Mạch Điều khiển bật:tắt Đèn bằng Điện thoại thông qua sóng wifi với module esp8266

Giới thiệu đề tài mạch điều khiển bật/tắt đèn bằng điện thoại Mạch điều khiển bật/tắt đèn bằng điện thoại cho phép bật và tắt các thiết bị từ bất cứ nơi đâu, miễn là điện thoại được kết

TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI TP HỒ CHÍ MINH

KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG

- -

ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG 2

MẠCH ĐIỀU KHIỂN BẬT/TẮT ĐÈN BẰNG ĐIỆN THOẠI Thông qua sóng wifi với module ESP8266

GVHD : Th.S Lê Anh Uyên Vũ SVTH : Lê Thị Hường LỚP : DV18 MSSV : 1851040025

TP HỒ CHÍ MINH, 05 - 2022

LỜI MỞ ĐẦU

Ngày nay, xã hội ngày càng hiện đại, khoa học kỹ thuật ngày càng pháttriển, đó cũng là lúc nhu cầu của con người ngày một tăng cao Một thực tế rấtgần rằng, ai ai cũng mong muốn được ứng dụng công nghệ tự động hóa rộng rãitrong chính ngôi nhà của mình Tất cả đồ dùng trong nhà từ phòng ngủ, phòngkhách đến toilet đều được gắn các bộ giám sát và điều khiển điện tử có thể kếtnối với internet và điện thoại di động Điều đó cho phép chủ nhân giám sát vàđiều khiển thiết bị từ xa một cách nhanh chóng và hiệu quả nhất

Với sự phát triển không ngừng nghỉ của khoa học kỹ thuật, đặc biệt làngành điện tử, các loại vi mạch lập trình nhanh chóng ra đời và chiếm một vị trícực kỳ quan trọng trong ngành công nghiệp điều khiển Các kỹ thuật điều khiểnhiện đại lần lượt xuất hiện và mang nhiều ưu điểm hơn hẳn so với việc sử dụngcác mạch điều khiển lắp ráp bằng linh kiện rời Nó cũng đã được ứng dụng rộngrãi trong các thiết bị, sản phẩm phục vụ cho nhu cầu sinh hoạt hàng ngày củacon người như máy giặt, tủ lạnh, đồng hồ báo giờ,… Chính những phát minhkhoa học kỹ thuật đó, cuộc sống của chúng ta ngày càng hiện đại và tiện nghihơn

Những thành tựu của ngành điện tử - viễn thông đã có thể biến nhữngđiều tưởng chừng như không thể thành có thể, góp phần nâng cao đời sống vậtchất và tinh thần của con người Đến với học phần Đồ án Điện tử - Viễn thông

2, em đã có cơ hội chuyển những kiến thức được học ở nhà trường ra ngoài thực

tế qua đề tài “MẠCH ĐIỀU KHIỂN BẬT/TẮT ĐÈN BẰNG ĐIỆN THOẠIthông qua sóng wifi với module ESP8266” Mời thầy cô và các bạn cùng đónxem!

2

LỜI CẢM ƠN

Trên thực tế không có sự thành công nào mà không gắn liền với những sự

hỗ trợ, giúp đỡ dù ít hay nhiều, dù trực tiếp hay gián tiếp Trong suốt thời gian

từ khi bắt đầu học tập ở giảng đường đại học đến nay, em đã nhận được rấtnhiều sự quan tâm, giúp đỡ của quý thầy cô, gia đình và bạn bè

Với lòng biết ơn sâu sắc nhất, em xin gửi đến quý thầy cô ở khoa Điện –Điện tử viễn thông trường Đại học Giao Thông Vận Tải TP.HCM Và đặc biệt là

cô Lê Anh Uyên Vũ đã tận tâm hướng dẫn chúng em qua từng buổi học trên lớpcũng như những buổi nói chuyện, thảo luận về đề tài

