Điều khiển và giám sát nhà thông minh

Ở đây, các thiết bị điều khiển tự động được kết nối với nhau thành một hệ thống hoàn chỉnh qua một một thiết bị trung tâm và có thể giao tiếp với nhau về mặt dữ liệu.. Điển hình của một

VI KHOA CÔNG NGH

TỐT NGHI

Đề tài: Điều khi

Giảng viên hư Sinh viên thự Lớp

u khiển và giám sát nhà thông minh

iên hướng dẫn: PGS.TS PHẠM MINH VIỆT

ực hiện : NGUYỄN HẢI DUY : K16B

: 2013 - 2017 : ĐẠI HỌC CHÍNH QUY

Hà Nội, tháng 5 năm 2017

THÔNG TIN

ỌC

sát nhà thông minh

VIỆN ĐẠI HỌC MỞ HÀ NỘI CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Xây dựng 1 hệ thống nhà thông minh gồm các chức năng:

- Giám sát trạng thái các thiết bị điện từ xa qua mạng internet

- Giám sát các thông số về nhiệt độ, độ ẩm của môi trường, cảnh báo người dùng khi

nhiệt độ vượt quá ngưỡng cho phép

- Điều khiển các thiết bị điện từ xa qua mạng internet

- Hệ thống có thể cho nhiều người cùng sử dụng

3/ Cơ sở dữ liệu ban đầu

Nhận xét của giảng viên hướng dẫn

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

MỤ Ụ ỤC L C L C LỤ Ụ ỤC C C

DANH MỤC HÌNH VẼ, BẢNG BIỂU: 6

DANH MỤC THUẬT NGỮ,TỪ VIẾT TẮT: 8

MỞ ĐẦU 9

LỜI CẢM ƠN 10

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN 11

I Giới thiệu 11

II Khảo sát, hướng đi của đề tài 12

1 BKAV Smarthome 12

2 Smarthome lumi Việt Nam 14

III Mục tiêu đề tài 16

IV Phương pháp nghiên cứu 16

CHƯƠNG II: LÝ THUYẾT LIÊN QUAN 18

I Tổng quan về mạng internet 18

1 Giới thiệu 18

2 Hoạt động của mạng internet 19

3 Kết nối Internet 20

4 Giao Thức TCP/IP 20

5 Công nghệ wifi 22

II Linh kiện 24

1 Module wifi esp8266 24

2 Module relay 4 kênh 27

3 Module DHT11 28

4 Nguồn cung cấp 32

III Công cụ 32

1 Arduino ide 32

2 Android studio 34

3 Firebase 35

CHƯƠNG III: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG HỆ THỐNG 40

I Mô hình cơ bản của hệ thống 40

1 Sơ đồ khối 40

2 Phân tích chức năng các khối 40

II Thiết kế phần cứng 42

1 Esp8266 + module relay 4 kênh 42

2 Esp8266 + DHT11 43

III Thiết kế phần mềm 44

1 Firmware cho esp8266 44

2 Ứng dụng cho android 48

3 Ứng dụng web 51

4 Cơ sở dữ liệu trên firebase 53

CHƯƠNG IV: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI 55

I Kết quả thực hiện 55

1 Phần cứng: gồm 2 board 55

2 Phần mềm 56

II Ưu điểm và khuyết điểm của hệ thống 57

1 Ưu điểm 57

2 Khuyết điểm 57

III Khả năng ứng dụng thực tế của đề tài 57

IV Hướng phát triển 57

TÀI LIỆU THAM KHẢO 58

Hình 3.4: Sơ đồ mạch điện esp8266 + relay 4 kênh 43

Hình 3.10: Giao diện đăng nhập, đăng kí, khôi phục mật khẩu 50 Hình 3.11: Giao diện điều khiển và giám sát nhiệt độ độ ẩm 50

Hình 3.12: Giao diện web điều khiển 51

Bảng 3.1: Sơ đồ kết nối esp8266 với USB to UART 48

DANH MỤC THUẬT NGỮ,TỪ VIẾT TẮT:

IP Internet protocol Giao thức Liên mạng

TCP Tranmission Control Protocol Giao thức điều khiển truyền vận UDP User Datagram Protocol Giao thức không liên kết

HTTP HyperText Transfer Protocol Giao thức truyền tải siêu văn bản FTP File Transfer Protocol Giao thức truyền tập tin

SMTP Simple Mail Transfer Protocol Giao thức truyền thư đơn giản POP3 Post Office Protocol 3 Giao thức bưu điện

