Và như một nhu cầu thiết yếu, việc phát triển ra các hệ thống nhúng để đưa vào hỗ trợ trong công nghiệp, dịch vụ sẽ đem lại khoản lợi nhuận không lồ khi mà với cùng bằng một sức lao động
Trang 1
ĐẠI HỌC PHƯƠNG ĐÔNG
KHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN
Đề tài: Hệ thống đèn cảm ứng thông minh
Sinh viên thực hiện: Đặng Chí Công (521100006),
Trang 2DANH MỤC HÌNH ẢNH 0 5 2 TỰ THỰ 2 10t 2tr2 tn 21211 uyu 4 DANH MỤC BẢÁNG BIẾU 0 5 5s TỰ HH tt HH1 21211 g Hàn 5
LỜI MỞ ĐẦU 2222: 2222212122211111222211111122002 1021 11.1.2112 21 1ga 6 CHƯƠNG I CƠ SỞ LÝ THUYÉTT 55c 22 22221111112222221 t1 1 1 re 7
1.1 Tống quan về loT (Internet oƒ Thỉng8) ch g ng uên 7
In SG na 7
1.1.2 Đặc tính cơ bản của IoÏÏ -c- c c 1S vn KTS KTS TT KTS ng ccrg 8
1.1.3 Ưu, nhược điểm của loTT - 5 S121 31 31251212512125121211211511115121111211112111121111211 1x xey 8
1.1.4 Loi ich cha IoT déi voi con ¡"0 aaiID 8
1.2 Téng quan vé hé thong dén cam ứng thơng mÌnh à HH Hee 9 1.2.1 Nhu cau thiét you ccceccccccsscssssssesscsssesesresressessresressnsesessesressesarsaressessssnsereaseaes 9 1.2.2 Xu hướng phát trién hé thong thong minh hién nay cece cesses eeseeseseeeees 10
CHƯƠNG 2 LINH KIỆN VÀ PHẦN MÈM SỬ DỤNG 0 nh eryn 11
2.1 Tổng quan về Arduino và lập trình Arduino HH He il
Pu na on 24 2.4.3 So sánh với hệ điều hành thơng thường - 2 1 SE E2 1 tre 24 2.4.4 Ứng dụng 5à cc SE HH tt 111 1n tt H211 ng ung 25
CHƯƠNG 3 PHÂN TÍCH VÀ THIẾT KẾ 2222: 22222 2222231112222111 222111, 26
“4 ra ố 26
Trang 33.1.1 Xây dựng biêu đồ ca sử dụng + 5s S SE H221 11tr ua 27
3.1.2 Xây dựng sơ đồ thuật toán Sàn HH HH H121 121121 reg re 30 3.1.3 Biêu đồ tuần tự - 5c 2 222212 1221 1 H212 22g 33 3.2 Thiết kế hệ thỐng SH 21H 2tr uyg 36 3.2.1 Thiết ké phan cOmg so cece ccsesscsssessesecsssessessessecersssesessssessesersesssessesessessvsreeesees 36 3.2.2 Thiết kế ứng dụng Blynk - + 5c E E211 112111222221 1022211 38
ke gÁÝÁ 43 CHƯƠNG 4 THỰC NGHIỆM 552 2212 2 2271122211022 22212222 44
4.1 Thiết kế mô hình TH H1 2H22 2H tru 44
LUÀ08./2/81).0 0Ư.-ịạ 45 4.3 Kết quả thực nghiỆm HH HH 2H21 n ng tra 46 4.3.1 Công dụng của các linh kiện, nút bấm trên và các nút trên ứng dụng Blynk 46 4.3.2 Các trường hợp hoạt động c2 1 vn 1n 1101111 111011411111115 111 11kg 48 4.3.3 Các chức năng khác 1211111211111 1191111 10111110 1011111111111 01 11 HH HH Hy 52 4.4 Đánh giá kết quả thực nghiỆm HH HH HH n2 rêu 54
TỎNG KẾT s2 12221 21t H1 H21 2n H1 H2 HH 212g 55 TÀI LIỆU THAM KHẢO 5c 51 22112111 1121 tt tt 122121 2g r xe 55
„080009207 56
Trang 4DANH MỤC HÌNH ẢNH
lại I(0.1ì.1: 0 Idtdt 7 Hình 1.2 Ứng làI119128917 [vi lạãiaầađaầđầađaaiiÝiÝÝẳỶẳẳồẳảẳ 9 Hinh 1.3 Đèn thông minh 2 2 2222221221121 32511511153 1553 113111112 11 1181110111011 115 11 ng geg 9
Hình 1.4 Xu hướng phát triển hệ thông thông minh - 2-22 S2£E+2Z+2EZ££E2£zzZ22S22 10
Hình 2.1 Board Arduimo - - - 2: 1 22 2220122201123 1 1531115111 1511 1515111115111 111528111 chay 11
Hình 2.2 Cấu tạo Board Arduino - + 2222 2222222122712712712121127121127121221 1 x20 12
Hình 2.3 Giao dién Arduino IDE 00 cece cc ccceeccescececeenennscececeennnseceseseceseseceuevenas 14
Hinh 2.4 Téng quan qua trinh xử lý chương trình Arduino 2: s¿+s+2zz2s2zzzzzz2 14
Hình 2.5 Cấu tạo HC-SR501 2-52: 222222222112211221122712111111227127112011 21 eo l6
Hình 2.6 Nguyên lí hoạt động cảm biến hồng ngoại PIR 22-2 1S S221 E2 xe 16
Hình 2.7 Sơ đồ kết nối module HC-SR501 với vi điều khiễn - 55-552 5752: 17 Hình 2.8 Cảm biến ánh sáng quang trỞ + s2 121121511211 1111211111121121 1111 xeg 18
Hình 2.9 Cấu tạo cảm biến quang trỞ - - se EEE212112111111121111112 21121 y0 19 Hình 2.10 Module wifi ESP8266 ESP-0 Q2 211212 2121121121121 2012111 1128112 ng 20
Hình 2.11 Sơ đồ chân mạch thu phát wiñi ESP8266 ESP-01 - 2-22 222s22222 22c 21