Đồ án Điện tử - Viễn thông 2 được thực hiện trong khoảng thời gian gần

10 tuần Đây là những bước đầu đi vào thực tế cũng như tìm hiểu về lĩnh vựcsáng tạo trong nghiên cứu khoa học, kiến thức của em còn hạn chế, còn nhiều bỡngỡ Do vậy, không tránh khỏi những điều thiếu sót, em rất mong nhận đượcnhững ý kiến đóng góp quý báu của thầy cô và các bạn học cùng lớp để em ngàycàng được hoàn thiện hơn

Sau cùng, em xin kính chúc quý thầy cô trong khoa Điện – Điện tử viễnthông thật dồi dào sức khỏe, giàu niềm tin để tiếp tục thực hiện sứ mệnh cao đẹpcủa mình là truyền đạt kiến thức cho thế hệ mai sau

Xin chân thành cảm ơn quý thầy cô!

Sinh viên thực hiện

Lê Thị Hường

NHẬN XÉT TỪ GIẢNG VIÊN

MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU 2

4

LỜI CẢM ƠN 3

NHẬN XÉT TỪ GIẢNG VIÊN 4

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI 6

1 Giới thiệu đề tài mạch điều khiển bật/tắt đèn bằng điện thoại 6

2 Sơ đồ khối của mạch 6

CHƯƠNG 2 GIỚI THIỆU LINH KIỆN SỬ DỤNG TRONG ĐỀ TÀI 7

1 Kit Wifi NodeMCU ESP8266 7

2 Module Relay 2 kênh 5V 11

3 Bóng đèn 12

CHƯƠNG 3 GIỚI THIỆU ỨNG DỤNG BLYNK 13

1 Khái niệm Blynk 13

2 Cách hoạt động của Blynk 13

3 Đặc điểm của Blynk 14

4 Tính năng của Blynk 14

CHƯƠNG 4 THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MẠCH 15

1 Sơ đồ thiết kế mạch 15

2 Nguyên lý hoạt động của mạch 15

3 Thi công mạch 16

CHƯƠNG 5 CODE LẬP TRÌNH ARDUINO 17

1 Lưu đồ giải thuật 17

2 Code 18

CHƯƠNG 6 KẾT LUẬN 21

1 Nhận xét chung 21

2 Ưu điểm 21

3 Khuyết điểm 21

4 Hướng phát triển 21

TÀI LIỆU THAM KHẢO 22

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI

1 Giới thiệu đề tài mạch điều khiển bật/tắt đèn bằng điện thoại

Mạch điều khiển bật/tắt đèn bằng điện thoại cho phép bật và tắt các thiết

bị từ bất cứ nơi đâu, miễn là điện thoại được kết nối với internet và mạch đượckết nối với modem wifi đã thiết lập

Mạch điều khiển này có nhiều ưu điểm vượt trội như:

 Dễ dàng kết nối và sử dụng bật/tắt cho cả quạt, bếp điện, loa, hệ thốngtưới nước,… từ xa

 Khoảng cách điều khiển là vô hạn

 Điều khiển nhiều thiết bị độc lập trong nhà thông qua một ứng dụngduy nhất trên điện thoại

Sự phát triển của mạch điều khiển bật/tắt thiết bị bằng điện thoại giúp tiếtkiệm thời gian và công sức, tối ưu hóa nhiều quy trình trong phát triển côngnghiệp Từ đó mang đến những lợi ích trực tiếp cho đời sống con người

2 Sơ đồ khối của mạch

Mạch điều khiển bật/tắt đèn bằng điện thoại có 4 khối cơ bản, gồm:

 Khối nguồn: Cung cấp nguồn điện cho toàn bộ hệ thống

 Khối tiếp nhận và xử lý: ESP8266 có vai trò tiếp nhận và gửi tín hiệu đến relay để tiến hành xử lý

 Khối điều khiển: Ứng dụng Blynk điều khiển và giám sát thiết bị thôngqua internet