DNS Domain Name System Hệ thống tên miền

ARP Address Resolution Protocol Giao thức phân giải ngược lại địa

chỉ ICMP Internet Control Message Protocol Giao thức thông báo điều khiển

mạng Internet IGMP Internet Group Management Protocol Giao thức quản lý nhóm Internet DHCP Dynamic Host Configuration Protocol Giao thức cấu hình trạm động SNMP Simpe Network Management

Protocol

Giao thức quản lý mạng đơn giản

TFTP Trivial File Transfer Protocol Giao thức truyền tập tin bình

thường Wi-Fi Wireless Fidelity Hệ thống mạng không dây sử

dụng sóng vô tuyến IoT Internet of Things Internet vạn vật

IDE Integrated Development Environment Môi trường phát triển tích hợp

và mang lại nhiều ưu điểm Đi cùng xu hướng đó, đồ án này giới thiệumột giải phát điều khiển và giám sát ngôi nhà một cách thông minh thông qua internet và có thể sửdụng điện thoại để giám sát các thiết bị, báo cháy, báo trộm Giải pháp này được đưa ra rất khả khivới cơ chế hoạt động chính xác và mang tính ổn định để tạo bước phát triển một thiết

bị nhỏ gọntham gia một mảng của nhà thông minh giá rẻ

Là một sinh viên khoa Điện tử thông tin của Viện Đại học Mở Hà Nội, với những kiến thức đã học cùng với mong muốn thiết kế một ngôi nhà đáp ứng được các nhu cầu sinh hoạt hằng ngày một cách nhanh chóng và chính xác, em đã chọn đề tài “Điều khiển

và giám sát nhà thông minh” làm đồ án tốt nghiệp của mình

Trong quá trình thực hiện báo cáo của mình, em đã cố gắng hết sức để hoàn thiện một cách tốt nhất Nhưng với kiến thức và sự hiểu biết có hạn nên sẽ không tránh khỏi những thiếu sót, mong các thầy cô và các bạn đóng góp ý kiến cho đề tài của em có thể hoàn thiện hơn

Hà Nội, ngày… tháng… năm…

Sinh viên thực hiện

Nguyễn Hải Duy

Tôi cũng xin gửi lời cảm ơn đến các bạn sinh viên trong tập thể lớp K16 đã cho tôi những ý kiến đóng góp giá trị khi thực hiện đề tài này Cuối cùng tôi xin gửi lời cảm ơn tới gia đình, những người luôn ở bên động viên và tạo điều kiện cho tôi thực hiện tốt đề tài này

Em xin chân thành cảm ơn!

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN

I Giới thiệu

Ngày nay cùng với sự phát triển mạnh mẽ của các ngành khoa học kỹ thuật, công nghệ kỹ thuật điện tử mà trong đó là kỹ thuật tự động điều khiển đóng vai trò quan trọng trong mọi lĩnh vực khoa học kỹ thuật, quản lí, công nghiệp, cung cấp thông tin Do đó, chúng ta phải biết nắm bắt và vận dụng nó một cách có hiệu quả nhằm góp phần vào sự phát triển nền khoa học kỹ thuật thế giới nói chung và trong sự phát triển kỹ thuật điện tử nói riêng Bên cạnh đó còn là sự thúc đẩy sự phát triển của nền kinh tế nước nhà

Như chúng ta cũng đã biết, gần như các thiết bị trong đời sống của các gia đình ngày nay đều hoạt động độc lập với nhau, mỗi thiết bị có một quy trình sử dụng khác nhau tuỳ thuộc vào sự thiết lập, cài đặt của người sử dụng Chúng chưa

có một sự liên kết nào với nhau về mặt dữ liệu Nhưng đối với hệ thống điều khiển thiết bị từ xa thông qua mạng Internet thì lại khác Ở đây, các thiết bị điều khiển tự động được kết nối với nhau thành một hệ thống hoàn chỉnh qua một một thiết bị trung tâm và có thể giao tiếp với nhau về mặt dữ liệu

Hình 1.1: Mô hình smarthome

Điển hình của một hệ thống điều khiển thiết bị trong nhà từ xa thông qua mạng Internet gồm có các thiết bị đơn giản như bóng đèn, quạt máy, lò sưởi đến các thiết bị tinh vi, phức tạp như tivi, máy giặt, hệ thống báo động Nó hoạt động như một ngôi nhà thông minh Nghĩa là tất cả các thiết bị này có thể giao tiếp với nhau về mặt dữ liệu thông qua một đầu não trung tâm Đầu não trung tâm ở đây có thể là một máy vi tính hoàn chỉnh hoặc có thể là một bộ xử lí đã được lập trình sẵn tất cả các chương trình điều khiển Bình thường, các thiết bị trong ngồi nhà này có thể được điều khiển từ xa thông qua mạng Ethernet của chủ nhà Chẳng hạn như việc tắt quạt, đèn điện khi người chủ nhà quên chưa tắt trước khi ra khỏi nhà Hay chỉ với một thao tác kích, người chủ nhà có thể bật máy điều hòa để làm mát phòng trước khi về nhà trong một khoảng thời gian nhất định Bên cạnh đó nó cũng gửi thông báo cho người điều khiển biết nhiệt độ trong phòng hiện tại là bao nhiêu, đồng thời phát tín hiệu cảnh báo khi nhiệt độ phòng vượt quá giới hạn cho phép

