thiết kế mô hình điều khiển thiết bị điện từ xa

Trong đề tài này tập trung nghiên cứu về hệ thống điều khiển từ xa sẽ thêm nhiều chức năng cho hệ thống để được một hệ thống điều khiển thiết bị điện phục vụ cho cuộc sống con người.. Đi

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

Người hướng dẫn : Ths Ngô Thị Minh Hương

Sinh viên thực hiện : Bùi Mình Hoàng

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

Người hướng dẫn : Ths Ngô Thị Minh Hương

Sinh viên thực hiện : Bùi Minh Hoàng

NHẬN XÉT CỦA NGƯỜI HƯỚNG DẪN

NHẬN XÉT CỦA NGƯỜI PHẢN BIỆN

Trong đề tài này tập trung nghiên cứu về hệ thống điều khiển từ xa sẽ thêm nhiều chức năng cho hệ thống để được một hệ thống điều khiển thiết bị điện phục vụ cho cuộc sống con người Chức năng như điều khiển từ xa, hẹn giờ, quản lý dữ liệu trên sever

Kết hợp các kiến thức đã học để xây dụng phát triển đề tài Sử dụng các linh kiện điện tử như Raspberry Pi, ESP8266, module relay,…để xây dựng hiện thành mô hình sản phẩm hệ thống điều khiển thiết bị điện từ xa

Nội dung chính của báo cáo sẽ trình bày những vấn đề lý thuyết cơ bản của lĩnh vực điều khiển thiết bị từ xa cũng như những thành công mà các nhà nghiên cứu đã đạt được trong những năm gần đây Báo cáo nhằm mục đích có được cái nhìn tổng quát về điều khiển thiết bị từ xa sử dụng thường ngày

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

CỘNG HÒA XÃ HÔI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

- Tìm hiểu App Inventor - Tìm hiểu Node-RED - Tìm hiểu MQTT - Tìm hiểu các giao thức giao tiếp kết nối

3 Nội dung chính của đồ án:

- Sử dụng board ESP8266 để làm vi xử lý trung tâm - Dùng Raspberry Pi để làm giao thức kết nối MQTT - Xây dựng App để điều khiển

- Xây dựng các chương trình điều khiển - Thiết kế board mạch

- Thiết kế mô hình điều khiển thiết bị điện từ xa

i

LỜI NÓI ĐẦU

Trong thời đại ngày nay, sự tiện lợi và hiệu suất của cuộc sống hàng ngày ngày càng được tăng cường thông qua sự tích hợp của công nghệ Điều khiển các thiết bị điện từ xa không chỉ mang lại sự thuận tiện mà còn mở ra nhiều khả năng sáng tạo trong việc tối ưu hóa quản lý năng lượng và tạo ra môi trường sống thông minh

Điều khiển thiết bị từ xa là một trong những công nghệ quan trọng không thể thiếu trong các hệ thống nhà thông minh hiện đại Trong môi trường ngày càng đa dạng và phức tạp, nhu cầu sử dụng năng lượng đa dạng và linh hoạt đặt ra thách thức lớn đối với việc thiết kế điều khiển thiết bị từ xa Đồng thời, sự tiện ích và an toàn của các thiết bị này cũng đóng vai trò quan trọng trong việc đảm bảo sự thoải mái và an toàn cho người sử dụng

Đề tài không chỉ mang lại giá trị nghiên cứu mà còn đóng góp vào việc cải thiện chất lượng cuộc sống và sự tiện lợi trong việc sử dụng điện năng Kết quả của đồ án có thể áp dụng rộng rãi trong cả gia đình, doanh nghiệp và các khu vực công cộng

LỜI CẢM ƠN

Lời đầu tiên, em xin gửi đến Cô Ngô Thị Minh Hương lời cảm ơn chân thành và sâu sắc nhất Nhờ có sự hướng dẫn và giúp đỡ tận tình của Cô trong suốt thời gian qua, em đã có thể thực hiện và hoàn thành Đồ Án Tốt Nghiệp Những lời nhận xét, góp ý và hướng dẫn tận tình của Cô đã giúp em có một định hướng đúng đắn trong suốt quá trình thực hiện Đề tài giúp em nhìn ra được những ưu, khuyết điểm của Đề tài và từng bước hoàn thiện hơn

Đồng thời, em xin trân trọng cảm ơn các Thầy Cô của trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật nói chung và của khoa Điện- Điện Tử nói riêng đã dạy dỗ chúng em suốt quãng thời gian ngồi trên ghế giảng đường Đại học Những lời giảng của Thầy Cô trên bục giảng đã trang bị cho chúng em những kiến thức và giúp chúng em tích lũy thêm những kinh nghiệm

Và xin cảm ơn sự hỗ trợ và giúp đỡ của bạn bè trong thời gian học tập tại trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật và trong quá trình hoàn thành Đồ Án Tốt Nghiệp này

ii

CAM ĐOAN

Chúng tôi, nhóm tác giả của đồ án "Thiết kế mô hình điều khiển thiết bị điện từ xa" cam đoan rằng mọi thông tin, dữ liệu, và kết quả được trình bày trong báo cáo này là hoàn toàn trung thực và không gian dối Chúng tôi đã thực hiện đồ án này với tất cả nỗ lực và kiến thức tốt nhất của mình, dựa trên nền tảng kiến thức đã học và kinh nghiệm thực tế tích lũy được

Chúng tôi xin cam đoan rằng không có bất kỳ phần nào của đồ án này được sao chép từ công trình của người khác mà không được trích dẫn Mọi nguồn thông tin, ý kiến, hay công trình của bất kỳ tác giả nào được sử dụng trong đồ án đều được ghi rõ và thể hiện đúng theo quy định về bản quyền của người sáng tác

Ngoài ra, chúng tôi chịu trách nhiệm đối với mọi sai sót hoặc thiếu sót có thể xuất hiện trong báo cáo và sẽ chấp nhận mọi phản hồi xây dựng để cải thiện và hoàn thiện công trình của mình

“Đã thực hiện chỉnh sửa, bổ sung theo đúng yêu cầu của GV phản biện và Hội đồng chấm”

(Ký và ghi rõ họ tên) (Ký và ghi rõ họ tên)

