Đồ án điều khiển thiết bị bằng wifi sử dụng Esp8266

Đồ án hướng dẫn sử dụng Modul esp8266 và điện thoại di dộng để điều khiển các thiết bị trong nhà bằng wifi. Hướng dẫn sử dụng MIT App Inventor để tạo ứng dụng trên điện thoại di động. Hệ thống điều khiển thiết bị bằng wifi được thực hiện như đề tài có thể được xem làm một hệ thống thông minh cùng với các chức năng đã đạt được như: Điều khiển các thiết bị một cách chính xác, nhanh chóng, thuận tiện, rút ngắn thời gian khi có thể điều khiển 2 hoặc nhiều thiết bị ở nhiều vị trí khác nhau mà không cần di chuyển.

1 BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI N G U Y Ễ N VI Ệ T ĐA, KLTN ĐẠI HỌC KHOA ĐIỆN TỬ ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ SỬ DỤNG WIFI CBHD: Thạc sĩ Nguyễn Anh Dũng Sinh viên: Nguyễn Việt Dũng Mã số sinh viên: 1141050544 K H O A ĐI Ệ N Hà Nội - 2020 LỜI CẢM ƠN Lời em xin chân thành cảm ơn thầy cô giáo Trường Đại Học Công Nghiệp Hà Nội nói chung, thầy khoa Điện Tử nói riêng dạy dỗ cho em kiến thức môn đại cương môn chuyên ngành, giúp em có sở lý thuyết vững vàng tạo điều kiện giúp đỡ em suốt trình học tập Em xin gửi lời tri ân biết ơn sâu sắc đến thầy Nguyễn Anh Dũng - người tận tình hướng dẫn, bảo em suốt trình đồ án Qua đây, em xin chân thành cám ơn gia đình bạn bè, tạo điều kiện, quan tâm, giúp đỡ, động viên em suốt q trình học tập hồn thành q trình thực đồ án Do kiến thức cịn hạn hẹp, thêm vào lần đầu em thực đề tài nên chắn không tránh khỏi thiếu sót, hạn chế em mong có góp ý nhắc nhở từ thầy giáo để hồn thiện đề tài Cuối cùng, em xin kính chúc q thầy cơ, gia đình bạn dồi sức khỏe thành công công việc, sống MỤC LỤC CHƯƠNG - CƠ SỞ LÝ THUYẾT 1.1 Module wifi esp8266 1.1.1 Các phiên module thu phát wifi esp8266 1.1.2 Một số phiên phổ biến 1.1.3 Kit RF thu phát wifi esp266 NodeMCU Lua V3 CH340 1.2 Rơ le 1.2.1 Khái quát Rơ le .9 1.2.2 Phân loại 1.2.3 Rơ le 10A 10 1.3 Transistor C1815 .12 1.4 Diode 1N4007 13 CHƯƠNG - CÁC CÔNG NGHỆ LIÊN QUAN 14 2.1 Công nghệ wifi 14 2.1.1 Giới thiệu Wifi 14 2.1.2 Nguyên tắc hoạt động Wifi .14 2.1.3 Ưu nhược điểm Wifi 15 2.2 Lập trình esp8266 arduino 17 2.3 Lập trình ứng dụng MIT App Inventor 19 2.3.1 Giới thiệu 19 2.3.2 Thiết kế giao diện điều khiển Android .20 2.3.3 Viết code 21 2.3.4 Đóng gói ứng dụng thành file *.apk 25 CHƯƠNG - KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM .26 3.1 Sơ đồ khối 26 3.2 Nguyên tắc hoạt động .26 3.3 Lưu đồ thuật toán 27 3.4 Sơ đồ nguyên lý mạch chấp hành .28 3.5 Sơ đồ mạch in mạch chấp hành 28 3.6 Mơ hình thực tế 29 KẾT LUẬN .32 TÀI LIỆU THAM KHẢO 33 PHỤ LỤC 34 DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1-1: So sánh thơng số ESP (1) Hình 1-2: So sánh thơng số ESP (2) Hình 1-3: Phiên ESP 01 Hình 1-4: Sơ đồ chân ESP 01 Hình 1-5: Phiên ESP 12 Hình 1-6: Sơ đồ chân ESP 12 Hình 1-7: Phiên ESP 07 Hình 1-8: Sơ đồ chân ESP 07 Hình 1-9: Kit thu phát wifi esp8266 V3CH340 Hình 1-10: Sơ đồ chân Kit thu phát wifi esp8266 V3CH340 Hình 1-11: Hình ảnh rơ le trung gian Hình 1-12: Rơ le 10A 10 Hình 1-13: Sơ đồ cấu tạo Rơ-le .11 Hình 1-14: Sơ đồ chân tran C1815 12 Hình 1-15: Diode 1N4007 .13 Hình 2-1: WiFi với thiết bị thông minh 14 Hình 2-2: Hình ảnh Modem wifi 15 Hình 2-4: Giao diện phần mềm lập trình Arduino IDE 17 Hình 2-5: Vùng lệnh Arduino IDE 18 Hình 2-6: Vùng viết trương trình Arduino IDE 18 Hình 2-7: Vùng thơng báo Arduino IDE 19 Hình 2-8: MIT app inventor 20 Hình 2-9: Tạo project MIT app Inventor 20 Hình 2-10: Thiết kế chức MIT app Inventor 21 Hình 2-11: Hình ảnh ứng dụng điện thoại (Sreen1) .25 Hình 2-12: Hình ảnh ứng dụng điện thoại (Sreen2) .25 Hình 3-1: Lưu đồ thuật tốn 27 Hình 