Hình 2.12 Ứng dụng Blynk 5s E11 112112111111121121 111 121121 22 Hinh 2.13 Hé didu han n 113 23 Hình 3.1 Sơ đồ khối hệ thống cccccesseseesecseceessessesesseseseesnsesseseseseteessevee 26
Hình 3.2 Biểu đồ ca sử dụng của hệ thong 28
Hình 3.3 Sơ đồ thuật toán hệ thống 2-52 e2 1 E191121121121121 1111222012111 rg 30 Hình 3.4 Sơ đồ thuật toán chế độ điều khiến từ xa 2: 5222222222222 zrErrrrrrrva 31
Hình 3.5 Sơ đồ thuật toán chế độ điều khiến bang cOng tc ccc cseesesteteeeeeeee 32
Hình 3.6 Sơ đồ thuật toán chế độ tự động - 2-5 S9 1221111212111 H10 33
Hình 3.7 Biểu đồ tuần tự điều khiên đèn bằng ứng dung ccc cesses 34 Hình 3.8 Biểu đồ tuần tự điều khiên đèn bằng công tắc 5 5c s21 22g 34 Hinh 3.9 Biểu đề tuần tự điều khiển đèn tự động bằng cảm biến 2 SE S222 s22 35
Hình 3.10 Biểu đồ tuần tự thay đổi chế độ - - 5 ST 1111121111211 1 112tr 35
Hình 3.11 Sơ đồ kết nỗi Arduino Uno R3 với các cảm biến 5c ccczczsEsEszse2 36 Hình 3.12 Sơ đồ kết nối Arduino Uno R3 với các công tắc :-c c2 ren 37
Hình 3.13 Sơ đồ kết nối Arduino Uno R3 voi Module Wifi ESP8266 ESP-01 38
Hình 3.14 Mạch nối hoàn chỉnh 2 S3 3 S11 555155515355211521511 121151111115 12151 21011 1x6 38
Hình 3.15 Giao ban đầu của Blynk -s s1 1111211112111 1111 1111111101111 tre 39
Hình 3.16 Tạo ProJect 1 2011110111111 112 1111111111101 11101112 1110111111110 1111k 40 Hình 3.17 Lấy Token của Project s5 1211111 21121111121112111121212211 na 40 Hình 3.18 Thêm nút cho Blynk - L2 1 22102 201110111311 11111 111111111 1111111111111 11x12 41 Hình 3.19 Giao diện chính của ProJect - 1 220022211 12211 1211112111181 11121112211 yk 42
Trang 5Hình 3.20 Các tác vụ trong hệ thống 52 S1 S1 21119111 11271211211212111121 1110 xa 43 Hình 4.1 Sơ đồ thiết kế phía trên môn hình 5-1 2E SE12E5 2157111127111 xe 44 Hình 4.2 Sơ đồ thiết kế phía trước mô hình - 2s S2 2E11152521211111 11111112 26 44
Hinh 4.3 Vat lidu -( (A1 45
Hinh 4.4 Tổng quan mô hình 2 2+2£922 £EESE92E225225227112121221117111111271 21.2 tr 46
Hình 4.5 Các đèn va nút bắm - 2 22219211221511271271222112112112111121 1212121 re 47 Hình 4.6 Chế độ tự động đèn bật 2 5-21 9 1E 1112111 1211211211211111 212111111 yeu 48 Hình 4.7 Chế độ tự động đèn tắt 5 S11 E1111211211 1121121211211 e1 re 49 Hình 4.8 Chế độ thủ công đèn bật 5 S1 211211112111 11211212112121111 21212011 te 50 Hình 4.9 Chế độ thủ công đèn tắt 2-5 5c 1S 112112121112121212121 121121 trau 51 Hình 4.10 Thay đổi Slider điều khiển điều kiện ánh sáng -2- 5s S212 E22 se, 52 Hinh 4.11 Giờ bật/tắt đèn 2- 2 2S 2212112711 11221121121111111111121121211222222 re 53
Hinh 4.12 Đèn bật theo øiờ đã hẹn - - 0 0200221121112 112211211 14111111111 21111011 1 xay 33
Hình 4.13 Đèn tắt theo giờ đã hẹn 5 121 E2 2121121121111 221 xe 54
DANH MỤC BẢNG BIÊU
Bảng 2.1 Thông số cơ bản của Arduino Uno R3 - 5s S22 19112112112112121 x6 12 Bảng 2.2 5o sánh HĐH thời gian thực với HĐH thường 22 222222 ccssss2 24 Bảng 3.1 Đặc tả use case điều khiển đèn bằng ứng dụng - 2 22c rre 28 Bảng 3.2 Đặc tả use case điều khiển đèn bằng công tắc - + 525cc 2E re 29 Bảng 3.3 Đặc tả use case điều khiển đèn tự động bằng cảm biến 22 SE S255 522 29 Bảng 3.4 Đặc tả use case thay đổi chế độ SH 52511112155 1111 151211125 E re 30
Bảng 3.5 Kết nối Arduino Uno R3 với HC-SR501 2-0 1 1212122121112 6 36
Bảng 3.6 Kết nối Arduino Uno R3 với quang trỞ -s- + 5s S211 521221111211 11211 xee 36 Bảng 3.7 Kết nối Arduino Uno R3 với các công tắc s1 n2 212g 37
Bảng 3.8 Kết nối Arduino Uno R3 với ESP8266 ESP-01 52222122 2 2222 37
Bang 3.9 Cac Widget va PIN trong Blynk - 2 2 2212221121121 1 1511115511118 cưa 41
Trang 6LỜI MỞ ĐẦU
Sau nhiều thập kỉ tiến hóa và phát triển mạnh mẽ, công nghệ thông tin đã vả đang
luôn chứng tỏ mình là cánh cổng bước vào thời đại mới Trước cơ hội không 16 nay, Việt Nam, cũng như các quốc gia khác trên thế giới, đang đầu tư mạnh mẽ vào nghiên cứu, phát triển để nhanh chóng tích hợp công nghệ vào giải quyết những bài toán đang ton tại, đồng thời cải tiến và đổi mới những hệ thống xưa cũ và chậm chạp khi so với nhu cầu của người dùng hiện nay Và như một nhu cầu thiết yếu, việc phát triển ra các
