Thiết kế và thi công mô hình xe Robot điều khiển từ xa dựa trên ứng dụng điện thoại Android thông qua mạng wifi, có thể lập trình code điều khiển cập nhật dữ liệu nhận từ app điện thoại để từ đó điều khiển các động cơ hoạt động cơ bản xe có khả năng rẽ trái, phải và tiến, lùi được, tăng giảm tốc độ theo nhu cầu mô hình được xử lý trung tâm bằng kit Arduino ESP8266. Khi phát hiện điều bất thường thì trên điện thoại sẽ cho ta thấy hình ảnh đang làm việc của nhà xửơng.
TỔNG QUAN
Lý do chọn đề tài
Ngày nay, hệ thống điều khiển đóng vai trò quan trọng trong sự phát triển của khoa học kỹ thuật và văn minh hiện đại Mỗi khía cạnh trong cuộc sống hàng ngày đều chịu ảnh hưởng từ các loại hệ thống điều khiển khác nhau Chúng ta dễ dàng nhận thấy sự hiện diện của hệ thống điều khiển trong máy công cụ, kỹ thuật không gian, hệ thống vũ khí, máy tính, giao thông, năng lượng và robot.
Trong cuộc sống hàng ngày, từ các trò chơi giải trí như robot và xe điều khiển từ xa đến những ứng dụng thân thiện, công nghệ đã được cải tiến để mang lại sự tiện lợi tối đa cho người dùng Việc điều khiển từ xa đã trở thành một phần thiết yếu trong mọi lĩnh vực của cuộc sống.
Với tầm quan trọng của lĩnh vực Đo Lường và Điều Khiển Tự Động, tôi đã quyết định nghiên cứu đề tài "Thiết kế mô hình robot car thu thập dữ liệu nhiệt độ, độ ẩm và giám sát hình ảnh" Mô hình này không chỉ giúp nâng cao khả năng giám sát môi trường mà còn ứng dụng công nghệ hiện đại trong việc thu thập thông tin một cách hiệu quả.
Xe được điều khiển thông qua ứng dụng điện thoại, sử dụng bộ xử lý trung tâm ESP8266 NodeMCU để truyền nhận dữ liệu Giao tiếp giữa ứng dụng và kit ESP8266 diễn ra qua chuẩn wifi, từ đó điều khiển xe và điều chỉnh tốc độ động cơ.
Đề tài này không còn mới mẻ đối với nhiều sinh viên khóa trên, với các vi điều khiển như Arduino, Atmega, Raspberry, STM32, và PIC đã được nghiên cứu Nhóm em sẽ sử dụng vi điều khiển Arduino ESP8266, kết hợp với cảm biến DHT11 và motor driver shield L298H, nhằm phát triển các chức năng điều khiển xe có khả năng rẽ trái, phải và tiến lùi.
Giới hạn đề tài
Lĩnh vực đo lường và điều khiển tự động có nhiều hướng nghiên cứu đa dạng Đề tài “Thiết kế mô hình robot car thu thập dữ liệu nhiệt độ, độ ẩm và giám sát hình ảnh” mang đến nhiều khía cạnh nghiên cứu thú vị Dưới những điều kiện cụ thể, việc phát triển mô hình này không chỉ giúp thu thập thông tin môi trường mà còn nâng cao khả năng giám sát hình ảnh, từ đó phục vụ cho các ứng dụng trong thực tiễn.
Phạm vi thực hiện đồ án môn học, dĩ nhiên về kinh nghiệm và ứng dụng thực tế còn chưa nhiều.
Chưa tối ưu hết các chức năng làm việc trong mô hình đang làm.
Điều khiển thông qua mạng mạng wifi nên chỉ có thể điều khiển ở một phạm vi nhất định nếu vượt quá thì sẽ không hoạt động được.
Và vì giới hạn về kinh phí nên không nâng cao làm được thêm một số module
Tính bảo mật của ứng dụng điều khiển không cao.
Nguồn hoạt động chính của mạch là pin nên do đó có hạn chế về thời gian sử dụng.
Vì vậy nhóm em thực hiện đề tài với những nội dung sau:
Lập trình bằng Kit Ardiuno ESP8266 NodeMCU.
Thiết kế mạch điều khiển xe mô hình bằng điện thoại android qua sóngBluetooth.
Mục tiêu đề tài
Mô hình xe Robot điều khiển từ xa được thiết kế và thi công dựa trên ứng dụng điện thoại Android qua mạng wifi, cho phép lập trình code điều khiển và cập nhật dữ liệu từ app Xe có khả năng rẽ trái, phải, tiến, lùi, và điều chỉnh tốc độ theo nhu cầu, với trung tâm điều khiển sử dụng kit Arduino ESP8266 Khi phát hiện điều bất thường, ứng dụng trên điện thoại sẽ hiển thị hình ảnh hoạt động của nhà xưởng.
Nội dung nghiên cứu
Nội dung nghiên cứu của nhóm được chia thành bốn phần chính Đầu tiên, nhóm tập trung vào việc nghiên cứu các lý thuyết và ứng dụng của vi điều khiển cùng các module cần thiết trong mô hình Tiếp theo, nhóm đề xuất các giải pháp thiết kế mô hình và lựa chọn linh kiện phù hợp Thứ ba, việc tìm hiểu, sử dụng và cài đặt phần mềm lập trình cho vi điều khiển cũng như phần mềm thiết kế giao diện điều khiển được thực hiện Cuối cùng, nhóm tiến hành viết chương trình điều khiển, thi công hệ thống và kiểm tra kết quả để đảm bảo tính hiệu quả của mô hình.