Từ những yêu cầu thực tế, những đòi hỏi ngày càng cao của cuộc sống, cộng với sự hợp tác, phát triển mạnh mẽ của mạng di động nên em đã chọn đề tài

“Điều khiển và giám sát nhà thông minh” làm đồ án tốt nghiệp của mình để đáp ứng được nhu cầu ngày càng cao của con người và góp phần vào sự tiến bộ, văn minh, hiện đại của nước nhà

II Khảo sát, hướng đi của đề tài

1 BKAV Smarthome

Ông Nguyễn Tử Quảng, Tổng giám đốc công ty Bkis, chia sẻ cách đây nhiều năm, khi đọc thông tin về biệt thự công nghệ cao với khả năng tự điều chỉnh âm thanh, ánh sáng theo ý thích của tỷ phú Bill Gates, ông đã mong muốn có thể trang bị khả năng tự động cho các căn nhà bằng công nghệ do chính Việt Nam sản xuất

Trong Triển lãm thành tựu kinh tế - xã hội Việt Nam và Thăng Long -

Hà Nội 2010, diễn ra từ ngày 1/10 đến 6/10 tại Trung tâm triển lãm Giảng Võ -

Hà Nội, Bkav đã giới thiệu Hệ thống nhà thông minh SmartHome Đây là một trong những công trình công nghệ cao hoàn toàn do các kỹ sư và chuyên gia của Công ty đầu tư phát triển công nghệ ngôi nhà thông minh Bkav

SmartHome (công ty thành viên của Bkav) nghiên cứu và sản xuất

Hình 1.2

SmartHome khoạt động theo các k

toàn và tiết kiệm năng l

đèn sẽ tự bật nhờ thi

chỉnh ánh sáng, màu s

hoạt động, hệ thống đ

để tạo không khí của m

Ngoài ra, ngôi nhà thông minh c

hệ thống kiểm soát môi tr

nổ hay bị xâm nhập trái phép), gi

viện âm nhạc, phim,

Để điều khiểtrên giao diện cảm

tiện trong nhà hoặc đ

Tùy theo nhu ctheo những kịch bản b

vào bể cá khi vắng nhà, ho

thể gửi tin nhắn qua đ

khẳng định "nhà thông minh" không còn là khái ni

mức độ sử dụng mà m

trăm triệu đồng

Hình 1.2: Giao diện điều khiển BKAV Smarthome

SmartHome kết nối sản phẩm điện tử gia dụng thành m

ng theo các kịch bản khác nhau nhằm tạo môi trường số

m năng lượng Chẳng hạn, khi có người bước vào nhà, hthiết bị cảm biến hồng ngoại Đèn chiếu sáng còn có th

nh ánh sáng, màu sắc theo sở thích của chủ nhân Khi thiế

ng đèn tự động giảm độ sáng, rèm cửa cũng t

a một phòng chiếu phim

Ngoài ra, ngôi nhà thông minh của Bkav SmartHome còn

m soát môi trường, cảnh báo an ninh (kiểm soát các nguy c

p trái phép), giải trí đa phương tiện Multimedia (qu

c, phim, ảnh của chủ nhà)

ển các thiết bị điện tử gia dụng, người dùng có th

m ứng của máy tính bảng (tablet) được đặt ở

c điện thoại di động 3G

Tùy theo nhu cầu, người sử dụng có thể cấu hình hệ thống ho

n bất kỳ như lập trình hẹn giờ tắt đèn khi đi ng

ng nhà, hoặc nếu quên tắt TV, bếp gas, khi tới công s

n qua điện thoại di động để điều khiển thiết bị từ

nh "nhà thông minh" không còn là khái niệm xa vời, đắ

ng mà mức giá của SmartHome sẽ dao động từ vài tri

a Bkav SmartHome còn được trang bị

m soát các nguy cơ cháy,

n Multimedia (quản lý thư

dùng có thể tương tác các vị trí thuận

2 Smarthome lumi Việt Nam

độ “tiếp khách” một loạt các bóng đèn sẽ cùng bật sáng lên, hoặc khi

ra ngoài chỉ cần chạm nút “đi vắng” toàn bộ hệ thống đèn trong nhà sẽ tắt

Điều khiển và giám sát trên điện thoại, máy tính bảng: Kiểm soát

được bóng nào đang sáng, cường độ sáng là bao nhiêu % được hiển thị trên điện thoại di động hoặc máy tính bảng Bạn hoàn toàn bật hoặc tắt thiết bị đó ngay trên điện thoại

