Luận văn tốt nghiệp Hệ thống tưới tiêu tự động (sử dụng esp32 tương tác bằng wifi)

Do đó, là một sinh viên ngành Điện – Điện Tử Viễn Thông, cần nắm bắtđược sự phát triển không ngừng của khoa học - kĩ thuật, những tiến bộ công nghệ và những ý tưởng mới lạ để có thể ứng

KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

HỆ THỐNG TƯỚI TIÊU THÔNG MINH

Ngành: KỸ THUẬT ĐIỆN – ĐIỆN TỬ.

Chuyên ngành: ĐIỆN CÔNG NGHIỆP

Giảng viên hướng dẫn :TRẦN THANH VŨ

NGUYỄN TẤN ĐẠT

1451030015

TP Hồ Chí Minh, 29 tháng 12 năm 2018

Từ trước tới nay nông nghiệp là một trong những lĩnh vực ít được áp dụngcông nghệ nhất Đặc biệt là ở những quốc gia đang phát triển và chậm phát triển,nông nghiệp gần như chỉ phụ thuộc vào kinh nghiệm canh tác của những ngườinông dân về tính mùa vụ của cây trồng, về thời tiết,… Chính vì vậy, năng suất vàhiệu suất canh tác gần như được để ngỏ, mang tính “may, rủi”.

Trong khi đó, trước những thách thức về biến đổi khí hậu, gia tăng dân sốnhanh chóng, vấn đề đảm bảo đủ lương thực, thực phẩm là một trong những tháchthức mang tính toàn cầu Và nhu cầu tự trồng, tự chăm sóc đảm bảo có thực phẩmsạch đang là xu hướng của cư dân thành thị hay các khu đô thị hiện nay Ngànhnông nghiệp phải tìm kiếm những phương thức tốt hơn để gia tăng hiệu quả sảnxuất Do đó công nghệ cần được áp dụng vào nông nghiệp nhiều hơn

Do đó, là một sinh viên ngành Điện – Điện Tử Viễn Thông, cần nắm bắtđược sự phát triển không ngừng của khoa học - kĩ thuật, những tiến bộ công nghệ

và những ý tưởng mới lạ để có thể ứng dụng vào cuộc sống hiệu quả hơn, bên cạnh

đó sâu xa hơn là thúc đẩy sự phát triển của nền nông nghiệp nước nhà nói chung vànông nghiệp tiểu canh hộ gia đình, khu đô thị nói riêng, nắm bắt và đi cùng với xuthế phát triển đó, em đã chọn đề tài “Hệ thống tưới tiêu thông minh” (Mô hình hệthống tự động chăm sóc cây trồng, tưới tiêu thông minh, giám sát cây trồng từ xa

và điều khiển thông qua smart phone” ) để làm đề tài cho đồ án tốt nghiệp đại họccủa sinh viên

Tp Hồ Chí Minh, Ngày… Tháng….Năm 2018

Sinh viên thực hiện

Lê Trần Minh Nhật Nguyễn Tấn Đạt

Qua những năm tháng học tập và rèn luyện tại Trường Đại Học Giao ThôngVận Tải thành phố Hồ Chí Minh, nhận được sự chỉ bảo và giảng dạy nhiệt tình củaquý thầy cô khoa Điện- Điện Tử Viễn Thông, khoa mà em đã gắn bó suốt 4 nămqua, đã truyền đạt cho em những kiến thức vô cùng quý báu về lý thuyết và thựctiễn trong suốt thời gian học ở giảng đường Cùng với sự nỗ lực của bản thân vàvới sự tìm tòi nghiên cứu tài liệu hay là có sự giúp đỡ dù ít hay nhiều, dù trực tiếphay gián tiếp của người khác đã góp phần giúp em hoàn thành đồ án tốt nghiệp đạihọc này

Từ những kết quả đạt được này, em xin chân thành cảm ơn: Thầy giảng viênhướng dẫn Trần Thanh Vũ đã hướng dẫn và góp ý kiến quý báu giúp em hoànthành đồ án tốt nghiệp đại học này và cùng với đó là các thầy, cô khoa Điện- Điện

Tử Viễn Thông, Trường Đại Học Giao Thông Vận Tải thành phố Hồ Chí Minh đãnhiệt tình giảng dạy và truyền đạt những kiến thức quý báu, quan trọng và cần thiếtcho em trong suốt quá trình học tập tại trường

Do kiến thức còn hạn hẹp nên không tránh khỏi những sai sót trong cách xâydựng và thực hiện đồ án tốt nghiệp đại học này Em rất mong nhận được sự thôngcảm và đóng góp ý kiến của quý thầy cô để em tiếp thu thêm để làm cho đồ án tốtnghiệp đại học của em đạt được kết quả tốt hơn nữa Em xin chân thành cảm ơn!

Họ và tên sinh viên thực hiện: Lê Trần Minh Nhật 1451030041

Nguyễn Tấn Đạt 1451030015Lớp DC14

Chuyên ngành: Điện Công Nghiệp – Khoa Điện – Điện tử viễn thông, Trường Đại Học Giao Thông Vận Tải Thành Phố Hồ Chí Minh

Nhóm em xin cam đoan về đề tài luận văn tốt nghiệp “Hệ thống tưới tiêu tự động” do TS.Trần Thanh Vũ hướng dẫn là dự án nghiên cứu của chính nhóm em thực hiện Tất cả tài liệu và vật tư sử dụng đều có nguồn gốc xuất xứ rõ ràng

Nếu có bất cứ sự gian lận nào thì nhóm em xin chịu hoàn toàn mọi trách nhiệm trước Hội Đồng, cũng như kết quả luận văn của nhóm