CƠ SỞ LÝ THUYẾT
Tổng quan về IoT
a Giới thiệu về Internet of Things (IoT):
Mạng lưới vạn vật kết nối Internet (IoT) là một hệ thống trong đó mỗi 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 IoT phát triển từ sự hội tụ của công nghệ không dây, vi cơ điện tử và Internet, tạo thành một tập hợp các thiết bị kết nối với nhau, với Internet và thế giới bên ngoài để thực hiện các nhiệm vụ cụ thể.
Here is a rewritten paragraph that contains the main points of the article, complying with SEO rules:"IoT được hiểu đơn giản là mạng lưới các thiết bị có thể kết nối với nhau, cho phép chúng giao tiếp và chia sẻ dữ liệu qua các công nghệ như Wi-Fi, mạng viễn thông băng rộng (3G, 4G), Bluetooth, ZigBee, hồng ngoại và nhiều hơn thế Các thiết bị này có thể là điện thoại thông minh, máy pha cafe, máy giặt, tai nghe, bóng đèn và nhiều thiết bị khác trong cuộc sống hàng ngày Theo dự báo của Cisco, nhà cung cấp giải pháp và thiết bị mạng hàng đầu hiện nay, IoT sẽ tiếp tục phát triển và trở thành xu hướng công nghệ chủ đạo trong tương lai."
Đến năm 2020, dự kiến sẽ có khoảng 50 tỷ đồ vật kết nối vào Internet, và con số này có thể còn gia tăng hơn nữa IoT sẽ hình thành một mạng lưới khổng lồ kết nối mọi thứ, bao gồm cả con người và thiết bị, tạo ra mối quan hệ giữa người với người, người với thiết bị, và thiết bị với thiết bị Mạng lưới IoT có khả năng chứa từ 50 đến 100 nghìn tỉ đối tượng được kết nối, cho phép theo dõi sự di chuyển của từng đối tượng Một người sống trong thành phố có thể bị bao bọc bởi hàng triệu thiết bị kết nối xung quanh.
1000 đến 5000 đối tượng có khả năng theo dõi. b Lịch sử hình thành:
Năm 1968 đánh dấu sự khởi đầu của kỷ nguyên Internet of Things trong sản xuất với sự sáng tạo của kỹ sư Dick Morley, người đã phát minh ra bộ điều khiển lập trình logic (PLC) Đột phá này đã trở thành một phần thiết yếu trong dây chuyền tự động hóa và các robot công nghiệp, giữ vai trò không thể thay thế cho đến nay.
- 1999: Đây là cột mốc quan trọng trong quá trình phát triển IOT Kevin Ashton,
Giám đốc Phòng thí nghiệm tự động nhận diện tại Đại học Massachusetts, Hoa Kỳ, đã giới thiệu khái niệm Internet of Things (IoT) trong bài diễn thuyết của mình, nhằm mô tả thế hệ cải tiến tiếp theo của công nghệ theo dõi RFID, một công nghệ nhận dạng đối tượng bằng sóng vô tuyến thường được ứng dụng trong siêu thị để ngăn chặn trộm cắp Đây là lần đầu tiên khái niệm IoT được đưa ra trong bối cảnh này.
Năm 2016, khái niệm Internet vạn vật (IoT) bắt đầu được áp dụng rộng rãi trong lĩnh vực sản xuất, dẫn đến sự ra đời của khái niệm mới là Internet vạn vật trong công nghiệp (IIoT) IIoT đại diện cho sự kết nối và tương tác giữa các thiết bị trong môi trường công nghiệp, nhằm tối ưu hóa quy trình sản xuất và nâng cao hiệu quả hoạt động.
Những dấu mốc cải tiến quan trọng khác:
- Dưới đây là một vài dấu mốc trong việc cải tiến IIoT đáng chú ý khác:
- 1983: Ethernet được tiêu chuẩn hóa
- 1989: Tim Berners-Lee tạo ra giao thức giao tiếp chung và không trạng thái Hypertext Transfer Protocol (HTTP)
- 1992: TCP/IP cho phép PLCs kết nối với máy tính
- 2002: Amazon Web Services phát hành, và điện toán đám mây bắt đầu được đưa vào sử dụng;
- 2006: OPC Unified Architecture (UA) thúc đẩy các kết nối an toàn giữa các thiết bị, nguồn dữ liệu và các ứng dụng;
Vào năm 2006, thiết bị chuyên dụng bắt đầu trở nên phổ biến và có giá trị kinh tế cao hơn Những thiết bị này được thiết kế và sản xuất với kích thước nhỏ gọn, đồng thời sử dụng năng lượng từ pin hoặc năng lượng mặt trời.
- Từ 2010-nay: Các cảm biến có giả các phải chăng hơn, thúc đẩy việc sử dụng rộng rãi các thiết bị này trong mọi mặt cuả đời sống.
