nội dung hiển thị bao gồm các ký tự số, chữ có dấu, hiệu ứng trực quan, và các biểu tượng thời tiết Thông tin cung cấp nhiệt độ, độ ẩm, tốc độ gió, chất lượng không khí, chỉ số tia UV, cùng với giờ hiện tại để người dùng dễ dàng nắm bắt tình hình thời tiết.
BỐ CỤC
Đề tài “Thiết kế bảng điện tử hiện thị thông tin thời tiết” được trình bày như sau:
Chương này em sẽ đặt vấn đề dẫn nhập lý do chọn đề tài, mục tiêu, nội dung nghiên cứu, các giới hạn và bố cục đồ án.
➢ Chương 2: Cơ sở lý thuyết
Trong chương này, chúng ta sẽ tổng quan các kiến thức cơ bản cần thiết để hoàn thành mô hình, bao gồm chuẩn giao tiếp để thu thập và truyền dữ liệu lên bảng LED, quy trình quét LED, cùng với các công cụ cần thiết cho quá trình này.
➢ Chương 3: Tính toán và thiết kế
Chương này em sẽ trình bày sơ đồ khối, tính toán và chọn linh kiện.
➢ Chương 4: Thi công và kết quả thực hiện
Chương này em trình bày các bước thi công mạch, lắp ráp, kiểm tra và thi công mô hình.
➢ Chương 5: Kết quả - nhận xét - đánh giá
Chương này em sẽ nêu lên kết quả đạt được, nhận xét và đánh giá mô hình.
➢ Chương 6: Kết luận và hướng phát triển
Chương này nêu lên kết luận về những gì đã thực hiện đồng thời đưa ra hướng phát triển cho mô hình.
CƠ SỞ LÝ THUYẾT
Các chuẩn giao tiếp
Wifi, viết tắt của Wireless Fidelity, là mạng kết nối Internet không dây sử dụng sóng vô tuyến để truyền tín hiệu, tương tự như sóng điện thoại, truyền hình và radio Hầu hết các thiết bị điện tử hiện nay, bao gồm máy tính, laptop, điện thoại và máy tính bảng, đều có khả năng kết nối với Wifi.
Wifi hoạt động dựa trên các chuẩn kết nối IEEE 802.11, với tốc độ tối đa lên tới 54 Mbps Tín hiệu Wifi mạnh nhất thường được phát trong một khoảng cách nhất định, giúp người dùng kết nối internet một cách ổn định và hiệu quả.
Sóng Wi-Fi có thể phát xa tới 100 feet (gần 31 mét), tương đương với khoảng cách giữa các tầng trong một tòa nhà Tuy nhiên, trong thực tế, nhiều vật cản sóng trong nhà khiến tín hiệu yếu đi, đặc biệt khi bạn ở các tầng trên cao Để có sóng Wi-Fi, cần có bộ phát Wi-Fi như modem và router, kết nối với tín hiệu Internet từ các nhà cung cấp dịch vụ như FPT, Viettel, VNPT, CMC Thiết bị modem và router nhận tín hiệu Internet qua kết nối hữu tuyến và chuyển đổi thành tín hiệu vô tuyến, phục vụ cho các thiết bị như smartphone, tablet, laptop Quá trình này có thể diễn ra ngược lại, khi router và modem nhận tín hiệu vô tuyến từ adapter và giải mã để gửi qua Internet.
Tín hiệu Wifi hoạt động ở tần số từ 2.5GHz đến 5GHz, cho phép truyền tải nhiều dữ liệu hơn so với các tần số của điện thoại di động và radio Tuy nhiên, phạm vi truyền của tín hiệu Wifi lại bị hạn chế, chỉ khoảng một khoảng cách nhất định.
12 cách Còn các loại sóng khác tuy tần số thấp nhưng lại có thể truyền đi ở khoảng cách rất xa như LORA, FM,
Sóng Wifi sử dụng chuẩn kết nối 802.11 trong thư viện IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers), chuẩn này bao gồm 4 chuẩn nhỏ hơn là a/b/g/n/ac.
