Chủ đề wifi xây dựng hệ thống truyền thông không dây có giám sát, điều khiển sử dụng công nghệ wifi

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI KHOA ĐIỆN TỬ NHÓM 12 Chủ đề: Wifi – xây dựng hệ thống truyền thơng khơng dây có giám sát, điều khiển sử dụng công nghệ Wifi GVHD: ThS Bùi Như Phong Các thành viên nhóm: Nguyễn Văn Hiếu: 2019605152 Nguyễn Đình Hịa: 2019605262 Nguyễn Trường Giang: 2019601955 Lớp – Khóa : FE6019.1_K14 Hà Nội, 2022 MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU CHƯƠNG I : TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI 1.1 Giới thiệu công nghệ Wi-Fi 1.1.1 Nguyên tắc hoạt động 1.1.2 Các chuẩn kết nối Wifi 1.1.3 Wifi hoạt động 1.2 Giới thiệu MODULE ESP8266 10 1.2.1 Tổng quan MODULE ESP8266 10 1.2.2 Tính chip Esp8266 11 1.2.3 Sơ đồ chân 12 CHƯƠNG II THIẾT KẾ HỆ THỐNG 13 2.1 Xây dựng toán thiết kế 13 2.1.1 Yêu cầu hệ thống 13 2.1.2 Giải pháp công nghệ 13 2.1.3 Giải pháp thiết kế 13 2.2 Sơ đồ khối 13 2.2.1 Giới thiệu hình Oled 14 2.2.2 Module DHT11 14 2.3 Sơ đồ nguyên lí 15 2.4 Sơ đồ lắp ráp 16 CHƯƠNG III HOÀN THIỆN VÀ THỬ NGHIỆM 17 3.1 Mơ hình hồn thiện 17 3.2 Thực nghiệm 17 3.3 Đánh giá 18 TÀI LIỆU THAM KHẢO 19 LỜI NÓI ĐẦU Lí chọn đề tài Xã hội ngày phát triển,nhu cầu người ngày nâng cao,cùng với đó, thiết bị máy móc tự động điều khiển giám sát ngày ưa chuộng Cùng với bùng nổ cách mạng công nghiệp lần thứ 4, đời mạng liệu tốc độ cao internet kết nối vạn vật, ngày có nhiều lĩnh vực áp dụng tiến công nghệ nhất, với điều khiển giám sát qua Wifi, mạng di động, thiết bị thông minh, smart home ngày ứng dụng rộng rãi Để đáp ứng nhu cầu môn học để tìm hiểu nhiều cơng nghệ wifi ứng dựng sống thực tế, nhóm chúng em lựa chọn đề tài: Mơ hình cảm biến nhiệt độ, độ ẩm sử dụng module wifi esp 8266 hiển thị Oled Mục đích đề tài: Nhằm giúp người hiểu rõ giao thức truyền thông sử dụng công nghệ Wifi, cách thiết lập, ngun lí hoạt động cơng nghệ nhằm tạo tiền đề cho việc phát triển sản phẩm hữu ích tương lai Mong muốn tự nghiên cứu, tự thiết kế sản phẩm sử dụng cho môn học, kiến thức thầy cô dạy Mơ hình chúng em thiết kế gồm mạch điện thu thập sữ liệu sử dụng Module ESP8266,có hiển thị kết lên hình OLED Phương pháp nghiên cứu: Phương pháp nghiên cứu đề tài : + Phương pháp phân tích tổng hợp lý thuyết + Phương pháp tham khảo tài liệu + Phương pháp thực nghiệm +Phương pháp phân tích đánh giá kết Cụ thể: + Tìm hiểu cơng nghệ wifi module ESP8266 + Tìm hiểu module nhiệt độ độ ẩm DHT11 hình OLED 4 + Viết chương trình điều khiển phần mềm Arduino IDE + Tìm hiểu giao tiếp module ESP8266 + Lập trình code, thử nghiệm Bản báo cáo thay cho lời chào, lời cảm ơn tới thầy cô hướng dẫn suốt thời gian qua để gặt hái thành học tập Bản báo cáo sử dụng nhằm mục đích để người đọc hiểu rõ sản phẩm tâm huyết nhóm Với kết cấu chương, mục logic, rõ ràng, nhóm 12 hy vọng báo cáo giúp ích cho người đọc nhanh chóng hiểu rõ nội dung báo cáo mà nhóm 12 đưa tiền đề để đánh giá nỗ lực lực nhóm em Mặc dù trình biên soạn, khó mà