Đồ án học phần thiết kế ổ cắm tiện ích cho hộ gia Đình trên ứng dụng blink

Việc nghiên cứu và thiết kế một bộ sản phâm điều khiến thiết bị không dây có một ý nghĩa lớn, ø1úp tăng thêm sự lựa chọn cho người sử dụng, sản phẩm được sản xuất trong nước nên giá thàn

UNG DUNG BLINK

Giảng viên hướng dẫn

Sinh viên thực hiện

UNG DUNG BLINK

Giảng viên hướng dẫn

Sinh viên thực hiện

xu DO 9 1.5.4 Kích thước của Ïo'Ï c1 112111211211 11 1118111111111 111 111115011115 01 1111111 xkg 9

1.6.1 Nâng cao hiệu quả công vIỆC - Lọ 1 n1 111211211111 112121111 11811811 ray 10 1.6.2 Nâng cao chất lượng cuộc sống 52 1S E21221121211112212 2 re 10

1.8 Mục tiêu của đề tài - s21 22 221,0 1122112111221 221121 14

"to ii sa na n 16 2.1.1 Téng quan vé ESP8266.0.0.ccccccccccccccceccssessessesscssesessessessesscssesessessesseseesesseeees 16

2.1.2 Các phiên bản ESP8266 - Q2 201121121 111121111111110111111 2011111211281 re 17

2.1.3 Phần mềm lập trình cho ESP8266 52-52 S12 EE18212112111121E21E1 c1 19

2.1.4 Sơ đổ chân 2-:- 22 2111222112221121211222111111121112112111211121 01101 re 29

2.1.5 Kết nỗi phần cứng 2-52 sc 1S 1 11211111211 12111121 1221111011 cn ng 33 2.1.6 Nạp chương trỉnh - 2 221121122112 11101 11211111111 11111 111 1111121111201 X1 1tr 34 2.2 Đề ra chân micro USE - - + S1 1 S21115115112112121111211 2111122121212 211k 36 2.3 Khôi đóng cắt dùng rơ le trung gian - 2-5 SE 1221121211112121122 2 xe 37

2.3.2 Cau tạo và nguyên lý hoạt động 5à Sc n 1 21212211212 xe 38

2.4 Test board han, ban mach hàn 2 mặt sợi thủy tĩnh - 52225222 225<<52 40

CHUONG 3 THIET KE MẠCH IOT DIEU KHIỂN THIẾT BỊ ĐIỆN TRONG

GIA ĐINH VÀ THIẾT KÉ CHƯƠNG TRÌNH PHÁN MÉM << se <5 al

ˆW):5084:0 710.0 1n 41

3.1 Chế tạo mạch 2 2 2n S0 11115151 555155 151111 121111511 5511188 tre 41

3.2 Sơ đồ nguyên lý toàn mạch 2-2 11121871 51121121111211111121121 121cc 41

3.3 Lưu đỗ thuật toán - 2 2+ 212212112211 21221221121121122111121121111211221 2 ca 41

B THIET KE CHUONG TRINH PHAN MEM ae 3.5 Cac ché d6 wifi cia ESP8266 000.0 cccccccccccccccsccssessessessssesessesscssesesstsssecseseseessestes 42 3.5.1 Ché d6 WiFi Station 0.0 cccccccccccescessessessessseseessessessresetsesiessnteeteetesseses 44

3.5.2 Chế độ WiFi Access Poittt ccccccccccccccscscececessssestesesevecevssseseseevevevevsesesevseees 44 E2 45

3.7 Giới thiệu về blynĂk s-Sc 1 1111111211111111 1111 1211111 1111111111011 g 45

3.7.1 Cài thư viên blynk trên arduino IIDE - 5 52 2222 222222312222 +szzxs+2 46 3.7.2 Các bước sử dụng blynk - 2 121121112 1112112211111 11111111 112121 8k He ray 46 3.8 Chương trình cho ESP8266 200201 121121211Ẹ1112111111011 1111111111211 HH 49

CHUONG 4 CHE TAO VA THU NGHIEM THIET BI 56 4.1 Ché tao thiét Bi ccccccccccccccscssessessresessesseserseesectinseesasetstitssetaseaietintesseseeen 52

4.1.1 Théng kê linh kiện sử dụng trong mạch 2 222 2212211132112 12212 zk2 52 4.1.3 Mô hình sản phẩm nghiên cứu - 2-5 21 2S 19211 1271211212112 E111 tt 55

4.2 Thir nghidém thiét bi ccccccccccccccccececseseecsesessescsseseeseesesseeseseessessessesesseeseeeees 55 KẾT LUẬN VÀ HUONG PHAT TRIEN CUA DE TAL oeececcscccsccscessesseseesesseees 57 TAI LIEU THAM KHAO 58

DANH MUC BANG BIEU

Bang 1.1 Biéu đồ Hype Cycle của hãng Gartner 5-5 2S 111215 5212121111112 e2 1 Bang 1.2 Kién tric mét hé thống TOT ieee ceeeeceeeeecececscecescccececseccescesaussseesecevausaenesevecs 5 Bang 1.3Téng quan vé mét hé thong TOT csscscesssessessesesseessessessessesensseeeeen 7

Bảng 3.1 Lưu đồ thuật tốn - S1 1211211211211111121211121212 1121 rrag 4

Bảng 4 1.Thống kê linh kiện sử dụng trong, mạch - - 2 2222112211132 1212k 52

DANH MỤC HÌNH

Hình 1.1 Một số dự đốn khảo sát 22 522222 2222231222122712711 2122112112211 e2 2

Hình 1.2 Mơ tả thuật ngữ lọÏ - L2 2211211121 12112 1110111511111 1111111 1011111111121 1 182 ke 4 Hình 1.3 Hình minh họa lIoT thơng, minh 5 2 22 222212212223 151 3533511153152 x2 6 Hình 1.4 Tầm quan trọng Io'Ï” - : 122111211221 121 1121111111111 171 10111011111 11112111111 key 6

Hinh 1.5 Bùng nỗi IT - 25s 2222E212251251271111211211211271222112112111212 12221 te 8