Tự động chiếu sáng:Đèn chiếu sáng sẽ tự động bật lên khi phát hiện có

chuyển động Nếu ánh sáng tự nhiên không đủ cường độ sáng, đèn sẽ tự động bật khi phát hiện có người di chuyển và tự động tắt sau 1 khoảng thời gian được cài đặt kể từ khi không phát hiện có người di chuyển

Hẹn giờ chiếu sáng: Các thiết bị chiếu sáng có thể tự động bật, tắt theo

giờ đãđược cài đặt theo ý gia chủ

Hệ thống rèm cửa tự động

Điều khiển nhiều rèm cửa cùng 1 lúc: Ngoài việc điều khiển rèm tại

chỗ như thông thường, bạn có thể điều khiển nhiều rèm cùng một lúc chỉ với 1 chạm

Hẹn giờ mở-đóng rèm: Bạn có thể tùy chỉnh thời gian đặt lịch đóng,

mở cho một hoặc nhiều rèm cùng lúc trên chính chiếc điện thoại đi động của mình

Điều khiển qua internet: Với chiếc Smartphone có kết nối Internet,

bạn có thể kiểm soát hệ thống rèm cửa nhà mình ở bất cứ lúc nào, trạng thái của từng bộ rèm đang đóng hay mở hoặc đóng mở bao nhiêu %

Hệ thống điều hòa không khí

Dễ dàng sử dụng: Bạn có thể tắt toàn bộ điều hòa chỉ với 1 chạm trên

điện thoại khi đi ra ngoài hoặc mở sẵn khi bạn gần về tới nhà

Điều khiển nhiệt độ từ xa: Bạn có thể điều chỉnh nhiệt độ của một hay

nhiều điều hòa ở bất cứ nơi nào có điện thoại hay máy tính bảng trên tay Kiểm tra nhiệt độ hiện tại của phòng trẻ em để điều chỉnh hợp lý hơn

Chủ động điều khiển bình nóng lạnh Nước ấm luôn sẵn chờ bạn: Chỉ với 1 chạm trên smartphone tại công

ty, bình nước nóng sẽ sẵn sàng chờ bạn thư giãn sau 1 ngày làm việc

Tiện nghi và tiết kiệm hơn: Có thể đặt chế độ hẹn giờ tự bật và tự tắt

mà không cần lo lắng đã bật hay tắt bình nóng lạnh hay chưa

Tận hưởng hệ thống âm thanh đa vùng

Hệ thống amply không dây: Giải pháp amply không dây công suất

35W*2, bạn có thể chơi nhạc trực tiếp từ điện thoại, máy tính bảng Có thể kết hợp các phòng cùng chơi một bài hát cùng lúc theo ý muốn

An toàn tuyệt đối với hệ thống an ninh 24/7

An ninh giám sát: Hệ thống Camera được lắp đặt tại các khu vực cần

được giám sát và hoạt động liên tục suốt ngày đêm ghi lại toàn bộ các hoạt động diễn ra hàng ngày

Chống đột nhập: Cảm biến chống đột nhập sẽ phát hiện mở cửa trái

phép, ngay lập tức, còi hú vang lên, đèn xoáy quay sáng, hệ thống chiếu sáng bật lên, toàn bộ rèm cửa mở ra… tất cả các thiết bị đều tham gia

“chống trộm” ngay khi có sự đột nhập trái phép

Automatic kiểm soát môi trường

Bảo vệ sức khỏe: Cảm biến môi trường sẽ được đặt ở vị trí thích hợp

trong nhà để đo thông số môi trường và gửi về bộ điều khiển trung tâm đồng thời hiện thị trên điện thoại di động Dựa vào tham số gửi về, bộ điều khiển trung tâm sẽ cảnh báo lên điện thoại hoặc ra lệnh đóng mở các thiết bị điều hòa nhiệt độ, máy hút ẩm, quạt thông gió hoặc bật tắt thiết bị chiếu sáng để đảm bảo môi trường sống hợp lý nhất

Qua khảo sát các hệ thống nhà thông minh trên thị trường hiện nay, đề tài của em sẽ được ứng dụng trong phạm vi mô hình nhà thông minh cơ bản ở Việt Nam Tập trung vào điều khiển các thiết bị điện và xây dụng hệ thống giám sát nhiệt độ, độ ẩm cho người sử dụng