hệ thống nhúng để đưa vào hỗ trợ trong công nghiệp, dịch vụ sẽ đem lại khoản lợi nhuận không lồ khi mà với cùng bằng một sức lao động người sử dụng các hệ thông nhúng tạo ra được nhiều 214 trị sức lao động hơn
Nhu cầu ứng dụng công nghệ thông tin trong hệ thống nhà thông minh cũng không
là ngoại lệ Đây cũng là một ngành đang có tốc độ phát triển rất nhanh ở nước ta với tỷ
lệ tăng trưởng hàng năm luôn giữ vững ở mức hai con số Vì vậy việc xây dựng hệ thông nhúng cho nhà thông minh đề tiết kiệm điện là vô cùng quan trọng
Từ thực tiễn phát triển hệ thống nhà thông minh đòi hỏi phát triển hệ thống chiếu sáng thông minh sử dụng các cảm biến tự động bật/tắt đèn và điều khiển thông qua ứng dụng trên điện thoại thông minh Vì vậy, nhóm quyết định thực hiện đề tài #¿ thông đèn cảm ứng thông mình cho môn học nay
Trang 7CHƯƠNG 1 CƠ SỞ LÝ THUYÉT
Chương 1 đề cập đến cái nhìn tông quan nhất về Internet of Things (IoT) và ứng dụng của nó trong phát triển các hệ thông thông minh Ngoài ra còn đề cập đến một số khái niệm, công cụ được sử dụng trong quá trình xây đựng hệ thống đèn cảm ứng cho nhà thông minh
1.1 Tổng quan về loT (Internet of Things)
1.1.1 Khái niệm
Internet of Things hay IoT đề cập đến hàng tý thiết bị vật lý trên khắp thế giới hiện được kết nối với internet, thu thập và chia sẻ đữ liệu Nhờ bộ xử lý bên trong củng mạng không dây, bạn có thể biến mọi thứ trở nên chủ động và thông minh hơn
Hiểu một cách đơn giản loT là tất cả các thiết bị có thể kết nối với nhau Việc kết nối có thê thực hiện qua wifñ, kết nối băng rộng (3G, 4G), Bluetooth, ZipBee, hồng ngoại Các thiết bị có thể là đện thoại thông minh, máy máy tính bảng, điều hòa, bóng đèn, máy giặt và nhiều thiết bị khác Hầu hết các ngành nghề hiện nay đều phát triển hơn dựa trên sự kết nối linh hoạt của mạng lưới loT Bao gồm từ giáo dục, nông nehiệp, công nghiệp, y tế,
Trang 81.1.2 Đặc tính cơ bản của loT
e - Tính kết nối liên thông: là khả năng các thiết bị đều có thê kết nối với nhau
e _ Tính không đồng nhất: Các thiết bị trong mạng lưới loT sở hữu phần cứng cũng như network khác nhau nên không đồng nhất
® Thay đổi linh hoạt: Số lượng và trạng thái thiết bị đều có thể thay đổi
e - Quy mô lớn: mạng lưới IoT có rất nhiều các thiết bị kết nỗi với nhau thông qua Internet
® - Đáp ứng các dịch vụ liên quan đến “Things”,
1.1.3 Uu, nhược điểm của loT
1.1.3.1 Uu điểm
e - Khả năng giao tiếp giữa các thiết bị giúp nâng cao chất lượng sản phâm
e _ Tự động hóa giúp giám sát thiết bị tốt hon
e©_ Tiết kiệm thời gian, tién bac
e Dé quản lí và cải thiện chất lượng sản phâm
1.1.3.2 Nhược điểm
® - Do chưa có các tiêu chuẩn quốc tế về khả năng tương thích nên vấn đề tương thích giữa các thiết bị gặp nhiều khó khăn
e - Độ phức tạp của mạng lưới loT mang lại nhiều khó khăn trong việc khắc phục
hậu quả khi gặp lỗi trong phần mềm hoặc phần cứng
e Khi viéc chia sẻ thông tin trên Internet có thể dẫn đến việc bị đánh cắp thông tin
® - Việc đưa vào hoạt động của một mạng lưới loT phải được kiểm tra nhiều lần trước khi sử dụng để đảm bảo an toàn cho người dùng
1.1.4 Lợi ích của loT đối với con người
loT được coi là chìa khóa thành công của con người trong tương lai gần, nó tác động
tích cực đến đời sống, công việc thông qua nhiều ứng dụng:
® Tự động hóa hệ thống nha thông minh
© Quan ly cac thiét bi cá nhân bằng kết nối mạng
e - Mua sắm thông minh qua các phần mềm máy tính, điện thoại
e - Quản lý môi trường, chất thải trong các nhà máy, xí nghiệp
Trang 9e - Quản lý, lập kết hoạch công việc cho các doanh nghiệp, công ty
® Theo dõi sức khỏe từ xa
1.2 Tổng quan về hệ thống đèn cảm ứng thông minh và hệ thống nhúng
1.2.1 Đèn cảm ung thong minh la gi?