Vai trò của IoT trong sản xuất hiện nay:
Ngày nay, IIoT (Internet of Things trong công nghiệp) ngày càng thu hút sự chú ý từ các nhà sản xuất Ứng dụng IoT trong lĩnh vực sản xuất có những đặc điểm riêng biệt, phù hợp với yêu cầu và đặc thù của ngành công nghiệp.
- Tập trung xử lý khối lượng dữ liệu quy trình trong doanh nghiệp sản xuất;
- Công nghệ thông tin (IT) và hoạt động sản xuất (OT) trong doanh nghiệp phải phối hợp nhịp nhàng;
- Việc bảo mật dữ liệu sản xuất và tài sản là vấn đề cần được lưu ý hàng đầu.
IIoT đang trở thành xương sống của mọi ngành công nghiệp nhờ vào việc tích hợp các công nghệ mới như AI, Machine Learning, và AR/VR Công nghệ này cho phép doanh nghiệp tối ưu hóa hoạt động sản xuất, theo dõi và phân tích thiết bị, đồng thời thực hiện bảo trì dự đoán Bằng cách biến khối lượng dữ liệu khổng lồ thành thông tin có giá trị, IIoT giúp doanh nghiệp đưa ra quyết định kịp thời và hiệu quả hơn thông qua các ứng dụng IoT.
Theo dự báo của Accenture, đến năm 2030, giá trị của IIoT sẽ đạt khoảng 14.2 nghìn tỷ USD, trở thành động lực chính cho nền công nghiệp và kinh doanh toàn cầu Hiện nay, IoT trong sản xuất đã và đang chuyển đổi nhiều ngành công nghiệp lớn như sản xuất, năng lượng, khai thác mỏ và giao thông vận tải Việc phát triển IIoT đúng cách sẽ mang lại lợi ích tiềm tàng cho doanh nghiệp của bạn từ nền tảng công nghệ này.
IoT có ứng dụng rộng vô cùng, có thể kể ra một số thư như sau:
Quản lý chất thải hiệu quả là một phần quan trọng trong kế hoạch quản lý đô thị bền vững, đồng thời cần chú trọng đến quản lý môi trường để bảo vệ hệ sinh thái Trong các tình huống khẩn cấp, việc phản hồi nhanh chóng và chính xác là rất cần thiết Mua sắm thông minh giúp tối ưu hóa chi phí và nâng cao hiệu quả sử dụng, trong khi quản lý các thiết bị cá nhân và đồng hồ đo thông minh đóng vai trò quan trọng trong việc theo dõi và điều chỉnh tiêu thụ năng lượng Cuối cùng, tự động hóa ngôi nhà không chỉ mang lại sự tiện nghi mà còn góp phần vào việc tiết kiệm năng lượng và bảo vệ môi trường.
Tác động của IoT rất đa dạng trên nhiều lĩnh vực, đặc biệt trong y tế, nơi thiết bị IoT cho phép theo dõi sức khỏe từ xa và cung cấp hệ thống thông báo khẩn cấp Các thiết bị theo dõi sức khỏe bao gồm máy đo huyết áp, nhịp tim, và các thiết bị tiên tiến giám sát cấy ghép như máy điều hòa nhịp tim hoặc trợ thính Ngoài ra, cảm biến cũng có thể được lắp đặt trong không gian sống để theo dõi sức khỏe của người già, đảm bảo họ nhận được sự chăm sóc thích hợp và hỗ trợ phục hồi khả năng di chuyển thông qua các thiết bị tiêu dùng khuyến khích lối sống lành mạnh, như cân kết nối hoặc máy theo dõi nhịp tim.
Cisco, Intel và Qualcomm tài trợ cho các công ty khởi nghiệp trong lĩnh vực IoT vì tiềm năng lợi nhuận lớn từ các khoản đầu tư này Các hãng công nghệ khổng lồ nhận thấy rằng việc đầu tư vào khởi nghiệp là một cơ hội mạo hiểm nhưng đầy hứa hẹn Chẳng hạn, vào năm 2014, Intel đã thu về hơn 2 tỷ USD từ Internet of Things, chứng tỏ giá trị của lĩnh vực này.
IoT (Internet of Things) đang khẳng định vị thế là xu hướng tương lai với những con số ấn tượng: vào năm 2020, có 4 tỷ người kết nối với nhau, doanh thu đạt 4.000 tỷ USD, hơn 25 triệu ứng dụng được phát triển, cùng với hơn 25 tỷ hệ thống nhúng và thông minh Đặc biệt, lượng dữ liệu tạo ra lên tới 50.000 tỷ Gigabytes, cho thấy tiềm năng vô hạn của IoT trong việc kết nối và tối ưu hóa cuộc sống.
- Vì thế, Internet of Thing đang là chìa khóa của thành công trong tương lai.
Giới thiệu về công nghệ wifi
Wifi, viết tắt của Wireless Fidelity, là một hệ thống mạng không dây hoạt động dựa trên sóng vô tuyến, theo tiêu chuẩn IEEE 802.11, cho phép truy cập internet mà không cần kết nối vật lý Hiện nay, có 6 chuẩn Wifi phổ biến: a, b, g, n, ac, và ad, trong đó chuẩn ac được sử dụng rộng rãi nhất trên điện thoại, máy tính và các thiết bị thông minh khác Sau đây là phần giới thiệu về hoạt động của Wifi.