Hình II-1 Giao tiếp kết nối wifi
SPI (Serial Peripheral Bus) là một chuẩn truyền thông nối tiếp tốc độ cao do Motorola phát triển, hoạt động theo cơ chế Master-Slave Trong hệ thống này, một chip Master điều phối quá trình truyền thông, trong khi các chip Slave được điều khiển bởi Master, dẫn đến việc truyền thông chỉ diễn ra giữa Master và Slave SPI hỗ trợ truyền dữ liệu song công (full duplex), cho phép truyền và nhận dữ liệu đồng thời Chuẩn truyền thông này thường được gọi là “4 dây” vì nó sử dụng bốn đường giao tiếp: SCK (Serial Clock), MISO (Master Input Slave Output), MOSI (Master Output Slave Input), và SS (Slave Select).
Ouput Slave Input) và SS (Slave Select) Hình 1 thể hiện một kết SPI giữa một chip Master và 3 chip Slave thông qua 4 đường.
Chân SCK trong giao tiếp SPI đóng vai trò quan trọng trong việc giữ nhịp, vì SPI là chuẩn truyền đồng bộ cần một đường xung nhịp Mỗi xung nhịp trên chân SCK truyền tải một bit dữ liệu, điều này khác biệt so với truyền thông không đồng bộ như chuẩn UART Sự hiện diện của chân SCK giúp giảm thiểu lỗi trong quá trình truyền, cho phép tốc độ truyền của SPI đạt mức cao Xung nhịp chỉ được tạo ra bởi chip Master.
MISO, which stands for Master Input/Slave Output, functions differently depending on the chip type; for a Master chip, it serves as an input, while for a Slave chip, it acts as an output The MISO connections of the Master and Slave chips are directly linked to each other.
MOSI (Master Output / Slave Input) là đường truyền dữ liệu giữa chip Master và chip Slave, trong đó chip Master sử dụng MOSI như là đường Output, còn chip Slave sử dụng MOSI như là đường Input Các chân MOSI của Master và các Slaves được kết nối trực tiếp với nhau.
SS – Slave Select: SS là đường chọn Slave cần giap tiếp, trên các chip Slave đường
SS sẽ duy trì ở mức cao khi không có hoạt động Khi chip Master giảm mức SS của một Slave xuống thấp, sẽ xảy ra giao tiếp giữa Master và Slave đó.
Sơ đồ xung SPI cho thấy đường SS trên mỗi Slave, trong khi Master có thể có nhiều đường điều khiển SS, tùy thuộc vào thiết kế của người dùng.
IOT
Internet Vạn Vật (IoT) là mạng lưới kết nối các thiết bị thông minh, phương tiện vận tải và các trang thiết bị khác, cho phép thu thập và truyền tải dữ liệu thông qua công nghệ thông tin và truyền thông Theo định nghĩa của tổ chức IoT-GSI, IoT là hạ tầng toàn cầu hỗ trợ dịch vụ điện toán thông qua các vật thể kết nối, cả thực lẫn ảo, có khả năng nhận dạng và tích hợp vào mạng lưới truyền thông Hệ thống IoT cho phép cảm nhận và điều khiển từ xa, nâng cao hiệu suất và lợi ích kinh tế, đồng thời giảm thiểu sự can thiệp của con người Khi kết hợp với cảm biến và cơ cấu chấp hành, IoT phát triển thành hệ thống ảo-thực, bao gồm các công nghệ như nhà thông minh, vận tải thông minh và thành phố thông minh Dự báo, Internet Vạn Vật sẽ kết nối khoảng 30 tỉ vật trước năm 2020.
Internet Vạn Vật (IoT) cung cấp kết nối chuyên sâu cho các thiết bị, hệ thống và dịch vụ, vượt trội hơn hẳn so với truyền tải máy-máy (M2M) Nó hỗ trợ đa dạng giao thức, miền và ứng dụng, kết nối các thiết bị nhúng và vật dụng thông minh Sự phát triển này được kỳ vọng sẽ mở ra kỷ nguyên tự động hóa trong nhiều ngành, từ ứng dụng điện lưới thông minh đến các lĩnh vực như thành phố thông minh.
IoT, hay Internet of Things, là một kịch bản mà mọi đồ vật và con người đều có định danh riêng, cho phép truyền tải và trao đổi thông tin qua một mạng duy nhất mà không cần tương tác trực tiếp Công nghệ này phát triển từ sự hội tụ của công nghệ không dây, vi cơ điện tử và Internet, tạo thành một hệ thống các thiết bị kết nối với nhau và với thế giới bên ngoài để thực hiện các nhiệm vụ cụ thể.