Các thiết bị, cảm biến trong nhà sẽ được kết nối với nhau thành một hệ thống, nhận và gửi dữ liệu lên server thông qua mạng wifi gia đình Các thiết

bị trong hệ thống sẽ được lắp đặt và cài đặt một cách thuận tiện và đơn giản nhất cho người sử dụng

Các thiết bị và ứng dụng sẽ đồng bộ với nhau theo thời gian thực với độ chính xác cao và độ trễ thấp

III Mục tiêu đề tài

Xây dựng 1 hệ thống nhà thông minh gồm các chức năng:

- Giám sát trạng thái các thiết bị điện từ xa qua mạng internet

- Giám sát các thông số về nhiệt độ, độ ẩm của môi trường, cảnh báo người dùng khi nhiệt độ vượt quá ngưỡng cho phép

- Điều khiển các thiết bị điện từ xa qua mạng internet

- Hệ thống có thể cho nhiều người cùng sử dụng

IV Phương pháp nghiên cứu

Cách tiếp cận

Để đảm bảo có thể thực hiện một khối lượng công việc khá lớn là nghiên cứu chế tạo thành công hệ thống giám sát và điều khiển nhà thông minh, có độ phức tạp cao, bao gồm nhiều kỹ thuật công nghệ mới, tôi chọn một số cách tiếp cận sau:

• Tiếp cận kế thừa: nghiên cứu, khảo sát, tìm hiểu nguyên lí hoạt động, cấu

tạo của các thiết bị trong những ngôi nhà thông minh có trên thế giới và Việt Nam Trên cơ sở tiếp thu các kết quả thu thập được, xây dựng mô hình, cấu trúc thiết bị phù hợp nhất với điều kiện hiện tại Ngoài ra, những

bí quyết, kết quả được tích lũy qua những năm nghiên cứu học tập cũng sẽ

là những đảm bảo có tính thuyết phục cho đề tài này

• Tiếp cận theo hướng nghiên cứu cơ sở công nghệ: để đảm bảo tính khoa

học, tạo cơ sở cho việc thiết kế những hệ thống thiết bị, đồng thời giảm bớt

sự phụ thuộc vào các bí quyết công nghệ của các hãng nước ngoài, việc nghiên cứu thực nghiệm những thông số, quá trình công nghệ chủ yếu của thiết bị thường mang tính đặc thù trong điều kiện môi trường và con người Việt Nam là hết sức cần thiết

• Tiếp cận theo hướng thị trường: nhằm làm cho kết quả của đề tài có thể

đi vào và đứng vững lâu dài trong thị trường thiết bị nhà thông minh trong nước, có thể tiến ra thị trường ngoài nước

Phương pháp nghiên cứu

Các phương pháp nghiên cứu được sử dụng bao gồm:

• Phương pháp tham khảo tài liệu: Bằng cách thu thập thông tin từ sách,

tạp chí về điện tử, viễn thông, truy cập từ mạng internet, các đồ án của khóa trước

• Phương pháp quan sát: Khảo sát một số mạch điện từ mạng internet, khảo

sát các module điện tử có khả năng kết nối từ xa để lựa chọn phương án thiết kế sau này

• Phương pháp thực nghiệm: Thử nghiệm nhiều dạng mạch khác nhau để

từ đó chọn lọc những mạch điện tối ưu Chạy thử phần mềm trên các loại thiết bị để kiểm tra độ ổn định

CHƯƠNG II: LÝ THUYẾT LIÊN QUAN

I Tổng quan về mạng internet

1 Giới thiệu

Internet là một hệ thống thông tin toàn cầu có thể được truy nhập công cộng

gồm các mạng máy tính được liên kết với nhau Hệ thống này truyền thông tin

theo kiểu nối chuyển gói dữ liệu (packet switching) dựa trên một giao thức liên

mạng đãđược chuẩn hóa (giao thức IP) Hệ thống này bao gồm hàng ngàn

mạng máy tính nhỏ hơn của các doanh nghiệp, của các viện nghiên cứu và các

trường đại học, của người dùng cá nhân, và các chính phủ trên toàn cầu Chúng

cung cấp một khối lượng thông tin và dịch vụ khổng lồ trên internet

Hình 2.1: Mạng internet

Mạng Internet mang lại rất nhiều tiện ích hữu dụng cho người sử dụng, một

trong các tiện ích phổ thông của Internet là hệ thống thưđiện tử (email), trò

chuyện trực tuyến (chat), máy truy tìm dữ liệu (search engine), các dịch vụ

thương mãi và chuyển ngân, và các dịch vụ về y tế giáo dục như là chữa bệnh

từ xa hoặc tổ chức các lớp học ảo

Nguồn thông tin khổng lồ kèm theo các dịch vụ tương ứng chính là hệ thống các trang Web liên kết với nhau và các tài liệu khác trong WWW (World Wide Web) Trái với một số cách sử dụng thường ngày, Internet và WWW không đồng nghĩa Internet là một tập hợp các mạng máy tính kết nối với nhau bằng dây đồng, cáp quang, v.v ; còn WWW, hay Web, là một tập hợp các tài liệu liên kết với nhau bằng các siêu liên kết (hyperlink) và các địa chỉ URL, và nó