Kết nối Wifi được trang bị trên điện thoại di động và các thiết bị thông minh. b Cách thức hoạt động của Wifi:
Để một thiết bị kết nối internet qua Wifi, trước tiên cần có bộ thu phát Wifi Bộ thu có khả năng thu sóng Wifi, chuyển đổi thành tín hiệu sóng vô tuyến và truyền đi qua Ăng-ten Router vừa là bộ thu vừa là bộ phát, nhận sóng vô tuyến từ thiết bị và chuyển đổi thành dữ liệu để truyền qua kết nối vật lý.
Khi nhận dữ liệu yêu cầu từ thiết bị, các Router sẽ mã hóa chúng thành sóng vô tuyến và gửi lại thông tin cho thiết bị gửi Trên các thiết bị như máy tính, điện thoại và thiết bị thông minh khác, phần thu phát Wifi được gọi là Card mạng hoặc card Wifi Một Router có khả năng kết nối với nhiều thiết bị khác nhau để truyền tải dữ liệu yêu cầu Đây là cách thức hoạt động của Wifi, mời bạn tìm hiểu thêm về các chuẩn Wifi trong phần tiếp theo.
Một router Wifi có đến 4 ăng-ten giúp sóng truyền nhận khỏe hơn. c Phân loại các chuẩn Wifi:
Sóng Wifi hiện nay rất phổ biến trong đời sống con người, hoạt động ở tần số từ 2.4 GHz đến 5 GHz, cao hơn so với sóng vô tuyến truyền hình, điện thoại và radio, giúp bảo đảm an toàn thông tin khi truyền và nhận dữ liệu Dưới đây là phần liệt kê chi tiết về cách phân loại Wifi.
Chuẩn 802.11 b: thu phát ở tần số 2.4 GHz và có tốc độ truyền nhận dữ liệu lên đến 11 Megabit/s và sử dụng mã CCk để xử lý.
Chuẩn 802.11 g hoạt động ở tần số 2.4 GHz tương tự như chuẩn b, nhưng nhờ áp dụng mã OFDM, tốc độ truyền nhận dữ liệu đã được cải thiện đáng kể, đạt tới 54 megabit/s.
Chuẩn 802.11a là một tiêu chuẩn Wifi hoạt động ở tần số 5 GHz, với tốc độ truyền dữ liệu đạt 54 megabit mỗi giây, tương tự như chuẩn g.
Chuẩn 802.11n là công nghệ Wifi tiên tiến được phát triển dựa trên chuẩn g, giữ nguyên tần số hoạt động 2.4 GHz nhưng mang lại tốc độ truyền dữ liệu vượt trội Tốc độ ban đầu đạt tới 300 megabit/s và chỉ sau một thời gian ngắn, tốc độ này đã tăng lên 450 megabit/s.
Chuẩn 802.11 ac: hoạt động trên băng tần 5 GHz là một trong số những chuẩn
Wifi có số thiết bị được tích hợp rộng lớn nhất hiện nay.
Kết nối giữa các thiết bị thông minh góp phần hiểu hơn ứng dụng của Wifi d Ưu và nhược điểm của Wifi:
Ưu điểm của mạng Wifi:
Kết nối Wifi mang lại nhiều ưu điểm nổi bật, bao gồm tính tiện dụng và gọn nhẹ so với kết nối cáp truyền thống qua cổng RJ45 Người dùng có thể truy cập Internet ở bất kỳ vị trí nào trong vùng phủ sóng của Router Wifi Hơn nữa, mạng Wifi dễ dàng sửa đổi và nâng cấp, cho phép tăng băng thông và số lượng người sử dụng mà không cần thay đổi Router hay dây cắm Tính thuận tiện của Wifi cho phép người dùng duy trì kết nối khi di chuyển, như trong trường hợp các Router Wifi được lắp đặt trên xe khách đường dài Cuối cùng, mạng Wifi cũng có tính bảo mật tương đối cao, đảm bảo an toàn cho người sử dụng.
Nhược điểm của mạng Wifi:
Mạng Wifi mặc dù có nhiều ưu điểm, nhưng vẫn tồn tại những nhược điểm như phạm vi kết nối hạn chế, khiến tín hiệu yếu dần khi di chuyển xa khỏi router Để khắc phục vấn đề này, việc trang bị thêm các thiết bị hỗ trợ là giải pháp hiệu quả.
Khi lựa chọn giữa Repeater và Access Point, người dùng thường gặp khó khăn do chi phí cao Một nhược điểm khác của mạng Wifi là băng thông; khi có nhiều người kết nối, tốc độ truy cập sẽ giảm đáng kể.
Minh họa vùng phủ sóng của wifi xung quanh một Router
So sánh thông số các chuẩn wifi:
CÁC CHUẨN WIFI 802.11 Chuẩn IEEE 802.11a 802.11b 802.11g 802.11n 802.11ac
Tần số 5 GHz 2.4 GHz 2.4 GHz 2.4/5 GHz 5 GHz
Tốc độ tối đa 54 Mbps 11 Mbps 54 Mbps 600 Mbps 1 Gbps
Phạm vi trong nhà 100 ft 100 ft 125 ft 225 ft 90 ft
Phạm vi ngoài trời 400 ft 450 ft 450 ft 825 ft 1000 ft
Giới thiệu về ESP8266 NodeMCU
ESP8266 là một mạch vi điều khiển mạnh mẽ, cho phép điều khiển các thiết bị điện tử và được tích hợp Wi-Fi 2.4GHz, lý tưởng cho lập trình Cấu tạo của NodeMCU ESP8266 bao gồm các thành phần chính giúp tối ưu hóa khả năng kết nối và điều khiển.