Chương 1TỔNG QUAN ĐỀ TÀI 4

1.1Nhu cầu về điều khiển thiết bị từ xa 4

1.2Tổng quan về điều khiển thiết bị từ xa[11] 5

1.2.1 Lịch sử hình thành và phát triển 5

1.2.2 Ưu, nhược điểm của điều khiển từ xa 6

1.2.3 Công nghệ điều khiển từ xa 7

1.2.4 Một số hệ thống điều khiển từ xa hiện nay 8

Chương 2CƠ SỞ LÝ THUYẾT 10

2.1Công nghệ về điều khiển thiết bị từ xa 10

iv

2.6.4 Module giảm áp LM2596 [4] 36

2.6.5 Module đo điện AC PZEM-004T [12] 36

2.6.6 Giới thiệu LCD 16×2 [13] 38

2.6.7 Module I2C Arduino [13] 38

Chương 3PHÂN TÍCH THIẾT KẾ HỆ THỐNG 40

3.1Sơ đồ khối hệ thống 40

3.1.1 Yêu cầu của đề tài 40

3.1.2 Thiết kế sơ đồ khối 40

3.1.3 Chức năng các khối 41

3.2Thiết kế sơ đồ các khối 42

3.2.1 Sơ đồ nguyên lý của hệ thống 42

3.2.2 ESP8266 43

3.2.3 Module Relay 44

3.2.4 Module đo điện PZEM-004T 45

3.2.5 Điều khiển từ app inventor: 47

Chương 4THI CÔNG HỆ THỐNG 48

4.1Thi công sản phẩm 48

4.1.1 Mạch in 48

4.1.2 Mạch sau khi thi công 49

4.2Mô hình sản phẩm và quá trình hoạt động 51

v

DANH SÁCH CÁC BẢNG, HÌNH VẼ

Bảng 2.1: Bảng thông số kỹ thuật Raspberry Pi 29

Bảng 2.2: Bảng thông số kỹ thuật module LM2596 36

Bảng 2.3: Bảng nối dây LCD với ESP8266 39

Hình 1.1: Điều khiển thiết bị ESP8266 5

Hình 1.2: Điều khiển thiết bị bằng remote 6

Hình 1.8: HomeKit của Apple 9

Hình 2.1: Ổ cắm tích hợp điều khiển thiết bị từ xa 10

Hình 2.2: Điều khiển thiết bị qua điện thoại 11

Hình 2.3: Mô hình giao tiếp MQTT 12

Hình 2.9: Ví dụ đơn giản về tương tác giữa các Node-RED 16

Hình 2.10: Giao diện Node-RED 17

Hình 2.11: Mô hình Node-RED 17

Hình 2.12: Biểu tượng MIT App Inventor 18

Hình 2.13: Giao diện App Inventor 19

Hình 2.14: Biểu tượng Arduino IDE 20

Hình 2.15: Giao diện Arduino IDE 20

Hình 2.16: Biểu tượng Telegram 21

Hình 2.17: Giao diện Botfather 22

Hình 2.18: Giao diện tạo BOT 22

vi

Hình 2.19: Raspberry Pi 4 23

Hình 2.20: Cấu hình chân Raspberry Pi 23

Hình 2.21: Hệ thống Raspberry Pi và ngoại vi 28

Hình 2.22: Vi điều khiển ESP8266 30

Hình 2.23: Sơ đồ chân ESP8266 31

Hình 2.24: Module Relay 4 kênh 34

Hình 2.25: Ứng dụng điều khiển thiết bị của Relay 35

Hình 3.5: Lưu đồ thuận toán ESP8266 43

Hình 3.6: Sơ đồ nguyên lý của relay 44

Hình 3.7: Sơ đồ đi dây hệ thống điều khiển thiết bị 45

Hình 3.8: Sơ đồ đi dây hiển thị thông số LCD 45

Hình 3.9: Lưu đồ thuận toán đọc và hiển thị thông số lên LCD 46

Hình 3.10: App điện thoại 47

Hình 4.1: Mạch in của hệ thống 48

Hình 4.2: Mạch in 3D mặt trước 48

Hình 4.3: Mạch in 3D mặt sau 49

Hình 4.4: Board mạch 49

Hình 4.5: Board mạch thi công 50

Hình 4.6: Hộp âm tường board mạch 50

Hình 4.7: Mô hình sản phẩm 51

Hình 4.8: kết quả bật tắt thiết bị 52

Hình 4.9: Kết quả điều khiển hẹn giờ 52

Hình 4.10: Kết quả gửi thông báo telegram 53

Hình 4.11: Kết quả hiển thị thông số lên LCD 53

IP: Internet Protocol API: Application Programming Interface

MỞ ĐẦU

Lý do chọn đề tài

Trong cuộc sống ngày nay, ngày càng tăng cao của thiết bị điện tử đời sống hiện đại ngày càng phụ thuộc nhiều vào các thiết bị điện tử, từ điện thoại di động đến máy tính và các thiết bị gia đình khác

Do đó, nhu cầu về điều khiển thiết bị điện từ xa trở nên cần thiết Tiềm năng tiết kiệm năng lượng quản lý tiêu thụ năng lượng Một thiết điều khiển từ xa có thể cung cấp khả năng quản lý tiêu thụ năng lượng của các thiết bị kết nối, giúp người dùng tiết kiệm năng lượng và giảm hóa hóa đơn điện

An toàn và thông minh tính năng an toàn có thể tích hợp các tính năng an toàn như bảo vệ quá tải, chống sét và quản lý nhiệt độ để đảm bảo an toàn trong việc sử dụng điện Sự thuận tiện và linh hoạt điều khiển từ xa ổ cắm có khả năng điều khiển từ xa giúp người dùng dễ dàng tắt/bật thiết bị mà không cần phải tiếp xúc trực tiếp với ổ cắm Hiện đại hóa gia đình hộ gia đình thông minh đề tài này có thể đóng góp vào việc hiện đại hóa và thông minh hóa các hộ gia đình, tạo ra một môi trường sống tiện nghi và thông minh

Sự phát triển công nghệ cơ hội nghiên cứu và phát triển lĩnh vực điều khiển thiết bị từ xa là một lĩnh vực đang phát triển nhanh chóng, mang lại nhiều cơ hội để nghiên cứu và phát triển các giải pháp sáng tạo

Thị trường tiêu dùng tăng cường cạnh tranh thị trường nhu cầu của người tiêu dùng đối với các sản phẩm thông minh ngày càng tăng, và việc phát triển thiết bị điều khiển từ xa có thể đáp ứng một phân khúc thị trường đang mở rộ

Bảo vệ môi trường tối thiểu hóa rác điện tử thiết kế hệ thống điều khiển từ xa có thể giúp tối thiểu hóa lượng rác điện tử bằng cách tự động tắt thiết bị khi chúng không được sử dụng

Nhận thấy đây là hướng tiếp cận tiềm năng có thể phát triển và có tính ứng dụng cao trong cuộc sống nên đồ án “thiết kế mô hình điều khiển thiết bị điện từ xa” kết hợp với nhiều chức năng như điều khiển quản lý từ xa, hẹn giờ, quản lý dữ liệu dòng điện công suất tiêu thụ…được chúng em lựa chọn xây dựng và phát triển