tránh khỏi thiếu sót, nhóm mong nhận ý kiến đóng góp thầy, cơ, bạn học tồn thể người đọc 5 CHƯƠNG I : TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI 1.1 Giới thiệu công nghệ Wi-Fi Wifi viết tắt từ Wireless Fidelity tiếng Anh, gọi chung mạng khơng dây sử dụng sóng vơ tuyến Wifi loại sóng vơ tuyến tương tự sóng điện thoại, sóng truyền hình radio Hầu hết thiết bị sử dụng điện tử : Smartphone, Máy tính bảng, Tivi, Laptop kết nối WiFi Và Wifi thứ gắn liền thiếu với đời sống người dân hầu hết cơng việc giải trí hàng ngày Kết nối Wifi dựa loại chuẩn kết nối IEEE 802.11, chủ yếu Wifi hoạt động băng tần 54 Mbps có tín hiệu mạnh khoảng cách 100 feet gần 31 mét 1.1.1 Nguyên tắc hoạt động Hình 1 Nguyên tắc hoạt động Wifi Truyền thông qua mạng không dây truyền thông vô tuyến hai chiều Cụ thể: Thiết bị adapter1 khơng dây (hay chuyển tín hiệu khơng dây) máy tính chuyển đổi liệu sang tín hiệu vơ tuyến phát tín hiệu ăng-ten Thiết bị router không dây nhận tín hiệu giải mã chúng Nó gửi thơng tin tới Internet thông qua kết nối hữu tuyến Ethernet Quy trình hoạt động với chiều ngược lại router nhận thơng tin từ Internet, chuyển chúng thành tín hiệu vô tuyến gởi đến adapter không dây máy tính 6 Sóng WIFI: Các sóng vơ tuyến sử dụng cho WiFi gần giống với sóng vơ tuyến sử dụng cho thiết bị cầm tay, điện thoại di động thiết bị khác Nó chuyển nhận sóng vơ tuyển, chuyển đổi mã nhị phân sang sóng vơ tuyến ngược lại Tuy nhiên, sóng WiFi có số khác biệt so với sóng vơ tuyến khác chỗ: Chúng truyền phát tín hiệu tần số 2.5 GHz 5GHz Tần số cao so với tần số sử dụng cho điện thoại di động, thiết bị cầm tay truyền 1.1.2 Các chuẩn kết nối Wifi Hình Các chuẩn kết nối Wifi Chúng truyền phát tín hiệu tần số 2.4 GHz GHz Tần số cao so với tần số sử dụng cho điện thoại di động, thiết bị cầm tay truyền hình Tần số cao cho phép tín hiệu mang theo nhiều liệu • Chuẩn 802.11: IEEE 802.11 tập chuẩn tổ chức IEEE (tiếng Anh: Institute of Electrical and Electronic Engineers) bao gồm đặc tả kỹ thuật liên quan đến hệ thống mạng không dây Chuẩn IEEE 802.11 mô tả giao tiếp “truyền qua khơng khí" (tiếng Anh: over-the-air) sử dụng sóng vơ tuyến để truyền nhận tín hiệu thiết bị khơng dây tổng đài điểm truy cập (tiếng Anh: access point) hay nhiều thiết bị không dây với IEEE giới thiệu chuẩn mạng không dây đặt tên 802.11 Khi đó, tốc độ hỗ trợ tối đa mạng Mbps với bang tầng 2.4GHz 7 • Chuẩn 802.11b: IEEE mở rộng chuẩn 802.11 gốc, chuẩn 802.11b Chuẩn hỗ trợ băng thơng lên đến 11Mbps, tương quan với Ethernet truyền thống 802.11b sử dụng tần số vô tuyến (2.4 GHz) giống chuẩn ban đầu 802.11 Các hãng thích sử dụng tần số để chi phí sản xuất họ giảm Các thiết bị 802.11b bị xuyên nhiễu từ thiết bị điện thoại không dây (kéo dải), lị vi sóng thiết bị khác sử dụng dải tần 2.4 GHz Mặc dù cách cài đặt thiết bị 802.11b cách xa thiết bị giảm tượng xuyên nhiễu • Ưu điểm 802.11b – giá thành thấp nhất; phạm vi tín hiệu tốt khơng dễ bị cản trở • Nhược điểm 802.11b – tốc độ tối đa thấp nhất; ứng