ESP8266 là một vi điều khiển mạnh mẽ, cho phép người dùng điều khiển các thiết bị điện tử một cách linh hoạt Với khả năng tích hợp Wi-Fi 2.4GHz, nó trở thành lựa chọn lý tưởng cho các ứng dụng lập trình và kết nối Internet of Things (IoT).
KIT thu phát WiFi NodeMcu Lua ESP8266 CP2102 là một giải pháp mạnh mẽ cho việc kết nối và điều khiển qua sóng WiFi, nhờ vào chip Wifi SoC ESP8266 và chip giao tiếp CP2102 Sản phẩm này rất phù hợp cho các ứng dụng IoT, giúp thu thập dữ liệu một cách hiệu quả.
KIT thu phát WiFi NodeMcu Lua ESP8266 CP2102 có thiết kế thân thiện, cho phép người dùng dễ dàng lập trình và nạp code trực tiếp thông qua trình biên dịch Arduino IDE Điều này giúp đơn giản hóa quá trình phát triển ứng dụng trên nền tảng ESP8266.
Hình 2.3.1: ESP8266 NodeMCU Hình 2.3.2: mạch nguyên lý của ESP8266 NodeMCU
Hình 2.3.3: sơ đồ chân của ESP8266 NodeMCU
WiFi: 2.4 GHz Hỗ trợ chuẩn 802.11 b/g/n Điện áp hoạt động 3.3V Điện áp vào: Điện áp vào: 5V thông qua cổng USB
Số chân I/O 11 (tất cả các chân I/O đều có
Interrupt/PWM/I2C/One-wire, trừ chân D0)
Số chân Analog Input 1 (điện áp vào tối đa 3.3V)
Giao tiếp Cable Micro USB
Hỗ trợ bảo mật WPA/WPA2
Tích hợp giao thức TCP/IP
Lập trình trên các ngôn ngữ C/C++, Micropython,…
Một số ứng dụng cơ bản khi sử dụng ESP8266 trên Ubuntu:
- Điều khiển công tắc bật/tắt Led bằng openHAB.
- Đọc nhiệt độ trên cảm biến DHT11 bằng openHAB.
- Điều khiển bật/tắt Led bằng giọng nói sử dụng ứng dụng openHAB. b Tính năng của ESP8266 NodeMCU:
NodeMCU V2 được phát triển trên nền tảng chip Wifi ESP8266EX với module ESP-12E, cho phép kết nối wifi dễ dàng chỉ với vài thao tác Board còn tích hợp IC CP2102, giúp giao tiếp thuận tiện với máy tính qua cáp micro USB Ngoài ra, NodeMCU V2 còn được trang bị nút nhấn và đèn LED, hỗ trợ hiệu quả cho quá trình học tập và nghiên cứu.
- Với kích thước nhỏ gọn, linh hoạt board dễ dàng liên kết với các thiết bị ngoại vi để tạo thành project, sản phẩm mẫu một cách nhanh chóng
Sản phẩm này có kích thước nhỏ gọn, dễ sử dụng và có chi phí thấp Bạn nên lựa chọn sản phẩm phù hợp nhất dựa trên nhu cầu sử dụng của mình.
Module DHT 11
- Rất thông dụng hiện nay vì chi phí rẻ và rất dễ lấy dữ liệu thông qua giao tiếp 1- wire (giao tiếp digital 1-wire truyền dữ liệu duy nhất)
- Chuẩn giao tiếp 1 wire là dùng 1 chân Digital để truyền dữ liệu.
- Cảm biến được tích hợp bộ tiền xử lý tín hiệu giúp dữ liệu nhận về được chính xác mà không cần phải qua bất kỳ tính toán nào.
Cảm biến độ ẩm và nhiệt độ DHT11 được tích hợp sẵn điện trở 5,1k, giúp người dùng dễ dàng kết nối và sử dụng hơn so với phiên bản không có chân Module này sử dụng giao tiếp 1 wire để lấy dữ liệu, và bộ tiền xử lý tín hiệu tích hợp đảm bảo dữ liệu chính xác mà không cần tính toán phức tạp DHT11 hoạt động với mức điện áp 5VDC, mang lại sự tiện lợi cho người sử dụng.
Cảm biến độ ẩm DHT11 chỉ nên được sử dụng trong môi trường có độ ẩm thuần là hơi nước Việc sử dụng cảm biến này trong các môi trường đặc biệt như ủ tỏi đen hay ủ yếm khí có thể dẫn đến sự phát triển của nấm và vi khuẩn, gây hư hỏng cho cảm biến.
+dung để đo nhiệt độ và độ ẩm.
+các ứng dụng đo nhiệt độ độ ẩm khác.
Hình 2.4.1: module DHT 11 Hình 2.4.2: các chân của module DHT 11 Hình 2.4.3: kí hiệu module DHT 11
Kết nối ESP8266 với DHT11 và đọc nhiệt độ độ ẩm
- Sơ đồ chân kết nối:
Hình 2.4.4: sơ đồ kết nối ESP8266 và DHT11
Để giao tiếp với cảm biến DHT11 qua chuẩn 1 chân, cần thực hiện hai bước chính: đầu tiên, gửi tín hiệu khởi động (Start) đến DHT11, sau đó cảm biến sẽ xác nhận tín hiệu nhận được.