Trong IoT, một vật có thể là người với trái tim cấy ghép, động vật trang trại với chip sinh học, hoặc xe hơi tích hợp cảm biến để cảnh báo tài xế khi bánh xe xẹp IoT chủ yếu kết nối máy-đến-máy (M2M) trong sản xuất, năng lượng và công nghiệp xăng dầu, với khả năng tích hợp này thường được xem là thông minh Nhờ công nghệ hiện đại, các thiết bị thu thập và truyền dữ liệu tự động Ví dụ điển hình là nhà thông minh với các tính năng như tự động điều khiển đèn, lò sưởi, hệ thống thông gió, điều hòa không khí, và các thiết bị gia dụng như máy giặt, máy hút bụi, máy lọc không khí, lò nướng, hay tủ lạnh có kết nối Wi-Fi để theo dõi từ xa.
Webserver
Máy chủ web có chức năng cơ bản là lưu trữ, xử lý và phân phối nội dung các trang web đến máy tính người dùng (client) thông qua giao thức HTTP Nội dung chủ yếu được phân phối từ máy chủ web bao gồm các tệp HTML, hình ảnh, style sheets và mã script hỗ trợ cho nội dung văn bản.
Nhiều máy chủ web có thể hỗ trợ cho các trang web có lưu lượng truy cập cao, trong đó máy chủ Dell đang được sử dụng cho các dự án Wikimedia.
Tác nhân người dùng, như trình duyệt web hoặc trình thu thập dữ liệu, khởi đầu giao tiếp bằng cách yêu cầu tài nguyên qua giao thức HTTP Máy chủ sau đó phản hồi bằng nội dung của tài nguyên hoặc thông báo lỗi nếu không thể thực hiện yêu cầu Tài nguyên thường là một tệp trên bộ nhớ thứ cấp của máy chủ, nhưng điều này có thể thay đổi tùy thuộc vào cách triển khai của máy chủ web.
Mặc dù chức năng chính của HTTP là phân phát nội dung, nhưng nó cũng cho phép nhận nội dung từ khách hàng, bao gồm việc gửi biểu mẫu web và tải lên tệp.
Nhiều máy chủ web chung hỗ trợ kịch bản lệnh phía máy chủ qua các trang Active Server Pages (ASP), PHP và các ngôn ngữ khác, cho phép viết hành vi máy chủ trong các tệp riêng biệt mà không thay đổi phần mềm máy chủ Chức năng này thường được sử dụng để tạo ra tài liệu HTML động ("on-the-fly"), thay vì các tài liệu tĩnh Trước đây, nó chủ yếu phục vụ việc lấy hoặc sửa đổi thông tin từ cơ sở dữ liệu; trong khi tài liệu tĩnh thường nhanh hơn và dễ lưu trữ hơn, chúng không thể cung cấp nội dung động.
Máy chủ web không chỉ phục vụ cho World Wide Web mà còn được tích hợp trong các thiết bị như máy in, thiết bị định tuyến và webcam, phục vụ cho mạng nội bộ Chúng có thể được sử dụng để theo dõi hoặc quản lý các thiết bị này mà không cần cài đặt phần mềm bổ sung trên máy khách, chỉ cần sử dụng trình duyệt web có sẵn trong hầu hết các hệ điều hành.
ESP32
ESP32-WROOM-32 là mô đun MCU mạnh mẽ, linh hoạt, được sử dụng phổ biến trong thiết kế mạch PCB với khả năng kết nối Wifi, Bluetooth và BLE Nó phù hợp cho nhiều ứng dụng IoT, từ mạng cảm biến tiết kiệm năng lượng cho đến các tác vụ phức tạp như mã hóa âm thanh, phát nhạc trực tuyến và giải mã MP3.
Lõi của module ESP32-D0WDQ6 được thiết kế với khả năng mở rộng và tùy biến cao, bao gồm 2 lõi CPU độc lập với tần số clock điều chỉnh từ 80MHz đến 240MHz Người lập trình có thể tắt CPU để sử dụng bộ đồng xử lý công suất thấp nhằm theo dõi sự thay đổi hoặc vượt ngưỡng của các ngoại vi ESP32 tích hợp nhiều bộ ngoại vi phong phú như cảm biến điện dung, cảm biến Hall, SD card, Ethernet, SPI tốc độ cao, UART, I2S và I2C.