Hinh 1.6 Tang truong vì 0 0 9

Hình 1.7 Kết nối IợT -:-22:22222222221251221122711271112112711271127111211271211.221 2 x20 10 Hình 1.8 Một số ứng dụng của IoT - 5c s2 E121151221112112111211 12101121 nu ll

Hinh 1.9 IoT cho phép moi dé vat va thiét bi thu thập và trao đổi dữ liệu với nhau 13 Hình 1.10 Một số sản phâm ơ cắm đơn, ơ cắm cĩ nhiều ơ cắm bán trên thị trường L5

Y

Hinh 2.2 Modul ESP 8266-07000 19

Hinh 2.3 Nhap vao “Windows Zip file for non admin install” 0.000.0.ccccceceeeeeeeeees 20

Hình 2.4 Nhấp vào “JUST DOWNLOAD” để tải phần mềm -2- 52552222222: 21 Hình 2.5 Chọn nơi lưu file và bám “Start Download” -: 2s: 2+22z22xz2xzsxzzxrsre2 21

Hình 2.6 Giải nén file vừa tải - Q2 0222111211121 112111121 1110111101 1120111011110 1 11k 22 Hình 2.7 Giao diện của Arduino IDE - Ác 2225111111155 1 1111111521111 1119552111111 k ra 22 Hình 2.8 Chạy file exe, sau đĩ nhấn Next - Sa 0 21 11511511115115215181 211281 ne 23 Hình 2.9 Nhắn Install khi cĩ yêu cầu xác nhận 2 ST S11 11 15151 515121111555 151551 sse 24

Hình 2.10 Quá trình cài đặt diễn ra 52 2212211 112112121121211211 2112221 rreg 24 Hình 2.11 Nhắn Finish dé kết thúc quá trình cài đặt 22 2 s22 22212122222 2x 25

Hinh 2.12 VỊ trí các chức năng cơ bản - 12 120112211211 1211121 1111111121111 11 key 25 Hinh 2.13 Mở ví dụ trong Ardurno IDE - 22: 2211211221 1221 1211151 1111111 211182 de 27 Hình 2.14 Chon Board đề kết nỗi board thực tế với phần mm - 222 Sa S2 S22 2 sszs2 28

Hình 2.15 Chọn céng COM board thực tế liên kết với máy tính - 2 sec 29

Hình 2.16 Sơ đỗ chân ESP8266 2S SE 112112112112121111 212122211121 xe 29

Hình 2.17 Sơ đồ kết nối phần cứng - 25s E111 E2157152121111111111111121 211 6 34 Hình 2.18 Đề ra chân USB -:- 22 2222221222112211222122711271122127111211211201 21c e 37

Hình 2.19 Cấu tạo của rơ le trung gian - : s+ sc 1111112111121 111111212 11a 38 Hinh 2.20 Nguyên lý hoạt động của rơ Ïe trung e1an - 5 2c 22221122212 ezxcses 39 Hinh 2.21 Test board han, Ban mach han 2 mat 6x8cm sợi thủy tĩnh 40

Hình 3.1 Sơ đồ khối hệ thống 2-5 SE 212112 111111211112121111111 10111211 0 41

Hình 3.2 Sơ đồ nguyên lý toàn mạch - 51 211121 1271112112111 11 ru 41 Hình 3.3 WIF]I Access Polmt - L2 111122111192 1n ng ng KT ng 1k 121151 116 kh 43 Hình 3.4 Cài đặt Blink trén arduino IIDE - 2 2 22111111111 cesesesesesesesesevevenas 46 Hình 3.5 Tải phần mềm Blynk trên App StOre 52-52 1 12821 1222121111121 1 26 47

Hình 3.6 Tạo tài khoản trên phần mềm Blynk - S92 1 1922E8212111 1111121 x6 47

Hình 3.7 Các khối chức năng điều khiến 2-52 + 12 S25211211115221121211 11212 x0 48

Hinh 3.8 Cài đặt cho nút ấn - 25s 2 22222221212112112711 1111112112121 12c rteg 49

Hình 3.9 Giao diện Arduino TDE c1 2 2111111115153 1111111515111 11c net 49 Hinh 4.1 Đồng hồ van tr) t›mHaiaiaiiiiaiiÝỶÝ 53 Hinh 4.2 M6 hate cece cceeccececceseecneeccnseecesecunsecnnsecnsaecnsescnseecnseentsesntaeesnnnaeess 53

Hinh 4.4 Hộp cầu nối điện làm mô hỉnh 22222 E92E£2 E212 E221252222222522222222 22 54

Hinh 4.5 Các dụng cụ phụ - - c1 2022211211121 11111 1110111212111 1182111211211 12k rryg 54

Hình 4.6 Hình ảnh thực tế của thiết bị - 2: 5222221521 821122122121121211212111271 21c 55 Hình 4.7 Hình ảnh thiết bị 1 tác động - S122 1 121121111121 111121212111 t6 56 Hình 4.8 Hình ảnh thiết bị 2 tác động 2 S912 221211111211 121121211112121 11g 56

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT

® JoT - Internet Of Things hay internet van vat

© ESP8266 - Chịp xử lí tích hợp thu phat WiF1

e IDE - Viết tắt của Inteprated Development Enviroment - môi trường phát triển tích hợp

Compiler - Trinh bién dich

MO DAU

Ngày nay, xã hội phat triển mạnh mẽ, kỹ thuật ngày cảng hiện đại nên nhụ cầu về trao đối thông tin giải trí, nhu cầu về điều khiển các thiết bị từ xa, ngày cảng cao Và những hệ thông dây cáp phức tạp lại không thể đáp ứng nhu cầu này, nhất là ở những khu vực chật hẹp, những nơi xa xôi, trên các phương tiện vận chuyền VÌ vậy công nghệ không dây đã ra đời và phát triển mạnh mẽ, tạo rất nhiều thuận lợi cho con nguol trong đời sông hằng ngày

Trong những năm gần đây công nghệ truyền nhận đữ liệu không dây đang có những bước phát triển mạnh mẽ, góp công lớn trong việc phát triển các hệ thông điều khiến, giám sát từ xa, đặc biệt là các hệ thống thông minh Hiện nay, có khá nhiều công nghệ không truyền nhận dữ liệu không dây nhu RF, Wifi, Bluetooth,

