GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI1.1 Lý do chọn đề tài- Hiện nay trên thế giới đang hướng đến hiện đại và kết nối không dây, nghiên cứu và phát triển IoT, một trong những khía cạnh đấy là sử dụng wifi đ
GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI
Lý do chọn đề tài
- Hiện nay trên thế giới đang hướng đến hiện đại và kết nối không dây, nghiên cứu và phát triển IoT, một trong những khía cạnh đấy là sử dụng wifi để bật tắt các thiết bị trong nhà Các thiết bị trong nhà sẽ có thể được điều khiển từ xa, đóng mở trên các thiết bị kết nối wifi – trực tuyến.
- Sử dụng tín hiệu wifi để điều khiển, để truy cập từ xa vào các thiết bị điện trong nhà thông qua ứng dụng trên điện thoại hoặc máy tính bảng Việc này giúp người dùng linh hoạt kiểm soát, quản lý các thiết bị điện từ xa hoặc khi họ muốn điều khiển các thiết bị trong nhà mà không cần phải tiếp xúc trực tiếp với chúng
- Kết nối Wi-Fi có chức năng tự động hóa giúp người dùng tiết kiệm thời gian và năng lượng Người dùng có thể cài đặt các chế độ tự động cho các thiết bị điện như tắt đèn vào buổi sáng hay bật quạt khi nhiệt độ phòng quá cao Hoặc có chức năng tiết kiệm điện giúp giảm chi phí điện năng và bảo vệ môi trường Người dùng có thể đặt thời gian chạy cho các thiết bị điện hoặc cài đặt các chế độ tiết kiệm điện để giảm thiểu mức tiêu thụ điện năng không cần thiết.
- Việc kết nối wifi để điều khiển các thiết bị là giải pháp thiết thực và hiệu quả cho việc điều khiển các thiết bị điện trong nhà Với kết nối wifi và điều khiển ứng dụng, người dùng có thể dễ dàng điều khiển các thiết bị điện trong nhà từ xa và tiết kiệm thời gian, năng lượng Đặc biệt, tính năng tự động hóa, tiết kiệm năng lượng giúp người dùng giảm chi phí và bảo vệ môi trường.
- Tuy nhiên, khi sử dụng wifi, người dùng nên chú ý đến các yếu tố quan trọng như tính bảo mật và khả năng tương thích với các thiết bị điện trong nhà Nếu được lựa chọn và sử dụng đúng cách, việc kết nối wifi sẽ trở thành sản phẩm hữu ích và thiết thực trong cuộc sống hàng ngày của bạn.
- Vì những lý do nêu trên nên nhóm sinh viên chúng em đã lựa chọn thực hiện bài tiểu luận với chủ đề " Bật tắt thiết bị trong nhà sử dụng wifi " để đưa ra những lợi ích của đổi mới công nghệ trong đời sống cũng như những mặt hạn chế, vấn đề liên quan đến việc ứng dụng công nghệ hiện đại vào đời sống ở Việt Nam.
Mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu
- Tìm hiểu về vấn đề ứng dụng công nghê cao vào cuộc sống
- Tìm hiểu các linh kiện trong mạch điều khiển thiết bị bằng wifi
- Giả lập được mạch điều khiển thiết bị bằng wifi
Phương pháp nghiên cứu
- Tìm hiểu các linh kiện trong mạch điều khiển thiết bị bằng wifi
Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
- Hệ thống điều khiển thiết bị bằng Wi-Fi
- Giả lập mạch bật tắt bóng đèn
Kết cấu bài báo cáo thực tập
Bài tiểu luận có 4 chương:
Chương II: Tìm Hiểu Các Linh Kiện
Chương III T hiết Kế Sản Phẩm
TÌM HIỂU CÁC LINH KIỆN VÀ MÔ PHỎNG
- WIFI (Wireless Fidelity) là công nghệ kết nối mạng không dây hoạt động dựa trên sóng vô tuyến (còn được gọi là IEEE 802.11) để truyền tải dữ liệu, cho phép truy cập mạng internet ở một khoảng cách xác định giữa các thiết bị mà không cần phải sử dụng dây cáp WIFI được sử dụng phổ biến để kết nối các thiết bị điện tử như máy tính, điện thoại di động, máy tính bảng, TV thông minh tới Internet hoặc với nhau Có 6 chuẩn WIFI thông dụng hiện nay là a, b, g, n, ac, ad… Trong đó chuẩn ac được sử dụng nhiều nhất trên mọi thiết bị thông minh Việc sử dụng WiFi mang lại sự thuận tiện và tiết kiệm chi phí so với sử dụng cáp mạng truyền thống, giúp cho người dùng linh hoạt hơn trong việc kết nối các thiết bị với nhau.