 Khối động lực: Chế độ bật/tắt của thiết bị điện (bóng đèn) được kết nối

và điều khiển qua ứng dụng Blynk

6

Khối nguồn

Khối điều khiển Khối tiếp nhận và

CHƯƠNG 2 GIỚI THIỆU LINH KIỆN SỬ DỤNG TRONG ĐỀ TÀI

1 Kit Wifi NodeMCU ESP8266

ESP8266 là một vi mạch Wi-Fi giá rẻ, có hỗ trợ bộ giao thức TCP/IP và

có thể tích hợp vào thành phần của vi điều khiển Nó phát triển dựa trên nềnchip Wifi SoC ESP8266 với thiết kế nhỏ gọn, dễ sử dụng trực tiếp trình biêndịch của Arduino để lập trình và nạp code

Chức năng của ESP8266

 Kết nối mạng: Ăng-ten Wi-Fi của module cho phép các thiết bị nhúng kếtnối với bộ định tuyến và truyền dữ liệu

 Xử lý dữ liệu: Bao gồm xử lý đầu vào cơ bản từ cảm biến analog và kỹthuật số để tính toán phức tạp hơn nhiều với RTOS hoặc SDK không phải

Mức độ ưu tiên sử dụng được thể hiện qua màu sắc của hình trên

o Màu xanh: Sử dụng OK nhất

o Màu vàng: Có thể sử dụng được, cần chú ý vì chúng có thể có nhữngvấn đề không mong muốn, chủ yếu là khi khởi động

o Màu đỏ: Không được khuyến khích sử dụng làm đầu vào hoặc đầu ra

GPIO được kết nối với Chip Flash

GPIO6 đến GPIO11 thường được kết nối với chip flash trong bo mạchESP8266 Vì vậy, những chân này không được khuyến khích sử dụng

Chân được sử dụng trong khi khởi động

ESP8266 có thể bị ngăn không cho khởi động nếu một số chân được kéoMỨC THẤP hoặc MỨC CAO Danh sách sau đây cho thấy trạng thái của cácchân khi khởi động:

o GPIO16: chân ở mức cao khi khởi động

o GPIO0: lỗi khởi động nếu kéo mức thấp

o GPIO2: chân ở mức cao khi khởi động, không khởi động được nếu kéomức thấp

o GPIO15: lỗi khởi động nếu kéo mức cao

o GPIO3: chân ở mức cao khi khởi động

o GPIO1: chân ở mức cao khi khởi động, không khởi động được nếu kéomức thấp

o GPIO10: chân ở mức cao khi khởi động

o GPIO9: chân ở mức cao khi khởi động

Chân mức cao khi khởi động

Có một số chân xuất ra tín hiệu 3.3V khi ESP8266 khởi động Điều này sẽ

là vấn đề cần phải quan tâm nếu bạn có relay hoặc thiết bị ngoại vi khác đượckết nối với các GPIO đó Các GPIO sau xuất tín hiệu mức cao khi khởi động:

Ngoài ra, các GPIO khác, ngoại trừ GPIO5 và GPIO4, có thể xuất ra tínhiệu điện áp thấp khi khởi động, có thể có vấn đề nếu chúng được kết nối vớitransistor hoặc relay.

Đầu vào analog

ESP8266 chỉ hỗ trợ đọc analog trong một GPIO GPIO đó được gọi làADC0 và nó thường được đánh dấu trên màn lụa là A0

Điện áp đầu vào tối đa của chân ADC0 là 0 đến 1V nếu sử dụng chip trầnESP8266 Nếu sử dụng bo phát triển như bộ ESP8266 12-E NodeMCU, thì dảiđiện áp đầu vào là 0 đến 3,3V vì bo này có bộ chia điện áp bên trong

I2C

ESP8266 không có chân I2C phần cứng, nhưng nó có thể được triển khaitrong phần mềm Vì vậy, bạn có thể sử dụng bất kỳ GPIO nào làm I2C Thôngthường, các GPIO sau được sử dụng làm chân I2C:

o GPIO5: SCL

10

ESP8266 hỗ trợ chân ngắt trong bất kỳ GPIO nào, ngoại trừ GPIO16.