Tp.HCM ngày tháng năm 2018

Lê Trần Minh Nhật Nguyễn Tấn Đạt

Tp HCM, ngày… tháng… năm 2018

Giảng viên hướng dẫn

Tp HCM, ngày… tháng… năm 2018

Giảng viên phản biện

Tp HCM, ngày… tháng… năm 2018 Giảng viên hội đồng phản biện

LỜI MỞ ĐẦU 2

LỜI CÁM ƠN 3

LỜI CAM ĐOAN 4

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN 5

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN 6

NHẬN XÉT CỦA HỘI ĐỒNG BẢO VỆ 7

MỤC LỤC HÌNH ẢNH 9

MỤC LỤC BẢNG 11

CHƯƠNG I: MỞ ĐẦU 8

1.1 Đặt vấn đề 8

1.2 Mục đích nghiên cứu 9

CHƯƠNG II: TỔNG QUAN LÍ THUYẾT 11

2.1 Khái quát về IoT 11

2.1.1 Khái niệm 11

2.1.2 Xu hướng và tính chất 12

2.1.3 Ứng dụng 15

2.1.4 Một số tác nhân cản trở sự phát triển của IoT 19

2.2 ESP32 21

2.2.1 Lịch sử hình thành và khái niệm 21

2.2.2 Tổng quan về ESP32 23

2.2.3 Cấu tạo và nguyên lý làm việc của ESP32 26

2.2.4 Ứng dụng 31

2.3 Cảm biến 33

2.3.1 Tổng quan về cảm biến 33

2.3.2 Cảm biến nhiệt độ, độ ẩm DHT22 38

2.3.4 Module cảm biến ánh sáng 44

CHƯƠNG III: THIẾT KẾ VÀ XÂY DỰNG MÔ HÌNH 46

3.1 Thiết kế phần cứng 46

3.1.1 Phương án thiết kế 46

3.1.2 Sơ đồ khối phần cứng 47

3.2 Thiết kế phần mềm giám sát và ứng dụng điều khiển 58

3.2.1 Web server ThingSpeak 58

3.2.2 Ứng dụng Blynk 63

Chương IV PHỤ LỤC 8

M C L C HÌNH NH ỤC LỤC ỤC LỤC ẢN BIỆN Hình 1 Minh hoạ IoT trong nông nghiệp 8

Hình 2 Phương pháp nghiên cứu 10

Hình 3 Khái quát về IoT 11

Hình 4 Xu hướng IoT hiện tại và tương lai 14

Hình 5 Ứng dụng của IoT 16

Hình 6 Các ứng dụng mà IoT phổ biến 19

Hình 7 ESP32 22

Hình 8 Ứng dụng của Esp 23

Hình 9 Sơ đồ chân ESP32 26

Hình 10 Sơ đồ nguyên lý khối ESP32-WROVER-V1 28

Hình 11 Ngõ kết nối micro USB của ESP32 29

Hình 12 Sơ đồ nguyên lí nguồn 3.3V của ESP 29

Hình 13 Sơ đồ, thứ tự chân của ESP32 30

Hình 14 Sơ đồ mạch reset ESP32 30

Hình 16 Ứng dụng rộng rãi trong các ngôi nhà thông minh 32

Hình 17 Các thiết bị trong gia đình kết nối với SmartPhone qua Wifi 32

Hình 18 Một số loại cảm biến thông dụng 37

Hình 19 Ứng dụng của cảm biến trong công nghiệp 38

Hình 20 Cảm biến độ ẩm và nhiệt độ DHT22 39

Hình 21 Sơ đồ chân cảm biến DHT22 40

Hình 22 Kết nối DHT22 với ESP 40

Hình 23 Cảm biến độ ẩm đất 43

Hình 24 Module cảm biến ánh sáng 45

Hình 25 Sơ đồ khối phần cứng 47

Hình 26 ESP32 (LOLIN32) 48

Hình 27 Cảm biến DHT22 49

Hình 28 Chân cảm biến độ ẩm điện dung 50

Hình 29 Sơ đồ nguyên lí cảm biến độ ẩm đất 51

Hình 30 Màn hình hiển thị LCD 16x2 51

Hình 31 I2C 53

Hình 32 I2C kết nối với LCD 16x2 54

Hình 33 Module 4relay 55

Hình 34 Hình ảnh máy bơm 56

Hình 35 Đèn led chống ẩm 56

Hình 36 Quạt thông gió cho hệ thống 57

Hình 37 Tạo tài khoản đăng nhập thingspeak 58

Hình 38 Màn hình đăng nhập vào thingspeak 59

Hình 39 Tạo 1 channel mới trên thingspeak 60

Hình 40 Lấy write API Key 61

Hình 41 nhập API Key 61

Hình 43 Ứng dụng Blynk 62

Hình 44 Mô hình kết nối hoạt động của 3 thành phần trong Blynk 63

Hình 45 Màn hình đăng nhập khi vào ứng dụng Blynk 65

Hình 46 Tạo Project mới trong Blynk 66

Hình 47 Tạo Gauge cho hiển thị biến ánh sáng 67

Hình 48 Tạo nút nhấn trong Blynk 68

Hình 49 Lấy Auth Tokens từ blynk 69

Hình 50 Hoàn thiện các chỉ số về Blynk 70

M C L C B NG ỤC LỤC ỤC LỤC ẢN BIỆN Bảng 2.2 các chân chức năng của esp32 26

Bảng 2.3 So sánh cảm nhận của cảm biến qua giác quan 33

Bảng 2.4 Sơ đồ chân DHT22 40

Bảng 2.5 Bảng thứ tự chân cảm biến ánh sáng 45

Bảng 3.1: Kết nối chân DHT22 với ESP32 49

Bảng 3.2: Kết nối cảm biến độ ẩm với ESP32 50

Bảng 3.3: Sơ đồ chân và giá trị các chân của LCD 16x4 52

Bảng 3.4: kết nối chân nodeMCU với module điều khiển giao tiếp I2C 55

CH ƯƠN NG I: M Đ U Ở ĐẦU ẦU

1.1 Đặt vấn đề

Nông nghiệp ở nước ta là một trong những lĩnh vực ít được áp dụng côngnghệ Nông nghiệp gần như chỉ phụ thuộc vào kinh nghiệm của những người nôngdân, giống cây trồng, thời tiết,… chính vì thế nên năng suất phụ thuộc rất nhiềuvào những yếu tố trên, khiến sản lượng không cao, tốn nhiều nhân công, chấtlượng vì thế mà bị thuyên giảm Và có một số cá nhân, tổ chức lợi dụng sự khókhăn đó để vụ lợi bằng các hình thức sử dụng các loại thuốc tăng trưởng, thúc đẩy,rút ngắn thời gian canh tác vào các loại cây trồng gây ảnh hưởng sức khỏe cộngđồng Đây cũng là một vấn đề hết sức nhức nhối trong xã hội hiện nay

Trong khi đó, trước những thách thức về biến đổi khí hậu, gia tăng dân sốnhanh chóng, vấn đề đảm bảo đủ lương thực, thực phẩm thiết yếu là một trongnhững thách thức mang tính toàn cầu Ngành nông nghiệp phải tìm kiếm nhữngphương thức tốt hơn để gia tăng hiệu quả sản xuất Cách duy nhất chính là áp dụngcông nghệ mới vào hoạt động sản xuất, canh tác

Trong bối cảnh ngày nay xã hội càng lo ngại về chất lượng cũng như an toànthực phẩm Điều then chốt trong việc giải quyết lo ngại này và góp phần thúc đẩynâng cao chất lượng, sản lượng sản phẩm nông nghiệp, là việc nâng cao tính minhbạch, chuyên nghiệp, và khoa học của chuỗi sản xuất nông nghiệp IoT đóng vaitrò lớn trong việc giúp sự minh bạch và chuyên nghiệp này trở nên đáng tin cậyhơn

Hình 1 Minh ho IoT trong nông nghi p ạ IoT trong nông nghiệp ệp

Chính vì vậy, người tiêu dùng sản phẩm nông nghiệp cũng nên chờ mongvào ứng dụng IoT và việc đưa các ứng dụng IoT vào ngành nông nghiệp sẽ giúpminh chứng rõ nhất cho việc IoT đem lại hiệu quả to lớn như thế nào Đó chính là

lý do mà nông nghiệp là lĩnh vực đang được quan tâm đầu tư và được nhiều startuplựa chọn để gọi vốn