Đèn cảm ứng là loại đèn có khả năng tự động điều chỉnh trạng thái bật/tắt hoặc điều chỉnh độ sáng dựa trên tín hiệu từ các cảm biến tích hợp trong hoặc gắn kèm với nó Điều này giúp tiết kiệm năng lượng và tăng cường tiện nghi sử dụng
* Ứng Dụng:
- Trong Nhà: Sử dụng cho phòng tắm, hành lang, phòng bếp, nơi cần chiếu sáng tự động khi
có người sử dụng
- Ngoài Trời: Sử dụng cho sân vườn, lối đi, đèn đường, nơi cần chiếu sáng tự động để cải
thiện an ninh và tiện nghi
- Các Tình Huống Đặc Biệt: Đèn cảm ứng với cảm biến chuyền động trong hệ thống an
ninh, đèn cảm ứng ánh sáng đề tự động bật/tắt dựa trên điều kiện ánh sáng
Trang 10a Các Thành Phần Chính:
- Cảm Biến: Nhận diện các yếu tô môi trường như chuyền động, ánh sáng
- Bộ Xử Lý Trung Tâm: Thường là vi điều khiển (microcontroller) hoặc bộ xử lý nhó gọn để
xử lý đữ liệu từ cảm biến và điều khiển đèn
- Mạch Điều Khién Đèn: Gồm relay hoặc MOSFET đề bật/tắt đèn theo tín hiệu từ bộ xử lý
- Nguồn Cung Cấp: Cung cấp năng lượng cho toàn bộ hệ thông
b Nguyên Lý Hoạt Động Đèn Cảm Ứng
* Cơ Chế Hoạt Động:
- Cảm Biến: Được đặt để phát hiện các yếu tố môi trường Ví dụ, cảm biến PIR phát hiện chuyền động dựa trên thay đối nhiệt độ, trong khi cảm biến ánh sáng đo cường độ ánh sáng xung quanh
- Bộ Xử Lý: Nhận tín hiệu từ cảm biến và xử lý chúng theo các thuật toán đã lập trình sẵn Dựa trên các điều kiện (như phát hiện chuyên động hoặc mức ánh sáng), bộ xử lý quyết định hành động cần thực hiện
- Mạch Điều Khiến Đèn: Nhận tín hiệu từ bộ xử lý và điều khién trang thái của đèn (bật hoặc
tắt) thông qua relay hoặc MOSFET
* Nguyên Lý Cụ Thể:
- Cảm Biến PIR (Passive Infared):
- Nguyên Lý Hoạt Động: Cảm biến PIR phát hiện sự thay đối trong nhiệt độ xung quanh do chuyền động của đối tượng (như người) Khi có sự thay đổi đáng kế, cảm biến gửi tín hiệu
đến bộ xử lý
- Ứng Dụng: Được sử dụng trong hệ thống chiếu sáng tự động cho hành lang, phòng tắm,
và các khu vực cần cảm ứng chuyền động
- Cảm Biến Anh Sang (LDR - Light Dependent Resistor):
- Nguyên Lý Hoạt Động: Cảm biến LDR đo cường độ ánh sáng Khi ánh sáng giảm xuống dưới một ngưỡng cài đặt, cảm biến gửi tín hiệu cho bộ xử ly để bật đèn Khi ánh sáng đủ, cảm biến gửi tín hiệu để tắt đèn
- Ứng Dụng: Thường được sử đụng trong các hệ thống chiếu sáng ngoài trời như đèn đường hoặc đèn vườn
* Quy Trình Hoạt Động:
1 Nhận Dữ Liệu: Cảm biến tiếp nhận đữ liệu từ môi trường (chuyên động hoặc ánh sáng)
Trang 112 Xử Ly Dữ Liệu: Bộ xử ly phân tích dữ liệu từ cảm biến Nếu điều kiện được thỏa mãn (như phát hiện chuyên động hoặc mức ánh sáng thấp), bộ xử lý sẽ gửi tín hiệu đề bật đèn
3 Điều Khiến Đèn: Mạch điều khiển nhận tín hiệu từ bộ xử lý và thực hiện hành động điều
- Đèn Cảm Ứng PIR: Trong một hành lang, khi có người di chuyên qua, cảm bién PIR phat
hiện sự thay đổi nhiệt độ và gửi tín hiệu để bật đèn Đèn sẽ tự động tắt sau một khoảng thời
gian nêu không có thêm chuyên động
- Đèn Cảm Ứng Ánh Sáng: Trong một khu vườn, đèn sử dụng cảm biến ánh sáng sẽ tự động
bật khi trời tối và tắt khi trời sáng
1.1.2 Nhu cau thiết yếm
Trang 12Hệ thông đèn cảm ứng thông minh đang trở thành một thuật ngữ quen thuộc và trở nên phỏ biến trong các ngôi nhà hiện đại, công nghệ này đã biến đổi những bóng đèn truyền thống giúp bạn chăm sóc ngôi nhà mình theo cách riêng
Hình 1.3 Đèn thong minh
Sự khác biệt giữa hệ thống đèn cảm ứng thông mình với hệ thông đèn cô điền
Trang 13e - Hệ thống đèn chiếu sáng cỗ điển: mỗi khi muốn bật tắt thiết bị, người đùng bắt buộc phải tác động đóng mở đến các công tắc vật lý, các aptomat, cầu dao
kết
nối với thiết bị đó Tuy nhiên với việc xã hội ngày càng phát triển, các hệ thống đèn cảng ngày càng lớn, con người không thể mỗi khi bật/tắt đèn lại phải đến
chỗ công tắc điều khiến thủ công được
e Hệ thống đèn thông minh: Người dùng có thể điều khiển hệ thống đèn bằng cách di chuyên lại gan (ở chế độ tự động) hoặc điều khiến qua điện thoại thông