có thể được truy nhập bằng cách sử dụng Internet

2 Hoạt động của mạng internet

2.1 Các giao thức (Protocols)

Các giao thức là tập các luật mà các máy tính phải tuân theo khi giao tiếp trên Internet

- Tranmission Control Protocol (TCP): thiết lập kết nối giữa hai

máy tính để truyền tải dữ liệu, chia dữ liệu thành những gói nhỏ và đảm bảo việc truyền nhận dữ liệu TCP là giao thức hướng kết nối (connection-oriented protocol)

- User Datagram Protocol (UDP): thiết lập kết nối nhanh nhưng không chắc chắn giữa các máy tính để truyền tải dữ liệu, cung cấp ít dịch vụ để khắc phục lỗi

- Internet Protocol (IP):điều chỉnh đường đi của những gói dữ liệu

đường truyền nhận trên Internet TCP là giao thức phi kết nối (connectionless protocol)

- HTTP: cho phép trao đổi thông tin trên Internet

- FTP: cho phép truyền nhận file trên Internet

- SMTP: cho phép gửi thưđiện tử trên Internet

- POP3: cho phép nhận thưđiện tử trên Internet

TCP/IP được dùng làm giao thức chuẩn khi giao tiếp trên Internet vì nó độc lập với nền của hệ thống (platform independent) và không có tổ chức nào có quyền sở hữu giao thức này

2.2 Địa chỉ IP (IP Adress)

Internet là một mạng kết nối rộng lớn giữa các máy tính Để xác định một máy tính trên mạng này, người ta dùng một con số gọi là địa chỉ IP Địa chỉ IP gồm một tập 4 số nhỏ hơn 255 và được ngăn cách bởi các dấu ‘.’ Ví dụ: 41.212.196.197

2.3 Mô hình khách chủ (Client – Server)

Internet dựa trên mô hình khách – chủ (client – server), trong đó dữ liệu được trao đổi thông qua các trang web Trong mô hình client – server, mỗi máy tính được xác định bởi một địa chỉ Internet protocol (IP) và cả

máy tính client, server cùng chấp nhận một giao thức chungđể để giao tiếp với nhau

Trong mô hình khách - chủ, máy khách (client computer) yêu cầu thông tin từ một máy chủ (server) Máy chủ chấp nhận yêu cầu và gửi thông tin về cho máy khách Việc trao đổi thông tin này được diễn ra thông qua những trang web

2.4 Hệ thống tên miền (DNS- Domain Name System)

Mỗi máy tính trên mạng Internet được xác định bằng địa chỉ IP, nhưng con số này rất khó nhớ Để khắc phục nhược điểm này, người ta dùng

hệ thống tên miền để đặt tên cho máy tính Ví dụ: tên miền www.google.com ứng với địa chỉ IP 172.217.25.14 request web page Miền (domain) ứng với một tập các máy tính trên Internet Phần mở rộng của tên miền (domain name extension) được dùng để xác định quốc gia hay tổ chức

Hình 2.2: Giao thức TCP/IP 4.1 Tầng liên mạng (Network Interface Layer)

Tầng Liên Mạng có trách nhiệm đưa dữ liệu tới và nhận dữ liệu từ phương tiện truyền dẫn Tầng này bao gồm các thiết bị giao tiếp mạng(Card Mạng và Cáp Mạng) và chương trình cung cấp các thông tin cần thiết để có thể hoạt động, truy nhập đường truyền vật lý qua thiết bị giao tiếp mạng đó

4.2 Tầng mạng (Internet Layer)

Nằm trên tầng liên mạng Tầng này có chức năng gán địa chỉ, đóng gói

và định tuyến (Route) dữ liệu Bốn giao thức quan trọng nhất trong tầng này gồm:

IP (Internet Protocol): Có chức năng gán địa chỉ cho dữ liệu trước khi

truyền và định tuyến chúng tới đích

ARP (Address Resolution Protocol): Có chức năng biên dịch địa chỉ

IP của máy đích thành địa chỉ MAC (Media Access Control)