Khi đã giao tiếp được với DHT11, Cảm biến sẽ gửi lại 5 byte dữ liệu và nhiệt độ đo được.
Module điều khiển động cơ l298
Mạch điều khiển động cơ DC L298 có khả năng điều khiển đồng thời 2 động cơ DC với dòng tối đa lên đến 2A cho mỗi động cơ Mạch này được tích hợp diod bảo vệ và IC nguồn 7805, cung cấp nguồn 5VDC cho các module khác, tuy nhiên chỉ nên sử dụng nguồn 5V này nếu nguồn cấp phù hợp.
Hình 2.5.1: module l298 Hình 2.5.2: sơ đồ chân module l298 Hình 2.5.3: kí hiệu l298
Sơ đồ chân module L298 và hoạt động
- Chân12V Power cấp nguồn cho mạch L298 và là nguồn động lực cho động cơ.
- Chân5V Power có thể dùng cấp nguồn cho Arduino, khi có Jumper 5V Enable.
- Chân GND là chân cấp MASS cho mạch, khi sử dụng khi vi điều khiển thì cần nối GND mạch với GND của vi điều khiển.
- Chân Enable là chân cho phép ngỏ ra động cơ hoạt động hoặc dừng Mặc định mạch có Jumper A Enable va B Enable như hình là cho phép chạy.
- Chân IN1, IN2 điều khiển chiều và tốc độ động cơ 1 thông qua ngỏ ra output A.
- Chân IN3, IN4 điều khiển chiều và tốc độ động cơ 2 thông qua ngỏ ra output B.
- Chân output A, output B chân ngỏ ra động cơ 1, 2.
- IC chính: L298 - Dual Full Bridge Driver
- Điện áp đầu vào: 5~30VDC
- Công suất tối đa: 25W 1 cầu (lưu ý công suất = dòng điện x điện áp nên áp cấp vào càng cao, dòng càng nhỏ, công suất có định 25W).
- Dòng tối đa cho mỗi cầu H là: 2A
- Mức điện áp logic: Low -0.3V~1.5V, High: 2.3V~Vss
Kết nối giữa l298 và ESP8266
Hình 2.5.4 mạch kết nối ESP8266 và L298
Động cơ DC giảm tốc V1 là lựa chọn phổ biến cho thiết kế Robot đơn giản nhờ chất lượng tốt và giá thành hợp lý Với khả năng lắp ráp dễ dàng, động cơ này mang lại sự tiết kiệm chi phí và tiện lợi cho người sử dụng Khi mua động cơ giảm tốc V1, bạn có thể thêm gá lắp động cơ vào thân Robot và bánh xe tương thích để tối ưu hóa hiệu suất.
- Điện áp sử dụng: 3~6VDC.
- Dòng điện tiêu thụ: 110-200mA
- Số vòng/1phút: +90 vòng/ 1 phút tại 3VDC.
Bánh xe V1 được thiết kế đặc biệt để kết hợp với động cơ giảm tốc V1, trở thành lựa chọn phổ biến trong các thiết kế robot hiện nay Với giá thành phải chăng, chất lượng vượt trội và dễ dàng lắp ráp, bánh xe V1 là giải pháp lý tưởng cho nhiều ứng dụng trong lĩnh vực thiết kế robot.
+Chất liệu: Nhựa, cao su, mút.
Phần mềm
a Giới thiệu về app blynk:
Blynk là phần mềm mã nguồn mở chuyên dụng cho các ứng dụng Internet of Things (IoT), cho phép người dùng điều khiển thiết bị phần cứng từ xa Nó có khả năng hiển thị dữ liệu cảm biến, lưu trữ và biến đổi dữ liệu, mang đến nhiều tính năng hữu ích cho người sử dụng.
Nền tảng Blynk có ba phần chính:
Blynk App - cho phép tạo giao diện cho sản phẩm của bạn bằng cách kéo thả các widget khác nhau mà nhà cung cấp đã thiết kế sẵn.
Blynk Server là trung tâm xử lý dữ liệu giữa điện thoại, máy tính bảng và phần cứng, cho phép người dùng lựa chọn giữa việc sử dụng Blynk Cloud hoặc tự tạo máy chủ Blynk riêng Với mã nguồn mở, Blynk Server dễ dàng tích hợp vào các thiết bị khác nhau, bao gồm cả việc sử dụng Raspberry Pi làm máy chủ.
Thư viện Blynk hỗ trợ hầu hết các nền tảng phần cứng phổ biến, cho phép người dùng giao tiếp hiệu quả với máy chủ và xử lý tất cả các lệnh đến và đi một cách mượt mà.
Khi bạn nhấn nút trong ứng dụng Blynk, yêu cầu được gửi đến server của Blynk, sau đó server kết nối với phần cứng của bạn thông qua thư viện Đồng thời, thiết bị phần cứng cũng sẽ truyền dữ liệu trở lại server.
- Cung cấp API & giao diện người dùng tương tự cho tất cả các thiết bị và phần cứng được hỗ trợ.