1.2 Mục đích nghiên cứu

Mục đích tổng thể của nghiên cứu: thiết kế, xây dựng mô hình vườn giám sátđiều kiện môi trường cây trồng, tự động bơm tưới thông minh, điều khiển từ xathông qua Smart Phone phù hợp với cây trồng trong nhà tại các khu đô thị hay cáckhu vườn quy mô vừa và nhỏ Với các mục tiêu cụ thể:

- Tự động: hệ thống vườn điều khiển bơm tưới thông minh có chức năng tự

động, giảm thiểu tối đá sức ảnh hưởng từ sức lao động

- Năng suất, hiệu quả: có năng suất khá cao, hiệu quả lớn, khi cây được chăm

sóc theo nhu cầu của chính cây trồng dựa trên các yếu tố của môi trườngtrồng như nhiệt độ, độ ẩm hay độ ẩm trong đất

- Tiết kiệm được thời gian: Giảm thiểu tối đa công sức và thời gian chăm sóc

cho con người

- Kinh tế: Mô hình vườn thông minh được thiết kế với các bộ phận, linh kiện

và công nghệ tối giản nhất nhằm vừa có thể đáp ứng được yêu cầu và vừatiết kiệm chi phí để làm sao cho mô hình vừa có hiệu quả vừa không gây tốnkém kinh tế

- An toàn: cây được trồng hoàn toàn nhờ dinh dưỡng từ các chất hữu cơ có từ

đất, không có bất kì loại thuốc hay phân bón nào

- Chủ động: người trồng chủ động về thời gian, cây trồng, chăm sóc, giám sát

ở mọi lúc mọi nơi

Phương pháp nghiên cứu:

Nhóm tiến hành các phương pháp nghiên cứu dựa trên các nền tảng có sẵntheo các bước như sơ đồ sau:

Hình 2 Ph ương pháp nghiên cứu ng pháp nghiên c u ứu

CHƯƠNG II: TỔNG QUAN LÍ THUYẾT

2.1 Khái quát về IoT

2.1.1 Khái niệm

Mạng lưới vạn vật kết nối Internet hoặc là Mạng lưới thiết bị kết nối Internetviết tắt là IoT ( Internet of Things) là một kịch bản của thế giới, khi mà mỗi đồ vật,con người được cung cấp một định danh của riêng mình, và tất cả có khả năngtruyền tải, trao đổi thông tin, dữ liệu qua một mạng duy nhất mà không cần đến sựtương tác trực tiếp giữa người với người, hay người với máy tính IoT đã phát triển

từ sự hội tụ của công nghệ không dây, công nghệ vi cơ điện tử và Internet Nói đơngiản là một tập hợp các thiết bị có khả năng kết nối với nhau, với Internet và vớithế giới bên ngoài để thực hiện một công việc nào đó

Hình 3 Khái quát v IoT ề IoT

Một vật trong IoT có thể là một người với một trái tim cấy ghép; một độngvật ở trang trại với bộ chip sinh học; một chiếc xe với bộ cảm ứng tích hợp cảnhbáo tài xế khi bánh xe xẹp hoặc bất kỳ vật thể tự nhiên hay nhân tạo nào mà có thểgán được một địa chỉ IP và cung cấp khả năng truyền dữ liệu thông qua mạng lưới.Cho đến nay, IoT là những liên kết máy-đến-máy (M2M) trong ngành sản xuất,

công nghiệp năng lượng, kỹ nghệ xăng dầu Khả năng sản phẩm được tích hợpmáy-đến-máy thường được xem như là thông minh.

2.1.2 Xu hướng và tính chất

• Thông minh:

Sự thông minh và tự động trong điều khiển thực chất không phải là mộtphần trong ý tưởng về IoT Các máy móc có thể dễ dàng nhận biết và phản hồi lạimôi trường xung quanh (ambient intelligence), chúng cũng có thể tự điều khiểnbản thân (autonomous control) mà không cần đến kết nối mạng Tuy nhiên, trongthời gian gần đây người ta bắt đầu nghiên cứu kết hợp hai khái niệm IoT vàautonomous control lại với nhau Tương lai của IoT có thể là một mạng lưới cácthực thể thông minh có khả năng tự tổ chức và hoạt động riêng lẻ tùy theo tìnhhuống, môi trường, đồng thời chúng cũng có thể liên lạc với nhau để trao đổi thôngtin, dữ liệu

Việc tích hợp trí thông minh vào IoT còn có thể giúp các thiết bị, máy móc,phần mềm thu thập và phân tích các dấu vết điện tử của con người khi chúng tatương tác với những thứ thông minh, từ đó phát hiện ra các tri thứcmới liên quantới cuộc sống, môi trường, các mối tương tác xã hội cũng như hành vi con người

• Kiến trúc dựa trên sự kiện:

Các thực thể, máy móc trong IoT sẽ phản hồi dựa theo các sự kiện diễn ratrong lúc chúng hoạt động theo thời gian thực Một số nhà nghiên cứu từng nóirằng một mạng lưới các sensor chính là một thành phần đơn giản của IoT

• Là một hệ thống phức tạp:

Trong một thế giới mở, IoT sẽ mang tính chất phức tạp bởi nó bao gồm mộtlượng lớn các đường liên kết giữa những thiết bị, máy móc, dịch vụ với nhau,ngoài ra còn bởi khả năng thêm vào các nhân tố mới

• Kích thước:

Một mạng lưới IoT có thể chứa đến 50 đến 100 nghìn tỉ đối tượng được kếtnối và mạng lưới này có thể theo dõi sự di chuyển của từng đối tượng Một con

người sống trong thành thị có thể bị bao bọc xung quanh bởi 1000 đến 5000 đốitượng có khả năng theo dõi.

• Vấn đề không gian, thời gian:

Trong IoT, vị trí địa lý chính xác của một vật nào đó là rất quan trọng Hiệnnay, Internet chủ yếu được sử dụng để quản lý thông tin được xử lý bởi con người

Do đó những thông tin như địa điểm, thời gian, không gian của đối tượng khôngmấy quan trọng bởi người xử lý thông tin có thể quyết định các thông tin này cócần thiết hay không, và nếu cần thì họ có thể bổ sung thêm Trong khi đó, IoT về lýthuyết sẽ thu thập rất nhiều dữ liệu, trong đó có thể có dữ liệu thừa về địa điểm, vàviệc xử lý dữ liệu đó được xem như không hiệu quả Ngoài ra, việc xử lý một khốilượng lớn dữ liệu trong thời gian ngắn đủ để đáp ứng cho hoạt động của các đốitượng cũng là một thách thức hiện nay

• Luồng năng lượng mới:

Hiện nay, IoT đang trải qua giai đoạn phát triển "bộc phát" và điều này xảy

ra nhờ vào một số nhân tố, trong đó gồm IPv6, 4G, chi phí, tính sẵn có của côngnghệ Gary Atkinson, Giám đốc tiếp thị sản phẩm nhúng của ARM cho rằng, đã cónhiều thiết bị chứng tỏ rằng có thể thu thập dữ liệu và truyền tải dữ liệu trên mạngnhưng chỉ có giá khoảng 40USD/sản phẩm Hiện nay, chúng ta có thể nhìn thấycác bộ vi điều khiển 32-bit nền tảng ARM có giá dưới chỉ trên dưới 1USD (chỉ ở23.000 đồng - thời giá tháng 4/2017) Với bộ vi điều khiển này, bạn có thể làmnhiều điều trên đó Thu thập và truyền dữ liệu rẻ hơn nhiều: chỉ 50 xu cho một bộ

vi điều khiển 32-bit của ARM

ARM đã "nhanh chân" trong việc nhận ra rằng, ổ đĩa có xu hướng sử dụngcác bộ vi điều khiển 32-bit là giải pháp cho những người có ý định thực hiện một

số quyết định của riêng họ theo một cách tự động Gary tin rằng, khả năng của các

bộ vi điều khiển này ngày càng tăng, điều này có nghĩa là người dùng có thể làmnhững điều mà trước đây là bất khả

Trong 5 năm tiếp theo, bạn sẽ thấy ngày càng có nhiều thiết bị trên thịtrường Những thách thức đang diễn ra là quản lý dữ liệu và chuyển sang IPv6(IPv6 đã sẵn sàng và chạy với địa chỉ đã được cấp phát IPv4 đã cạn kiệt và 2011chỉ còn lại những địa chỉ cuối cùng)

Axel Pawlik, Giám đốc Quản lý của RIPE NCC lý giải tại sao IPv6 cần thiếtcho tương lai của IoT, với IPv6 chúng ta sẽ có lượng địa chỉ phong phú và điều này

sẽ mở ra khả năng gán địa chỉ cho mỗi thiết bị (gadget) và chip Các giải pháp sẽ

dễ dàng và đơn giản hơn, rõ ràng hơn, có thể phục hồi đến từng mục địa chỉ riêng,

và phạm vi phát triển vô cùng to lớn

Lan Pearson, nhà tương lai học với thành tích ấn tượng tại những hãng như

BT, Canon và Fujitsu cho rằng, những gì mà chúng ta thấy ở đây là chưa có tiền lệhội tụ và phát triển nhanh chóng, không giống như bất kỳ điều gì chúng ta từngthấy trước đó Động lực cho việc này chính là áp lực hướng đến công nghệ mới, đểgiúp chúng ta tạo ra những chiếc máy tính nhanh hơn, những ổ đĩa có tốc độ quaynhanh hơn

Hình 4 Xu h ướng IoT hiện tại và tương lai ng IoT hi n t i và t ệp ạ IoT trong nông nghiệp ương pháp nghiên cứu ng lai

2.1.3 Ứng dụng

Theo Gartner, Inc (một công ty nghiên cứu và tư vấn công nghệ), sẽ có gần

26 tỷ thiết bị trên IoT vào năm 2020 ABI Research ước tính rằng hơn 30 tỷ thiết bị

sẽ được kết nối không dây với "Kết nối mọi thứ" (Internet of Everything) vào năm

2020 Theo một cuộc khảo sát và nghiên cứu gần đây được thực hiện bởi Dự ánInternet Pew Research, một phần lớn các chuyên gia công nghệ đã hưởng ứngtham gia sử dụng Internet of Things với 83% đồng ý quan điểm cho rằng Internet /Cloud of Things, nhúng và tính toán đeo (và các hệ thống năng động, tương ứng)

sẽ có tác động rộng rãi và mang lại lợi ích đến năm 2025 Như vậy, rõ ràng là IoT

sẽ bao gồm một số lượng rất lớn các thiết bị được kết nối với Internet

Tích hợp với mạng Internet có nghĩa rằng thiết bị này sẽ sử dụng một địa chỉ

IP như là một định danh duy nhất Tuy nhiên, do sự hạn chế không gian địa chỉ củaIPv4 (cho phép 4,3 tỷ địa chỉ duy nhất), các đối tượng trong IOT sẽ phải sử dụngIPv6 để phù hợp với không gian địa chỉ cực kỳ lớn cần thiết Các đối tượng trongIoT sẽ không chỉ có các thiết bị có khả năng cảm nhận xung quanh, mà còn cungmột mức độ lớn, tương lai của Internet of Things sẽ không thể không có sự hỗ trợcủa IPv6; và do đó việc áp dụng toàn cầu của IPv6 trong những năm tới sẽ rất quantrọng cho sự phát triển thành công của IOT trong tương lai

Khả năng kết nối vào mạng của thiết bị nhúng với CPU, bộ nhớ giới hạn vànăng lượng bền bỉ IoT được ứng dụng trong hầu hết các lĩnh vực Hệ thống nhưvậy có thể có nhiệm vụ thu thập thông tin trong các thiết lập khác nhau, từ các hệsinh thái tự nhiên cho các tòa nhà và các nhà máy, do đó việc tìm kiếm các ứngdụng trong lĩnh vực cảm biến môi trường và quy hoạch đô thị

Mặt khác, hệ thống IoT cũng có thể thực hiện các hành động, không chỉ cảmnhận mọi thứ xung quanh Hệ thống mua sắm thông minh, ví dụ, có thể theo dõithói quen người dùng cần ở một cửa hàng bằng cách theo dõi điện thoại di độngcủa họ Người dùng sau đó có thể được cung cấp các cập nhật trên sản phẩm yêuthích của họ, hoặc thậm chí là vị trí của các mục mà họ cần, hay tủ lạnh mà họthích Tất cả đã tự động chuyển vào điện thoại, ví dụ bổ sung các cảm biến trongcác ứng dụng phản ứng lại với nhiệt độ môi trường, điện và quản lí năng lượng,cũng như hổ trợ hành trình của hệ thống giao thông vận tải

Tuy nhiên, các ứng dụng của IoT không chỉ giới hạn trong các lĩnh vực này.Trường hợp sữ dụng chuyên ngành khác của IoT cũng có thể tồn tại Một cái nhìntổng quan về một số lĩnh vực ứng dụng nổi bật nhất được cung cấp ở đây Dựa trênmiền ứng dụng, sản phẩm IoT có thể được chia thành năm loại khác nhau: Thiêt bịđeo thông minh, nhà thông minh, thành phố thông minh, môi trường thông minh vàdoanh nghiệp thông minh Các sản phẩm và giải pháp IoT trong mỗi thị trường cóđặc điểm khác nhau.

Hình 5 ng d ng c a IoT Ứng dụng của IoT ụng của IoT ủa IoT

IoT có ứng dụng rộng vô cùng, có thể kể ra một số thứ như sau:

- Quản lý chất thải.

- Quản lý và lập kế hoạch quản lý đô thị.

- Quản lý môi trường.

- Phản hồi trong các tinh huống khẩn cấp.