dụng gia đình xun nhiễu • Chuẩn 802.11a Được phát triển song song với chuẩn 802.11b, chuẩn 802.11a hỗ trợ tốc độ tối đa gần gấp lần lên đến 54 Mpbs sử dụng tầng 5Ghz nhằm tránh bị nhiễu từ thiết bị khác Tuy nhiên, nhược điểm chuẩn phạm vi phát hẹp (40-100m) khó xuyên qua vật cản vách tường Chuẩn thường sử dụng mạng doanh nghiệp thay gia đình giá thành cao • Chuẩn 802.11g Năm 2003, chuẩn Wifi hệ thứ đời mang tên 802.11g Chuẩn kết hợp từ chuẩn a b Được hỗ trợ tốc độ 54Mpbs chuẩn a sử dụng băng tầng 2.4GHz chuẩn b chuẩn có phạm vi tín hiệu tốt (80200m) dễ bị nhiễu từ thiết bị điện tử khác Ngày nay, số hộ gia đình cịn sử dụng chuẩn • Ưu điểm 802.11g – tốc độ cao; phạm vi tín hiệu tốt bị che khuất • Nhược điểm 802.11g – giá thành đắt 802.11b; thiết bị bị xuyên nhiễu từ nhiều thiết bị khác sử dụng băng tần • Chuẩn 802.11n (hay 802.11 b/g/n) Đây chuẩn sử dụng phổ biến tương đối Chuẩn WiFi 802.11n đưa nhằm cải thiện chuẩn 802.11g cách sử dụng công nghệ MIMO (Multiple-Input Multiple-Output) tận dụng nhiều anten Chuẩn kết nối 802.11n hỗ trợ tốc độ tối đa lên đến 600 Mpbs, hoạt động băng tần 2.4 GHz GHz, router hỗ trợ hai băng tần củng phát sóng song song Chuẩn kết nối dần thay chuẩn 802.11g với tốc độ cao, phạm vi tín hiệu tốt (từ 100-250m) giá thành ngày phù hợp với túi tiền người tiêu dùng •Ưu điểm 802.11n – tốc độ nhanh phạm vi tín hiệu tốt nhất; khả chịu đựng tốt từ việc xun nhiễu từ nguồn bên ngồi •Nhược điểm 802.11n – chuẩn chưa ban bố, giá thành đắt 802.11g: sử dụng nhiều tín hiệu gây nhiễu với mạng 802.11b/g gần • Chuẩn 802.11ac (hay chuẩn 802.11 a/b/g/n/ac) Chuẩn Wi-Fi 802.11ac chuẩn mạng không dây ngày xuất nhiều router, máy tính tất nhiên thiết bị di động smartphone So với Wi-Fi 802.11n dùng phổ biến nay, chuẩn 802.11ac mang lại tốc độ nhanh Là chuẩn Wifi IEEE giới thiệu Chuẩn ac có hoạt động băng tầng GHz tốc độ tối đa lên đến 1730 Mpbs sử dụng lại công nghệ đa anten chuẩn 802.11n cho người dùng trải nghiệm tốc độ cao Hiện tại, chuẩn sử dụng số thiết bị cao cấp hãng điện thoại Apple, Samsung, Sony, Tuy nhiên, giá thành cao nên thiết bị phát tín hiệu cho chuẩn chưa phổ biến thị trường nên thiết bị không hoạt động tối ưu sử dụng hạn chế thiết bị phát • Wifi Hotspot Đây tính mà thiết bị phát sóng Wifi cho thiết bị điện thoại laptop, máy tính bảng khác Nói cách khác tính biến Smartphone thành Modem Wifi 9 WiFi hoạt động ba tần số nhảy qua lại tần số khác cách nhanh chóng Việc nhảy qua lại tần số giúp giảm thiểu nhiễu sóng cho phép nhiều thiết bị kết nối không dây lúc 1.1.3 Wifi hoạt động Cũng giống điện thoại di động, Wifi sử dụng sóng radio (sóng vơ tuyến) để truyền thơng tin qua hệ thống mạng Máy tính bao gồm card mạng khơng dây truyền liệu gửi vào tín hiệu radio Tương tự tín hiệu truyền thơng qua ăng-ten, giải mã gọi router Sau giải mã xong, liệu gửi đến Internet thơng qua kết nối Ethernet có dây Wifi hoạt động nào? Đa số người dùng biết chí khơng biết Wifi hoạt động Lúc đầu Wifi phát triển cách để thay cáp Ethernet