ICMP (Internet Control Message Protocol): Có chức năng thông báo

lỗi trong trường hợp truyền dữ liệu bị hỏng

IGMP (Internet Group Management Protocol): Có chức năng điều

khiển truyền đa hướng (Multicast)

4.3 Tầng giao vận (Transport Layer)

Có trách nhiệm thiết lập phiên truyền thông giữa các máy tính và quy định cách truyền dữ liệu 2 giao thức chính trong tầng này gồm có hai giao thức chính: TCP (Transmission Control Protocol) và UDP (User Datagram Protocol) TCP cung cấp các kênh truyền thông hướng kết nối

và đảm bảo truyền dữ liệu một cách tin cậy, nó cung cấp một luồng dữ liệu tin cậy giữa hai trạm, nó sử dụng các cơ chế như chia nhỏ các gói

tin của tầng trên thành các gói tin có kích thước thích hợp cho tầng mạng bên dưới, báo nhận gói tin, đặt hạn chế thời gian time-out để đảm bảo bên nhận biết được các gói tin đã gửi đi TCP thường truyền các gói tin có kích thước lớn và yêu cầu phía nhận xác nhận về các gói tin đã nhận Do tầng này đảm bảo tính tin cậy, tầng trên sẽ không cần quan tâm đến nữa

UDP cung cấp một dịch vụ đơn giản hơn cho tầng ứng dụng UDP cung cấp kênh truyền thông phi kết nối, nó chỉ gửi các gói dữ liệu từ trạm này tới trạm kia mà không đảm bảo các gói tin đến được tới đích Các ứng dụng dùng UDP thường chỉ truyền những gói có kích thước nhỏ, độ tin cậy dữ liệu phụ thuộc vào từng ứng dụng

4.4 Tầng ứng dụng (Application Layer)

Tầng ứng dụng là tầng trên cùng của mô hình TCP/IP bao gồm các tiến trình và các ứng dụng cung cấp cho người sử dụng để truy cập mạng Một số giao thức thông dụng trong tầng này là:

DHCP (Dynamic Host Configuration Protocol): Giao thức cấu hình

chuẩn thông dụng của WiFi hiện nay là 802.11a/b/g/n/ac/ad

Đối với các ứng dụng mà không thích hợp với việc lắp đặt cáp hoặc chi phí quá tốn kém, mạng WiFi 802.11 có thể được sử dụng trong những trường hợp sau đây:

- Kết nối hai mạng LAN trong các tòa nhà riêng biệt trên các khoảng cách xa hoặc có các chướng ngại cản trở để kết nối bằng dây cáp Việc kết nối vô tuyến giúp cho doanh nghiệp không phải thuê bao một đường dây kết nối riêng (leased line) của nhà cung cấp dịch vụ viễn thông, nhờ đó cũng tiết kiệm chi phí đáng kể

- Thiết lập tạm thời mạng WiFi 802.11 cho các tình huống khẩn cấp như hội nghị, triển lảm, hỏa hoạn, bảo lụt …

- Đảm bảo tính thẩm mỹ cho những nơi không yêu cầu lắp đặt dây cáp như trong các di tích kiến trúc

- Đảm bảo liền mạch việc kết nối mạng LAN hoặc mạng Internet khi người dùng IPad/Iphone vừa sử dụng vửa di chuyển trong phạm vi tòa nhà hoặc khu vực

- Thiết lập mạng WiFi công cộng (WiFi Hotspot) để truy cập Internet trong sân bay, khách sạn và trung tâm bán hàng

II Linh kiện

1 Module wifi esp8266

1.1 Giới thiệu

Module ESP8266 là module wifi giá rẻ và được đánh giá rất cao cho

các ứng dụng liên quan đến Internet và Wifi cũng như các ứng dụng truyền nhận sử dụng thay thế cho các module RF khác

Hình 2.4: Module esp8266-12F

Mạch tích ở High Level

ESP8266EX là một trong những dòng chip tích hợp Wifi trong lĩnh vực công nghiệp Với kích thước chỉ 5mmx5mm, ESP8266EX cần rất ít linh kiện hỗ trợ ngoài

ESP8266EX được tích hợp 32-bit Tensilica MCU, các ngoại vi cơ bản, antenna switches, RF balun, khuếch đại công suất, khuếch đại nhận nhiễu thấp (low noise), bộ lọc và các modules quản lý nguồn

32-bit Tensilica MCU

ESP8266EX tích hợp vi xửa lý Tensilica L106 32-bit (MCU) là dòng chip low-power, 16-bit RSIC, tốc độ clock cao nhất là 160 MHz Nếu hệ thống hoạt động với Real Time Operation System (RTOS) và Wi-Fi stack thì ta có khoảng 80% khả năng xử lý cho ứng dụng người dùng