Việc tích hợp Bluetooth, BLE và Wi-Fi trong module đảm bảo khả năng ứng dụng đa dạng, kết nối dễ dàng với các thiết bị ngoại vi Wi-Fi cho phép kết nối rộng rãi qua router, trong khi Bluetooth hỗ trợ kết nối tiết kiệm điện với smartphone và thiết bị beacon Ở chế độ ngủ, ESP32 tiêu thụ dưới 5 µA, lý tưởng cho thiết kế mạch dùng pin và thiết bị đeo Tốc độ truyền thông lên đến 150 Mbps và công suất tín hiệu khoảng 20 dBm giúp mở rộng phạm vi tín hiệu Module này có thông số kỹ thuật hàng đầu trên thị trường, mang lại hiệu suất và độ tin cậy cao cho các ứng dụng điện tử và tự động hóa, đáp ứng nhu cầu về phạm vi hoạt động rộng và tiết kiệm năng lượng.
Hệ điều hành FreeRTOS với LwIP và TLS 1.2 được chạy trên ESP32, cho phép cập nhật firmware qua OTA mã hóa Tính năng này giúp các nhà phát triển nâng cấp phần mềm sản phẩm hiệu quả, tiết kiệm chi phí và nhân lực ngay cả khi thiết bị đang hoạt động.
Phương pháp quét module led matrix p10 full color
Cấu tạo của module bao gồm
- 1 connector đầu vào, 1 connector đầu ra
Hình II-3Mặt sau led p10 full color
Hình II-4Mặt trước led p10 full color
Khoảng cách hai điểm ảnh (Pitch) 10mm Độ phân giải 10000 điểm ảnh/m
Kích thước module cơ bản/Pixel (W x 320mm x 160mm 32 x 16 pixel
Khoảng cách nhìn tốt nhất 12÷200 m
Số màu hiển thị 281000 Tỷ màu
Thời gian sử dụng của LED >50,000 giờ (khoảng 15 năm - ngày dùng 8 giờ)
Công suất tiêu thụ Lớn nhất: 550w/m2;
Phương thức truyền dữ liệu HUB 75 Độ ẩm hoạt động 0÷90%
Bảng 1: Thông số của led p10 full color
R1: Chân data cho màu đỏ của 8 hàng led bên trên
R2: Chân data cho màu đỏ của 8 hàng led phía dưới
G1: Chân data cho màu xanh lá của 8 hàng led bên trên
G2: Chân data cho màu xanh lá của 8 hàng led phía dưới
B1: Chân data cho màu xanh dương của 8 hàng led bên trên
B2: Chân data cho màu xanh dương của 8 hàng led phía dưới
CLK: Chân đẩy data vào ic ghi dịch
LAT: Chân chốt data ( đẩy data lưu trong ic ghi dịch ra ngoài led)
OE: Chân cho phép bảng led sáng ( OE=0 thì bảng led được phép sáng, OE=1 thì bảng led auto tắt)
A,B,C: 3 chân của ic vào 3 ra 8, tức 3 chân dùng để quét led, cho phép hàng nào sáng Với 3 chân ABC ta điều khiển đc 8 hàng độc lập, nhưng module P10 có tới 16 hàng thì trong 1 thời điểm có 2 hàng cùng sáng.
Trong 1 thời điểm số led RGB ta có thể điều khiển là 512 x 1/8 = 64 LED RGB
Hình II-5 Sơ đồ chân kết nối của module led p10 full color
P10 FULL COLOR, data đi theo đường thẳng
Hình II-6Chiều đi của data module led p10 full color
Module này được chia thành hai nửa theo chiều ngang, trong đó 8 hàng trên được điều khiển bởi RGB1 và 8 hàng dưới do RGB2 quyết định Chân ABC sẽ xác định hàng nào trong tổng số 16 hàng của cả hai nửa được sáng lên.
Phương pháp quét LED MATRIX P10 FULL COLOR
➢ Quét theo tỉ lê 1/8 mỗi lần quét được 2 hàng.
➢ Tất cả module có 16 dòng, 32 cột Tại mỗi thời điểm nhất định sẽ có 2 dòng được chọn.
Chân A Chân B Chân C Hàng được chọn
0 0 0 Không hàng nào được chọn
Bảng 2 Bảng lụa chọn hàng của module led p10
Xung CLK trong dữ liệu cho phép xuất dữ liệu 1 bit cho mỗi hàng Hiện tại, chúng tôi sử dụng module LED MATRIX P10 FULL COLOR 32x16 và bảng LED 4x4, với mỗi hàng có 512 LED, dẫn đến việc mỗi hàng cần 512 xung clock Dữ liệu được truyền từ màu xanh dương trước, tiếp theo là màu xanh lá và cuối cùng là màu đỏ.