Cho đến thời điểm tại, Wifi trở thành công nghệ phổ biến cung cấp kết nối thiết bị Tuy nhiên, Wifi phát triển Wifi thay cho nhiều loại cáp khác cáp video, cáp âm thanh, cáp USB Nhưng điều quan trọng Wifi vận chuyển 60% lưu lượng Internet toàn giới Không giống máy thu FM xe ô tô, Wifi giao tiếp qua lại chủ yếu radio sử dụng điện thấp phát sóng khoảng cách ngắn nhiều Hai radio cho phép người dùng web tải liệu từ Internet upload thơng tin – chí địa submit thơng qua đếm trình duyệt giao tiếp chiều Wifi phức tạp so với vô tuyến mặt đất Wifi sử dụng giao thức kết nối Internet (Internet Protocol) để giao tiếp Ngôn ngữ Internet tạo cấu trúc Wifi Wifi phát sóng hai tần số, để cắt giảm tín hiệu tránh bị nhiễu cung cấp tín hiệu nhanh từ Router khơng dây đến máy tính 10 Wifi 2.4 GHz có tần số thấp hơn, “tiếp cận” với máy tính cách xa so với Wifi tần số GHz Tuy nhiên kể từ điện thoại không dây đời, nhiều người dùng gặp phải cố với tín hiệu radio Cách để khắc phục cố thiết lập tần số để phát song kênh Hầu hết router “rất giỏi” tự động dị tìm kênh tốt để sử dụng Và Wifi GHz có nhiều kênh so vói Wifi 2.4 GHz Với người dùng mạng Wifi không ổn định, việc tinh chỉnh lại hệ thống mạng hữu ích hiệu nhiều so với việc cài đặt mở rộng hệ thống mạng Vấn đề mở rộng lại “đẩy” tín hiệu Wifi yếu Vì mạng Internet không dây truyền tốc độ 1/2 tốc độ cũ, mở rộng (extender) lặp lại tín hiệu đó, đẩy tín hiệu chí yếu cịn yếu Wifi có số tính bảo mật Để truy cập mạng, người dùng phải có mật WPA2, hay cịn gọi WPA (số đại diện cho hệ thứ hai WPA) Đây nơi nhập mật để kết nối mạng Wifi Ngồi cịn có tính bảo mật khác gọi Advanced Encryption Standard (cịn gọi AES) phát triển phủ Hoa Kỳ để đảm bảo cho liệu an tồn truyền từ thiết bị khác Có lẽ tính quan trọng Wifi tính tương thích ngược Với tính này, tất máy tính cũ kết nối với Router “siêu nhanh” 1.2 Giới thiệu MODULE ESP8266 1.2.1 Tổng quan MODULE ESP8266 Kít ESP8266 kít phát triển dựa chíp Wifi SoC ESP8266 với thiết kế dễ dàng sửa dụng tích hợp sẵn mạch nạp sử dụng chíp CP2102 borad Bên ESP8266 có sẵn lõi vi xử lí trực tiếp lập trình cho ESP8266 mà khơng cần thêm vi xử lí Hiện có hai ngơn ngữ lập trình cho ESP8266, sử dụng trực tiếp phần mềm IDE Arduino để lập trình với thư viện riêng sử dụng phần mềm node MCU 11 Module ESP8266 module wifi giá rẻ đánh giá cao cho ứng dụng liên quan đến Internet Wifi ứng dụng truyền nhận sử dụng thay cho module RF khác ESP8266 chip tích hợp cao, thiết kế cho nhu cầu giới kết nối mới, giới Internet of thing (IOT) Nó cung cấp giải pháp kết nối mạng Wi-Fi đầy đủ khép kín, cho phép lưu trữ ứng dụng để giảm tải tất chức kết nối mạng Wi-Fi từ xử lý ứng dụng ESP8266 có xử lý khả lưu trữ mạnh mẽ cho phép tích hợp với cảm biến, vi điều khiển thiết bị ứng dụng cụ thể khác thơng qua GPIOs với chi phí tối thiểu PCB tối thiểu 1.2.2 Tính chip Esp8266 ▪ SDIO 2.0, SPI, UART ▪ 32-pin QFN ( Chip esp8266) ▪ Tích hợp RF switch, balun, 24dBm PA, DCXO, and PMU ▪ Tích hợp xử lý RISC, chip nhớ giao diện