- Kết nối với server bằng cách sử dụng: Wifi, Bluetooth và BLE, Ethernet, USB (Serial), GSM.
- Các tiện ích trên giao diện được nhà cung cấp dễ sử dụng.
- Thao tác kéo thả trực tiếp giao diện mà không cần viết mã.
- Dễ dàng tích hợp và thêm chức năng mới bằng cách sử dụng các cổng kết nối ảo được tích hợp trên blynk app.
- Theo dõi lịch sử dữ liệu.
- Thông tin liên lạc từ thiết bị đến thiết bị bằng Widget
- Gửi email, tweet, thông báo realtime,…
- Một chiếc điện thoại thông minh IOS hay Android đều được Bạn hãy tải về ứng dụng Blynk Bạn có thể tải bản cài đặt tại đây!
- Một mạch điện tử Arduino, Raspberry Pi, hoặc các mạch phát triển khác Trong các ví dụ mình sẽ sử dụng board mạch NodeMCU CP2102.
Hướng dẫn cài đặt và cấu hình ứng dụng Blynk: Để sử dụng Blynk với máy chủ miễn phí của tôi, bạn cần tải xuống ứng dụng và tạo một tài khoản mới Nên sử dụng email thật để dễ dàng lấy mã Token trong tương lai.
Lưu ý: Chọn vào CUSTOM để chọn server của mình! Nếu sử dụng server của
Blynk thì sẽ không được miễn phí điểm Enegry!
- Host address các bạn nhập vào: makerblynk.ddns.net Sau đó nhấn OK Các bạn nhập Email và mật khẩu của mình sau đó chọn Sign Up. b Arduino IDE:
- Arduino IDE được viết tắt (Arduino Integrated Development Environment) là một trình soạn thảo văn bản, giúp bạn viết code để nạp vào bo mạch Arduino.
- Shetch: Là một chương trình viết bởi Arduino IDE được gọi là sketch, sketch được lưu dưới định dạng ino.
- Làm quen với giao diện Arduino IDE:
Verify Kiểm tra lỗi và biên dịch code
Upload Dịch và upload code vào bo mạch đã được cài đặt sẵn
Open Mở một sketch có sẵn
Serial Monitor Mở serial monitor.
Cổng Com, hay còn gọi là cổng nối tiếp, là một loại cổng phổ biến trong các máy tính truyền thống, dùng để kết nối các thiết bị ngoại vi như bàn phím, chuột, modem và máy quét Tuy nhiên, do tốc độ truyền dữ liệu chậm hơn so với các cổng mới như USB và FireWire, cổng nối tiếp đang dần bị loại bỏ trong các chuẩn máy tính hiện nay.
Serial Monitor là một thành phần quan trọng trong Arduino IDE, cho phép giao tiếp giữa bo mạch và máy tính thông qua kết nối USB Để mở Serial Monitor, người dùng chỉ cần chọn Tool > Serial Monitor.
To communicate with a computer, we must establish the connection speed via the USB port using the Serial.begin() function Subsequently, we can use the Serial.print() function to display content on the Serial Monitor This process is initiated in the void setup() function.
Serial.print("Hello world\n"); delay(1000);} c Cài đặt thư viện cho Arudino:
Để bắt đầu, bạn cần cài đặt Arduino IDE và công cụ board ESP8266 Nếu bạn chưa cài đặt công cụ board ESP8266, hãy tham khảo bài hướng dẫn lập trình ESP8266 với Arduino IDE Sau khi đã cài đặt thành công Arduino IDE và công cụ board ESP8266, bạn cần tải thư viện Blynk về.
- Sau đó các bạn mở Arduino IDE lên Chọn Sketch -> Include Library ->
- Chọn thư mục blynk-library-master vừa tải về
- Nếu bạn nhận được thông báo như vậy là đã thêm thư viện thành công.
- Một chương trình Arduino gồm có 2 phần:
Phần "void setup ()" là bước cài đặt cần thiết để chuẩn bị cho một chương trình Arduino Tất cả các câu lệnh trong phần này được đặt trong cặp ngoặc nhọn ngay sau "void setup()".
Hàm void loop() là phần chứa mã thực thi chính của chương trình, nơi các lệnh được thực hiện liên tục Các câu lệnh trong hàm này được đặt trong cặp ngoặc nhọn ngay sau từ khóa void loop().
XÂY DỰNG VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG
Yêu cầu hệ thống
Dựa trên đề tài đã chọn, phần cứng bao gồm các thành phần chính như ESP8266 NodeMCU, module đo nhiệt độ và độ ẩm DHT11, module L298, hai động cơ DC cùng với hai bánh xe và bánh lái Hệ thống sử dụng hai cục pin 9V (mỗi cục 4,5V) và một đế pin để cung cấp năng lượng Ngoài ra, gá đỡ xe được làm bằng mica và điều khiển qua ứng dụng Blynk trên smartphone.
Sơ đồ khối và chức năng từng khối
Khối xử lý trung tâm ESP8266 nhận tín hiệu từ ứng dụng Blynk, thực hiện xử lý và tính toán độ lệch của xe Sau đó, nó gửi tín hiệu điều khiển đến khối điều khiển động cơ, giúp xe vận hành theo chương trình đã lập sẵn.