Kéo chân LAT và chân OE lên mức cao để xuất dữ liệu và hiển thị đồng thời, đồng thời vô hiệu hóa dữ liệu ra cho phép chuyển hàng.
Chuyển hàng bằng cách chọn hàng đã đề cập ở trên túc là thay đổi các trạng thái để có thể chọn hàng.
Kéo chân LAT xuống mức thấp và lên mức cao cho phép đóng chốt để chúng ta có thể ra dữ liệu tiếp theo.
Mắt chúng ta có khả năng lưu ảnh 20ms 1 lần vậy thì 1 hàng led chúng ta sẽ xử lý trong 20/16 là khoảng 1,25ms.
Tạo Font chữ dùng phần mêm LCD Font Maker
Hình II-7Giao diện của phần mềm LCD font maker
Bước 1: Chọn kiểu font chữ
Hình II-8 Chọn font chữ cho mã led
Bước 2: Chọn chiều dữ liệu font chữ:
Hình II-9Giao diện của phần mềm LCD font maker
Bước 3: xuất dữ liệu font chữ:
Dữ liệu font chữ ở đây
Hình II-10Xuât mã font led
Để tạo font chữ, cần chú trọng đến việc hiển thị đầy đủ bộ font tiếng Việt Không chỉ đảm bảo hiển thị đúng, việc nhập liệu tiếng Việt cũng là một yếu tố quan trọng cần được xem xét.
Hiện nay, chuẩn UTF-8 đã trở nên phổ biến và được hỗ trợ rộng rãi bởi các trình dịch và phần mềm biên tập Do đó, tôi sẽ thiết kế bộ font tiếng Việt tuân theo chuẩn UTF-8.
Khả năng mã hóa của UTF-8 cho phép độ dài byte không cố định, với khả năng sử dụng từ 1 đến 4 byte, giúp tiết kiệm không gian lưu trữ hơn so với Unicode Hơn nữa, UTF-8 hoàn toàn tương thích với bộ mã ASCII.
Chữ À có giá trị 0x0000C380, và khi trình dịch biên dịch nó, chỉ 2 byte 0xC380 được lưu vào bộ nhớ Trong khi đó, chữ ắ có giá trị 0x00E1BAAF, với 3 byte 0xE1BAAF được lưu khi trình dịch biên dịch Byte đầu tiên (cao nhất) là cơ sở để xác định độ dài của chữ cần giải mã.
➢ Nếu byte đầu tiên có dạng 0xxx xxxx thì chữ này chiếm 1 byte thôi
➢ Nếu byte đầu tiên có dạng 110x xxxx thì chữ này chiếm 2 byte.
➢ Nếu byte đầu tiên có dạng 1110 xxxx thì chữ này đang chiếm 3 byte.
➢ Nếu byte đầu tiên có dạng 1111 0xxx thì chữ này đang chiếm 4 byte.
Theo bộ mã ASCII, các ký tự từ 0 đến 127 được phân chia thành hai nhóm: nhóm từ 0 đến 32 là các mã hệ thống không thể hiển thị, trong khi nhóm từ 33 đến 126 là các ký tự có thể hiển thị.
Bố cục thứ tự em thiết kế như sau:
Vị trí 0 trong bảng mã là NULL và không được sử dụng; bắt đầu từ vị trí 1, ký tự đầu tiên là chữ À, tiếp theo vị trí 2 là chữ Á, và tiếp tục như vậy cho đến vị trí 31 là chữ Í Từ vị trí 32 đến 127, chúng ta có mã ASCII, sau đó từ 127 đến 229 là các ký tự tiếng Việt còn lại Cuối cùng, từ vị trí 229 trở đi là các ký tự đặc biệt và biểu tượng.
TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ
GIỚI THIỆU
Đề tài này tập trung vào việc thiết kế hệ thống bảng điện tử hiển thị thông tin thời tiết, kết nối internet để thu thập dữ liệu và xuất ra bảng LED Trong chương này, tôi sẽ trình bày sơ đồ khối, thực hiện các tính toán cần thiết, lựa chọn linh kiện phù hợp và giao diện cài đặt trên webserver.
TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ
3.2.1 VI XỬ LÝ TRUNG TÂM
Chức năng xử lý, lấy dữ liệu từ mạng internet, chạy webserver, điều khiển thông tin hiện thị đưa lên bảng led.
Vi xử lý trung tâm ESP32-WROOM là lựa chọn lý tưởng cho việc chạy webserver và truy cập internet, nhờ vào khả năng lấy dữ liệu nhanh chóng, liên tục và hiệu quả Với mức giá phải chăng, board DevKit ESP32-WROOM đáp ứng tốt các yêu cầu này, trở thành giải pháp phổ biến cho nhiều ứng dụng.
Hình III-2KIT ESP32 PINOUT
Nguồn phải đảm bảo cung cấp vừa nguồn cho vi điều khiển vừa cấp nguồn cho
Sử dụng 16 module LED ma trận, mỗi module tiêu thụ 30W khi sáng 100%, tổng công suất sẽ là 480W Tuy nhiên, do độ phủ thông tin trên bảng LED chỉ chiếm một phần, ta chỉ cần khoảng 240W để hoạt động hiệu quả.
Vậy em sẽ sử dụng bộ nguồn 5V 70A tương ứng với 350W hoàn toàn hợp với mô hình.
CHƯƠNG IV THI CÔNG HỆ THỐNG
Thi công mô hình
Bộ khung cho LED giúp định hình bảng LED và cố định bộ nguồn, yêu cầu sự chắc chắn nhưng vẫn nhẹ nhàng để dễ dàng di chuyển và lắp đặt Kích thước của khung cho mô hình được thiết kế phù hợp để đáp ứng nhu cầu sử dụng.
Hình IV-1Kích thước khung led
Bộ khung phía trước được thiết kế để định hình 16 tấm LED, trong khi mặt sau chứa mạch điều khiển và nguồn điện, được bảo vệ bằng nhựa carbonate Nguồn điện và mạch điều khiển được cố định chắc chắn lên khung.
Lưu đồ thuật toán
Chạy ở chế độ access point để có thể truy cập và cài đặt
Chạy ở chế độ access point để
Kiểm tra kết nối wifi Sai Đúng Đọc dữ liệu và hiển thị lên bảng led
Kết nối
Kết nối 2 port vào ra của bảng led như sau:
GPIO 32 nối vào chân OE.
GPIO 33 nối vào chân LAT.
D5 nối vào công tắc dùng chọn chế độ Station hoặc Access Point.
Lấy dữ liệu để hiện thị lên bảng led
Lấy dữ liệu trên trang openweathermap
Hình IV-2trang chủ openweathermap
Hình IV-3Các gói dữ liệu của openweather map
Hình IV-4API KEY đã lấy được trên trang openweathermap
Lấy dữ liệu trên airvisual
Hình IV-5Trang Chủ Airvisual
Hình IV-6Các gói dữ liệu Airvisual
Hình IV-7API key Airvisual
Lấy dữ liệu trên openuv
Hình IV-8Trang Chủ openuv
Hình IV-9API key openuv
Phần mềm lập trình esp32
Môi trường phát triển tích hợp (IDE) của Arduino là một ứng dụng đa nền tảng được viết bằng Java, hỗ trợ ngôn ngữ lập trình Processing và dự án Wiring IDE này được thiết kế đặc biệt cho những người mới bắt đầu tìm hiểu về phát triển phần mềm.
Chương trình code editor này tích hợp các tính năng như đánh dấu cú pháp, tự động khớp dấu ngoặc và tự động canh lề Nó cho phép biên dịch và tải chương trình lên board chỉ với một cú nhấp chuột Mỗi chương trình hoặc đoạn mã viết cho Arduino được gọi là một sketch.
Các chương trình Arduino được lập trình bằng C hoặc C++, sử dụng thư viện phần mềm "Wiring" để đơn giản hóa các thao tác input/output Người dùng cần định nghĩa hai hàm chính: hàm setup() được thực hiện khi khởi động chương trình để thiết lập các cài đặt, và hàm loop() được gọi lặp lại cho đến khi nguồn điện của board mạch bị tắt.
To begin, visit the official Arduino website at https://www.arduino.cc/, which hosts and updates the Arduino IDE versions Click on the "WINDOWS ZIP file for non-admin install" option as shown in the illustration.
Hình IV-10Giao diện web arduino.cc
Bạn sẽ được chuyển đến một trang mời quyền góp tiền để phát triển phần mềm cho Arduino, tiếp tục bấm JUST DOWNLOAD để bắt đầu tải.