nhớ bên ngồi ▪ Tích hợp vi xử lý MAC / baseband ▪ Chất lượng quản lý dịch vụ ▪ Giao diện I2S cho độ trung thực cao ứng dụng âm ▪ On-chip thấp học sinh bỏ học điều chỉnh tuyến tính cho tất nguồn cung cấp nội ▪ Kiến trúc giả miễn phí hệ đồng hồ độc quyền ▪ Tích hợp WEP, TKIP, AES, cơng cụ WAPI 12 1.2.3 Sơ đồ chân Hình Sơ đồ chân ESP8266 - UTXD (TX) – chân truyền tín hiệu module nối với chân RX vi điều khiển - URXD(RX) – chân truyền tín hiệu module nối với chân RX vi điều khiển - RST – chân reset cứng module Reset xảy tín hiệu xuống mức thấp - GPIO0, GPIO2, CH_PD nối với mức cao VCC: Nối với 3.3V - GND: Nối với OV Hình Module ESP8266 13 CHƯƠNG II THIẾT KẾ HỆ THỐNG 2.1 Xây dựng tốn thiết kế 2.1.1 u cầu hệ thống • Mạch hoạt động ổn định • Linh kiện phải chọn giá trị • Khả truyền nhận tín hiệu kết nối tốt • Giá phù hợp 2.1.2 Giải pháp cơng nghệ • Module ESP8266 NODE MCU V3 • Màn hình OLED • Module cảm biến nhiệt độ độ ẩm DHT11 2.1.3 Giải pháp thiết kế • Phần mềm lập trình: Arduino IDE 1.8.13 2.2 Sơ đồ khối • Khối nguồn: cấp nguồn điện ổn định • Khối cảm biến: nhận tín hiệu từ mơi trường trả vi xử lí • Khối phát: phát tín hiệu trả từ cảm biến • Khối thu: nhận tín hiệu truyền khơng dây từ khối phát • Khối hiển thị: hình Oled hiển thị thơng tin 14 2.2.1 Giới thiệu hình Oled Hình Màn hình Oled Thơng số kĩ thuật: • Cơng suất tiêu thụ: 0.04W • Độ rộng hình: 0.96 inch • Màu hiển thị: Trắng/ Xanh dương • Giao tiếp: I2C • Điện áp hoạt động: 2.2V (~5.5V) • Driver: SSD1306 2.2.2 Module DHT11 Cảm biến nhiệt độ độ ẩm DHT11 DHT11 cảm biến độ ẩm tương đối Để đo không khí xung quanh, cảm biến sử dụng điện trở nhiệt cảm biến độ ẩm điện dung Cảm biến DHT11 bao gồm phần tử cảm biến độ ẩm điện dung điện trở nhiệt để cảm nhận nhiệt độ Tụ điện cảm biến độ ẩm có hai điện cực với chất giữ ẩm làm chất điện môi chúng Thay đổi giá trị điện dung xảy với thay đổi mức độ ẩm IC đo, xử lý giá trị điện trở thay đổi chuyển chúng thành dạng kỹ thuật số Để đo nhiệt độ, cảm biến sử dụng nhiệt điện trở có hệ số nhiệt độ âm, làm giảm giá trị điện trở nhiệt độ tăng Để có giá trị điện trở lớn thay đổi nhỏ nhiệt độ, cảm biến thường làm gốm bán dẫn polymer 15 Hình 2 Hình ảnh thực tế cảm biến nhiệt độ độ ẩm DHT11 Số chân Mô tả Tên chân Vcc Nguồn 3.5V đến 5.5V Data Đầu nhiệt độ độ ẩm thông qua liệu nối tiếp NC Khơng có kết nối khơng sử dụng Ground Nối đất Bảng 1 Chức chân DHT11 2.3 Sơ đồ ngun lí Hình Sơ đồ nguyên lí 16 2.4 Sơ đồ lắp ráp 17 CHƯƠNG III HOÀN THIỆN VÀ THỬ NGHIỆM 3.1 Mơ hình hồn thiện Hình Mạch hồn thiện 3.2 Thực nghiệm Đo nhiệt độ độ ẩm phịng Hình Thử nghiệm đo độ ẩm nhiệt độ 18 3.3 Đánh giá Ưu điểm: • Mạch hoạt động ổn định • Chức đo đạc xác Nhược điểm: • Đơi hoạt động cịn chậm Hướng phát triển: • Có thể ứng dụng để thu thập liệu nhà thơng minh • Ứng dụng thêm nhiều chức đo ánh sáng,cảnh báo khí gas, cảnh báo cháy nổ 19 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] https://arduino.esp8266.vn/ [2] https://dientutuonglai.com/ [3] http://arduino.vn/ 20