Mục tiêu đề tài - Xây dựng được một mô hình hệ thống điều khiển thiết bị điện từ xa với các chức

năng điều khiển quản lý từ xa, hẹn giờ, quản lý dữ liệu… - Nghiên cứu các vấn đề thực tiễn cần giải quyết, đề ra các phương án giải

quyết vấn đề khó khăn - Tìm hiểu cách thức vận hành quá trình xây dựng một hệ thống điều khiển thiết bị

điện từ xa - Tìm hiểu cách thức vận hành, kết nối của ESP8266, Raspberry Pi và các module

khác như Pzem004t, Relay, LCD… - Tìm hiểu về phần mềm Arduino IDE, cách viết code và cài đặt các thư viện

hỗ trợ Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

a Đối tượng nghiên cứu - Thiết bị điều khiển trung tâm ESP8266 - Thiết bị MQTT web sever Raspberry Pi - Xây dựng App điện thoại bằng Inventor - Các thiết bị kết nối module relay… - Các phương pháp, thuận toán để xây dựng websever, thuận toán điều khiển,

- Sử dụng phương pháp luận để tìm hiểu, thu thập, phân tích, tìm kiếm các tài liệu có liên quan

- Kết hợp các kiến thức đã học, tìm hiểu tài liệu và sự hỗ trợ giúp đỡ của giảng viên hướng dẫn

- Nghiên cứu các thành phần, các khối có trong hệ thống điều khiển thiết bị điện từ xa

Cấu trúc bố cục nội dung Chương 1: Tổng quan đề tài

Nội dung chương trình bày về mục tiêu, nội dung nghiên cứu, lý do chọn đề tài, phạm vi ứng dụng nhu cầu của điều khiển thiết bị từ xa, một số mô hình điều khiển thiết bị từ xa hiện nay

Chương 2: Cơ sở lý thuyết

Nội dung chương bao gồm sẽ giới thiệu các phần mềm sử dụng, các nội dung về lý thuyết liên quan đến quá trình thực hiện nghiên cứu

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN ĐỀ TÀI

1.1 Nhu cầu về điều khiển thiết bị từ xa

Sự tiện lợi linh hoạt kiểm soát từ xa người dùng có nhu cầu kiểm soát các thiết bị điện trong gia đình hoặc nơi làm việc từ xa, giúp họ tiết kiệm thời gian và năng lượng Tương tác nhanh chóng khả năng bật/tắt các thiết bị điện một cách nhanh chóng qua ứng dụng web, app tạo ra sự tiện lợi trong việc quản lý không gian sống

Tiện ích và an ninh khả năng điều khiển từ xa giúp người dùng bật/tắt các thiết bị điện như đèn, quạt, máy lạnh, máy sưởi, và thiết bị an ninh như camera giám sát, cửa tự động, để tạo ra ấn tượng như có người ở nhà, từ đó tăng cường an ninh

Tiết kiệm năng lượng quản lý tiêu thụ điện thông qua việc lên lịch hoặc tự động tắt các thiết bị khi không sử dụng, giúp giảm chi phí năng lượng

Quản lý thông minh có thể lập lịch bật/tắt các thiết bị theo thời gian cụ thể, tạo các cảnh khác nhau cho các hoạt động hàng ngày hoặc theo yêu cầu cụ thể

Kết nối với hệ thống thông minh khác kết hợp với hệ thống nhà thông minh khác như hệ thống âm thanh thông minh, hệ thống báo cháy thông minh, để tạo ra một môi trường sống hoàn chỉnh và linh hoạt

Hệ thống điều khiển thiết bị điện từ xa cần có tính linh hoạt và tương thích đa dạng về thiết kế và có khả năng tương thích với nhiều loại thiết bị điện khác nhau để thành một khối thống nhất

Hỗ trợ trí tuệ nhân tạo (AI) và điều khiển bằng giọng nói, một số ổ cắm thông minh có thể được tích hợp với trợ lý ảo, giúp người dùng điều khiển thông qua lệnh giọng nói Tích hợp với công nghệ IoT (Internet of Things) hệ thống điều khiển từ xa thường được tích hợp với các công nghệ IoT, cho phép các thiết bị kết nối và tương tác với nhau Điều này tạo ra môi trường thông minh, linh hoạt và tự động hóa

Quản lý từ xa có khả năng kiểm soát từ xa qua ứng dụng trên điện thoại di động hay kết nối internet, giúp người dùng quản lý từ xa mọi khi cần thiết

Như vậy, nhu cầu về sử dụng điều khiển thiết bị điện từ xa thường xoay quanh tiện ích giảm thiểu tối ưu thời gian, điều khiển thiết bị mọi lúc mọi nơi, tiết kiệm năng lượng, tính linh hoạt và khả năng tương thích với các hệ thống thông minh khác trong ngôi nhà để hoàn thành một hệ thống nhà thông minh hiện đại

1.2 Tổng quan về điều khiển thiết bị từ xa[11]

Điều khiển từ xa là một công nghệ cho phép người dùng điều khiển các thiết bị từ xa mà không cần phải tiếp xúc trực tiếp với thiết bị đó Với ưu điểm nổi bật tiết kiệm thời gian, công sức khi sử dụng thiết bị, đồng thời cũng tăng tính tiện lợi và giải trí Thông thường, hệ thống điều khiển từ xa sẽ được thiết kế gồm 2 bộ phận chính là một bộ điều khiển và một thiết bị được điều khiển

Hình 1.1: Điều khiển thiết bị ESP8266

1.2.1 Lịch sử hình thành và phát triển

- Năm 1893: Nikola Tesla đưa ra bằng chứng về khả năng điều khiển từ xa bằng

sóng điện từ

- Năm 1898: AEG (Allgemeine Elektricitäts-Gesellschaft) của Đức phát triển

chiếc đồng hồ điều khiển đầu tiên cho một tàu thủy sử dụng sóng điện từ

- Năm 1928: Zenith Radio Corporation phát triển chiếc đồng hồ điều khiển đầu

tiên cho một bộ thu phát radio

- Năm 1950: Điều khiển từ xa trở thành công nghệ phổ biến đối với các thiết bị

điện gia dụng như tivi, đài radio…

- Năm 1970: Bộ điều khiển từ xa hồng ngoại (IR) xuất hiện và trở thành công nghệ

phổ biến cho điều khiển từ xa

- Năm 1980: Công nghệ điều khiển từ xa sử dụng sóng vô tuyến (RF) phát triển

mạnh mẽ và trở thành công nghệ phát triển phổ biến trong các ngành công nghiệp và xe hơi