Hình IV-11Giao diện tải arduino IDE
Hình IV-12 Đã tải xong arduino IDE
Bước 2: Sau khi download xong, bấm chuột phải vào file vừa download arduino-1.6.4-windows.zip và chọn “Extract here” để giải nén.
Hình IV-13Giải nén arduino IDE
Bước 3: Copy thư mục arduino-1.6.4 vừa giải nén đến nơi lưu trữ.
Bước 4: Chạy file trong thư mục arduino-1.6.4\ để khởi động Arduino IDE
Hình IV-14Giao diện lập trình arduino IDE
Lập trình esp32 bằng arduino IDE
Bước 1: Vào File→ Preferences, tại ô Additional Board Manager URLs thêm đường link sau vào: https://dl.espressif.com/dl/package_esp32_index.json
Hình IV-15Giao diện nhập link để tải thư viện arduino
Bước 2: Vào Tool→Board→Boards Manager, nhập vào ô tìm kiếm từ khóa esp32, chọn ESP32 by Espressif Systems và nhấn install
Hình IV-16Giao diện tải thư viện arduino IDE
Bước 3: Để nạp code cho ESP32 các bạn vào Tools → Board → DOIT ESP32
Hình IV-17Chọn KIT arduino để biên dịch và nạp code
Vào Tools → Port và chọn đúng cổng COM mà ESP32 kết nối vào máy tính, sau đó thực hiện nạp code.
Hình IV-18Chọn cổng để nạp code
Sau khi cài đặt thành công, bạn có thể truy cập vào File → Example để tìm thấy các ví dụ mẫu về những chức năng phổ biến của ESP32 Đây sẽ là nguồn mã mẫu hữu ích cho việc nghiên cứu và tìm hiểu về ESP32.
Hình IV-19Giao diện các ví dụ để tham khảo trong arduino IDE
Kết quả - nhận xét - đánh giá
Cấu hình cho hệ thống kết nối internet
Chuyển chế độ hệ thống thành access point.
Bước 1: Đăng nhập vào giao diện chính của hệ thống
Hình V-1Giao diện chính trên webserver của hệ thống
Bước 2: Cài đặt kết nối wifi
Hình V-2Cài đặt wifi để kết nối internet
Bước 3: Cài đặt API để lấy dữ liệu thời tiết, chất lượng không khí, tia uv.
Hình V-3Giao diện nhập API để lấy thông tin từ mạng internet
Hệ thống cũng được thiết kế để hỗ trợ thông báo tùy chỉnh, ví dụ như thông tin về hội thảo hoặc các thông báo liên quan đến việc đánh rơi đồ.
Hình V-4Giao diện nhập để chạy thông báo
Giao diện đã được thiết kế 5 thông báo có thể chỉnh được 7 màu chữ và 5 cấp tốc độ.
Hình V-5Chỉnh màu và tốc độ của chữ chạy thông báo
Hình V-6Giao diện cài đặt mật khẩu
Thêm vào đó hệ thống cũng cung cấp mật khẩu để nhiều vị trí có thể sử dụng.
Ví dụ như phòng công tác sinh viên cần đăng thông tin gì thì có thể sử dụng bảng led để hiển thị thông tin.
Hình V-7Giao diện cài đặt thời gian bật tắt
Hệ thống được trang bị chương trình cài đặt thời gian bật tắt, giúp tiết kiệm điện năng và kéo dài tuổi thọ của thiết bị, đồng thời giảm thiểu việc hoạt động liên tục.
Mô hình chạy thực tế
Hình V-8Chạy hệ thống thực tế
Hình V-9Chạy hệ thống thực tế
Nhận xét & đánh giá
Sau khi thực hiện xong đề tài thì em đã biết:
- Lập trình esp32 bằng Arduino IDE.
- Gửi dữ liệu từ webserver xuống esp32.
- Tạo được font tiếng việt.
- Thi công được bảng led.
- Hiểu được cách vận hành của module led
Củng cố được kiến thức lập trình vi điều khiển ESP32, tiếp cận được công nghệ mới theo xu hướng IOT 4.0.
Để nâng cao tay nghề trong lĩnh vực IoT, cần học hỏi thêm kiến thức từ thầy cô, anh chị sinh viên và doanh nghiệp Việc thường xuyên cập nhật những kiến thức mới nhất là rất quan trọng để theo kịp xu hướng thời đại.