NEC, Trong đó tiêu biêu nhất là Bluetooth và Wifi

Trên thị trường Việt Nam hiện nay chưa có nhiều sản phâm điều khiến thiết bị không dây, đa số những sản phẩm hiện có đều là nhập khâu từ nước ngoài với giá thành cao Việc nghiên cứu và thiết kế một bộ sản phâm điều khiến thiết bị không dây có một ý nghĩa lớn, ø1úp tăng thêm sự lựa chọn cho người sử dụng, sản phẩm được sản xuất trong nước nên giá thành rẻ và góp phần phát triển các hệ thống điều khiến thông minh Nhắc đến sự phát triển của thời đại công nghiệp 4.0, mét trong những khái niệm nhận được sự quan tâm hàng đầu trên toàn thế giới chính là Internet Vạn Vật hay còn được gọi là Internet of things (IoT) Sw phát triển của loT hứa hẹn sẽ đem lại những tác động mạnh mẽ lên nhiều mặt của công việc và đời sống Chứng kiến sự phát triển như vũ bão của các sản phâm ứng dụng công nghệ IoT và thị trường công nghệ Start

up tiềm năng đang ngày cảng sôi động hơn bao giờ hết, ý thức được vấn đề đó, cùng với sự đồng ý của giảng viên hướng dan, em đã lựa chọn đề tài “ thiết kế ô cắm tiện ích cho hộ gia đình trên ứng dung Blink ” dùng sóng wifñi để điều khiển các thiết bị điện trong gia đình làm đề tài tốt nghiệp Nội dung của báo cáo của đề tài tốt nghiệp có

bố cục như sau:

- CHUONG I TONG QUAN

- CHUONG 2 CO SO LI THUYET

- CHUONG 3 THIET KE MACH IOT ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ ĐIỆN TRONG GIA PINH VA THIET KE CHƯƠNG TRINH PHAN MEM

- CHUONG 4 CHE TAO VA THU NGHIEM THIET BI

CHUONG 1 TONG QUAN

1.1 Giới thiệu

1.1.1 Giới thiệu tông quan về loT

Thời đại vạn vật kết nối Internet of Things (IoT) là một mạng lưới các vật thé duoc gan cảm biến hoặc hệ thống điện tử đặc biệt cho phép chúng kết nối với nhau đề thu thập và trao đổi dữ liệu Các vật thể trong mạng lưới nảy có thế được kết nối với mạng Internet cho mục đích điều khiển từ xa

Xét về mặt vật chất, làm thế nào để chất lượng cuộc sống chúng ta được nâng cao, đó là khi các nhu cầu của chúng ta được đáp ứng nhiều hơn trước Nhu cầu ở đây

có thê là có đầy đủ thức ăn, có quần áo đẹp, không kẹt xe, giảm bớt những lo lắng,

không phải nhớ nhiều thứ linh tính trong đầu, Những điều này đều sẽ được đáp ứng

bởi loT Hiện tại, loT ảnh hướng lớn nhất đến các khía cạnh trong đời sống

Theo báo cáo hàng năm của hãng Gartner về xu hướng công nghệ sẽ thay đổi thế giới trong năm 2018 thì loT đang xếp ở mức đỉnh cao của kỳ vọng và ứng dụng của loT trong vòng 5 năm -10 năm nữa sẽ ứng dụng nhiều trong đời sông thực tế

Bang 1 1 Biéu do Hype Cycle ctta hang Gartner

‘Hype Cycle for Emerging Technologies, 2018

Năm 2003 với 6.3 tỷ người có 500 triệu kết nối internet, với mỗi người sở hữu 0.08 thiết bị kết nối

Năm 2020 với 7.6 tỷ người đã lên đến 50 tỷ kết nối với 1 người sở hữu 6.58 thiết

POPULATION DEVICES CONNECTED DEVICES

PER PERSON Sows Gace EG, Api 2011

Hình 1 1 Một số dự đoán khảo sát Một số mốc phát triển của internet vạn vật (IoT)

1990: Máy nướng bánh mì được cho là đề vật đầu tiên được kết nối internet John Romkey, một kỹ sư phần mềm tại Mỹ, đã kết nối chiếc máy nướng bánh mì với máy tính qua Internet để bật nó lên

1999: Thuật ngữ “internet of things duoc tao ra boi Kevin Ashton khi thuyét trình về một hệ thống cảm biến và nhãn nhận dạng qua tần số radio (RFEID) gắn trên hàng hóa đề quản lý chuỗi cung ứng

ớ000: LG giới thiệu chiếc tủ lạnh có kết nối internet đầu tiên trên thế ĐIỚI VỚI mức giá 20.000 USD

6008: H6i nghi quốc tế đầu tiên về loT được tổ chức tại Zurich, Thụy Sĩ

6009: Theo Cisco, day là thời diém ma mang internet van vật thực sự được khai sinh, khi số lượng thiết bị được kết nối internet vượt dân số thế ĐIỚI

ớ013: Từ điển Oxford thêm thuật ngữ “internet of thíngs” vào hệ thống định

> Tìm hiểu về thuật ngữ loT

IoT (Internet of things) được dịch sang tiếng Việt với nhiều tên gọi khác nhau như Internet Vạn Vật, Mạng lưới thiết bị kết nối Internet, Mạng lưới vạn vật kết nối Internet, Trong đó, thuật ngữ được sử dụng phố biến nhất là Internet Vạn Vật

« - Internet trone thuật ngữ chỉ hệ thống kết nối, hệ thống liên mạng được sử dụng cho việc tiếp nhận, xử lý, truyền tải, chia sẻ thông tin, dữ liệu

« - Things (vạn vật) dùng để chỉ tất cả các thiết bị trong thực tế, được kết nối và trở thành một phần của mạng lưới thông tin, di liệu Dựa trên một vải ứng dụng thực tế, các thiết bị nằm trong “vạn vật” của loT có thể kế đến may theo dõi nhịp tim, xe cảm biến tích hợp, nhà ở thông minh, đồng hỗ đeo tay thông minh,

