Bài tiểu luận Đề tài Điều khiển thiết bị từ xa dùng wifi

và có tính ứng dụng cao.Hệ thống sử dụng vi điều khiển Esp32 có khả năng kết nối Wifi để điều khiển các thiết bị điện thông qua ứng dụng di động.Ứng dụng di động được thiết kế với giao d

BỘ CÔNG THƯƠNGTRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP HCM

HỆ THỐNG NHÚNGBÀI TIỂU LUẬN

ĐỀ TÀI : ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ TỪ XA DÙNG WIFI

Nhóm 2Giảng viên : Trương Năng Toàn

Lớp học phần :

TP.HCM, Ngày 5 Tháng 3 Năm 2024

THÔNG TIN CHUNG SINH VIÊN

Họ và tên sinh viên: Trương Tấn Kiệt

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI 1

1 Lý do chọn đề tài 1

CHƯƠNG 2: NỘI DUNG TỔNG QUAN CỦA HỆ THỐNG 2

2.1 Ý tưởng hình thành chủ đề "Điều khiển thiết bị điện từ xa dùng Esp32 dùng Wifi (ngõ vào: điều khiển qua App cho 4 thiết bị, ngõ ra: hiển thị LED đơn)" 2

1 Nhu cầu thực tế: 2

2 Khả năng công nghệ: 2

3 Khả năng thực hiện: 2

4 Tính sáng tạo và học tập: 2

Tổng quan hệ thống 3

1 Phần cứng: 3

2 Phần mềm: 3

3 Hoạt động của hệ thống: 3

4 Ưu điểm của hệ thống: 3

5 Nhược điểm của hệ thống: 3

6 Ứng dụng của hệ thống: 3

2.2 So sánh chủ đề điều khiển thiết bị điện từ xa dùng Esp32 dùng Wifi (ngõ vào: điều khiển qua App cho 4 thiết bị, ngõ ra: hiển thị LED đơn) với chủ đề điều khiển thiết bị điện từ xa khác 4

1 Phương thức kết nối: 4

2 Khả năng mở rộng: 4

3 Độ phức tạp: 5

4 Ứng dụng: 5

2.3 Hướng xử lý đối với các khuyết điểm của chủ đề "Điều khiển thiết bị điện từ xa dùng Esp32 dùng Wifi (ngõ vào: điều khiển qua App cho 4 thiết bị, ngõ ra: hiển thị LED đơn)" 6

1 Khả năng bảo mật: 6

2 Tính ổn định: 6

3 Khả năng mở rộng: 6

4 Chi phí: 7

5 Độ phức tạp: 7

2.4 Mô hình hóa chủ đề điều khiển thiết bị điện từ xa dùng Esp32 dùng Wifi (ngõ vào: điều khiển qua App cho 4 thiết bị, ngõ ra: hiển thị LED đơn) 7

2.4.1 Sơ đồ khối hệ thống: 7

2.4.3 Hoạt động của hệ thống 8

2 4.4 Mô tả chi tiết các phần 8

2.4.5 Lựa chọn linh kiện 9

2.4.6 Lập trình hệ thống 10

2.4.7 Thử nghiệm và đánh giá hệ thống 10

2.4.8 Tài liệu tham khảo 10

2.4.9 Kết luận 10

2.5 Sơ đồ kết nối về mặt dữ liệu của chủ đề 10

1 Các thành phần: 10

2 Luồng dữ liệu: 10

3.Sơ đồ kết nối: 11

4 Lưu ý: 11

5 Kết luận: 11

CHƯƠNG 3: NỘI DUNG CỦA CHỦ ĐỀ ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ ĐIỆN TỪ XA DÙNG ESP32 DÙNG WIFI 12

3.1 Giới thiệu các thiết bị sử dụng trong chủ đề điều khiển thiết bị điện từ xa dùng ESP32 dùng Wifi 12

3.1.1 Arduino ESP32 12

Các biến thể ESP32 khác nhau 12

3.1.3 Test Broad cắm 5.5x8.5cm 14

3.1.4 Dây TypeC 14

Tính năng chính của Wokwi: 16

Lợi ích của việc sử dụng Wokwi: 17

Một số dự án bạn có thể thực hiện với Wokwi: 17

Nhược điểm của Blynk: 18

3.2 Sơ đồ nguyên lý 18

3.2.1 Điều khiển qua App 19

3.2.1.1 App trên laptop 19

3.2.1.2 App trên điện thoại 19

3.2.2 Xử lý dữ liệu 20

3.2.3 Điều khiển thiết bị điện 20

3.2.4 Hiển thị trạng thái 20

3.3 Lưu đồ giải thuật 20

3.3.1 Code phần mềm : 20

3.3.2 Lưu đồ giải thuật: 23

3.4 Thực hiện rap mạch 23

CHƯƠNG 4 : KẾT LUẬN 24

TÀI LIỆU THAM KHẢO 25

và có tính ứng dụng cao.