Low Power Management

Với những ứng dụng cho mobile, thiết bị điện tử cẩm tay và Internet of Things (IoT), ESP8266EX hoạt động với mức tiệu thụ năng lượng rất thấp với nhưng công nghệ độc quyền Tính năng tiết kiệm năng lượng với 3 chế độ hoạt động – active mode, sleep mode và deep sleep mode,

vì vậy cho phép hiện thực những thiết bị với thời lượng Pin rất lớn

Là thiết kế bền vững

Hoạt động với dãi nhiệt khá rộng -40°C to +125°C (trong công nghiệp), ESP8266EX có thể hoạt động tốt trong môi trường công nghiệp Với sự tích hợp cao, dòng chip này hoạt động với rất ít linh kiện ngoài làm tăng

độ tin cậy, chặt chẽ và ổn định cao

1.2 Thông số kĩ thuật

- Hỗ trợ chuẩn 802.11 b/g/n

- Wi-Fi 2.4 GHz, hỗ trợ WPA/WPA2

- Chuẩn điện áp hoạt động: 3.3V

- Chuẩn giao tiếp nối tiếp UART với tốc độ Baud lên đến 115200

- Có 3 chế độ hoạt động: Client, Access Point, Both Client and Access Point

- Hỗ trợ các chuẩn bảo mật như: OPEN, WEP, WPA_PSK, WPA2_PSK, WPA-WPA2_PSK

- Hỗ trợ cả 2 giao tiếp TCP và UDP

- Làm việc như các máy chủ có thể kết nối với 5 máy con

- LED chỉ báo truyền nhận TX / RX 1.3 Khảo sát sơđồ chân và chức năng từng chân

Hình 2.5: Sơđồ chân esp8266 Chân số Tên chân Mô tả

1 Reset Chân reset

2 ADC Đọc dữ liệu đầu vào analog

3 CH_PD kích hoạt chip

4 GPIO16 Chân input/output

5 GPIO14 Chân input/output

6 GPIO12 Chân input/output

7 GPIO13 Chân input/output

17 GPIO2 Chân input/output

18 GPIO0 Chân input/output

19 GPIO4 Chân input/output

20 GPIO5 Chân input/output

21 RXD Chân nhận dữ liệu nối tiếp

22 TXD Chân phát dữ liệu nối tiếp

Bảng 2.1: Sơ đồ chân esp8266 1.4 Các chế độ hoạt động

GPIO15 GPIO0 GPIO2 Mode Comments

L H H Flash Boot từ bộ nhớ SPI (chế

độ làm việc bình thường)

Bảng 2.2: Các chế độ hoạt động esp8266

2 Module relay 4 kênh

2.1 Giới thiệu

Hình 2.6: Module relay 4 kênh

Relay 4 kênh gồm 4 rơ le hoạt động tại điện áp 5VDC, chịu được hiệu

điện thế lên đến 250VAC 10A Relay 4 kênh được thiết kế chắc chắn, khả năng cách điện tốt Trên module đã có sẵn mạch kích relay sử dụng transistor và IC cách ly quang giúp cách ly hoàn toàn mạch điều khiển (viđiều khiển) với rơ le bảo đảm vi điều khiển hoạt động ổn định Có sẵn header rất tiện dụng khi kết nối với viđiều khiển

Relay 4 kênh sử dụng chân kịch mức Thấp (0V), khi có tín hiệu 0V vào chân IN thì relay sẽ nhảy qua thường Hở của Relay, ứng dụng với relay module khá nhiều bao gồm cả điện DC hay AC

2.3 Khảo sát sơđồ chân và chức năng từng chân

Chân số Tên chân Mô tả

Bảng 2.3: Sơ đồ chân module relay 4 kênh

3 Module DHT11

3.1 Giới thiệu

Cảm biến độ ẩm và nhiệt độ DHT11 là cảm biến rất thông dụng hiện nay vì chi phí rẻ và rất dễ lấy dữ liệu thông qua giao tiếp 1 wire (giao tiếp digital 1 dây truyền dữ liệu duy nhất) Bộ tiền xử lý tín hiệu tích hợp trong cảm biến giúp bạn có được dữ liệu chính xác mà không phải qua bất kỳ tính toán nào

Hình 2.7: Cảm biến nhiệt độ, độ ẩm DHT11 3.2 Thông số kĩ thuật

- DHT11: là loại linh kiện điện tử cảm biến nhiệt độ độ ẩm

3.3 Khảo sát sơđồ chân và chức năng từng chân

- Sơđồ và chức năng chân của linh kiện điện tử DHT11

Hình 2.8: Sơ đồ chân DHT11