IoT là một liên mạng với sự tham gia của nhiều thành phan Trong đó, các thiết

bị, phương tiện sẽ được bô sung và tích hợp thêm các bộ phận điện tử, phần mềm cũng như các loại cảm biến giúp chúng vừa có thê thu thập dữ liệu, vừa có thé

kết nối qua mạng máy tính để truyền và chia sẻ các dữ liệu đó Hệ thống các thiết bị,

phương tiện thông minh nảy sẽ tạo nên một cơ sở hạ tầng đáp ứng nhu cầu phát triển của xã hội thông tin

Hình l2 Mô tả thuật ngữ lo†

> Bạn có thể hình dung đơn giản về loT như sau:

¢ Các thiết bị và phương tiện thông minh ban đầu là các thiết bị, phương tiện thông thường mà chúng ta hay sử dụng, ví dụ như ô tô, đồng hồ, máy hút bụi, Chúng sẽ được tích hợp các thiết bị cảm biến, giúp chúng thu thập thông tin thực tế như hình ảnh đường đi, các đồ vật trên đường, do nhip tim,

° Tiếp đó, các dữ liệu được thu thập sẽ được truyền tải qua hệ thống mạng Internet Những đữ liệu này sẽ được tải lên, xử lý và chia sẻ trên môi trường ảo Quá trỉnh này có thể tạo ra các lệnh, các chương trình p1úp điều khiển hoạt động của thiết bị ban đầu

© Thiết bị, phương tiện thông minh sẽ tiếp nhận các lệnh mới thông qua đữ liệu đường truyền của mạng và tiến hành các nhiệm vụ được đặt ra

Như vậy, với việc ứng dụng IoT, các thiết bị trong cuộc sống có thê trực tiếp kết nỗi và được điều khiển từ xa thông qua Internet, hạn chế sự tham 01a trực tiếp từ con người Quá trình kết nối các yếu tô thực và ảo này không chỉ đánh dâu một bước phát triển về công nghệ mà nó còn là tiền đề giúp thúc đây những bước phát triển mạnh mẽ trong cuộc sống tương lai

1.2 Kiến trúc hệ thống IoT

Bảng 1 2 Kiến trúc một hệ thống loT Kiến trúc hệ thống loT

(loT Reference

Architecture)

Xử lý dữ liệu, phân tích "HH Thiết bị kết néi và quản lý Hiện thị, vai trò kêt nôi

(Device Connectivity Analytics and Business Connectivity)

Management

Bang 1 3 Tổng quan về một hệ thống loT

Trên cơ sở nghiên cứu, tìm hiệu về loT Đê tài đề xuât phương án tự động hóa ngôi nhà, và cụ thê hon đó là vê những chiệc ô căm điện thông minh

Hình 1.3 Hình mình họa loT thông mình

1.3 Tầm quan trọng của loT

Khi bất cứ vật gì đó được kết nỗi với internet, điều đó có nghĩa là nó có thê gửi thông tin hoặc nhận thông tin, hoặc cả hai Với loT khả năng gửi hoặc nhận thông tin này làm cho mọi thứ trở nên thông minh, và thông mính luôn là điều hướng đến

Hinh 1 4 Tam quan trong loT

Sử dụng lại điện thoại thông minh (điện thoại thông minh) làm vi dụ Ngay bây giờ bạn có thể nghe bat ky bai hat nao trén thé giới, không phải vì điện thoại của ban thực

6

sự có mọi bài hát trên thế giới được lưu trữ trong nó Nó có nghĩa là vì mọi bài hát trên thế ĐIớI đều được lưu trữ ở một nơi khác, nhưng điện thoại của bạn có thé gửi thông

tin (yêu cầu bài hát đó) và sau đó nhận thông tin (phát trực tuyến bài hát đó trên điện

thoại của bạn) Để trở nên thông minh, một thứ không cần phải có siêu lưu trữ hoặc siêu máy tính bên trong nó Tất cả những gì phải làm là kết nối với siêu lưu trữ hoặc

với một siêu máy tính Trong Internet of Things, tat cả những thứ đang được kết nối

với internet có thê được chia thành ba loại:

> Loại thu thập thông tín và sau đó gửi nó

Ví dụ: các thiết bị mang tính cảm biến, có thể là cảm biến nhiệt độ, cảm biến chuyên động, cảm biến độ âm, ánh sáng, Những cảm biến này cùng với một kết nối, cho phép chúng ta tự động thu thập thông tin từ môi trường Do đó, cho phép chúng tôi đưa ra quyết định thông minh hơn

> Loại nhận được thông tin và sau đó hành động

Vi dụ: máy in của bạn nhận được một tài liệu và In nó Xe của bạn nhận được tín hiệu từ chìa khóa xe và cửa mở

> Thực hiện cả hai

Lấy một ví dụ hiện đang được sử dụng rộng rãi trong ngảnh nông nghiệp Các cảm biến có thê thu thập thông tin về độ ấm của đất để cho nông dân biết cần tưới bao nhiêu cho cây trồng, nhưng bạn không thực sự cần người nông dân Thay vào đó, hệ thống tưới có thể tự động bật khi cần thiết, dựa trên độ âm của đất Thêm vào đó, các nhà nông nghiệp đã phát minh thêm một bước tiến nữa Nếu hệ thống thủy lợi nhận được thông tin về thời tiết từ kết nối internet của nó, thì nó cũng có thê biết khi nào trời sẽ mưa và quyết định không tưới nước cho các loại cây trồng ngày hôm nay vì tận dụng được nguồn nước mưa

1.4 Nguồn sốc loT

Trên thực tế, các yếu tô của loT dường như đã nhen nhóm xuất hiện cách đây nhiều thập ký Tuy nhiên, phải đến năm 1999, lần dau tién cum tir Internet of Things