minh của minh, giúp tiết kiệm thời gian vả công sức
Hệ thống đèn thông minh giúp người đùng dễ dàng tương tác với các thiết bị đèn
chiếu sáng trong căn nhà của mỉnh, và cảm giác các đèn cảm biến thông minh nảy
không còn là những vật vô tri vô giác, đem đến cho người dùng những trải nghiệm thú
VỊ
1.1.3 Xu hướng phát triển hệ thông thông mình hiện nay
Ngày nay, khi khoa học công nghệ ngày cảng phát triển, nhu cầu sử dụng các thiết
bị thông minh ngày cảng tăng cao Các hệ thống nhà thông minh bây giờ rất phô biến với hệ thống chiếu sáng thông minh, giúp tăng chất lượng cuộc sống và thỏa mãn nhu cầu của con người hiện nay Nếu như trước kia bạn phải di chuyển đề bật/tắt hệ thống dén cua minh thi nay với chiéc smart phone bạn đã có thể điều khiển được hệ thống chiếu sáng một cách nhanh chóng tiện lợi với các chế độ phù hợp với nhu cầu sử dụng cua gia đỉnh
Hình 1.4 Xu hướng phát triển hệ thống thông minh
Trang 14CHUONG 2 LINH KIEN VA PHAN MEM SU DUNG
Chương 2 sẽ trình bày về các thành phần phần cứng, phần mém, linh kién, thiét bi
cần sử dụng trong hệ thống đèn cảm ứng thông minh Từ đó có thế phân tích và thiết
Trong hệ thống nảy chúng ta sử dụng Arduino Uno R3 Đây chính là loại board
đơn giản nhất nên rất phù hợp với những người mới bắt đầu tìm hiểu về lĩnh vực này
Dữ liệu số bao gồm 14 chân, đầu vào gồm 6 chân 5V, khả năng phân giải là 1024 mức,
tốc độ I6MHz, điện áp từ 7V đến 12V Kích thước của Board nảy là 5,5x7em
MADE
IN ITALY Be: : — DIGTTAL (PWM~) E
Trang 152.1.1.2 Cấu tạo Board Arduino
7 Chân xuất
tín hiệu ra 1b Đầu cắm
cong USB 8 IC Atmega
11 Chân cấp nguồn cho cảm 10 Chân lấy tín hiệu 9 Chân ICSP của
Vi điều khiển Atmega 328 (ho 8 bit)
Điện áp hoạt động 5V - DC (cấp qua công USB)
Tần số hoạt động 16 MHz
Dòng tiêu thụ 30mA
Dién ap vao khuyén dung 7—12V—DC
Điện áp vào giới hạn 6— 20V— DC
So chan Digital I/O 14 (6 chan PWM)
Sé chan Analog 6 (độ phân giải 10 bit)
Dòng tôi đa trén méi chan I/O | 30 mA
Trang 162.1.1.4 Ứng dụng của Arduino
Arduino có nhiều ứng dụng trong đời sống, trong việc chế tạo các thiết bị điện tử chất lượng cao Một số ứng dụng có thê kế đến như:
¢ Lập trình robot: Arduino chính là một phần quan trọng trong trung tâm xử lí
giup điều khiển được hoạt động của robot
e Lap trinh may bay không người lái Có thê nói đây là ứng dụng có nhiều kì vọng trone tương lai
¢ Game tương tác: chúng ta có thê dùng Arduino đề tương tác với Joystick, man hình, để chơi các trò như Tetrix, phá gạch, Mario và nhiều game rất sáng
tạo nữa
e Arduino điều khiến thiết bị ánh sáng cảm biến tốt Là một trong những bộ phần
quan trong trong cay dén giao thông, các hiệu ứng đèn nhảy được cài đặt làm nối bật các biến quảng cáo
e Arduino cing duge img dung trong may in 3D và nhiều ứng dụng khác tùy thuộc vào khả năng sáng tạo của người sử dụng
2.1.2 Phần mềm lập trình Arduino IDE
Arduino cung cấp đến môi trường lập trình tích hợp mã nguồn mở hỗ trợ người dùng viết code và tải nó lên bo mạch Arduino Đây là môi trường đa nền tảng, hỗ trợ
một loạt các bo mạch Arduino cùng rất nhiều tính năng độc đáo Ứng dụng lập trình
này có giao diện được sắp xếp hợp lý, phù hợp với cả những người dùng chuyên
nghiệp lẫn không chuyên
Arduino có môi trường lập trình được viết bằng java, hiện đang được sử dụng cho các bo mạch Arduino và Genuido, được nhiều công ty trên thế giới sử dụng dé lap trình cho các thiết bi cua ho Java 2 Platform Standard Edition cũng là một IDE hỗ trợ Java Hiện Java 2 Platform Standard Edition được rất nhiều người sử dụng
Arduino là môi trường phát triên tích hợp đa nền tảng, hỗ trợ cho một loạt các bo
mach Arduino nhu Arduino Uno, Nano, Mega, Esplora, Ethernet, Fio, Pro hay Pro
Mini cing nhu LilyPad Arduino Phan mềm này cũng phù hợp cho những lập trình viên C và C ++ là thay thế hoàn hảo cho các IDE khác Với những ai muốn học lập
trinh PHP, thi PHP Designer 2007 Personal là lựa chọn tốt Phần mém PHP Designer