- Năm 2000: Công nghệ Bluetooth và Wi-Fi được tích hợp vào các thiết bị điều khiển từ xa, tạo ra một sự thay đổi lớn trong cách thức điều khiển các thiết bị

- Hiện nay, công nghệ điều khiển từ xa ngày càng được phát triển với những tính năng thông minh, tích hợp trí tuệ nhân tạo (AI) và Internet of Things (IoT), hứa hẹn sẽ đem lại nhiều tiện ích và cải tiến cho cuộc sống con người trong tương lai

Hình 1.2: Điều khiển thiết bị bằng remote

1.2.2 Ưu, nhược điểm của điều khiển từ xa

Ưu điểm: - Có thể điều khiển các thiết bị từ xa một cách tiện lợi mà không cần phải tiếp xúc

trực tiếp với thiết bị đó

- Tiết kiệm thời gian và công sức, điều khiển thiết bị một cách nhanh chóng và dễ

dàng mà không cần phải di chuyển đến vị trí của thiết bị

- Đa dạng và phổ biến, được áp dụng rộng rãi cho nhiều thiết bị điện tử và các

ngành công nghiệp

- Đảm bảo an toàn, người dùng có thể điều khiển thiết bị mà không cần phải tiếp

xúc trực tiếp với thiết bị, giảm thiểu nguy cơ tai nạn

- Liên tục cập nhật, tích hợp các tính năng mới vào thiết bị điều khiển từ xa để đáp

ứng một cách tốt nhất nhu cầu người dùng

Nhược điểm: - Các tín hiệu điều khiển từ xa có thể bị nhiễu hoặc mất kết nối, gây ra sự cố trong

việc điều khiển thiết bị

- Các thiết bị điều khiển từ xa thông minh và tích hợp nhiều tính năng có thể có

giá cả cao hơn các thiết bị điều khiển từ xa thông thường

- Có thể xảy ra độ trễ giữa lệnh điều khiển và phản hồi của thiết bị, gây khó khăn

trong việc sử dụng

- Thiết bị điều khiển từ xa cần sử dụng pin, đôi khi đòi hỏi thay thế pin

- Một số thiết bị điều khiển từ xa có thể bị hack hoặc tấn công bảo mật, gây ra nguy

hiểm cho người dùng và thiết bị

1.2.3 Công nghệ điều khiển từ xa

Sóng vô tuyến (RF) trường hợp sử dụng sóng vô tuyến, tín hiệu điều khiển được truyền tải thông qua sóng radio Cụ thể, bộ phát sóng radio được tích hợp trong thiết bị điều khiển từ xa phát ra tín hiệu điều khiển Tín hiệu này được phát tán và đến được bộ thu sóng radio tích hợp trên thiết bị được điều khiển Kết quả, tín hiệu được giải mã và chuyển đổi thành lệnh điều khiển tương ứng để điều khiển thiết bị So với sóng hồng ngoại, sóng vô tuyến có thể đi qua các chướng ngại vật và có thể sử dụng được ở khoảng cách xa hơn Một số thiết bị sử dụng phổ biến: remote của TV, bộ thu phát wifi…

Sóng hồng ngoại (IR) là phương pháp điều khiển từ xa được sử dụng rộng rãi nhất trong các thiết bị gia đình như tivi, đầu đĩa DVD hoặc điều hòa…Nguyên lý hoạt động: bộ phát sóng hồng ngoại được tích hợp trong thiết bị điều khiển từ xa phát ra tín hiệu điều khiển Sau đó tín hiệu này được phát tán trong không gian và đến được bộ thu sóng hồng ngoại tích hợp trên thiết bị được điều khiển Cuối cùng, tín hiệu được giải mã và chuyển đổi thành lệnh điều khiển tương ứng để điều khiển thiết bị

Hình 1.3: Sóng Wifi Wifi được sử dụng phổ biến trong các thiết bị gia đình thông minh, như máy giặt, tủ lạnh, máy lọc không khí,… Điều khiển từ xa thông qua Wi-Fi cho phép người dùng điều khiển các thiết bị từ bất kỳ đâu và thông qua các thiết bị di động hoặc máy tính

Sóng siêu âm sử dụng nhiều trong các ứng dụng công nghiệp, y tế, thú y… ít được ứng dụng trong gia đình Nguyên lý hoạt động tương tự 2 loại sóng ở trên, khi tín hiệu được phát tán sẽ đến bộ thu sóng siêu âm tích hợp trên thiết bị được điều khiển Sau đó được giải mã và chuyển đổi thành lệnh điều khiển thiết bị

Bluetool là một công nghệ không dây được sử dụng rộng rãi trong các thiết bị di động, máy tính bảng, máy tính xách tay… Điều khiển từ xa thông qua Bluetooth cung cấp kết nối không dây giữa thiết bị điều khiển và thiết bị được điều khiển, cho phép người dùng có thể điều khiển các thiết bị một cách dễ dàng

Hình 1.4: Ứng dụng điều khiển từ xa

1.2.4 Một số hệ thống điều khiển từ xa hiện nay

Hiện nay, có nhiều hệ thống điều khiển từ xa khác nhau được phát triển và triển khai trên thị trường, bao gồm nhiều lĩnh vực ứng dụng như nhà thông minh, công nghiệp, y tế, và nhiều lĩnh vực khác

- SmartThings của Samsung SmartThings là một hệ thống nhà thông minh của

Samsung cho phép người dùng kiểm soát và tự động hóa các thiết bị trong nhà từ xa Nó có khả năng tích hợp với nhiều thiết bị khác nhau như đèn, quạt, cảm biến và nhiều thiết bị khác

Hình 1.5: Samsung SmartThings

- Google Home là một hệ thống nhà thông minh của Google, sử dụng trợ lý ảo

Google Assistant Người dùng có thể điều khiển đèn, thiết bị điện gia dụng, và thậm chí là các thiết bị an ninh trong nhà thông qua giọng nói hoặc ứng dụng di động từ xa

Hình 1.6: Google Home

- Amazon Alexa là một hệ thống giọng nói thông minh của Amazon, có khả năng

kết nối và điều khiển nhiều thiết bị nhà thông minh khác nhau Người dùng có thể sử dụng lệnh giọng nói để bật/tắt đèn, điều chỉnh nhiệt độ, và thực hiện nhiều tác vụ khác

Hình 1.7: Amazon Alexa

- HomeKit của Apple là một nền tảng nhà thông minh được tích hợp sâu trong hệ

sinh thái của Apple Người dùng có thể kiểm soát các thiết bị nhà thông minh thông qua ứng dụng Home trên iPhone hoặc iPad từ xa