7

chính thức ra đời Trong những năm tiếp theo, sự bùng nỗ của công nghệ và sự lan tỏa của mạng Internet đã tạo ra một nền tang thuan loi giup loT tiép tuc phat triển Năm 2016, IoT bắt đầu được quan tâm nhiều hơn khi có những bước tiến thực sử

nối bật Bằng việc kết hợp nhiều công nghệ hiện đại như kết nỗi không dây, phân tích

dữ liệu trên thời gian thực, machine learning, cảm biến, các ứng dụng đầu tiên của loT ngay cang hoan thiện và đem dén những lợi ích thiết thực cho công việc vả cuộc sống Cũng nhờ vậy mà trong vài năm trở lại đây, loT trở thành một đề tài nóng, được

nhiêu người quan tâm, theo dõi

Hình 1 5 Bùng nồi loT 1.5 Dac trung cua loT (internet of thing)

1.5.1 Kha nang dinh danh

Các đối tượng tham gia vào IoT, bao gồm cả thiết bị, phương tiện và con người, đều sẽ được định danh và mọi hoạt động đều được tiến hành thông qua cách thức định danh nảy Việc định danh được thực hiện giúp phân biệt và phân loại các nhóm đối tượng nhờ đó mà quy trình thu thập, xử ly và chia sẻ dữ liệu được tiến hành chính xác

và hiệu quả hơn

Cách thức định danh của loT' khá da dang, vi dụ như dùng mã QR, ma vach, NFC, dia chỉ IP, Tuy nhiên, các thông tin định danh này cần đảm bảo yếu tổ độc nhất, tránh sự nhằm lẫn pIữa các đối tượng hoặc thiết bị

1.5.ớ Thông minh

Các yếu tố của trí tuệ nhân đạo đã và đang được cân nhac dé ứng dụng phát triển các thiết bị trong mạng lưới loT Mục tiêu là để tạo ra các thiết bị thông minh, được bô sung day đủ các thiết bị thu thập, xử ly thông tin và có thể tự động thực hiện các nhiệm vụ nhất định, dựa trên tình huống và môi trường thực tế Đồng thời, các dữ liệu, thông tin cũng sẽ được chia sé chung cho nhiều loại thiết bị khác nhau đề sử dụng

theo các tính năng riêng

1.5.3 Phức tạp

Trên thực tế, hệ thống kết nối của loT vô cùng phức tạp Hệ thống này bao gồm mọi đường liên kết, kết nối giữa các thiết bị với nhau, giữa các thiết bị cũ vả các công nghệ, yếu tố mới, gitra cac thiết bị thực tế và những đữ liệu được lưu trữ trên nền tang Internet Cùng chính vì đặc trưng này, việc vận hành và ứng dụng loT không hề đơn giản, tốn nhiều thời gian và công sức thực hiện

1.5.4 Kích thước của loT

Tính sơ bộ, một hệ thống IoT có thê liên kết 50 đến 100 nghìn tỉ đối tượng khác nhau, từng đối tượng đều giữ một vai trò nhất định trong việc chia sẻ và sử dụng dữ liệu Trên thực tế, hiện nay chúng ta vẫn chưa khai thác được nhiều tài nguyên của hệ thông này

Theo Công ty nghiên cứu và tư vấn công nghệ Gartner, Inc., trên thé giới sẽ có khoảng 26 tỷ thiết bị tham gia vào hệ thống IoT trong năm 2020 Con số này hứa hẹn

sẽ tiếp tục gia tăng nhanh chóng trong những năm tiếp theo

Hình l6 Tăng truong cua loT 1.6 Lợi ích của loT

1.6.1 Nâng cao hiệu quả công việc

loT thúc đây quá trình khai thác, trao đổi và sử dụng dữ liệu trong nhiều công

việc khác nhau Điều này tạo ra những thay đối tích cực trong công tác quản lý, nghiên

cứu, sản xuất và chế tạo sản phâm, giúp nâng cao chất lượng các sản phẩm, dịch vụ, đem đến những sản phẩm và chất lượng đáp ứng đúng nhu cầu của người dùng Trong hầu hết mọi công việc, bằng việc ứng dụng IoT một cách phù hợp, bạn có thê nhận được sự hỗ trợ thiết thực, øIúp hoàn thành nhiệm vụ nhanh chóng, chính xác, hiệu quả 1.6.2 Nâng cao chất lượng cuộc sống

Các ứng dụng của loT hướng đến việc tạo ra những sản phẩm, thiết bị, đồ dùng,

phương tiện thông minh hơn, tiện ích hơn Qua đó, dần dần cải thiện điều kiện, môi

trường sống và giúp hình thành những thói quen sống hiện đại Nhờ sự tham gia của các thiết bị công nghệ và IoT, tất cả công việc thường ngày đều có thê giảm bớt, được đơn giản hóa, tự động hóa

Hình 1 7 Kết nối loT

1.7 Một số ứng dụng cơ bản của IoT

Hình 1 8 Một số ứng dụng của loT

Quản lý hạ tầng: Hệ thống loT tham gia vào việc giam sát và kiểm sát các hoạt động liên quan đến xây dựng, quy hoạch và phát triển cơ sở hạ tầng IoT sẽ thu thập dữ liệu về quy trình triển khai các dự án, lên kế hoạch sửa chữa và bảo trì

hiệu quả, tham gia vào quy trình xử lý các sự cô,

Y tế: Các thiết bị y tế, chăm sóc sức khỏe trong hệ thông loT thực hiện thu thập các chỉ số của người bệnh, tiến hành cảnh báo và gửi đữ liệu đến bác sĩ, những

người chăm sóc khi cân thiết

Nhà ở: Hệ thống loT được ứng dụng vào quá trình thiết kế, xây dựng nhà ở sẽ tạo ra các căn nhà thông minh có khả năng tự động hóa cao Các thiết bị sẽ dựa trên tỉnh huống thực tế của môi trường, nhụ cầu của chủ nhà đề tiến hành các nhiệm vụ từ đơn giản đến phức tạp, tao ra sự thuận tiện và thoải mái tối đa, giúp nâng cao chất lượng cuộc sống