2 Module Relay 2 kênh 5V

Module Relay 2 kênh 5V được dùng nhiều trong các ứng dụng đóng ngắtcác thiết bị tiêu thụ dòng điện lớn (<10A) Module có thể đóng ngắt cùng lúc haikênh bằng tín hiệu điều khiển (với mức điện áp 3V3 hoặc 5V) từ các vi điềukhiển khác nhau như: Arduino, 8051, AVR, PIC, DSP, ARM, ARM, MSP430,logic TTL Đồng thời module được cách ly bằng optocoupler giúp bảo vệ tốthơn cho các vi điều khiển

Module được kết nối với các board điều khiển bằng 4 chân header:

 IN1 và IN2 dùng để điều khiển relay 1 và relay 2, tích cực mức thấp.Ngoài ra còn một 3 chân header được dùng để cấp nguồn cho relay,header này sẽ có một jumper dùng để kết nối chân VCC với chân RY_VCC mụcđích dùng chung nguồn VCC (5V) từ header 4 chân cho relay, thông thườngjumper được nối lại với nhau Nếu như muốn cách ly tín hiệu điều khiển vớinguồn cấp cho relay thì có thể bỏ jumper này ra và cấp nguồn riêng 5V cho chânRY_VCC

Thông số kỹ thuật

 Đóng ngắt được dòng điện cao: AC250V 10A, DC30V 10A

 2 led báo trạng thái relay

 Điện áp điều khiển: 5V

 Mạch cách ly bằng opto

 Kích thước: 50x45 mm

3 Bóng đèn

12

Đặc tính sản phẩm

 Nguồn sáng chất rắn, có độ bền cao, tuổi thọ dài

 Không sử dụng thủy ngân, không tạo ra tia tử ngoại, không chứa hóa chất độc hại, an toàn và thân thiện với môi trường

Ưu điểm

 Hiệu suất cao, tiết kiệm điện

 Kiểu dáng nhỏ gọn, dễ dàng thay thế cho đèn sợi đốt và đèn Compact

 Chất lượng ánh sáng cao, sang trọng và tiện nghi

CHƯƠNG 3 GIỚI THIỆU ỨNG DỤNG BLYNK

1 Khái niệm Blynk

Blynk là một ứng dụng chạy trên nền tảng iOS và Android để điều khiển

và giám sát thiết bị thông qua internet Blynk không bị ràng buộc với nhữngphần cứng cụ thể nào cả, thay vào đó, nó hỗ trợ Arduino, Raspberry Pi,ESP8266 và nhiều module phần cứng phổ biến khác

2 Cách hoạt động của Blynk

Blynk được thiết kế cho IoT Nó có thể điều khiển phần cứng từ xa, hiểnthị dữ liệu cảm biến, lưu trữ dữ liệu, trực quan hóa và làm nhiều thứ hay hokhác

lý hàng nghìn thiết bị và thậm chí có thể được khởi chạy trên RaspberryPi.

 Thư viện Blynk: dành cho tất cả các nền tảng phần cứng phổ biến, chophép giao tiếp với máy chủ và xử lý tất cả các lệnh đến và lệnh đi

Mỗi khi nhấn một nút trong ứng dụng Blynk, thông điệp sẽ truyền đếnkhông gian của đám mây Blynk, và tìm đường đến phần cứng của người dùng

3 Đặc điểm của Blynk

 Các tiện ích trên giao diện 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 kếtnối ảo được tích hợp trên blynk app

 Thông tin liên lạc từ thiết bị đến thiết bị bằng Widget

4 Tính năng của Blynk

 Cung cấp API và giao diện người dùng tương tự cho tất cả các thiết bị vàphần cứng được hỗ trợ

 Theo dõi lịch sử dữ liệu

 Gửi email, tweet, thông báo realtime, v.v

 Kết nối với server bằng cách sử dụng:

o Wifi

o Bluetooth và BLE

o Ethernet

14

2 Nguyên lý hoạt động của mạch

Hệ thống hoạt động dựa trên sự kết hợp của module NodeMCU ESP8266

và app Blynk trên smartphone Blynk sẽ lưu trữ dữ liệu và hiển thị giao diệnđiều khiển thiết bị ra cho người dùng