- Mua sắm thông minh.

- Quản lý các thiết bị cá nhân.

- Đồng hồ đo thông minh.

- Tự động hóa ngôi nhà.

Một trong những vấn đề với IoT đó là khả năng tạo ra một ứng dụng IoT nhanhchóng Để khắc phục, hiện nay nhiều hãng, công ty, tổ chức trên thế giới đangnghiên cứu các nền tảng giúp xây dựng nhanh ứng dụng dành cho IoT Đại họcBritish Columbia ở Canada hiện đang tập trung vào một bộ toolkit cho phép pháttriển phần mềm IoT chỉ bằng các công nghệ/tiêu chuẩn Web cũng như giao thứcphổ biến Công ty như ioBridge thì cung cấp giải pháp kết nối và điều khiển hầunhư bất kì thiết bị nào có khả năng kết nối Internet, kể cả đèn bàn, quạt máy Broadcom mới đây cũng đã giới thiệu hai con chip có mức tiêu thụ điện thấp vàgiá rẻ dành cho các thiết bị "Internet of things" SoC đầu tiên, BCM4390, được tíchhợp một bộ thu phát sóng Wi-Fi 802.11 b/g/n hiệu suất cao để có thể dùng với các

vi điều khiển 8 hoặc 16-bit Broadcom nói rằng sản phẩm này có thể dùng trongcác nồi nấu ăn thông minh, bóng đèn, hệ thống an ninh cũng như các thiết bị giadụng có khả năng điều khiển và quản lý từ xa SoC thứ hai, BCM20732, thì đượctích hợp bộ thu phát tín hiệu Bluetooth và nhắm đến những máy móc như bộ đonhịp tim, bộ đo bước chạy, thiết bị cảnh báo khi có vật gì đến gần hoặc ổ khóa cửathông minh Broadcom cũng đã đóng góp các tập lệnh phần mềm hỗ trợ cho cảcông nghệ Bluetooth thường và Bluetooth Smart vào dự án Android Open Source(AOSP) Hiện bản mẫu của hai con chip này đang được giao đến đối tác phần cứng

và dự kiến sẽ được sản xuất đại trà trong quý 4 năm nay

để kiểm soát cơ sở hạ tầng quan trọng như cầu để cung cấp truy cập vào tàu Cách

sử dụng của các thiết bị iốt để theo dõi và hạ tầng hoạt động có khả năng cải thiệnquản lý sự cố và phối hợp ứng phó khẩn cấp, và chất lượng dịch vụ, tăng lần vàgiảm chi phí hoạt động trong tất cả các lĩnh vực cơ sở hạ tầng liên quan Ngay cảcác lĩnh vực như quản lý chất thải đứng được hưởng lợi từ tự động hóa và tối ưuhóa có thể được đưa vào bởi IoT

• Xây dựng và tự động hóa nhà:

Thiết bị IoT có thể được sử dụng để giám sát và kiểm soát các hệ thống cơ khí,điện và điện tử được sử dụng trong nhiều loại hình tòa nhà (ví dụ, công cộng và tưnhân, công nghiệp, các tổ chức, hoặc nhà ở) Hệ thống tự động hóa, như các tòanhà tự động hóa hệ thống, thường được sử dụng để điều khiển chiếu sáng, sưởi ấm,thông gió, điều hòa không khí, thiết bị, hệ thống thông tin liên lạc, giải trí và cácthiết bị an ninh gia đình để nâng cao sự tiện lợi, thoải mái, hiệu quả năng lượng và

an ninh

• Giao thông:

Các sản phẩm IoT có thể hỗ trợ trong việc tích hợp các thông tin liên lạc, kiểmsoát và xử lý thông tin qua nhiều hệ thống giao thông vận tải Ứng dụng của IoT

mở rộng đến tất cả các khía cạnh của hệ thống giao thông, tức là xe, cơ sở hạ tầng,

và người lái xe hoặc sử dụng Năng động, tương tác giữa các thành phần của một

hệ thống giao thông vận tải cho phép truyền thông giữa nội và xe cộ, điều khiểngiao thông thông minh, bãi đậu xe thông minh, hệ thống thu phí điện tử, quản lýđội xe, điều khiển xe, an toàn và hỗ trợ đường bộ

 Còn rất nhiều các ứng dụng từ nhỏ đến lớn khác mà IoT có thể tạo nên và đềtài cũng đang ứng dụng IoT vào nghiên cứu và xây dựng mô hình IoT trongnông nghiệp

Hình 6 Các ng d ng mà IoT ph bi n ứu ụng của IoT ổ biến ến

2.1.4 Một số tác nhân cản trở sự phát triển của IoT

• Chưa có một ngôn ngữ chung

Ở mức cơ bản nhất, Internet là một mạng dùng để nối thiết bị này với thiết bịkhác Nếu chỉ riêng có kết nối không thôi thì không có gì đảm bảo rằng các thiết bịbiết cách nói chuyện nói nhau Ví dụ, bạn có thể đi từ Việt Nam đến Mỹ, nhưngkhông đảm bảo rằng bạn có thể nói chuyện với người Mỹ

Để các thiết bị có thể giao tiếp với nhau, chúng sẽ cần một hoặc nhiều giao thức(protocols), có thể xem là một thứ ngôn ngữ chuyên biệt để giải quyết một tác vụnào đó Chắc chắn bạn đã ít nhiều sử dụng một trong những giao thức phổ biếnnhất thế giới, đó là HyperText Transfer Protocol (HTTP) để tải web Ngoài rachúng ta còn có SMTP, POP, IMAP dành cho email, FTP dùng để trao đổi file.Những giao thức như thế này hoạt động ổn bởi các máy chủ web, mail và FTPthường không phải nói với nhau nhiều, khi cần, một phần mềm biên dịch đơn giản

sẽ đứng ra làm trung gian để hai bên hiểu nhau Còn với các thiết bị IoT, chúngphải đảm đương rất nhiều thứ, phải nói chuyện với nhiều loại máy móc thiết bị

khác nhau Đáng tiếc rằng hiện người ta chưa có nhiều sự đồng thuận về các giaothức để IoT trao đổi dữ liệu Nói cách khác, tình huống này gọi là "giao tiếp thấtbại", một bên nói nhưng bên kia không thèm (và không thể) nghe.