Hình 1.1 WIFI kết nối với các thiết bị thông minh
- Để có sóng wifi ta cần có bộ phát wifi (các thiết bị như modem hoặc router wifi) Sau đó, ta sẽ tiến hành kết nối internet từ các nhà mạng thông qua dây cáp mạng gọi là đường truyền hữu tuyến Và bộ phát wifi sẽ phát ra sóng wifi gọi là sóng vô tuyến để các thiết bị có thể kết nối và sử dụng wifi.
- Để cho dễ hiểu, nguyên lý hoạt động của wifi được chia thành từng bước sau:
Bước 1: Dữ liệu internet từ nhà mạng (được cung cấp bởi các đơn vị ISP như FPT, Viettel, VNPT, CMC…) sẽ được truyền qua dây cáp, kết nối tới bộ phát wifi.
Bước 2: Anten trong bộ phát wifi sẽ mã hóa dữ liệu internet dưới dạng sóng vô tuyến và phát ra ngoài.
Bước 3: Các thiết bị điện tử như: laptop, tivi, điện thoại sẽ nhận được sóng wifi thông qua card wifi được trang bị sẵn trên thiết bị.
Bước 4: Khi người dùng sử dụng internet, các thiết bị điện tử sẽ mã hóa dữ liệu và phát ra ngoài tới bộ phát wifi.
Bước 5: Bộ phát wifi sẽ nhận dữ liệu được mã hóa từ các thiết bị điện tử và phản hồi lại về hệ thống mạng thông qua dây cáp mạng
2.1.3 Ưu và nhược điểm của WIFI
Tiện lợi: Vì là mạng không dây nên có thể có nhiều người kết nối chỉ trong một mạng duy nhất Trong một phần nhỏ giây mà không có bất kỳ cấu hình nào, các kết nối có thể được thực hiện thông qua bộ định tuyến hoặc công nghệ điểm phát sóng Trong các mạng có dây sẽ không có tính dễ sử dung và tiện lợi này vì nó sẽ cần nhiều thời gian hơn để cấu hình và cho phép nhiều người dùng truy cập.
Tính di động: Chỉ cần bạn đang ở trong phạm vi của một Điểm truy cập
WiFi, với WiFi, bạn có thể thực hiện các công việc thường xuyên của mình từ bất cứ đâu bạn muốn, đặc biệt là với các thiết bị di động Bạn không cần phải luôn ngồi ngay trước máy tính để truy cập internet Các công việc đó bao gồm, giao dịch ngân hàng, gửi email và kiểm tra báo cáo công việc.
Năng suất: Bất kể vị trí nào, nhân viên của một công ty đều có thể hoàn thành nhiệm vụ được giao với mạng WiFi Người dùng kết nối với mạng WiFi có thể trải nghiệm các dải tốc độ khác nhau khi họ di chuyển từ vị trí này sang vị trí khác Và cũng có ít gặp sự cố kỹ thuật nhất với mạng LAN không dây Nhờ đó, đội ngũ nhân viên có thể hoàn thành các mục tiêu và công việc kịp thời, nâng cao năng suất chung của công ty.
Triển khai: Việc lắp đặt một điểm truy cập WiFi tương đối dễ dàng so với kết nối mạng Có dây Không có sự phức tạp của cáp được chạy ở các vị trí khác nhau và các bộ chuyển mạch switch vận hành Hãy nghĩ đến việc thiết lập một máy tính để bàn có kết nối mạng tại nơi làm việc Cài đặt một bộ định tuyến WiFi mới dễ dàng hơn là lắp một mạng cáp phức tạp.
Khả năng mở rộng: Thêm người dùng mới vào mạng WiFi là một điều vô cùng dễ dàng Với thông tin đăng nhập LAN không dây thích hợp, nhiều người dùng hơn có thể truy cập vào mạng WiFi Ngoài ra, không cần phải lắp đặt bất kỳ loại thiết bị mới nào, tất cả đều có thể được thực hiện với thiết bị hiện có Điều này giúp tiết kiệm đáng kể thời gian và công sức của khách hàng.