Ngành chế tao: Cac nha san xuất có thê đạt được lợi thế cạnh tranh bằng cách

sử dụng giám sát dây chuyền sản xuất để cho phép bảo trì chủ động trên thiết bị khi cảm biến phát hiện ra lỗi sắp xảy ra Các cảm biến thực sự có thê đo lường khi sản lượng sản xuất bị tốn hại Với sự trợ giup cua canh bao cam biến, các nhà sản xuất có thể nhanh chóng kiểm tra độ chính xác của thiết bị hoặc loại bỏ

nó khỏi sản xuất cho đến khi nó được sửa chữa Điều này cho phép các công ty giảm chỉ phí hoạt động, có thời gian hoạt động tốt hơn và cải thiện quản lý hiệu suất tài sản

Ngành ô tô: Ngành công nghiệp ô tô đã nhận ra những lợi thế dang ké từ việc

sử dụng các ứng dụng lol Ngoài những lợi ích của việc áp dụng loT vào dây chuyên sản xuất, các cảm biến có thế phát hiện lỗi thiết bị sắp xảy ra trên các phương tiện đã đi trên đường và có thể cảnh báo cho người lái xe một cách chi tiết Nhờ thông tin tông hợp được thu thập bởi các ứng dụng dựa trên loT, các nhà sản xuất và nhà cung cấp ô tô có thể tìm hiểu thêm về cách giữ cho xe chạy

và thông báo cho chủ xe về các thông tin phía trước

Giao thông vận tải: Các đội xe ô tô, xe tải và tàu cho hàng tồn kho có thể được định tuyến lại đựa trên điều kiện thời tiết, tính sẵn có của xe hoặc tính khả dụng của tài xê, nhờ dữ liệu cảm biên loT Bản thân hàng tôn kho cùng có thê được

12

trang bị các cảm biến đề theo dõi và kiểm soát nhiệt độ Các ngành công nghiệp

thực phẩm và đỗ uống, hoa và được phâm thường là những mặt hàng tồn kho nhạy cảm với nhiệt độ sẽ được hưởng lợi rất nhiều từ các ứng dụng giám sát loT gửi thông báo khi nhiệt độ tăng hoặc giảm có thê ảnh hưởng đến sản phẩm

> Ngành bán lẻ: Các ứng dụng IoT cho phép các công ty bán lẻ quản lý hàng tồn kho, cải thiện trải nghiệm của khách hàng, tối ưu hóa chuỗi cung ứng và giảm chi phi hoạt động

Vị dụ: kệ thông minh được trang bị cam biến trọng lượng có thé thu thập thông tin dựa trên RFID và gửi dữ liệu tới nền tảng loT để tự động theo dõi hàng tồn kho và kích hoạt cảnh báo nều các mặt hàng sắp hết

Các ứng dụng công nghệ đến từ Internet vạn vật (IoT): hứa hẹn mang đến những giá trị to lớn cho con người Trong những năm gần đây, chúng ta đã thấy sự xuất hiện của những hệ thông nhà thông minh hay các thiết bị gia dụng thông minh có

điều khiến bằng giọng nói Theo số liệu từ hãng nghiên cứu MecKinsey, số lượng nhà

thông minh tại Mỹ đã tăng từ 17 triệu năm 2015 lên 29 triệu năm 2017, còn người tiêu dùng tại các nước Tây Âu dành khoảng 12 tỷ euro để mua các thiết bị thông minh vào năm 2020 Tuy nhién, McKinsey cũng đưa ra nhận định nhà thông minh mới chỉ là khởi đầu của một thế giới internet vạn vật Ứng dụng quan trọng nhất của loT là số hóa quá trình sản xuất trong các ngành kinh tế

Hinh 1 9 loT cho phép mọi đồ vật và thiết bị thu thập và trao đồi dữ liệu với nhau

Ví dụ:

> Trên trang trại, cảm biến tự động đo độ âm của đất có thê cho người nông dân biết chính xác khi nào cây trồng cần được tưới nước Thay vì tưới quá nhiều hoặc quá ít nước, người nông dân có thê đảm bảo rằng cây trồng nhận được chính xác lượng nước thích hợp Điều này giúp tăng năng suất cây trồng và

giảm chi phí sản xuất

> Nhưng sức mạnh thực sự của Internet vạn nằm ở chỗ nó giup cho may moc thu, nhận thông tin và tự hoạt động mà không cần con người Các cảm biến có thé thu thập thông tin về độ âm của đất đê cho người nông dân biết lượng nước tưới cho cây trồng, nhưng liệu người nông dân có thực sự cần thiết? Thay vảo đó, hệ thông tưới có thê tự hoạt động khi độ âm trong đất xuống thấp

> Tiến thêm một bước nữa, nếu nhận được thông tin về thời tiết trực tiếp từ mạng, internet, hệ thống tưới tiêu cũng có thê biết khi nào trời sắp mưa và quyết định

không tưới cây nữa

Không dừng lại ở đó! Tất cả những dữ liệu về độ âm của đắt, lượng nước tưới và quá trình sinh trưởng của cây trồng đều có thê được thu thập qua cảm biến và gửi đến

14

các siêu máy tính để các thuật toán phân tích Và đó chỉ là một loại cảm biến Nếu lắp đặt thêm các cảm biến khác như chất lượng không khí và nhiệt độ, thì các thuật toán

máy tính có thê học được nhiều hơn nữa Khi hàng nghìn trang trại cùng thu thập

những thông tin này, các thuật toán này có thể hiểu rõ về điều kiện tự nhiên ở nơi trồng trọt, từ đó đưa ra cách chăm sóc cây trồng tối ưu

Internet vạn vật (IoT) cũng có thế được ứng dụng trong các nhà máy, nơi các cảm biến được gan vào máy móc để theo dõi hoạt động của chúng, đưa ra cảnh bảo về

sự cố hỏng hóc có thé xảy ra, theo dõi lượng năng lượng tiêu thụ và đưa ra chế độ hoạt động tiết kiệm nhất