Hình 1.8: HomeKit của Apple

CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT

2.1 Công nghệ về điều khiển thiết bị từ xa

Điều khiển thiết bị từ xa là một thành phần của hệ thống nhà thông minh, có khả năng kết nối với mạng internet để điều khiển từ xa và thường đi kèm với các tính năng thông minh khác Dưới đây là một số công nghệ phổ biến liên quan đến ổ cắm thông minh:

Đa số các hệ thống điều khiển từ xa sử dụng kết nối Wi-Fi hoặc Bluetooth để có thể kết nối với mạng và điều khiển từ xa thông qua điện thoại di động hoặc các thiết bị thông minh khác Ứng dụng điều khiển từ xa thông qua ứng dụng trên điện thoại hoặc máy tính bảng, người dùng có thể quản lý và điều khiển từ xa thông minh từ bất kỳ đâu trên thế giới có kết nối internet

Tương thích với trợ lý ảo nhiều ổ cắm thông minh có khả năng tương thích với trợ lý ảo như Amazon Alexa, Google Assistant hoặc Apple Siri, giúp người dùng điều khiển thiết bị bằng giọng nói

Hình 2.1: Ổ cắm tích hợp điều khiển thiết bị từ xa Chế độ hẹn giờ và lịch trình các ổ cắm thông minh thường có tính năng hẹn giờ và lập kế hoạch tự động, giúp tự động hóa các thiết bị kết nối với chúng theo lịch trình được đặt trước

Đo lường và kiểm soát năng lượng một số ổ cắm thông minh cung cấp thông tin về lượng điện tiêu thụ của thiết bị kết nối với nó và cho phép người dùng kiểm soát năng lượng tiêu thụ

Bảo mật các tính năng bảo mật như mã hóa dữ liệu, chứng thực hai yếu tố và cập nhật phần mềm định kỳ giúp đảm bảo an toàn cho hệ thống nhà thông minh

Tích hợp với hệ thống nhà thông minh ổ cắm thông minh thường có thể tích hợp với các hệ thống nhà thông minh khác, như hệ thống đèn chiếu sáng, thiết bị an ninh, và hệ thống nhiệt độ

Phản hồi thông qua ứng dụng cung cấp thông tin về trạng thái hoạt động của ổ cắm thông minh thông qua ứng dụng điều khiển, giúp người dùng kiểm soát và theo dõi các thiết bị kết nối

Các công nghệ trên giúp tăng cường tính linh hoạt, thuận tiện và tiết kiệm năng lượng trong việc quản lý các thiết bị trong ngôi nhà thông minh

Hình 2.2: Điều khiển thiết bị qua điện thoại

2.2 Giao thức kết nối MQTT [9]

MQTT (Message Queuing Telemetry Transport) là một giao thức nhắn tin tiêu chuẩn OASIS cho Internet of Things (IoT) Nó được thiết kế như một phương tiện truyền tải tin nhắn publish/subscribe (xuất bản/đăng ký) cực kỳ nhẹ, lý tưởng để kết nối các thiết bị từ xa với băng thông mạng thấp MQTT ngày nay được sử dụng trong nhiều ngành công nghiệp, chẳng hạn như ô tô, sản xuất, viễn thông, dầu khí,

Cách MQTT hoạt động:

Hình 2.3: Mô hình giao tiếp MQTT MQTT hoạt động dựa trên mô hình “publish-subscribe.” Trong mô hình này, các thiết bị được phân thành hai vai trò chính: “publisher” (người xuất bản) và “subscriber” (người đăng ký) Thiết bị xuất bản gửi các thông điệp (messages) đến các chủ đề (topics) mà các thiết bị đăng ký sẽ nhận Giao thức này đơn giản, nhẹ nhàng, và tiết kiệm băng thông, giúp nó trở thành lựa chọn lý tưởng cho các ứng dụng IoT

Publish/Subscribe (Xuất bản – Đăng ký)

Hình 2.4: MQTT Publish/Subscribe Hệ thống Xuất bản – Đăng ký có lẽ không xa lạ với người dùng MQTT Nó được coi như cách thức hoạt động của giao thức Một thiết bị có thể xuất bản một tin nhắn về chủ đề hoặc đăng ký về chủ đề nào đó để nhận tin nhắn Quy trình cụ thể có thể thấy trong ví dụ sau:

Thiết bị 1 xuất bản về một chủ đề X Thiết bị 2 đăng ký về chủ đề X đó Thiết bị 2 sẽ nhận được tin nhắn về chủ đề do thiết bị 1 xuất bản

Messages – Thông điệp, tin nhắn

Messages hay tin nhắn có thể hiểu là lượng thông tin bạn muốn trao đổi giữa các thiết bị Nó xuất hiện ở nhiều dạng ví dụ như: văn bản, lệnh, số đọc,…

Topics – Chủ đề trong MQTT

Hình 2.5: MQTT Topic

Topics ở đây chính là các chủ đề trong giao thức MQTT Nó là cách người dùng đăng ký lượng tin nhắn đến hoặc nơi bạn muốn xuất bản thông điệp Chủ đề sẽ thể hiện bằng những dấu gạch chéo “/” – cấp độ chủ đề Ví dụ bạn tạo topics như sau: systems/home/mqtt

Broker – Nhà trung gian [10]

Hình 2.6: MQTT Brocker Khái niệm cuối cùng liên quan tới MQTT chính là Broker Bạn có thể hiểu nó là một nơi trung gian nhận về tất cả các thông điệp, tin nhắn Sau đó Broker tiến hành lọc tin nhắn theo chủ đề, kiểm tra ai quan tâm chủ đề Cuối cùng tiến hành xuất bản, đưa tin nhắn đến những người đã đăng ký tương ứng

MQTT broker là một phần mềm chạy trên máy tính (chạy trực tiếp trên máy hoặc trên đám mây) và có thể được tự xây dựng hoặc host bởi bên thứ ba Các phần mềm MQTT broker ngày nay có ở hai dạng mã nguồn mở và triển khai độc quyền

Các broker hoạt động như một bưu điện, MQTT không sử dụng địa chỉ của người sẽ được nhận tin nhắn mà sử dụng cơ chế quản lý theo "topic" (tạm dịch: "Chủ đề"), và bất kỳ ai muốn có một bản sao của tin nhắn được gởi sẽ phải đăng ký topic đó Nhiều client có thể nhận được tin nhắn từ một broker duy nhất (one to many, tạm dịch: quan hệ một - nhiều) Tương tự, nhiều publisher có thể xuất bản (publish) các topic cho một người đăng ký (many to one, tạm dịch: quan hệ nhiều - một)