Chi phí: So với kết nối mạng có dây, mạng không dây mang lại lợi thế đáng kể về chi phí và nhân công Đặc biệt khi lắp đặt một mạng WiFi mới, bạn có thể cắt giảm được nhiều chi phí trong việc đi dây và bảo trì Trong số này, chi phí lớn hơn thuộc về phần dây dẫn Vì số lượng dây rất ít được sử dụng ở đây, nó có thể tiết kiệm số tiền lớn hơn trong ngân sách tổng thể của các công ty.
Bảo mật: Mặc dù mạng không dây đã sử dụng nhiều kỹ thuật mã hóa, nhưng WiFi vẫn dễ bị hack Do tính chất không dây, nó có nhiều khả năng bị tấn công, đặc biệt là các mạng WiFi công cộng Vì mạng WiFi công cộng được mở cho bất kỳ ai nên tin tặc có thể áp đặt ID mạng giả của họ Nếu không có sự đồng ý, người dùng có thể kết nối với ID giả này và rơi vào danh sách nạn nhân của cuộc tấn công mạng.
Phạm vi: Phạm vi được cung cấp bởi mạng WiFi bị giới hạn, thường khoảng 100-150 feet Trong khi nó là đủ cho một ngôi nhà bình thường, nó thực sự có thể là một vấn đề đối với các công trình xây dựng Sức mạnh của mạng WiFi sẽ giảm khi bạn di chuyển ra khỏi điểm truy cập
Vì tòa nhà nhiều tầng nên độ mạnh của mạng WiFi có thể thay đổi ở các tầng khác nhau Đám mây này làm suy yếu quy trình làm việc của công ty Cách duy nhất để khắc phục điều này là mua thêm các điểm truy cập.
Tốc độ: Tốc độ của kết nối WiFi chậm hơn nhiều so với kết nối có dây
(khoảng 1-54 Mbps) Đó quá chỉ là một thiết bị được kết nối với các máy chủ chuyên dụng Điều này có thể ổn miễn là có ít thiết bị được kết nối với mạng Thời điểm khi có nhiều thiết bị được kết nối hơn, bạn có thể thấy tốc độ giảm đáng kể. Độ tin cậy: Một mạng WiFi hoạt động ở tần số 2,4Ghz Tần số này có nhiều khả năng bị cản trở do sóng điện từ và các dạng chướng ngại vật khác Do đó, bạn có thể thường xuyên gặp sự cố kết nối và cường độ tín hiệu yếu Đặc biệt là trong quá trình truyền tệp lớn, tín hiệu có thể bị nhiễu.
Băng thông: Nhiều bộ định tuyến chỉ cho phép kết nối tối đa 30 thiết bị
Băng thông của mạng WiFi sẽ yếu hơn khi bạn thêm nhiều thiết bị hơn
Nó chỉ dành riêng cho một người dùng Thông thường, khi băng thông bị giới hạn, người dùng có thể gặp phải tốc độ chậm.
Các vấn đề về sức khỏe: Có một số điều về WiFi cho rằng nó gây ra các vấn đề về sức khỏe ở con người Một số trong số đó là ung thư, mất ngủ và apoptosis Tương tự như các hiệu ứng gây ra từ tần số Vi sóng (EMF).
Và phụ nữ mang thai cũng được khuyến cáo không nên tiếp xúc với tín hiệu WiFi vì nó phát ra bức xạ điện từ.
2.1.4 Các chuẩn kết nối WiFi
Năm 1997, IEEE hay The Institute of Electrical and Electronics Engineers (Viện
Kỹ sư Điện và Điện tử) đã giới thiệu chuẩn WiFi đầu tiên cho mạng WLAN
THIẾT KẾ SẢN PHẨM
Tổng quan về các thiết kế
Dưới đây là một danh sách để tạo một hệ thống điều khiển thiết bị bằng Wi-
Vi điều khiển với Wi-Fi tích hợp (ví dụ: ESP8266 hoặc ESP32): ESP8266 hoặc ESP32 là vi điều khiển có khả năng kết nối Wi-Fi và thích hợp cho các ứng dụng IoT.