2007 Personal cung cap cac giai phap hiéu qua trong thiét ké website
13
Trang 17Các tính năng chính cua Arduino IDE:
Viết code cho bo mạch Arduino
Hỗ trợ nhiều loại bo mach Arduino Giao diện được sắp xếp hop ly
Bộ sưu tập các vi dụ mẫu Miảng thư viện hỗ trợ phong phú V.V
board hiện tại
Hình 2.3 Giao dién Arduino IDE
Cầu trúc một chương trình phần mém trong IDE
Trang 18
2.2 Các linh kiện
2.2.1 Cảm biển thân nhiệt chuyển động HC — SR501
2.2.1.1 Tổng quan
Cảm biến thân nhiệt chuyên dong PIR (Passive infrared sensor) HC-SR501 duoc
sử dụng để phát hiện chuyên động của các vật thể phát ra bức xạ hồng ngoại (con người, con vật, các vật phát nhiệt, ), cảm biến có thể chỉnh được độ nhạy dé gidi han khoảng cách bắt xa gan cing như cường độ bức xạ của vật the mong muon, ngoai ra
cảm biến còn có thể điều chỉnh thời gian kích trễ (giữ tín hiệu bao lâu sau khi kích
hoạt) qua biến trở tích hợp sẵn
Mức tiéu thu dong: < 50 uA
Thời gian báo: 30 giây có thể tùy chỉnh bằng biến trở
Độ nhạy có thé điều chỉnh bằng biến trở
Kích thước: 1,27 x 0,96 x 1.0 ( 32,2 x 24,3 x 25,4 mm)
15
Trang 192.2.1.3 Cấu tạo
Cảm biến thân nhiệt chuyên động HC-SR501 có 3 chân:
© ChânGND: Chân nối đất
e_ Chân Vcc: Chân nguồn 5V
¢ Chân Output: Chân ngõ ra, chân này ở mức thấp khi không phát hiện chuyên
động và ở mức cao khi phát hiện chuyển động Chân này được kết nối với chân
ngõ vào của Arduino
Điều chỉnh độ nhạy cảm biến
cảm biến Hưướng đi của nguiồn nhiệt Tín hiệu ra
Hình 2.6 Nguyên lí hoạt động cảm biến hồng ngoại PIR
16
Trang 20Các cảm biến PIR luôn có sensor (mắt cảm biến) với 2 đơn vị (element) Chắn trước mắt sensor là một lăng kính (thường làm bằng plastic), chế tạo theo kiểu lăng kính fresnel Lăng kính fresnel này có tác dụng chặn lại và phân thành nhiều vùng (zone) cho phép tia hồng ngoại đi vào mắt sensor 2 đơn vị của mắt sensor có tác dụng phân thành 2 điện cực Một cái là điện cực dương (+) và cái kia là âm (-) Khi 2 đơn vị này được tuần tự kích hoạt (cái này xong rồi mới đến cái kia) thì sẽ sinh ra một xung điện, xung điện này kích hoạt sensor
Nếu một vật thể đang di chuyên nhưng KHÔNG phát ra tỉa hồng ngoại (ví dụ: robot hoặc xe đồ chơi), nó sẽ không được cảm biến phát hiện
Nếu một đối tượng đang phát ra tia hồng ngoại nhưng KHÔNG di chuyén (vi dụ:
một người đứng yên mà không di chuyền), nó sẽ không được cảm biến phát hiện Con người và động vật phát ra tia hồng ngoại một cách tự nhiên Do đó, cảm biến
có thể phát hiện chuyên động của con người và động vật
Chung ta dựa vào trang thai chan OUTPUT cua cam biến đề xác định cảm biến có
phát hiện đối tượng hay không
Khi KHÔNG có người (hoặc động vật) di chuyên trong phạm vi được phát hiện của cảm biến, chân OUTPUT của cảm biến ở mức THẬP
Khi có con người (hoặc động vật) di chuyền vào phạm vI được phát hiện của cảm
biến, chân OUTPUT của cảm biến thay đôi từ THẬP lên CAO (phát hiện chuyên
động) Khi có con người (hoặc động vật) đi ra khỏi phạm v1 được phát hiện của cảm
biến, chân OUTPUT của cảm biến thay đôi từ CAO sang THÁP (không phát hiện
chuyển động)
Module HC — SRS01 VI DIEU KHIỂN
Trang 21Về cơ bản, nó là một tế bào quang điện hoạt động theo nguyên tắc quang dẫn hay
có nghĩa nó là một điện trở có giá trị điện trở thay đổi theo cường độ ánh sáng Nó được sử dụng nhiều trong các mạch cảm biên ánh sáng, mạch chuyên đôi,
Một số ứng dụng của LDR như đồng hỗ đo ánh sáng máy ảnh, đèn đường, radio đồng hồ, báo động ánh sáng, báo khói và đồng hồ ngoài trời
18
Trang 222.2.2.3 Cau tao
Quang trở hiện nay chủ yến có 2 phần chính là các màng kim loại được đấu nối với nhau thông qua các đầu cực Linh kiện được thiết kế theo cách cung cấp dien tích tiếp xúc tối đa 2 màng kim loại và được đặt trone hộp nhựa
Các màng kim loại kết nối
Chất quang dẫn cadmium sulphide
Hình 2.9 Cấu tạo cảm biến quang trở Chúng có thể đặt trong một hộp nhựa có thế giúp tiếp xúc với ánh sáng và cảm nhận sự thay đổi cường độ ánh sáng Cấu tạo điện trở tạo nên quang trở chính là Cadmium Sulphide (CđS) Được sử dụng đề làm chất quang dẫn không chứa hoặc có thể là rất ít hạt electron không được ánh sáng chiếu vào