Mỗi client có thể vừa sinh và vừa nhận dữ liệu, bằng cách xuất bản (publish) và đăng ký (subscribe), tức là các thiết bị có thể xuất ra dữ liệu cảm biến và vẫn có thể nhận được thông tin cấu hình hoặc lệnh điều khiển (MQTT là một giao thức truyền thông hai chiều) Điều này giúp ích trong cả việc chia sẻ dữ liệu, quản lý và điều khiển thiết bị

Với kiến trúc MQTT broker, các thiết bị và ứng dụng trở nên tách rời và an toàn hơn MQTT sử dụng TLS để mã hóa thông tin về tên người dùng và mật khẩu để bảo vệ các kết nối, và có thể dùng thêm các xác thực bảo mật khác để yêu cầu client phải cung cấp file xác thực phù hợp với máy chủ

Trong trường hợp xảy ra lỗi với một broker, một broker dự phòng/sao lưu tự động có thể được sử dụng để thay thế Broker dự phòng có thể được thiết lập để chia sẻ tải của client thông qua nhiều server tại chỗ, đám mây hoặc sử dụng phối hợp cả hai cách này

Broker có thể hỗ trợ cả MQTT tiêu chuẩn và các biến thể MQTT mang tính đặc thù như Sparkplug Các broker có thể lưu trữ dữ liệu dưới các retained message (cần đăng ký với cơ sở dữ liệu client) để những người đăng ký mới vào chủ đề có thể nhận được giá trị mới nhất ngay lập tức Broker cũng theo dõi tất cả thông tin của các phiên làm việc khi các thiết bị đang hoặc ngưng hoạt động, cơ chế này được gọi là "persistent sessions" (tạm dịch: "phiên liên tục")

Hình 2.7: Hệ thống kết nối Broker Những ưu điểm chính của MQTT broker là:

- Loại bỏ các kết nối client dễ bị tấn công và không an toàn - Có thể dễ dàng mở rộng quy mô từ một thiết bị đến hàng nghìn thiết bị

- Quản lý và theo dõi tất cả các trạng thái kết nối của client, bao gồm cả chứng chỉ

và thông tin xác thực bảo mật

- Giảm thiểu tình trạng quá tải của hệ thống mạng mà không ảnh hưởng đến bảo

mật (với mạng di động hoặc vệ tinh) Hiện nay có rất nhiều trình trung gian phát triển nhằm hỗ trợ người dùng và các doanh nghiệp tốt hơn Tùy vào nhu cầu và mục đích của tổ chức mà lựa chọn Broker phù hợp nhất cho mình

Lợi ích của MQTT trong IoT

Tối ưu hóa sử dụng băng thông: MQTT được thiết kế để tiết kiệm băng thông mạng, điều này rất quan trọng khi các thiết bị IoT thường hoạt động trong môi trường có tài nguyên hạn chế Giao thức này sử dụng tiêu chuẩn nhị phân thay vì văn bản, giúp giảm thiểu lượng dữ liệu được truyền đi và tiết kiệm năng lượng

Độ tin cậy cao: MQTT đảm bảo rằng các thông điệp được gửi từ các thiết bị IoT sẽ được giao đến đích một cách đáng tin cậy Nó sử dụng cơ chế xác nhận giao nhận (Acknowledgment) để đảm bảo rằng Broker đã nhận được thông điệp từ thiết bị xuất bản

Thích ứng với nhiều loại mạng: Giao thức MQTT có thể thích ứng với nhiều loại mạng, bao gồm cả mạng không dây và mạng có dây Điều này làm cho nó trở thành lựa chọn lí tưởng cho các ứng dụng IoT hoạt động trên nền tảng mạng phức tạp

Cách triển khai MQTT trong dự án IoT

Xác định chủ đề và nội dung thông điệp: Trước khi triển khai MQTT, bạn cần xác định các chủ đề (Topics) và nội dung thông điệp mà các thiết bị sẽ gửi và nhận

Cài đặt Broker sau khi xác định chủ đề và nội dung thông điệp, bạn cần cài đặt một máy chủ MQTT, còn được gọi là Broker Các thiết bị IoT sẽ kết nối và gửi thông điệp thông qua Broker này

Cài đặt và cấu hình Client

Tiếp theo, cài đặt và cấu hình các thiết bị IoT như các khách hàng (Clients) Đảm bảo rằng các thiết bị đăng ký vào các chủ đề mà chúng muốn nhận thông điệp

Kiểm tra và triển khai

Trước khi triển khai thực tế, hãy thử nghiệm giao thức MQTT trong một môi trường giả lập để đảm bảo tính ổn định và đáng tin cậy

2.3 Node-RED [3]

Node RED là một công cụ lập trình dùng để kết nối các thiết bị phần cứng, API và các dịch vụ trực tuyến với nhau Về cơ bản, đây là một công cụ trực quan được thiết kế cho IoT (Internet of Things), nhưng cũng có thể được sử dụng cho các ứng dụng khác nhằm liên kết nhanh các luồng (flow) dịch vụ khác nhau

Hình 2.8: Node-RED Node-RED là mã nguồn mở và được phát triển bởi Emerging Technology Services của IBM và được tích hợp trong gói ứng dụng khởi động IoT Bluemix của IBM (Platform-as-a-Service hoặc PaaS) Node-RED cũng có thể được triển khai riêng bằng ứng dụng Node.js Hiện tại, Node-RED là một dự án của JS Foundation

Node-RED cho phép người dùng kết hợp các dịch vụ Web và phần cứng bằng cách thay thế các tác vụ mã hóa cấp thấp phổ biến (như một dịch vụ đơn giản giao tiếp với một cổng nối tiếp) và điều này có thể được thực hiện với giao diện kéo thả trực quan Các thành phần khác nhau trong Node-RED được kết nối với nhau để tạo ra một luồng (flow) Hầu hết mã lệnh (code) cần thiết được tạo tự động

Hình 2.9: Ví dụ đơn giản về tương tác giữa các Node-RED

Hình 2.10: Giao diện Node-RED

Các tính năng của Node-RED [2]

Cho phép chỉnh sửa luồng (flow) ngay trên trình duyệt Vì được xây dựng dựa trên Node.js, nên Node-RED hỗ trợ môi trường thời gian thực nhẹ cùng với mô hình hướng sự kiện và không chặn

Các luồng khác nhau được tạo trong Node-RED được lưu trữ bằng JSON, có thể dễ dàng nhập và xuất để chia sẻ với những người khác