Hệ thống sử dụng vi điều khiển Esp32 có khả năng kết nối Wifi

để điều khiển các thiết bị điện thông qua ứng dụng di động.Ứng dụng di động được thiết kế với giao diện đơn giản, trựcquan, giúp người sử dụng dễ dàng điều khiển các thiết bị điệnbất cứ đâu, bất cứ lúc nào

Hệ thống có thể điều khiển 4 thiết bị điện và hiển thị trạng tháihoạt động của các thiết bị bằng đèn LED đơn

Hệ thống này có thể ứng dụng để điều khiển các thiết bị điệntrong nhà như đèn, quạt, tivi, mang lại sự tiện lợi và tiết kiệmthời gian cho người sử dụng

Đề tài này cũng giúp sinh viên học hỏi về các kiến thức liênquan đến vi điều khiển Esp32, lập trình nhúng, mạng Wifi, ứngdụng di động, rèn luyện kỹ năng thiết kế, chế tạo và lập trình

hệ thống điều khiển, nâng cao khả năng sáng tạo và tư duy logic.Báo cáo này trình bày chi tiết về quá trình thiết kế, chế tạo vàthử nghiệm hệ thống điều khiển thiết bị điện từ xa dùng Esp32dùng Wifi

CHƯƠNG 2: NỘI DUNG TỔNG QUAN CỦA HỆ THỐNG

2.1 Ý tưởng hình thành chủ đề "Điều khiển thiết bị điện từ

xa dùng Esp32 dùng Wifi (ngõ vào: điều khiển qua App cho

4 thiết bị, ngõ ra: hiển thị LED đơn)"

Có nhiều yếu tố góp phần hình thành chủ đề này, bao gồm:

-Các ứng dụng di động ngày càng phổ biến, giúp người sử dụng

dễ dàng điều khiển các thiết bị bằng điện thoại thông minh

-Rèn luyện kỹ năng thiết kế, chế tạo và lập trình hệ thống điềukhiển, nâng cao khả năng sáng tạo và tư duy logic

Ngoài ra, ý tưởng này còn được lấy cảm hứng từ các dự ántương tự trên mạng, các bài báo khoa học và các khóa học trựctuyến

Với những ưu điểm trên, chủ đề "Điều khiển thiết bị điện từ xadùng Esp32 dùng Wifi (ngõ vào: điều khiển qua App cho 4 thiết

bị, ngõ ra: hiển thị LED đơn)" là một chủ đề hấp dẫn và phù hợpcho sinh viên lựa chọn để nghiên cứu và thực hiện

Để phát triển ý tưởng này, cần thực hiện một số công việc sau:

 Nghiên cứu kỹ lưỡng về vi điều khiển Esp32, lập trìnhnhúng, mạng Wifi, ứng dụng di động,

Vi điều khiển Esp32: là bộ não của hệ thống, có khả năng xử lý

dữ liệu và điều khiển các thiết bị điện

Module Wifi: giúp Esp32 kết nối với mạng internet

Các linh kiện điện tử khác: như điện trở, tụ điện, transistor, đểkết nối các thiết bị điện với Esp32

4 Ưu điểm của hệ thống:

Dễ dàng sử dụng

Điều khiển thiết bị điện từ xa bất cứ đâu, bất cứ lúc nào.Tiết kiệm thời gian và công sức

Nâng cao chất lượng cuộc sống

5 Nhược điểm của hệ thống:

Chi phí thực hiện tương đối cao

Yêu cầu kiến thức về vi điều khiển, lập trình nhúng, mạng Wifi,ứng dụng di động

6 Ứng dụng của hệ thống:

Hệ thống có thể ứng dụng để điều khiển các thiết bị điện trongnhà như đèn, quạt, tivi,

Hệ thống cũng có thể ứng dụng trong các hệ thống nhà thôngminh, các hệ thống tự động hóa khác.