• Hàng rào subnetwork

Như đã nói ở trên, thay vì giao tiếp trực tiếp với nhau, các thiết bị IoT hiện naychủ yếu kết nối đến một máy chủ trung tâm do hãng sản xuất một nhà phát triểnnào đó quản lý Cách này cũng vẫn ổn thôi, những thiết bị vẫn hoàn toàn nóichuyện được với nhau thông qua chức năng phiên dịch của máy chủ rồi Thếnhưng mọi chuyện không đơn giản như thế, cứ mỗi một mạng lưới như thế tạothành một subnetwork riêng, và buồn thay các máy móc nằm trong subnetwork nàykhông thể giao tiếp tốt với subnetwork khác

Lấy ví dụ như xe ô tô chẳng hạn Một chiếc Ford Focus có thể giao tiếp cực kìtốt đến các dịch vụ và trung tâm dữ liệu của Ford khi gửi dữ liệu lên mạng Nếumột bộ phận nào đó cần thay thế, hệ thống trên xe sẽ thông báo về Ford, từ đó hãngtiếp tục thông báo đến người dùng Nhưng trong trường hợp chúng ta muốn tạo ramột hệ thống cảnh báo kẹt xe thì mọi chuyện rắc rối hơn nhiều bởi xe Ford đượcthiết lập chỉ để nói chuyện với server của Ford, không phải với server của Honda,Audi, Mercedes hay BMW Lý do cho việc giao tiếp thất bại? Chúng ta thiếu đimột ngôn ngữ chung Và để thiết lập cho các hệ thống này nói chuyện được vớinhau thì rất tốn kém, đắt tiền

Một số trong những vấn đề nói trên chỉ đơn giản là vấn đề về kiến trúc mạng,

về kết nối mà các thiết bị sẽ liên lạc với nhau (Wifi, Bluetooth, NFC, ) Nhữngthứ này thì tương đối dễ khắc phục với công nghệ không dây ngày nay Còn vớicác vấn đề về giao thức thì phức tạp hơn rất nhiều, nó chính là vật cản lớn và trựctiếp trên còn đường phát triển của Internet of Things

• Có quá nhiều "ngôn ngữ địa phương"

Bây giờ giả sử như các nhà sản xuất xe ô tô nhận thấy rằng họ cần một giaothức chung để xe của nhiều hãng có thể trao đổi dữ liệu cho nhau và họ đã pháttriển thành công giao thức đó Thế nhưng vấn đề vẫn chưa được giải quyết Nếucác trạm thu phí đường bộ, các trạm bơm xăng muốn giao tiếp với xe thì sao? Mỗimột loại thiết bị lại sử dụng một "ngôn ngữ địa phương" riêng thì mục đích của IoT

vẫn chưa đạt được đến mức tối đa Đồng ý rằng chúng ta vẫn có thể có một trạmkiểm soát trung tâm, thế nhưng các thiết bị vẫn chưa thật sự nói chuyện được vớinhau.

• Tiền và chi phí

Cách duy nhất để các thiết bị IoT có thể thật sự giao tiếp được với nhau đó làkhi có một động lực kinh tế đủ mạnh khiến các nhà sản xuất đồng ý chia sẻ quyềnđiều khiển cũng như dữ liệu mà các thiết bị của họ thu thập được Hiện tại, cácđộng lực này không nhiều Có thể xét đến ví dụ sau: một công ty thu gom rácmuốn kiểm tra xem các thùng rác có đầy hay chưa Khi đó, họ phải gặp nhà sảnxuất thùng rác, đảm bảo rằng họ có thể truy cập vào hệ thống quản lý của từngthùng một Điều đó khiến chi phí bị đội lên, và công ty thu gom rác có thể đơn giảnchọn giải pháp cho một người chạy xe kiểm tra từng thùng một

2.2 ESP32.

2.2.1 Lịch sử hình thành và khái niệm

NodeMCU được tạo ra ngay sau khi ESP8266 ra mắt Vào ngày 30 tháng 12năm 2013, Espressif Systems đã bắt đầu sản xuất ESP8266 ESP8266 là một Wi-FiSoC (System on Chip) tích hợp với một lõi Tensilica Xtensa LX106, được sử dụngrộng rãi trong các ứng dụng IoT NodeMCU bắt đầu vào ngày 13 tháng 10 năm

2014, khi cam kết tệp đầu tiên của phần mềm nodemcu đến GitHub Hai tháng sau,

dự án mở rộng bao gồm một nền tảng phần cứng mở khi nhà phát triển Huang R đãtạo ra tệp gerber của một bảng ESP8266, đặt tên devkit v0.9 Cuối tháng đó, Tuan

PM đã chuyển thư viện khách hàng MQTT (MQ Telemetry Transport or MessageQueue Telemetry Transport) từ Contiki sang nền tảng SoC của ESP8266 và camkết dự án NodeMCU, sau đó NodeMCU đã có thể hỗ trợ giao thức IQ của MQTT,

sử dụng Lua để truy cập vào môi giới MQTT Một bản cập nhật quan trọng đượcthực hiện vào ngày 30 Tháng Một 2015, khi Devsaurus chuyển các u8glib cho dự

án NodeMCU, cho phép NodeMCU dễ dàng kết nối LCD, màn hình, màn hìnhOLED, thậm chí màn hình VGA

Vào mùa hè năm 2015, những người sáng tạo đã từ bỏ dự án phần mềm vàmột nhóm các nhà đóng góp độc lập nhưng đã dành riêng Đến mùa hè năm 2016,NodeMCU bao gồm hơn 40 mô-đun khác nhau Do hạn chế nguồn lực, người dùngcần chọn các mô đun có liên quan đến dự án của họ và xây dựng một phần mềmphù hợp với nhu cầu.

Như vậy: ESP8266 được định nghĩa là một chip Wi-Fi chi phí thấp với đầy

đủ giao thức TCP / IP và vi điều khiển (MCU). Vậy đâu là sự lựa chọn tiếp theosau ESP8266 ? Câu trả lời từ nhà sản xuất ESP (espressif.com) đó là : “ESP32”

Hình 7 ESP32

NodeMCU là một nền tảng IoT nguồn mở Nó bao gồm phần mềm chạy trênESP5266 Wi-Fi SoC của Espressif Systems và phần cứng dựa trên mô đunESP-12 Thuật ngữ "NodeMCU" mặc định đề cập đến là bộ công cụ phát triển.ESP32 còn được phát triển hơn, dễ sử dụng hơn

Hình 8 ng d ng c a Esp Ứng dụng của IoT ụng của IoT ủa IoT

2.2.2 Tổng quan về ESP32

ESP32 là một loạt các hệ thống năng lượng thấp, chi phí thấp trên bộ vi điềukhiển chip tích hợp Wi-Fi và Bluetooth chế độ kép Loạt ESP32 sử dụngmột Tensilica Xtensa LX6 bộ vi xử lý trong cả hai lõi kép và lõi đơn biến và baogồm trong xây dựng ăng ten bị chuyển mạch, RF balun , khuếch đại công suất, độ

ồn thấp nhận được khuếch đại, bộ lọc và các module quản lý điện

ESP32 được tạo ra và phát triển bởi Espressif Systems , một công ty TrungQuốc có trụ sở tại Thượng Hải và được sản xuất bởi TSMC bằng quytrình 40nm của họ Nó là sự kế thừa cho ESP8266 vi điều khiển

Các tính năng của ESP32 bao gồm:

 Wi-Fi: 802.11 b / g / n

 Bluetooth: v4.2 BR / EDR và BLE

 Giao diện ngoại vi:

 ADC ADC 12 bit lên đến 18 kênh

 2 × 8-bit DACs

 Cảm biến cảm ứng 10 × ( GPIO cảm biến điện dung )