2.2.2.4 Nguyên lí hoạt động
Quang trở là chất bán dẫn có trở kháng cao và không tiếp giáp nào Trong điều
khiện tối, quang trởi thường có điện trở lên vài MO Tuy nhiên, nêu có ánh sáng chiếu
vào thì giá trị của điện trở có thể giảm xuống mức 1 đến vải trăm ©
Nó hoạt động dựa vào nguyên lý của hiệu ứng quang điện trong một khối vật chất Khi mà các photon có năng lượng đủ lớn đạp vào Đều nảy sẽ làm cho các electron bật
ra khỏi các phân tử và trở thành các electron tự do Và chúng ở trong khối chất và từ chất bán dẫn chuyên thành dẫn điện
Và mức độ dẫn điện quang trở sẽ tùy thuộc vào các photo được hấp thụ Khi mà ánh sáng lọt vào quang trở, các electron sẽ được giải phóng độ dẫn điện được tăng lên
Do đó, chất bán dẫn các quang trở sẽ có các phản ứng khác nhau với các loại sóng
photo khác nhau
19
Trang 232.2.3 Module Wifi ESP8266 ESP-61
2.2.3.1 Tổng quan
Mạch thu phát Wifi ESP8266 Uart ESP-01 sử dụng IC Wifi SoC ESP8266 cua
hãng Espressif, được sử dụng để kết nối với vi điều khiển thực hiện chức năng truyền nhận dữ liệu qua Wifi, mạch có thiết kế nhỏ gọn, sử dụng giao tiếp UART với bộ thư viện và code mẫu rất nhiều từ cộng đồng (search google esp-01), mạch thu phát wifi ESP-01 được sử dụng trong các ứng dụng IoT và điều khiến thiết bị qua Wifi
Hinh 2.10 Module wifi ESP8266 ESP-01 2.2.3.2 Thông số kĩ thuật
s® - Điện áp sử dụng: 3.3VDC
© Điện áp giao tiếp: 3.3VDC
® - Dòng tiêu thụ: Max 320mA (nên sử đụng module cấp nguồn riêng cho mạch)
¢ Hỗ trợ chuẩn 802.11 b/g/n
e Wi-Fi 24 GHz, hỗ trợ các chuẩn bảo mật như: OPEN, WEP, WPA_PSK,
WPA2 PSK, WPA_WPA2 PSK
¢ H6 tro ca 2 giao tiép TCP va UDP
¢ Chuẩn giao tiép UART với Firmware hỗ trợ bộ tập lệnh AT Command, tốc độ Baudrate mặc định 9600 hoặc 115200
e©_ Có 3 chế độ hoạt dong: Client, Access Point, Both Client and Access Point
® Kích thước: 24.§x 143mm
20
Trang 242.2.3.3 Cdu tao
GND
Hinh 2.11 So dé chan mach thu phat wifi ESP8266 ESP-01
VCC: 3.3V, dong co thé lên 300mA vì thế cần mạch nguồn riêng
amsl1175V -3.3V GND: 0V Tx: Chân Tx của giao thức UART, kết nối đến chân Rx của vi điều khiến Rx: Chân Rx của giao thức UART, kết nối đến chân Tx của vi điều khiến RST: chân reset, kéo xuống mass để reset
CH_PD: chân nảy nếu được kéo lên mức cao module sẽ bắt đầu thu phát wifi,
kéo xuống mức thấp module dừng phát wiñ Vì ESP8266 khởi động hút dòng
lớn nên chúng ta giữ chân này ở mức 0V khi khởi động hệ thông của mình ,
sau 2 s hãy kéo chân CH_PD lên 3.3V, để đảm bảo module hoạt động ổn định GPIO0: kéo xuống thấp cho chế độ upgrade fimware
Trang 25Blynk không bị ràng buộc với một số bo hoặc shield cụ thể Thay vào đó, nó hỗ trợ phần cứng mà bạn lựa chon Cho du Arduino hoặc Raspberry Pi của bạn được liên kết với Internet qua Wi-Fi, Ethernet hoặc chip ESP8266, Blynk sẽ giúp bạn online và sẵn sảng cho IoT
¢ Ung dung Blynk: cho phép ban thiết kế các giao điện cho dự án của mình theo
những cách riêng
® Blynk Server: chịu trách nhiệm về tất cả các giao tiép gitra dién thoai thông minh va phan cứng Bạn có thé str dụng Blynk Cloud hoặc chạy cục bộ máy chủ
Blynk riêng của mình Nó là mã nguồn mở, có thể đễ dàng xử lý hàng nghìn
thiết bị và thậm chí có thê được khởi chạy trên Raspberry PI
e©_ Thư viện Blynk: dành cho tất cả các nền tảng phần cứng phô biến - cho phép
giao tiép voi may chủ và xử lý tât cả các lệnh đến và lệnh đi
22
Trang 26Khi bạn gửi yêu cầu từ ứng dụng Blynk, yêu cầu sẽ được truyền đến Blynk Cloud va truyền đến phần cứng của bạn
e Thao tac phim trực tiếp mà không cần viết mã
e - Dễ dàng tích hợp và thêm chức năng mới bằng cách sử dụng ghim ảo
® - Theo dõi dữ liệu lịch sử qua tiện ích SuperChart
e©_ Giao tiếp giữa thiết bị với thiết bị sir dung Bridge Widget
¢ Gui email, tweet, push notification
® - Các tính năng mới liên tục được bỗ sung!