 Khi nhận được tín hiệu bật/tắt thiết bị thì bộ vi xử lý của hệ thốngmodule NodeMCU Wifi ESP8266 sẽ xử lý tín hiệu và sau đótruyền lên phần mềm blynk thông qua môi trường ko dây wifi

 Khi module wifi ESP8266 gửi tín hiệu lên app Blynk, người dùng

có thể truy cập vào hệ thống để điều khiển thiết bị trong gia đình vàgiám sát từ xa khi có mạng internet

 Khi có tín hiệu điều khiển từ app Blynk, module NodeMCUESP8266 sẽ xử lý dữ liệu nhận được và kích các chân của relayhoạt động tương ứng, điều khiển thiết bị điện

Tại Blynk, thông qua mạng LAN (nội bộ) hoặc thông qua internet, nhàquản lý có thể giám sát thiết bị liên tục tại bất kỳ thời điểm nào trong ngày Từ

đó đưa ra những giải pháp kịp thời trong mọi tình huống

3 Thi công mạch

16

Dưới đây là video mô tả hoạt động của mạch thực tế, mời cô và các bạnxem qua:

CHƯƠNG 5 CODE LẬP TRÌNH ARDUINO

1 Lưu đồ giải thuật

Tắt đèn

Giám sát trên Blynk

Bật đèn

2 Code

#define BLYNK_TEMPLATE_ID "TMPLTwJylgXM"

#define BLYNK_DEVICE_NAME "DAMH2"

CHƯƠNG 6 KẾT LUẬN

1 Nhận xét chung

Sau 2 tháng nỗ lực nghiên cứu và thực hiện thiết kế đề tài “MẠCH ĐIỀUKHIỂN BẬT/TẮT ĐÈN BẰNG ĐIỆN THOẠI thông qua sóng wifi với moduleESP8266”, em thấy sản phẩm của mình tương đối đạt yêu cầu mục đích đề ra.Mạch điều khiển bật/tắt thiết bị bằng điện thoại là một mạch tuy đơn giảnnhưng đã được ứng dụng thực tế trong nhiều lĩnh vực Trong đề tài, em chỉ đưa

ra một trong những cách cơ bản nhất về hoạt động của mạch với việc chiếu sáng

và điều khiển trong một phạm vi nhỏ Do chưa có nhiều kinh nghiệm cũng nhưhiểu biết của bản thân còn hạn hẹp nên quá trình thực hiện đề tài không thể tránhkhỏi những thiếu sót Rất mong nhận được ý kiến của cô và các bạn để đề tàicủa em được hoàn thiện hơn!

Mạch điều khiển bật/tắt đèn bằng điện thoại đã đáp ứng được các yêu cầu

đề ra Trong quá trình thực hiện, em thấy rằng đề tài này rất phổ biến, có tínhứng dụng rất cao trong nhiều dự án thực tế Vì vậy, em đưa ra một số đề xuấtnhằm cải tiến và nâng cấp hệ thống:

 Google assistant nhận diện được giọng nói người dùng

 Mở rộng số lượng cũng như công suất thiết bị điều khiển

 Giám sát nơi điều khiển bằng camera, cảnh báo chống trộm, báo cháy

 Điều chỉnh độ sáng đèn, tốc độ quạt, nhiệt độ điều hòa,

 Thiết lập hệ thống điều khiển thiết bị tự động nhằm tối ưu hóa việc sửdụng và tiết kiệm điện năng

 Ứng dụng đề tài vào hệ thống thực tế như smart home, smart city…

22

TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1] Module NodeMCU ESP8266

[2] Thiết kế và thi công thiết bị điều khiển

[3] Đồng bộ giữa điều khiển bằng tay và từ xa sử dụng ứng dụng Blynk[4] Tự học lập trình IoT