Hiện nay, thiết lập hệ thống IoT đang là xu hướng các doanh nghiệp theo đuôi để tăng hiệu quả hoạt động và tăng khả năng chống chịu trước các rủi ro Hãy tưởng tượng, tronp đại dịch Covid-19, khi mà cư dân ở nhiều nơi không thể ra khỏi nhà vì nguy cơ lây nhiễm, cuộc sống của họ sẽ bớt khó khăn như thế nào nếu các nhà máy vấn có thể tự tiếp tục hoạt động, các nông trại van có thê tự vận hành và các phương tiện vẫn có thê tự đi lại để trao đổi hàng hóa Ngoài một vài ứng dụng cơ bản kể trên, loT còn được sử dụng cho nhiều lĩnh vực như giao thông vận tải, bảo mật thông tin, quản lí năng lượng, quản lí chât thải, quản lí và lập kế hoạch quản lí đô thị, quản lí môi trường, phản hồi trong các tình huồng khẩn cấp, mua săm thông minh, quản lí các thiết

bị ca nhân, đồng hồ đo thông minh, xe thông minh tự lái,

1.8 Mục tiêu của đề tài

Thiết kế, phát triển sản phẩm ổ căm điện thông minh, online dựa trên cơ sở loT

cụ thể là điều khiến từ xa bằng wifi, hoặc bất cứ nơi nào smart phone của bạn có kết nối Internet Sản phâm đảm bảo các tiêu chí:

> Hoạt động chính xác, ôn định, ngay cả khi các điều kiện của sản phâm thay đổi

như nhiệt độ, độ âm

> Có giao diện phần mềm giao tiếp trực quan với người dùng

1.9 Khảo sát thị trường

Chỉ cân một thiết bị có thê kết nôi Internet và một công cụ tìm kiêm như google,

sẽ thây đủ các mẫu mã sản phâm của các hãng với các giá tiên khác nhau Chứng tỏ một chiếc ô căm thông minh hiện tại là cân thiệt đến thê nào với cuộc sông của chúng

ta với công dụng mà nó mang lại

Hình 1 _10.Một số sản phẩm ô căm đơn, ô căm có nhiễu ỗ căm bản trên thị trường

CHUONG 6 CO SO LY THUYET

2.1 Khéi xử lí trung tâm

2.1.1 Tông quan về ESP8266

ESP8266 là một vi mạch trong gói QEN có khả năng của cả bộ TCP/IP và bộ vĩ điều khiến ESP8266 cung cấp giải pháp WiFi tich hop cao đáp ứng nhu cầu của các

ứng dụng IoT (Internet of Things) nhu chi phí thấp, sử dụng năng lượng hiệu quả, hiệu suất đáng tin cậy và thiết kế nhỏ gọn Nó được sản xuất bởi Espressif Systems 6

Thượng Hải, Trung Quốc Có khả năng kết nối mạng WiFi hoan chinh, ESP8266 co

thể hoạt động như một thiết bị tớ cho một bộ vi điều khiển chủ hoặc như một ứng dụng độc lập Khi chúng ta nói thiết bị tớ cho vi điều khiến chủ, điều đó có nghĩa là nó có

thể sử dụng làm bộ điều hợp WiFi cho bất kỳ vi điều khiên nào sử dụng giao tiếp

SPI hoặc UART Trong khi sử dụng độc lập, nó có thê thực hiện được các chức năng của một bộ vi điều khiến và mạng WIFI.ESP8266 dựa trên dòng L106 Diamond của

Tensilica, là bộ xử lý 32-bit và có SRAM trên chíp Đồng thời tích hợp module nguồn,

balun RF, bộ thu và phát RE, bộ thu và phát tương tự, băng tần số, bộ khuếch đại, bộ lọc và một số thành phần tối thiêu khác

ESP8266 NodeMCU (Node MicroController Unit) là một môi trường phát triển

phần mềm và phần cứng mã nguồn mở được xây dựng trên một hệ thống trên chip

(SoC) được gọi là ESP8266 ESP§266, được thiết kế và sản xuất bởi Espressif

Systems, chứa các thành phần quan trọng của một máy tính: CPU, RAM, mạng (WIF)), thậm chí cả hệ điều hành và SDK hiện đại Board mạch thu phát wifi ESP8266 NodeMCU với kích thước nhỏ gọn, giá rẻ được dùng nhiều cho các thiết bị IoT, các ứng dụng cân kết noi mang wifi

Chip ESP8266 được phát triển bởi Espressif để cung cấp giải pháp giao tiếp Wifi

cho các thiết bị loT Điểm đặc biệt của dòng ESP&266 là nó được tích hợp các mạch

RF như balun, antenna switches, TX power amplifier và RX filter ngay bên trong chip với kích thước rất nhỏ chỉ 5x5mm nên các board sử dụng ESP8266 không cần kích thước board lớn cũng như không cần nhiều linh kiện xung quanh Ngoài ra, giá thành

của ESP§266 cũng rất thấp đủ đề hấp dẫn các nhà phát triển sản phẩm IoT

17

Cấu trúc phần cứng của dòng chip ESP8266 có thể tóm tắt như sau:

> Sử dụng 32-bit MCU core có tên là Tensilica

> Tốc độ system clock có thé set 6 80MHz hoặc 160MHz

> Không tích hợp bộ nhớ Flash đề lưu chương trình

> Tích hợp 50KB RAM dé lưu đữ liệu ứng dụng khi chạy

> Có đầy đủ các ngoại vi chuân đê giao tiếp như 17 GPIO, 1 Slave SDIO, 3 SPI,

1 12C, 1 28, 2 UART, 2 PWM

> Tích hợp các mạch RF dé truyén nhận đữ liệu ở tần số 2.4GHz

> Hỗ trợ các hoạt động truyền nhận các IP packages 6 mutc hardware như Acknowledgement, Fragmentation va Defragmentation, Aggregation, Frame Encapsulation v.v (va phan stack TCP/IP sé duoc thie hién trén firmware cua ESP8266)

Do khéng hé tro b6 nhé Flash nén cac board str dung ESP8266 phai gan thêm

chip Flash bén ngoai va thuong 1a Flash SPI dé ESP8266 cé thé doc chuong trinh ung dụng với chuân SDIO hoặc SPI Về mô hình lập trình ứng dụng với ESP8266, chúng

ta có thể chia làm 2 loại như sau:

> Sử dụng fñrmware được cung cấp bởi Espressif và giao tiếp thông qua AT commands

> Lập trình frmware trực tiếp vào ESP8266 sử dụng bộ thư viện SDK cung cấp

boi Espressif,

ớ.1.ớ Các phiên bản àSP8ớ66

ESP8266 có nhiều phiên bản khác nhau như được thê hiện trong hình bên dưới Hiện nay, NodeMCU ESP-12E là phiên bản phố biến nhất vì nó dễ kết nói, lập trình và

chính Espressif cho mục đích nghiên cứu các tính năng của ESP8266, các module ứng dụng phố biến hiện nay của ESP8266 đều được phát triển bởi công ty AI-Thinker

18

Hiện tại có khá nhiều module khác nhau cho ESP8266 được sản xuất bởi công ty AI-Thinker Đặc điểm khác nhau giữa các module này bao gồm:

> Loại anten sử dụng (PCB anten, chip anten hoặc gắn anten ngoàải)

> Dung lượng của chíp Flash SPI trén board

> Kích thước board của module

> Có gắn khung nhôm chống nhiễu hay không

> Số lượng pin GPIO đưa ra chân kết nối

Ở thị trường VN thì 3 module là ESP-01, ESP-07 và ESP-12F khá phô biến và sẽ

duoc str dung dé demo trong cac bai viét sau nên chúng ta sẽ giới thiệu sơ các module

ở đây:

a) aSP-01

Hinh 2.1 Modul esp 8266-01

Su dung on-board PCB antenna

C6 2 LED trén board dé bao nguén va bao TX

Cung cấp 3 chân GPIO (GPIO0, GPIO2 và GPIO6) va 2 chan TXD/RXD cho UART

Dung lượng SPI Flash 4Mbyte

Đưa chân ra Jumper luôn nên có thê kết nôi trực tiếp với các board khác 1 cách nhanh

chóng

b) aSP-07

Hinh 2.2 Modul ESP 8266-07

Str dung chip anten on-board va co IPEX connector hé tro gan thém anten ngoài để tang khoang cach truyén

C6 2 LED trén board dé bao nguén va bao TX

Đưa ra 9 chân GPIO, 2 chan TX/RX cho UART, | chan REST dé reset chip, 1 chan

ADC, | chan CH_PD dé dura chip vao ché dé low power

Dung lượng SPI Flash trén board la 4Mbyte

Có thé han thêm jumper để kết nối trực tiếp với board khác hoặc hàn trực tiếp lên board ứng dụng

2.1.3 Phần mềm lập trình cho ESP8266

Phần mềm lập trình ESP8266 - giao diện Arduino IDE (IDE - viết tắt của cụm từ

Inteprated Development Environment) là phần mềm cung cấp cho các lập trình viên

một môi trường tích hợp bao gồm nhiều công cụ khác nhau như chương trình viết mã lệnh hay code editor, chương trình sửa lỗi hay debugger, chương trình mô phỏng ứng dụng khi chạy thực tế hay simulator Nói cách khác thì IDE là một phần mềm bao

gồm những gói phần mềm khác giúp phát triển ứng dụng phần mềm

> Arduino IDE là một trình soạn thảo văn bản, giúp viết code đề nạp vào bo mạch arduino

20

> Một trương trỉnh viết bởi Arduino IDE được øọI là sketch, sketch được lưu dưới định dang ino

> Môi trường lập trình đơn giản dé sử dụng, ngôn ngữ lập trình C hoặc C++ quen thuộc với người làm kỹ thuật

> Số lượng thư viện code viết sẵn và chia sẻ bởi cộng đồng nguồn mở cực kỳ lớn

> Các bước cài đặt Arduino IDE

a) Bước l: Truy cập địa chỉ http://arduino.cc/en/Main/Software/ Đây là nơi lưu trữ cũng như cập nhật các bản IDE của Arduino Bắm vào mục Windows ZIP

file for non admin 1nstall như hình minh họa

Hinh 2.3 Nhdp vao “Windows Zip file for non admin install”

Sau đó sẽ được chuyên đến một trang mời quyền góp tiền để phát triển phần

mềm cho Arduino, tiếp tuc bam “JUST DOWNLOAD” dé bat dau tai

21

Hình 2 4 Nhấp vào “JUST DOWNLOAD” đề tai phan mém

Hinh 2 5 Chon noi heu file va bam “Start Download”

a) Bước ớ: Sau khi download xong, bam chuột phải vào file vừa download

“arduino-1.6.4-windows.zIp” và chọn “Extract here” đề giải nén

22

Hình 2 6 Ciiải nén file vừa tải b) Bước 3: Copy thư mục “arduino- 1.6.4” vừa giải nén đến nơi lưu trữ c) Bước a: Chay file trong thu muc “arduino-1.6.4” để khởi động Arduino IDE

23

Hinh 2 7 Giao dién cua Arduino IDE Cài đặt Driver để máy tính và board Arduino giao tiếp được với nhau, cần phải

cai đặt driver trước tiên Nếu dùng Windows §, trong một số trường hợp Windows không cho phép cải Arduino driver (do driver không được kí bằng chữ kí số hợp lệ)

Do vậy cần vào Windows ở chế độ Disable driver signature enforcement thi moi cai duoc driver

Đầu tiên, chạy file arduino 1.6.4\drivers\dpinst-x86.exe (Windows x86) hoặc arduino-I.6.4\drivers\dpinst amd64.exe (Windows x64) Cửa số “Device Driver Installation Wizard” hiện ra, chọn Next để tiếp tục

24

Khi có yêu câu xác nhận cài đặt driver, chọn “Install”

Hình 2 9 Nhẫn Install khi có yêu cầu xác nhận Đợi khoảng 10s trong lúc quá trình cài đặt diễn ra

25

Hình 2 10 Quá trình cài đặt điễn ra Quá trình cài đặt đã hoàn tat Bam “Finish” dé thoát

Hình 2 11 Nhắn Finish đề kết thúc quá trình cài đặt

Các chức năng cơ bản trong Arduino IDE Các chức năng cơ bản của các biểu tượng trên phần mềm được trình bay chi tiết như sau:

26