Tóm lại, hệ thống điều khiển thiết bị điện từ xa dùng Esp32dùng Wifi là một hệ thống có tính ứng dụng cao, mang lại sựtiện lợi và tiết kiệm thời gian cho người sử dụng

2.2 So sánh chủ đề điều khiển thiết bị điện từ xa dùng Esp32dùng Wifi (ngõ vào: điều khiển qua App cho 4 thiết bị, ngõra: hiển thị LED đơn) với chủ đề điều khiển thiết bị điện từ

xa khác

1 Phương thức kết nối:

Chủ đề điều khiển thiết bị điện từ xa dùng Esp32 dùng Wifi:

Sử dụng kết nối Wifi để điều khiển thiết bị từ xa qua mạnginternet

Yêu cầu mạng internet ổn định

Có thể bị ảnh hưởng bởi nhiễu sóng Wifi

Chủ đề điều khiển thiết bị điện từ xa khác:

Có thể sử dụng các phương thức kết nối khác như Bluetooth,hồng ngoại, Zigbee, Z-Wave,

-Ưu điểm:

Ít bị ảnh hưởng bởi nhiễu sóng

Có thể kết nối với các thiết bị không có Wifi

-Nhược điểm:

Phạm vi kết nối hẹp hơn so với Wifi

Tốc độ kết nối có thể chậm hơn so với Wifi

2 Khả năng mở rộng:

Chủ đề điều khiển thiết bị điện từ xa dùng Esp32 dùng Wifi:

Có thể dễ dàng mở rộng để điều khiển nhiều thiết bị hơn bằng cáchthêm các module Wifi và relay

Ưu điểm:

Khả năng mở rộng cao

Dễ dàng thay đổi và cập nhật hệ thống

Chi phí có thể tăng lên khi mở rộng hệ thống.

Chủ đề điều khiển thiết bị điện từ xa khác:

Khả năng mở rộng có thể hạn chế hơn tùy thuộc vào phương thứckết nối được sử dụng

Hệ thống có thể được tùy chỉnh theo nhu cầu sử dụng

Độ phức tạp cao hơn so với các chủ đề khác

Chủ đề điều khiển thiết bị điện từ xa khác:

Có thể có độ phức tạp khác nhau tùy thuộc vào phương thức kếtnối được sử dụng

Hệ thống điều khiển thiết bị trong nhà máy, xí nghiệp

Hệ thống giám sát và điều khiển từ xa

Tính linh hoạt cao

Khả năng ứng dụng rộng rãi

Chi phí có thể cao hơn so với các chủ đề khác

Chủ đề điều khiển thiết bị điện từ xa khác:

Phù hợp cho các ứng dụng có phạm vi kết nối hẹp, ví dụ như:

Điều khiển thiết bị điện trong nhà.

Điều khiển đồ chơi điều khiển từ xa

1 Khả năng bảo mật:

Hệ thống có thể bị tấn công bởi hacker nếu không được bảo mậtadeguatamente

Giải pháp:

Sử dụng mật khẩu mạnh cho mạng Wifi và Esp32

Sử dụng các phương thức mã hóa dữ liệu

Sử dụng bộ định tuyến Wifi chất lượng tốt

Đặt Esp32 ở vị trí có tín hiệu Wifi mạnh

Sử dụng các thuật toán chống nhiễu

Ngoài ra, cũng cần lưu ý một số vấn đề khác như:

Khả năng tương thích với các thiết bị điện khác nhau

Hiệu quả sử dụng năng lượng

Tính thẩm mỹ của hệ thống

Để khắc phục các khuyết điểm này, bạn cần:

Xác định rõ nhu cầu sử dụng của bạn

Lựa chọn các linh kiện phù hợp

Thiết kế và chế tạo hệ thống một cách cẩn thận

Kiểm tra và thử nghiệm hệ thống trước khi sử dụng

2.4 Mô hình hóa chủ đề điều khiển thiết bị điện từ xa dùngEsp32 dùng Wifi (ngõ vào: điều khiển qua App cho 4 thiết bị,ngõ ra: hiển thị LED đơn)

2.4.1 Sơ đồ khối hệ thống:

Sơ đồ khối hệ thống:

2.4.2 Giải thích sơ đồ khối

Esp32: Vi điều khiển có khả năng kết nối Wifi

Module Wifi: Giúp Esp32 kết nối với mạng Wifi

Relay: Dùng để điều khiển các thiết bị điện

LED đơn: Hiển thị trạng thái hoạt động của các thiết bị điện.Nguồn điện: Cung cấp nguồn điện cho hệ thống

-Loại Esp32: ESP32-WROOM-02 hoặc ESP32-DevKitCChức năng:

Xử lý dữ liệu điều khiển từ ứng dụng di động

Điều khiển các thiết bị điện thông qua relay

Kết nối với mạng Wifi

Cung cấp nguồn điện cho hệ thống

-Firmware cho Esp32:

Ngôn ngữ lập trình: Java hoặc Kotlin

Framework: Android Studio hoặc Xcode

Giao diện:

Hiển thị danh sách các thiết bị điện

Cho phép người dùng điều khiển các thiết bị điện.2.4.5 Lựa chọn linh kiện

Lựa chọn linh kiện dựa trên các tiêu chí sau:

Tính năng phù hợp với nhu cầu sử dụng.