Có thể chạy Node-RED cục bộ (hỗ trợ Docker,…) Node-RED có thể dễ dàng phù hợp với hầu hết các thiết bị được sử dụng rộng rãi như Raspberry Pi, BeagleBone Black, Arduino, các thiết bị dựa trên Android,

Node-RED có thể chạy trong môi trường điện toán đám mây như IBM Cloud, AWS, Microsoft Azure…

Hình 2.11: Mô hình Node-RED

sự kiện là cần thiết (như Twitter) Node-RED có hơn 225.000 gói repo, dễ dàng mở rộng và thêm các gói mới Nó cũng có một cộng đồng chuyên dụng và được xây dựng với kiến trúc mạnh mẽ bằng cách sử dụng Node.js

Node-RED có thể được sử dụng trong các ứng dụng và dịch vụ theo hướng sự kiện và nhanh chóng đưa ra thị trường, với các bước có thể thực hiện dễ dàng

2.4 App Inventor [4]

App Inventor là một ứng dụng web mã nguồn mở được cung cấp bởi Google từ tháng 7 năm 2010 Sau này, App Inventor được quản lý bởi Viện Công nghệ Massachusetts hay còn gọi là MIT Đó cũng là lý do tại sao nó hay được gọi là MIT App Inventor

Về cơ bản, App Inventor sẽ hoạt động dựa trên nền tảng di động Android Tức là các thành phẩm được tạo ra từ App Inventor sẽ chỉ hoạt động được trên Android Giao diện của App Inventor bao gồm các khối hộp, bên trong là các đoạn mã Khi sử dụng, người dùng sẽ kéo thả các khối này vào bảng mã để tiến hành lắp ghép thành một ứng dụng hoàn chỉnh Nhìn chung, cách sử dụng App Inventor rất đơn giản, tất cả chỉ xoay quanh thao tác kéo và thả thôi

Hình 2.12: Biểu tượng MIT App Inventor

Mục đích của App Inventor

App Inventor là một công cụ phần mềm giúp người dùng thiết kế và phát triển ứng dụng di động mà không cần kiến thức lập trình chuyên sâu Mục đích chính của App Inventor bao gồm:

- Tạo ứng dụng mà không cần kiến thức lập trình App Inventor được thiết kế để đơn

giản hóa quá trình phát triển ứng dụng di động

- Hỗ trợ người dùng không chuyên nghiệp App Inventor đặc biệt hữu ích cho những

người ít có kinh nghiệm lập trình Cung cấp một giao diện đồ họa và trực quan, giúp người dùng tương tác với các khối lập trình mà không cần viết mã

- Khám phá và học hỏi App Inventor có thể được sử dụng như một công cụ giáo dục

để giúp người học hiểu cơ bản về lập trình và phát triển ứng dụng Nó cung cấp một cơ hội cho người dùng mới vào lập trình để khám phá và thử nghiệm ý tưởng của họ

- Phát triển ứng dụng nhanh chóng mục tiêu chính của App Inventor là giúp người

dùng tạo ra ứng dụng nhanh chóng, giảm thời gian và công sức cần thiết so với việc sử dụng các công cụ phát triển ứng dụng phức tạp hơn

- Hỗ trợ đa nền tảng App Inventor hỗ trợ việc phát triển ứng dụng cho cả hệ điều

hành Android và iOS Điều này giúp mở rộng khả năng tiếp cận và sử dụng ứng dụng trên nhiều loại thiết bị di động

- Khuyến khích sáng tạo và tự do sáng tạo App Inventor tạo điều kiện cho người

dùng thể hiện sự sáng tạo và tự do sáng tạo xây dựng ứng dụng Người dùng có thể thử nghiệm ý tưởng của họ mà không gặp phải những rắc rối phức tạp

Hình 2.13: Giao diện App Inventor

Lợi ích lập trình App Inventor

Lập trình bằng App Inventor mang lại lợi ích dễ học, phát triển ứng dụng nhanh chóng mà không cần kiến thức lập trình trước Công cụ này khuyến khích sáng tạo, hỗ trợ đa nền tảng, và được sử dụng rộng rãi trong giáo dục Cộng đồng hỗ trợ và khả năng kết hợp với các dịch vụ trực tuyến là những điểm mạnh của App Inventor

Hình 2.15: Giao diện Arduino IDE

Arduino IDE có một bố cục và giao diện đơn giản, dễ dàng để sử dụng giup người sử dụng thuận tiện hơn trong thực hành các bước Phía dưới là một số công dụng thường sử dụng:

- Nút kiểm duyệt chương trình (Verify): giup dò lỗi phần code định truyền

xuống bo mạch Arduino

- Nút tải đoạn code vào bo mạch Arduino (Upload): giup nhập đoạn code vào

bo mạch Arduino

- New, Open, Save : Tạo mới, mơ và Save sketch

- Serial Monitor : Đây là màn hình hiển thị dữ liệu từ Arduino gửi lên máy

tính hoặc tổ hợp phìm CTRL + SHIFT + M

2.5.2 Ứng dụng tin nhắn telegram

Telegram Messenger là dịch vụ nhắn tin nhanh và thoại qua IP dựa trên đám mây Bạn có thể dễ dàng cài đặt nó trong điện thoại thông minh (Android và iPhone) hoặc máy tính (PC, Mac và Linux) Nó miễn phí và không có bất kỳ quảng cáo nào Telegram cho phép bạn tạo các bot mà bạn có thể tương tác

Bot là các ứng dụng của bên thứ ba chạy bên trong Telegram Người dùng có thể tương tác với bot bằng cách gửi cho chung tin nhắn, lệnh và yêu cầu nội tuyến Bạn kiểm soát các bot của mình bằng cách sử dụng các yêu cầu HTTPS tới Telegram Bot API

Hình 2.16: Biểu tượng Telegram ESP8266 sẽ tương tác với bot Telegram để nhận và xử lý tin nhắn cũng như gửi phản hồi

Cách tạo BOT telegram: Tải ứng dụng telegram trên CH play, App Store hoặc truy cập

https://web.telegram.org/ để đăng nhập trên trình duyệt web Mở Telegram và làm theo các bước tiếp theo để tạo Telegram Bot Đầu tiên, tìm

kiếm “ botfather ” và nhấp vào BotFather

Hình 2.17: Giao diện Botfather

Nhập /newbot và làm theo hướng dẫn để tạo bot mới Đặt tên và tên người dùng

Nếu bot được tạo thành công, bạn sẽ nhận được một thông báo có liên kết để truy

cập vào bot và API Lưu mã vì bạn sẽ cần nó để ESP8266 có thể tương tác với bot

Quá trình tạo BOT và nhận API để gửi tin nhắn thông báo: Sau khi tạo BOT theo các bước và tạo thành công chúng ta sẽ nhận được đia chỉ API Dùng địa chỉ này để có thể tương tác với BOT telegram qua vi điều khiển ESP8266

