Hệ thống sử dụng hai cảm biến Để thông báo nhiệt Độ và Độ ẩm,

Phiên bản này có giá thành hợp lý, dễ dàng kết nối với máy tính qua cổng USB, và được sử dụng phổ biến trong các dự án IoT và tự động hóa.. DHT11 Cảm biến DHT11 là một loại cảm biến được

HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG

KHOA CƠ BẢN I

BỘ MÔN IOT VÀ ỨNG DỤNG

Báo cáo bài tập lớn

Giảng viên hướng dẫn : Nguyễn Quốc Uy

Họ và tên sinh viên : Nguyễn Khắc Hưng

Hà Nội – 2024

I Lý thuyết

1 Đặt vấn đề

Một hệ thống thời gian thực cho phép truyền dữ liệu từ cảm

biến để hiển thị cho người dùng Người dùng có thể tương tác

ngược lại cho thiết bị Một hệ thống IoT đơn giản.

thể xem thông tin nhiệt độ và độ ẩm trực tiếp ở thời gian thực

và có thể điều khiển led.

3 Các thiết bị được sử dụng

3.1 ESP32 CH340

ESP32 CH340 là một phiên bản của dòng ESP32 được trang bị

chip nạp (USB-to-Serial) CH340 Phiên bản này có giá thành hợp lý,

dễ dàng kết nối với máy tính qua cổng USB, và được sử dụng phổ biến trong các dự án IoT và tự động hóa Dưới đây là một số thông tin chi tiết về ESP32 CH340.

● ESP32 là một vi điều khiển mạnh mẽ do Espressif Systems

phát triển, tích hợp cả Wi-Fi và Bluetooth, giúp bạn dễ dàng xây dựng các dự án IoT với khả năng kết nối không dây.

● CH340 là chip chuyển đổi USB-to-Serial phổ biến, giúp dễ

dàng kết nối ESP32 với máy tính và nạp code từ các IDE như Arduino IDE hoặc PlatformIO.

● Với chip CH340, bạn cần cài đặt driver tương ứng cho máy

tính để có thể nhận dạng thiết bị Driver này có thể tải về từ trang web của nhà sản xuất.

Hiệu suất: Lên đến 600 DMIPS

3.2 DHT11

Cảm biến DHT11 là một loại cảm biến được sử dụng phổ biến

trong các dự án IoT, nhà thông minh, và hệ thống tự động hóa Đây là

một cảm biến tích hợp dùng để đo nhiệt độ và độ ẩm với thiết kế nhỏ

gọn, giá thành hợp lý và dễ dàng sử dụng.

Thông số kỹ thuật :

Điện áp hoạt động: 5VDC.

Chuẩn giao tiếp: TTL, 1 wire.

Khoảng đo độ ẩm: 20%-80%RH sai số ± 5%RH.

Khoảng đo nhiệt độ: 0-50°C sai số ± 2°C.

Tần số lấy mẫu tối đa 1Hz (1 giây / lần).

Kích thước: 28mm x 12mm x10m.

DHT11 có 4 chân: VCC, DATA, NC, GND

Module DHT11 đã được gắn sẵn điện trở và led báo

nguồn, nên có 3 chân.

VCC: Nguồn 3.3 - 5.5VDC

DATA: Chân dữ liệu

GND: Nối đất, cực âm

3.3 Cảm biến ánh sáng

Cảm biến ánh sáng quang trở CDS có tích hợp sẵn Op-amp và biến trở so sánh mức tín hiệu giúp cho việc nhận biết tín hiệu trở nên

dễ dàng, Cảm biến ánh sáng này thường dùng để nhận biết, bật tắt thiết bị theo cường độ ánh sáng môi trường.

Node.js được xây dựng dựa trên JavaScript Engine V8 của Google

Chrome, cho phép thực thi mã JavaScript với tốc độ cực nhanh Điều này

đã giúp Node.js trở thành lựa chọn hàng đầu cho các ứng dụng web thờigian thực (real-time), hệ thống máy chủ có lưu lượng truy cập lớn, và cácứng dụng cần hiệu năng cao

Đặc điểm nổi bật của Node.js

- Node.js sử dụng mô hình non-blocking I/O, giúp tối ưu hóa hiệusuất khi xử lý nhiều yêu cầu cùng lúc mà không làm chậm hệ

thống

- Thích hợp cho các ứng dụng cần khả năng phản hồi nhanh nhưchat, truyền phát video trực tiếp, hoặc các hệ thống thông tin

liên lạc

Hiệu năng cao:

- Được xây dựng trên nền tảng V8 Engine của Google, Node.js cókhả năng biên dịch và thực thi JavaScript rất nhanh

- Node.js sử dụng single-threaded event loop, cho phép xử lý

đồng thời hàng nghìn kết nối mà không cần sử dụng nhiều

luồng xử lý

Khả năng mở rộng (Scalability):

- Hỗ trợ kiến trúc Microservices và API-first, giúp dễ dàng mở

rộng và bảo trì hệ thống

- Node.js có khả năng mở rộng cả theo chiều dọc (vertical

scaling) và theo chiều ngang (horizontal scaling)

Cộng đồng và hệ sinh thái phong phú:

- NPM (Node Package Manager), kho thư viện mã nguồn mở lớnnhất thế giới, cung cấp hàng triệu gói thư viện (packages) giúpcác nhà phát triển tiết kiệm thời gian và công sức

- Cộng đồng Node.js lớn mạnh với nhiều tài liệu và hỗ trợ từ cácnhà phát triển trên toàn cầu

Ứng dụng của Node.js

-Ứng dụng web thời gian thực: Chat trực tuyến, truyền phát

video, và hệ thống thông báo tức thời

-API server: Xây dựng các dịch vụ web dựa trên API RESTful

Đặc điểm của giao thức MQTT

Nhẹ và hiệu quả:

- MQTT sử dụng rất ít tài nguyên và băng thông, thích hợp cho

các thiết bị có phần cứng hạn chế như cảm biến, thiết bị IoT, và

hệ thống nhúng

- Kích thước gói tin nhỏ giúp giảm thiểu độ trễ khi truyền tải dữliệu

Kiến trúc hướng chủ đề (Topic-based):

- MQTT sử dụng mô hình publish/subscribe (xuất bản/đăng ký)thay vì mô hình truyền thống client-server

- Dữ liệu được gửi đến các topic (chủ đề) và các thiết bị có thể

subscribe (đăng ký) các topic để nhận dữ liệu liên quan

Tính linh hoạt và khả năng mở rộng cao:

- MQTT phù hợp cho các hệ thống phân tán với số lượng lớn

thiết bị kết nối, ví dụ như nhà thông minh, hệ thống giám sát từxa,

hoặc các ứng dụng IoT quy mô lớn

- Hỗ trợ các cấu hình bảo mật như SSL/TLS, giúp đảm bảo an

toàn cho dữ liệu truyền tải

Hình 1: Mạch đẵ được thiết kếMạch bao gồm:

+4 LED trong đó có 3 LED dùng điều khiển và 1 LED cảnh báo:

- LED1 : DPIN 18

- LED2 : DPIN19

- LED3 : DPIN21

- LED4 : DPIN22+ 2 cảm biến DHT11 và cảm biến ánh sáng CDS

- DHT11 : DPIN4

- Cảm biến ánh sáng CDSCách thức hoạt động của mô hình :

Hình 2: Biểu đồ hoạt động của web

2 DATAbase :

+Bao gồm có 4 bảng :

Hình 3: Bảng Database

- Bảng Bai_5 : Lưu lại giá trị của bài thực hành 5

- Bảng Devices : Lưu lại các thiết bị

- Bảng esp32_data : Lưu lại giá trị cảm biến

- Bảng switch_states: Lưu lại khi bật tắt thiết bị

3 Giao diện web :

DashBoard: Bao gồm 3 tag để hiển thị các thông tin , bảng điều khiểnthiết bị, biểu đồ:

Hình 4: Giao diện DashboardDevice History : Bao gồm bảng hiển thị bật tắt thiết bị , tìm kiếmtheo ngày tháng

Hình 5: Giao diện Device HistoryData Sensor :Bao gồm bảng hiển thị thông tin từ các cảm biến , cóthể tìm kiếm theo các giá trị được lựa chọn như nhiệt độ , độ ẩm , ánh sáng, ngày tháng

Hình 6: Giao diện DataSensorUser Profile: Bao gồm các thông tin cá nhân của sinh viên:

Hình 7: Giao diện User ProfileBài 5 : Bao gồm các tag để hiển thị tốc độ gió , biểu đồ tốc dộ

gió và cảnh báo nếu tốc độ gió vượt quá 60m/s

Hình 8: Giao diện bài báo cáo

4 Code BE

4.1 file back_end.js

- Bao gồm các kết nối liên quan đến phần gửi data về database và lấy trạng

thái bật tắt thiết bị bật tắt

Hình 10: file back_end.js4.2 file server.js

- Bao gồm các API giúp lấy data từ database và gửi thông tin bật tắt từ FE về

esp32 để thực hiện bật bắt thiết bị

4.2 file Server.js

- import các thư viện và kết nối với cơ sở dữ liệu mysql

- Hàm kết nối với mqtt qua cổng mặc định

- Api giúp tìm kiếm data và lấy data từ cơ sở dữ liệu

Hình 13: Api search sensor data

Hình 13: Api search sensor data

Hình 14: Api search switch state

Hình 15: API search switch state

Hình 16: API search switch state

Hình 16: API search switch state

Hình 17: API switch state

5 API doc và test các api với POSTMAN

5.1 Thử nghiệm với api/switch-state

Thử post 2 request yêu cầu bật tắt điều hoà :

Hình 18 : Test api với bật tắt điều hoà

5.2 Thử nghiệm với /api/search-switch-state

Sử dụng để hiển thị mà không tìm kiếm theo thông tin nào

Hình 19: Mặc định hiển thịTìm kiếm theo thời gian từ ngày 01/01/2024 đến ngày 31/10/2024

Hình 20: Tìm kiếm theo ngày tháng

5.3 Thử nghiệm với /api/search-sensor-data

Không tìm kiếm theo giá trị nào hiển thị (mặc định)

Hình 21: Hiển thị mặc định

Tìm kiếm theo ngày tháng năm

Hình 22: Tìm kiếm theo ngày tháng

Tìm kiếm theo nhiệt độ

Hình 23: Tìm kiếm theo nhiệt độ