Relay Module: Relay giúp bạn điều khiển các thiết bị có nguồn điện lớn với mức điện áp nhỏ từ vi điều khiển
Dây và Kết nối: Sử dụng dây để kết nối ESP8266 hoặc ESP32, relay,
Nguồn điện: Một nguồn điện dự phòng để cung cấp nguồn cho vi điều khiển và relay
Cảm biến Nhiệt Độ và Độ Ẩm (tùy chọn): Nếu muốn mở rộng hệ thống, có thể thêm cảm biến nhiệt độ và độ ẩm để thu thập dữ liệu môi trường
Cảm biến Chuyển Động (tùy chọn): Một cảm biến chuyển động có thể được sử dụng để kích hoạt bóng đèn khi có người đi vào khu vực
Thiết bị điều khiển từ xa hoặc Ứng dụng di động: Có thể tích hợp một thiết bị điều khiển từ xa hoặc sử dụng ứng dụng trên điện thoại thông minh Một số app có thể sử dụng để điều khiển qua điện thoại hoặc máy tính là Blynk, Era …
Chân nối và Module PCB (tùy chọn): Nếu muốn tạo một hệ thống có bố cục gọn gàng, bạn có thể sử dụng chân nối và module PCB để làm sạch và tổ chức các kết nối
Antenna (tùy chọn): Đối với một kết nối Wi-Fi ổn định, bạn có thể sử dụng một anten ngoại vi nếu vi điều khiển hỗ trợ
Điện thoại hoặc Máy tính: Để cấu hình và điều khiển hệ thống.
Môi trường Phần mềm: phần mềm firmware cho vi điều khiển của mình Arduino IDE, PlatformIO hoặc một trình biên dịch khác có thể được sử dụng để viết mã.
Các linh kiện dùng trong mạch, giả sử là mạch bật tắt bóng đèn
ESP8266 được thiết kế với tính năng tích hợp Wi-Fi, cho phép kết nối với mạng không dây và truy cập internet.
ESP8266 có một vi xử lý Tensilica L106 có tốc độ xung nhịp lên đến 160 MHz.
Nó có các ngăn xếp và thanh ghi đa nhiệm để hỗ trợ các ứng dụng đòi hỏi xử lý đa luồng.
Bộ Nhớ Flash tích Hợp: Đa số các phiên bản của ESP8266 có bộ nhớ Flash tích hợp để lưu trữ chương trình và dữ liệu.
GPIO (General Purpose Input/Output) Pins:
ESP8266 cung cấp một số chân GPIO, giúp kết nối với các thiết bị ngoại vi như cảm biến, relay, và nhiều linh kiện khác.
Hỗ trợ các giao thức giao tiếp phổ biến như UART, I2C, và SPI, giúp kết nối với các thiết bị ngoại vi. Ổ Đĩa ADC (Analog-to-Digital Converter):
Có một ADC tích hợp cho phép đo lường giá trị analog, chẳng hạn như từ cảm biến nhiệt độ và độ ẩm.
ESP8266 hỗ trợ chế độ "deep sleep" để tiết kiệm năng lượng, phù hợp cho các ứng dụng IoT yêu cầu hiệu suất năng lượng cao. b,Relay 5V
Relay sẽ được sử dụng để chuyển đổi nguồn điện cho bóng đèn Relay giúp bạn điều khiển các thiết bị có nguồn điện lớn với mức điện áp nhỏ(5v) từ vi điều khiển. c Transistor NPN 2SC1815
Transistor NPN hoạt động như một công tắc điện tử, giúp điều khiển dòng điện lớn (từ nguồn VCC đến thiết bị được điều khiển) bằng một dòng điện nhỏ từ vi điều khiển Điều này làm cho mạch điều khiển trở nên linh hoạt và an toàn hơn cho vi điều khiển nhỏ như ESP8266. d L7805
Sử dụng L7805 trong mạch để cung cấp nguồn điện ổn định 5V L7805 là một loại linh kiện điện tử được gọi là ổn áp tuyến tính (linear voltage regulator).
Cách nối mạch
-2 chân D1,D2 nối với điện trở 1k nối lần lượt với chân D1,D2 của esp8266,chân Vin của esp8266 nối với nguồn 24v