Giá thành hợp lý

Dễ dàng kiếm mua trên thị trường

2.4.6 Lập trình hệ thống

Lập trình firmware cho Esp32 bằng ngôn ngữ C/C++

Lập trình ứng dụng di động bằng Java hoặc Kotlin

2.5 Sơ đồ kết nối về mặt dữ liệu của chủ đề

Sơ đồ kết nối về mặt dữ liệu của chủ đề này có thể được mô tả nhưsau:

1 Các thành phần:

Thiết bị di động:

Ứng dụng di động được cài đặt trên thiết bị di động (điện thoạithông minh, máy tính bảng)

Gửi dữ liệu điều khiển đến Esp32

Nhận dữ liệu trạng thái từ Esp32

Vi điều khiển Esp32

Kết nối với mạng Wifi

Xử lý dữ liệu điều khiển từ thiết bị di động

Điều khiển các thiết bị điện

Gửi dữ liệu trạng thái về thiết bị di động

Các thiết bị điện được điều khiển bởi Esp32

Nhận tín hiệu điều khiển từ Esp32

2 Luồng dữ liệu:

Từ Esp32 đến thiết bị điện:

Esp32 xử lý dữ liệu điều khiển và gửi tín hiệu điều khiển đến cácthiết bị điện

Tín hiệu điều khiển có thể là:

Điện áp cao/thấp

Bật/tắt

Từ thiết bị điện đến Esp32:

Các thiết bị điện gửi dữ liệu trạng thái về Esp32

Dữ liệu trạng thái bao gồm:

Mã thiết bị

Trạng thái (bật/tắt)

Từ Esp32 đến thiết bị di động:

Esp32 gửi dữ liệu trạng thái về thiết bị di động

Dữ liệu trạng thái được hiển thị trên ứng dụng di động

3.Sơ đồ kết nối:

Ví dụ sơ kết nối (1 led) , 1 nút nhấn với KIT ESP32 và làmtương tự với 4 thiết bị còn lại

4 Lưu ý:

Sơ đồ kết nối này chỉ là ví dụ minh họa

Sơ đồ kết nối thực tế có thể thay đổi tùy thuộc vào thiết kế cụ thểcủa hệ thống

5 Kết luận:

Sơ đồ kết nối về mặt dữ liệu giúp cần hiểu rõ hơn về cách thứctruyền tải dữ liệu giữa các thành phần trong hệ thống.

CHƯƠNG 3: NỘI DUNG CỦA CHỦ ĐỀ ĐIỀU KHIỂNTHIẾT BỊ ĐIỆN TỪ XA DÙNG ESP32 DÙNG WIFI

3.1 Giới thiệu các thiết bị sử dụng trong chủ đề điều khiểnthiết bị điện từ xa dùng ESP32 dùng Wifi

3.1.1 Arduino ESP32

Các biến thể ESP32 khác nhau

Bảng sau đây cung cấp so sánh các biến thể khác nhau của viđiều khiển ESP32 Nó bao gồm thông tin về kiến trúc, lõi, RAM,tốc độ, GPIO, Wi-Fi, Thread và các tính năng đặc biệt của từngbiến thể

3.1.2 LED 10mm

Thông số kĩ thuật:

- Màu sắc: trắng

- Số chân: 2 chân

- Điện áp đầu vào: 3VDC

- Loại led: siêu sáng

- Kích thước: 10mm

+Đầu ra : USB Type-C 10V-8A

+Công suất tối đa : 80W

+Chức năng : Truyền dữ liệu , sạc

Thông số kĩ thuật :

Dây nối 2 đầu đực - đực

Số lượng: 40Pin (40 sợi)

Chiều dài: 10cm/20cm/30cm tuỳ chọn

Khoảng cách tiêu chuẩn: 2.54mm

3.1.6 Nguồn

ESP32 có thể hoạt động với nguồn điện từ 2.2V đến 3.6V Tuynhiên, điều này có thể thay đổi tùy theo loại module ESP32 cụthể và điều kiện sử dụng Đối với hầu hết các ứng dụng, nguồn3.3V được khuyến nghị để đảm bảo hoạt động ổn định củaESP32

3.1.7 Phần mềm nạp code Arduino

Phần mềm Arduino là một môi trường phát triển cho việc viết,biên dịch và nạp chương trình cho các bo mạch nhúng nhưArduino và ESP32 Nó cung cấp một trình soạn thảo code, chứcnăng biên dịch, nạp chương trình, thư viện và mô phỏng để pháttriển ứng dụng nhúng