Hình 2.18: Giao diện tạo BOT

2.6 Giới thiệu linh kiện

2.6.1 Raspberry Pi 4 [1]

Raspberry pi 4 là một máy tính cỡ nhỏ sử dụng hệ điều hành Linux Đây là loại máy tính cỡ nhỏ được sử dụng chủ yếu để chạy các chương trình lớn nhằm đạt tín hiệu đầu ra nhanh chóng

Hình 2.19: Raspberry Pi 4 Raspberry Pi 4 B+ (RP4) là mô hình cuối cùng được phát triển bởi công ty, có tất cả các hệ thống truyền thông có dây và không dây mới nhất được yêu cầu sử dụng trong hầu hết các dự án điều khiển thông minh

Raspberry Pi 4 là vi xử lý 4 lõi và có ba phiên bản khác nhau có ba dung lượng RAM khác nhau Pi 4 sử dụng mini HDMI và hỗ trợ hai cổng cho hai màn hình 4K

Cấu hình chân Raspberry Pi

Hình 2.20: Cấu hình chân Raspberry Pi

Raspberry Pi 4 có thể sử dụng trong hệ thống nhúng bên ngoài để giao tiếp tín hiệu Có tổng cộng 40 chân , trong đó 28 chân là chân GPIO và còn lại là chân nguồn

Các chân GPIO không chỉ thực hiện các chức năng I / O đơn giản mà còn hỗ trợ giao thức UART, SPI và I2C

- Từ chân 2 đến 6 -> + 5V - Chân 6 —–> GND

Power Out: Có hai loại chân nguồn ra trong Raspberry pi 4 là 3V3 và 5V 5V được kết nối trực tiếp với cổng USB nhưng 3V3 được kết nối thông qua bộ điều chỉnh điện áp cho ra đầu ra 3V ổn định Tất cả các chân nguồn ra được cung cấp bên dưới:

- 3V3 – Chân 1, chân 17 - 5V – Chân 2, chân 6 - Ground: Raspberry Pi 4 có nhiều chân ground được kết nối bên trong và các chân

này này có thể làm điểm nối đất chung cho nguồn điện hoặc thiết bị bên ngoài Danh sách các chân ground được kể ra đây: Chân 6, 9, 14, 20, 25, 30, 34, 34

Chân I/O digital

Hầu hết mọi thiết bị đều cần các chân đầu vào và đầu ra để giao tiếp Trong thiết bị này có 28 chân GPIO được sử dụng làm đầu vào và đầu ra digital Các chân GPIO trong bộ điều khiển có một số giá trị mặc định

Các chân GPIO từ 0-9 sẽ ở trạng thái logic cao và từ 10 trở lên các chân sẽ ở trạng thái logic thấp Tất cả các chân đó trong Raspberry Pi 4 đều được cung cấp bên dưới Tất cả các chân GPIO trong Raspberry Pi 4 không có chức năng đầu vào-đầu ra Mỗi chân GPIO có thể thực hiện các chức năng khác thông qua lập trình

Các chân UART trong Raspberry Pi

Có nhiều giao thức nối tiếp và UART là một trong số đó Nó khá phổ biến vì có hệ thống giao tiếp đơn giản và phụ thuộc vào hầu hết các phần mềm Có nhiều chân giao tiếp UART trong Raspberry pi 4 được đưa ra bên dưới:

- TXD1 – GPIO14 – Chân 8 - RXD1 – GPIO15 – Chân 10 - TXD2 – GPIO0 – Chân 27 - RXD2 – GPIO1 – Chân 28 - TXD3 – GPIO5 – Chân 29 - RXD3 – GPIO4 – Chân 7 - TXD4 – GPIO8 – Chân 24 - RXD4 – GPIO9 – Chân 21 - TXD5 – GPIO12 – Chân 32 - RXD5 – GPIO13 – Chân 33 Chân giao tiếp SPI

Một số thiết bị sử dụng giao thức SPI và nó giúp điều khiển nhiều thiết bị bằng cách sử dụng 1 đường truyền dữ liệu duy nhất Trong Raspberry pi 4 có nhiều chân SPI được sử dụng cho giao tiếp SPI Chân SPI của Raspberry Pi 4 được cung cấp bên dưới:

- SPI3 CEO N – GPIO0 – Chân 27 - SPI3 MISO – GPIO1 – Chân 28 - SPI3 MOSI – GPIO2 – Chân 3 - SPI3 SCLK – GPIO3 – Chân 5 - SPI4 CEO N – GPIO4 – Chân 7 - SPI4 MISO – GPIO5 – Chân 29 - SPI4 MOSI – GPIO6 – Chân 31 - SPI4 SCLK – GPIO7 – Chân 26 - SPI0 CE1 N – GPIO8 – Chân 24 - SPI0 CE0 N – GPIO9 – Chân 21 - SPI0 MISO – GPIO10 – Chân 19

- SPI0 MOSI – GPIO11 – Chân 23 - SPI5 CEO N / SPI0 SCLK – GPIO12 – Chân 32 - SPI5 MISO – GPIO13 – Chân 33

- SPI5 MOSI – GPIO14 – Chân 8 - SPI5 SCLK – GPIO15 – Chân 10 - CTS0 – GPIO16 – Chân 36 - RTS0 – GPIO17 – Chân 11 - SPI6 CEO N – GPIO18 – Chân 12 - SPI6 MISO – GPIO19 – Chân 35 - SPI6 MOSI – GPIO20 – Chân 38 - SPI6 SCLK – GPIO21 – Chân 40 Chân giao tiếp I2C

Raspberry Pi 4 có hỗ trợ giao thức I2C Là giao thức được sử dụng ở một số cảm biến và động cơ Tất cả các chân này được đưa ra bên dưới:

- SDA0 / SDA6 – GPIO0 – Chân 27 - SCL0 / SCL6 – GPIO1 – Chân 28 - SDA1 / SDA3 – GPIO2 – Chân 3 - SCL1 / SCL3 – GPIO3 – Chân 5 - SDA3 – GPIO4 – Chân 7

- SCL3 – GPIO5 – Chân 29 - SDA4 – GPIO6 – Chân 31 - SCL4 – GPIO7 – Chân 26 - SDA4 – GPIO8 – Chân 24 - SCL4 – GPIO9 – Chân 21 - SDA5 – GPIO10 – Chân 19 - SCL5 – GPIO11 – Chân 23 - SDA5 – GPIO12 – Chân 32 - SCL5 – GPIO13 – Chân 33