 Cảm biến nhiệt độ

 4 × SPI

 Giao diện 2 × I²S

 Giao diện 2 × I²C

 3 × UART

 Bộ điều khiển máy chủ SD / SDIO / CE-ATA / MMC / eMMC

 Bộ điều khiển nô lệ SDIO / SPI

 Giao diện Ethernet MAC với hỗ trợ Giao thức thời gian chínhxác DMA và IEEE 1588

 CÓ THỂ xe buýt 2.0

 Bộ điều khiển từ xa hồng ngoại (TX / RX, tối đa 8 kênh)

 Động cơ PWM

 LED PWM (tối đa 16 kênh)

 Cảm biến hiệu ứng hall

 Bộ khuếch đại tiền tương tự công suất cực thấp

 OTP 1024 bit, tối đa 768 bit cho khách hàng

 Tăng tốc phần cứng mật mã: AES , SHA-2 , RSA , mật mã đườngcong elip (ECC), trình tạo số ngẫu nhiên (RNG)

 Quản lý năng lượng:

 Điều chỉnh bỏ học nội bộ

 Miền sức mạnh cá nhân cho RTC

 5uA hiện tại giấc ngủ sâu

 Thức dậy từ ngắt GPIO, hẹn giờ, đo ADC, ngắt cảm biến điệndung

Lập trình:

Ngôn ngữ lập trình, khung, nền tảng và môi trường được sử dụng cho lập trìnhESP32:

 Arduino IDE với Lõi Arduino ESP32

 Khung phát triển Espressif IoT - Khung phát triển chính thức của Espressifcho ESP32

 Khung phát triển lưới Espressif

 Espruino - SDK JavaScript và chương trình cơ sở mô phỏng chặt chẽNode.js

 Lua RTOS cho ESP32

 Mongoose OS - Một hệ điều hành cho các sản phẩm được kết nối trên viđiều khiển; có thể lập trình bằng JavaScript hoặc C Một nền tảng được đề xuấtbởi Espressif Systems, AWS IoT và Google Cloud IoT

 mruby cho ESP32

 Hệ sinh thái PlatformIO và IDE

 Pymakr IDE - IDE được thiết kế để sử dụng với các thiết bị Pycom; xử lýcác nâng cấp firmware và bao gồm bảng điều khiển REPL của MicroPython

 Nền tảng lập trình nhúng Simba

 IDE hệ sinh thái dựa trên nền tảng Whitecat

 MicroPython

 Zerynth - Python cho IoT và vi điều khiển, bao gồm cả ESP32

Sử dụng thương mại và công nghiệp của ESP32:

 Sử dụng trong các thiết bị thương mại

 Vòng đeo tay IoT LED của Tập đoàn Alibaba , được sử dụng bởinhững người tham gia tại cuộc họp mặt thường niên năm 2017 của nhóm Mỗidây đeo cổ tay hoạt động như một "pixel", nhận lệnh để điều khiển ánh sángLED phối hợp, cho phép hình thành một "màn hình sống và không dây"

 M1 của DingTalk, một hệ thống theo dõi sinh trắc học

 LIFX Mini, một loạt các bóng đèn LED dựa trên điều khiển từ xa

 Pium, một hương thơm nhà và thiết bị hương liệu

 HardKernel's Odroid Go, bộ thiết bị chơi game cầm tay dựa trênESP32 được sản xuất để kỷ niệm 10 năm của Odroid

 Sử dụng trong các thiết bị công nghiệp

 Các mô-đun Moduino X series X1 và X2 của TECHBASE là các máy tínhdựa trên ESP32-WROVER / ESP32-WROVER-B để tự động hóa và giám sátcông nghiệp, hỗ trợ đầu vào / đầu ra kỹ thuật số, đầu vào analog và giao diệnmạng máy tính khác nhau

2.2.3 Cấu tạo và nguyên lý làm việc của ESP32

Hình 9 S đ chân ESP32 ơng pháp nghiên cứu ồ chân ESP32.

B ng 2.2 các chân ch c năng c a esp32 ảng 2.2 các chân chức năng của esp32 ức năng của esp32 ủa esp32.

ND 1 P Ground

3V3 2 P Power supply

EN 3 I Module-enable signal Active high.

SENSOR_VP 4 I GPIO36, ADC1_CH0, RTC_GPIO0

SENSOR_VN 5 I GPIO39, ADC1_CH3, RTC_GPIO3

IO34 6 I GPIO34, ADC1_CH6, RTC_GPIO4

IO35 7 I GPIO35, ADC1_CH7, RTC_GPIO5

IO32 8 I/O

GPIO32, XTAL_32K_P (32.768 kHz crystal oscillator input), ADC1_CH4,TOUCH9, RTC_GPIO9

IO33 9 I/O GPIO33, XTAL_32K_N (32.768 kHz crystal

oscillator output), ADC1_CH5,TOUCH8,

RTC_GPIO8 IO25 10 I/O GPIO25, DAC_1, ADC2_CH8, RTC_GPIO6,

EMAC_RXD0 IO26 11 I/O GPIO26, DAC_2, ADC2_CH9, RTC_GPIO7,

EMAC_RXD1 IO27 12 I/O GPIO27, ADC2_CH7, TOUCH7, RTC_GPIO17,

EMAC_RX_DV IO14 13 I/O

GPIO14, ADC2_CH6, TOUCH6, RTC_GPIO16, MTMS, HSPICLK,

HS2_CLK, SD_CLK, EMAC_TXD2 IO12 14 I/O

GPIO12, ADC2_CH5, TOUCH5, RTC_GPIO15, MTDI, HSPIQ,

HS2_DATA2, SD_DATA2, EMAC_TXD3 GND 15 P Ground

U1TXD SCS/CMD* 19 I/O GPIO11, SD_CMD, SPICS0, HS1_CMD, U1RTS SCK/CLK* 20 I/O GPIO6, SD_CLK, SPICLK, HS1_CLK, U1CTS SDO/SD0* 21 I/O GPIO7, SD_DATA0, SPIQ, HS1_DATA0, U2RTS SDI/SD1* 22 I/O GPIO8, SD_DATA1, SPID, HS1_DATA1, U2CTS IO15 23 I/O