2.4 Hệ điều hành nhúng thời gian thực FreeRTOS
Hinh 2.13 Hé diéu hanh
FreeRTOS là một hệ điều hành nhúng thời gian thực (Real Time Operating
System) mã nguồn mở được phát triển bởi Real Time Engineers Ltd, sáng lập và sở hữu bởi Richard Barry FreeRTOS được thiết kế phù hợp cho nhiều hệ nhúng nhỏ gọn
vì nó chỉ triển khai rất ít các chức năng như: cơ chế quản lý bộ nhớ và tác vụ cơ bản, các hàm API
23
Trang 27quan trọng cho cơ chế đồng bộ Nó không cung cấp sẵn các giao tiếp mạng, drivers, hay
hệ thống quản lý tệp (ñle system) như những hệ điều hành nhúng cao cấp khác 2.4.2 Phân loại
Thực tế hệ điều hành thời gian thye còn chia thành 2 loại:
¢ Soft-realtime: Si dung cho cac tng dung cruise control (diéu khién hanh trình) trong ô tô và các ứng dụng viên thông
se Hard-realtime: Sử dụng trong các ứng dụng điều khiến máy bay, động cơ điện
Non-real time
Internet video User interface
Thường được nhúng trong các loại v1 điều khiến và không có giao diện (GUI) tương tác với người dùng
Khi mở một phân mêm trên đó, có thê
bạn phải chờ nó tải rat lau
Sinh ra cho các tác vụ cân sự phản hoi nhanh của hệ thông
Đa sô phân mềm đó tương tác với con
người chứ ít tương tác với các phân mềm
hoặc thiệt bị khác
Chúng cần phản hồi nhanh bởi vi đa số
các tác vụ tương tác với thiết bị, máy móc khác chứ không phải con neười
VÌ tương tác chủ yêu với con người nên
việc chờ đợi này cũng không ảnh hưởng
Trang 282.4.4 Ủng dụng
Ưu điểm:
e_ Chia sẻ tài nguyên một cách đơn giản: cung cấp cơ chế đề phân chia các yêu cầu về bộ nhớ và ngoai vi cua MCU
© Dé debug va phat triển: Mọi người trong nhóm có thể làm việc một cách độc
lập, các lập trình viên thì có thé tránh được các tương tác với ngắt, timer, với phần cứng (cái này mình không khuyến khích lắm vì hiểu được phần cứng vấn sẽ tốt hơn nhiều)
© - Tăng tính linh động và dé dàng bảo trì: thông qua API của RTOS, Các ứng dụng không cần dùng RTOS
phức tạp thành các phần nhỏ hơn vả dễ quản lý hơn
RTOS được sử dụng rất nhiều khi lập trình ESP32, ESP8266, STM32 và các dòng chip khac
25
Trang 29CHUONG 3 PHAN TICH VA THIET KE
3.1 Phan tich
Chúng ta đang sống trong một thời đại với rất nhiều công nghệ hiện đại khiến cho
cuộc sông của chúng ta trở nên thoải mái và tiện nghị hơn Trong vài năm trở lại đây,
các bước tiến lớn về công nghệ đã khiến cho ngôi nhà chúng ta ngập tran các thiết bị
công nghệ cao Trong đó phải kế đến hệ thống chiếu sáng tự động hoặc điều khiển
bằng các thiết bị điều khiển từ xa, thường là điện thoại thông minh hoặc máy tính
bảng Có thể kiếm soát các thiệt bị điện chiêu sáng một cách an toàn và thông minh
Các chức năng của hệ thông chiêu sáng thông minh:
Tự động bật tắt đèn khi có chuyền động và trời tối
Có thể điều khiển thông qua thiết bị từ xa và biết được trạng thái của các đèn
Có thê điều khiến thông qua công tắc vật lý
Có thể thay đổi linh hoạt gitra chế độ tự động và chế độ thủ công
Có thể thay đổi được điều kiện của ánh sáng theo từng điều kiện thời gian cụ thé
26