3.1.8 Ngoài ra chúng ta sử dụng Wokwi để mô phỏng vàdùng App Blynk để điều khiển thiết bị điện từ xa dùngmodule Esp32

3.1.8.1 Wokwi

Wokwi là một phần mềm mô phỏng trực tuyến cho phép bạnthiết kế, mô phỏng và chia sẻ các dự án điện tử Wokwi có giaodiện trực quan, dễ sử dụng, phù hợp cho cả người mới bắt đầu

và người có kinh nghiệm

Tính năng chính của Wokwi:

+Mô phỏng: Wokwi cho phép bạn mô phỏng các dự án điện tử củabạn trong thời gian thực Bạn có thể xem các thành phần hoạt độngnhư thế nào và tương tác với chúng.

+Thiết kế: Wokwi cung cấp một thư viện lớn các thành phần điện

tử mà bạn có thể sử dụng để thiết kế các dự án của mình Bạn cóthể kéo và thả các thành phần vào sơ đồ mạch và kết nối chúng vớinhau

+Chia sẻ: Wokwi cho phép bạn chia sẻ các dự án của mình vớinhững người khác Có thể tạo liên kết đến dự án hoặc xuất nódưới dạng tệp JSON

Lợi ích của việc sử dụng Wokwi:

Dễ sử dụng: Wokwi có giao diện trực quan, dễ sử dụng, phù hợpcho cả người mới bắt đầu và người có kinh nghiệm

Miễn phí: Wokwi là phần mềm miễn phí Bạn có thể sử dụng tất cảcác tính năng của Wokwi mà không cần trả phí

Trực tuyến: Wokwi là phần mềm trực tuyến Bạn có thể sử dụngWokwi từ bất kỳ trình duyệt web nào, bất cứ lúc nào, bất cứ nơiđâu

Hỗ trợ cộng đồng: Wokwi có cộng đồng hỗ trợ tích cực

Một số dự án bạn có thể thực hiện với Wokwi:

+Bật/tắt đèn LED: Đây là dự án đơn giản nhất mà bạn có thể thựchiện với Wokwi Bạn chỉ cần một LED, một điện trở và một nguồnđiện

+Điều khiển LED bằng nút bấm: Dự án này cho phép bạn điềukhiển LED bằng nút bấm Khi bạn nhấn nút, LED sẽ sáng lên Khibạn nhả nút, LED sẽ tắt

+Hiển thị số trên màn hình LCD: Dự án này cho phép bạn hiển thị

số trên màn hình LCD Bạn có thể sử dụng các nút bấm để tănghoặc giảm số

+Điều khiển động cơ bằng Arduino: Dự án này cho phép bạn điềukhiển động cơ bằng Arduino Bạn có thể sử dụng các nút bấm đểđiều khiển hướng quay và tốc độ của động cơ

3.1.8.2 Blynk

Blynk là một nền tảng mã nguồn mở cho phép bạn điều khiểncác thiết bị điện tử từ xa bằng điện thoại thông minh hoặc máytính bảng Blynk cung cấp một giao diện trực quan để tạo cácứng dụng di động cho phép bạn bật/tắt đèn, điều chỉnh nhiệt độ,đọc dữ liệu từ cảm biến và hơn thế nữa.

Ưu điểm của Blynk:

Dễ sử dụng: Blynk cung cấp giao diện kéo và thả trực quan để tạocác ứng dụng di động, không cần kiến thức lập trình

Hỗ trợ nhiều loại thiết bị: Blynk hỗ trợ nhiều loại thiết bị điện tử,bao gồm Arduino, Raspberry Pi, ESP8266 và hơn thế nữa

Mã nguồn mở: Blynk là mã nguồn mở, cho phép bạn tùy chỉnh và

mở rộng chức năng của nó

Cộng đồng lớn: Blynk có cộng đồng lớn người dùng và nhà pháttriển sẵn sàng hỗ trợ bạn

Nhược điểm của Blynk:

Miễn phí cho các dự án cá nhân: Blynk miễn phí cho các dự án cánhân, nhưng bạn cần trả phí nếu sử dụng Blynk cho mục đíchthương mại

Yêu cầu kết nối internet: Blynk yêu cầu kết nối internet để hoạtđộng

Ít linh hoạt hơn so với lập trình trực tiếp: Blynk cung cấp giao diệntrực quan, nhưng nó ít linh hoạt hơn so với việc lập trình trực tiếp

3.2 Sơ đồ nguyên lý