GPIO15, ADC2_CH3, TOUCH3, MTDO, HSPICS0, RTC_GPIO13,

HS2_CMD, SD_CMD, EMAC_RXD3 IO2 24 I/O

GPIO2, ADC2_CH2, TOUCH2, RTC_GPIO12, HSPIWP, HS2_DATA0,

SD_DATA0 IO0 25 I/O

GPIO0, ADC2_CH1, TOUCH1, RTC_GPIO11, CLK_OUT1,

EMAC_TX_CLK IO4 26 I/O

GPIO4, ADC2_CH0, TOUCH0, RTC_GPIO10, HSPIHD, HS2_DATA1,

SD_DATA1, EMAC_TX_ER IO16 27 I/O GPIO16, HS1_DATA4, U2RXD,

EMAC_CLK_OUT IO17 28 I/O GPIO17, HS1_DATA5, U2TXD,

EMAC_CLK_OUT_180 IO5 29 I/O GPIO5, VSPICS0, HS1_DATA6,

EMAC_RX_CLK IO18 30 I/O GPIO18, VSPICLK, HS1_DATA7

IO19 31 I/O GPIO19, VSPIQ, U0CTS, EMAC_TXD0

-IO21 33 I/O GPIO21, VSPIHD, EMAC_TX_EN

RXD0 34 I/O GPIO3, U0RXD, CLK_OUT2

TXD0 35 I/O GPIO1, U0TXD, CLK_OUT3, EMAC_RXD2 IO22 36 I/O GPIO22, VSPIWP, U0RTS, EMAC_TXD1

IO23 37 I/O GPIO23, VSPID, HS1_STROBE

GND 38 P GND

GND 39 P GND

Hình 10 S đ nguyên lý kh i ESP32-WROVER-V1 ơng pháp nghiên cứu ồ chân ESP32 ối ESP32-WROVER-V1

Hình 11 Ngõ k t n i micro USB c a ESP32 ến ối ESP32-WROVER-V1 ủa IoT

Hình 12 S đ nguyên lí ngu n 3.3V c a ESP ơng pháp nghiên cứu ồ chân ESP32 ồ chân ESP32 ủa IoT

Nguồn cấp cho cả module là 5V, nhưng các linh kiện cũng như nguồn nuôi chip chính đều sử dụng 3.3V nên phải có bộ chuyển đổi điện áp

Hình 13 S đ , th t chân c a ESP32 ơng pháp nghiên cứu ồ chân ESP32 ứu ự chân của ESP32 ủa IoT

Hình 14 S đ m ch reset ESP32 ơng pháp nghiên cứu ồ chân ESP32 ạ IoT trong nông nghiệp

Hình 15 Bi u đ nhi t khi ho t đ ng c a ESP32 ểu đồ nhiệt khi hoạt động của ESP32 ồ chân ESP32 ệp ạ IoT trong nông nghiệp ộng của ESP32 ủa IoT

Khi ESP hoạt động thì nhiệt độ tỏa ra khá là nóng, nên được đặt ở những nơi

thoáng, nên sử dụng tản nhiệt.

o Thiết bị nhận biết wifi

o Bảo mật thẻ ID

Hình 16 ng d ng r ng rãi trong các ngôi nhà thông minh Ứng dụng của IoT ụng của IoT ộng của ESP32.

Hình 17 Các thi t b trong gia đình k t n i v i SmartPhone qua Wifi ến ị trong gia đình kết nối với SmartPhone qua Wifi ến ối ESP32-WROVER-V1 ớng IoT hiện tại và tương lai

2.3 Cảm biến

2.3.1 Tổng quan về cảm biến

a Khái niệm cơ bản về các bộ cảm biến

Cảm biến – sensor: xuất phát từ chữ “ sense” nghĩa là giác quan – do

đó nó như các giác quan trong cơ thể con người Nhờ cảm biến mà mạch điện, hệthống điện có thể thu nhân thông tin từ bên ngoài Từ đó, hệ thống máy móc, điện

tử tự động mới có thể tự động hiển thị thông tin về đại lượng đang cảm nhận hayđiều khiển quá trình định trước có khả năng thay đổi một cách uyển chuyển theomôi trường hoạt động Để dễ hiểu có thể so sánh cảm nhận của cảm biến qua 5 giácquan của người như sau:

B ng 2.3 So sánh c m nh n c a c m bi n qua giác quan ảng 2.2 các chân chức năng của esp32 ảng 2.2 các chân chức năng của esp32 ận của cảm biến qua giác quan ủa esp32 ảng 2.2 các chân chức năng của esp32 ến qua giác quan

Áp suất, nhiệt độ, cơn đau, tiếp xúc, tiệm cận,

ẩm, khô

Ngọt, mặn, chua cay, béo

Âm rầm bổng, sóng âm,

âm lượng

Mùi của các chất khí, chất lỏng

Cảm biến thu hình, cảm biến quang

Nhiệt trở, cảm biến tiệm cận, cảm biến độ rung động

Đo lượng đường trong máu

Cảm biến sóng siêu âm, mi-cro

Đo độ cồn, thiết bị cảm nhận khí ga

 Cảm biến là thiết bị dùng để cảm nhận biến đổi các đại lượng vật lý và cácđại lượng không có tính chất điện cần đo thành các đại lượng điện có thể đo

và xử lý được

Các đại lượng cần đo (m) thường không có tính chất điện (như nhiệt độ, ápsuất ) tác động lên cảm biến cho ta một đặc trưng (s) mang tính chất điện (nhưđiện tích, điện áp, dòng điện hoặc trở kháng) chứa đựng thông tin cho phép xácđịnh giá trị của đại lượng đo Đặc trưng (s) là hàm của đại lượng cần đo (m): s =F(m)

Các đặc trưng của bộ cảm biến: Một cảm biến được sử dụng khi đápứng các tiêu chí kỹ thuật xác định:

- Độ nhạy: Gia số nhỏ nhất có thể phát hiện.

- Mức tuyến tính: Khoảng giá trị được biến đổi có hệ số biến đổi cố định

- Dải biến đổi: Khoảng giá trị biến đổi sử dụng được

- Ảnh hưởng ngược: Khả năng gây thay đổi môi trường

- Mức nhiễu ồn: Tiếng ồn riêng và ảnh hưởng của tác nhân khác lên kết quả

- Sai số xác định: Phụ thuộc độ nhạy và mức nhiễu

- Độ trôi: Sự thay đổi tham số theo thời gian phục vụ hoặc thời gian tồn tại

(date)

- Độ trễ: Mức độ đáp ứng với thay đổi của quá trình

- Độ tin cậy: Khả năng làm việc ổn định, chịu những biến động lớn của môi

trường như sốc các loại

- Điều kiện môi trường: Dải nhiệt độ, độ ẩm, áp suất, làm việc được.

 Phạm vi ứng dụng:

 Công nghiệp

 Nghiên cứu khoa học

 Môi trường, khí tượng

 Thông tin viễn thông

b Phân loại cảm biến

Các bộ cảm biến được phân loại theo các đặc trưng cơ bản sau đây:

 Theo nguyên lý chuyển đổi giữa kích thích và đáp ứng:

 Hiện tượng hoá học:

o Biến đổi hoá học.

o Biến đổi điện hoá.

o Phân tích phổ.

o Biến đổi sinh hoá.

 Hiện tượng sinh học :

o Biến đổi vật lý.

o Hiệu ứng trên cơ thể sống.

 Phân loại theo dạng kích thích :

o Điện trường (biên, pha, phân cực, phổ).

o Điện dẫn, hằng số điện môi.

 Từ:

o Từ trường (biên, pha, phân cực, phổ).

o Từ thông, cường độ từ trường.