- Khối camera: được điều khiển và lập trình trên app blynk, mục đích để giám sát hình ảnh xung quanh khi xe được điều khiển.
- Khối nguồn (Battery): Cung cấp năng lượng cho toàn mạch hoạt động.
- Khối cảm biến DHT 11: Thu nhận tín hiệu và dữ liệu để đo nhiệt độ, độ ẩm ở môi trường xung quanh.
- Khối hiển thị: Phát tín hiệu dữ liệu qua khối xử lý trung tâm sau đó đưa tín hiệu vào khối điều khiển động cơ để hoạt động.
Khối động cơ nhận tín hiệu từ ngõ ra của khối xử lý trung tâm và kết hợp với lập trình code đã được thiết lập trước đó để điều khiển hoạt động của động cơ.
THI CÔNG MẠCH
Sơ đồ nguyên lý
Sơ đồ mạch cho xe điều khiển bằng wifi được thể hiện trong hình, trong đó một trình điều khiển Motor kết nối với esp8266 nodeMCU để điều khiển xe Các chân đầu vào của trình điều khiển động cơ được kết nối tương ứng với NodeMCU Chúng tôi sử dụng 2 động cơ DC và một bánh lái để điều khiển ô tô Để cấp nguồn cho bộ điều khiển động cơ, một pin 9 volt được sử dụng, đồng thời pin này cũng cung cấp năng lượng cho mạch tại chân Vin của esp8266.
Mô hình xe điều khiển bằng WiFi ESP8266 NodeMCU cho phép người dùng điều khiển xe qua điện thoại Android, thay vì sử dụng các phương pháp truyền thống như nút bấm hay cử chỉ Chỉ cần chạm vào ứng dụng Blynk trên điện thoại, người dùng có thể điều khiển xe di chuyển theo các hướng tiến, lùi, trái, phải và dừng lại Trong hệ thống này, điện thoại Android đóng vai trò là thiết bị phát tín hiệu và bộ xử lý trung tâm, trong khi NodeMCU được lắp đặt trên xe để nhận lệnh điều khiển qua WiFi tích hợp.
Khi ứng dụng Blynk trên điện thoại kết nối với WiFi, việc nhấn các nút điều khiển sẽ phát tín hiệu Bluetooth Tín hiệu này sau đó được module Bluetooth chuyển về ESP8266 để xử lý và gửi dữ liệu đến bộ điều khiển hai động cơ DC.
Mô hình xe điều khiển bằng WiFi hoạt động dựa trên các nút chạm trong ứng dụng di động Blynk Để triển khai dự án này, người dùng cần tải xuống ứng dụng từ Google Play Store Ngoài Blynk, có thể sử dụng nhiều ứng dụng khác hỗ trợ gửi và nhận dữ liệu, giúp điều khiển xe hiệu quả.
Để tăng cường khả năng giám sát hình ảnh, tôi đã sử dụng một chiếc smartphone, giúp điều khiển và quan sát mọi hoạt động ngay cả khi không có mặt trực tiếp trong khu vực nhất định.
Lập trình code
#include char auth[] = "mOgNSgi661_BURJwaU3e8uL24KWK1130"; char ssid[] = "Nhat Truong"; char pass[] = "nhattruong1994";
DHT dht(DHTPIN, DHTTYPE); const int in1t = 13; const int in2t = 12; const int in3p = 14; const int in4p = 2; const int led = 4; int tt,gt1,gt2,gt3,gt4,da,nd;
{ gt1 = param.asInt(); if(gt1==1) tt=1; else tt=0;
{ gt2 = param.asInt(); if(gt2==1) tt=2; else tt=0;
{ gt3 = param.asInt(); if(gt3==1) tt=3; else tt=0;
{ gt4 = param.asInt(); if(gt4==1) tt=4; else tt=0;
To set up the LED and control outputs in an Arduino program, first configure the pins by using `pinMode` to set `led`, `in1t`, `in2t`, `in3p`, and `in4p` as outputs Initialize all control pins to a LOW state with `digitalWrite`, then create a blinking LED effect by alternating the LED between HIGH and LOW states with a 500-millisecond delay Finally, start serial communication at a baud rate of 9600 using `Serial.begin(9600)`.
Blynk.begin(auth, ssid, pass); dht.begin(); digitalWrite(led,HIGH); tt=0;
Blynk.run(); // khoi tao if(tt==1) dithang(); else if(tt==2) dilui(); else if(tt==3) rephai(); else if(tt==4) retrai(); else dung(); da = dht.readHumidity(); nd = dht.readTemperature();
{ digitalWrite(in1t,LOW); digitalWrite(in2t,HIGH); digitalWrite(in3p,LOW); digitalWrite(in4p,HIGH);
{ digitalWrite(in1t,HIGH); digitalWrite(in2t,LOW); digitalWrite(in3p,HIGH); digitalWrite(in4p,LOW);
{ digitalWrite(in1t,LOW); digitalWrite(in2t,LOW); digitalWrite(in3p,LOW); digitalWrite(in4p,HIGH);
{ digitalWrite(in1t,LOW); digitalWrite(in2t,HIGH); digitalWrite(in3p,LOW); digitalWrite(in4p,LOW);
{ digitalWrite(in1t,LOW); digitalWrite(in2t,LOW); digitalWrite(in3p,LOW); digitalWrite(in4p,LOW);