3-2: Sơ đồ nguyên lý mạch chấp hành 28 Hình 3-3: Sơ đồ mạch in mạch chấp hành 28 Hình 3-4: Mơ hình thực tế .29 Hình 3-5: Mơ hình cửa 29 Hình 3-6: Điều khiển cửa mở .30 Hình 3-7: Điều khiển bật đèn phòng khách 30 Hình 3-8: Điều khiển cửa mở 31 Hình 3-9: Điều khiển bật thiết bị nhà 31 LỜI MỞ ĐẦU Thế giới phát triển lĩnh vực điều khiển cần mở rộng Việc ứng dụng điều khiển từ xa vào thông tin liên lạc mang lại nhiều thuận lợi cho xã hội lồi người, thơng tin cập nhập nhờ xác nhanh chóng trình điều khiển từ xa Vạn vật kết nối- Internet Of Thing: Internet of Thing (IOT) hay cụ thể Mạng lưới vạn vật kết nối Internet Mạng lưới thiết bị kết nối Internet liên mạng, thiết bị kết nối với Các thiết bị điện thoại thơng minh, máy phá cafe, máy giặt, tai nghe, bóng đèn, nhiều thiết bị khác IOT mạng khổng lồ kết nối tất thứ, bao gồm người tồn mối quan hệ người với người, người với thiết bị, thiết bị với thiết bị Kỹ thuật điện - điện tử phát triển mạnh mẽ, với bùng nổ ngành công nghệ thông tin công nghệ viễn thông, thúc đẩy phát triển kinh tế toàn cầu làm tiền đề cho lĩnh vực phát triển Đặc biệt lĩnh vực tự động hóa hay điều khiển thiết bị từ xa Hiện có nhiều phương thức điều khiển từ xa, chẳng hạn như: điều khiển tia hồng ngoại hay sóng vơ tuyến…nhưng phương pháp phụ thuộc khoảng cách, có tác dụng phạm vi hẹp Vì vậy, đề tài thực khách quan mà cịn đóng vai trị đăc biệt quan trọng thực tương lai sau Do đó, việc điều khiển thiết bị qua mạng Wifi nhu cầu cần thiết lý mà em định chon đề tài  YÊU CẦU CỦA ĐỀ TÀI  Thiết kế hệ thống thiết bị điều khiển ứng dụng điện thoại di động  Giao diện ứng dụng thân thiện, dễ sử dụng  Hệ thống chạy cách xác, ổn định, gọn gàng, dễ lắp đặt, giá hợp lí  THỰC HIỆN ĐỊNH HƯỚNG  Tiến hành thiết lập sơ đồ khối hệ thống  Các q trình xử lí tín hiệu, lệnh, ngun lý hoạt động  Ngồi cịn có linh kiện liên quan  Thực lắp đặt phần cứng viết code theo yêu cầu  ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU  Module Wifi ESP 8266  MIT APP INVENTOR CHƯƠNG - CƠ SỞ LÝ THUYẾT 1.1 Module wifi esp8266 1.1.1 Các phiên module thu phát wifi esp8266 ESP8266 [1] dịng chip tích hợp Wifi 2.4Ghz lập trình được, ESP8266 cần thêm linh kiện hoạt động, phần khó Antena Đòi hỏi phải sản xuất, kiểm tra với thiết bị đại Hình 1-1: So sánh thông số ESP (1) Hình 1-2: So sánh thông số ESP (2) Hiện nay, thị trường xuất nhiều Module Board mạch phát triển đảm đương hết để người dùng đơn giản việc phát triển ứng dụng 1.1.2 Một số phiên phổ biến ESP – 01 Hình 1-3: Phiên ESP 01 Thông số kỹ thuật:  Mạch nhỏ, gọn ( 24.75mm x 14.5mm )  Điện áp làm việc 3.3v  Tích hợp sẵn anten PCB trace module  Có hai led báo hiệu: led nguồn , led TXD  Có chế độ: AP, STA, AT + STA  Lệnh AT đơn giản, dễ dàng sử dụng  Khoảng cách chân 2.54mm Sơ đồ chân: Hình 1-4: Sơ đồ chân ESP 01 ESP - 12 Hình 1-5: Phiên ESP 12 Thông số kỹ thuật:  Sử dụng nguồn 3.3v  Tích hợp anten PCB tracc module  Tiêu chuẩn wifi: 802.11 b/g/n, với tần số 2.4GHz hỗ trợ bảo mật WPA/WPA2  Khoảng cách chân 2mm 2.3.4 Đóng gói ứng dụng thành file *.apk Bây đóng gói ứng dụng file apk cài lên điện thoại Để xuất file apk chọn Build chọn App (provide QR code for apk) muốn tạo QR code cho file apk Chọn dịng cịn lại muốn lưu file lên máy tính Và giao diện hoàn thành điện thoại Hình 2-10: Hình ảnh ứng dụng điện thoại (Sreen1) Hình 2-11: Hình ảnh ứng dụng điện thoại (Sreen2) CHƯƠNG - KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM 3.1 Sơ đồ khối Khối điều khiển Khối xử lý Khối chấp hành Khối nguồn Chức khối: o Khối nguồn: cấp nguồn điện chiều 5V cho mạch, mạch khối nguồn tích hợp sẵn module ESP8266 o Khối điều khiển: điều khiển ứng dụng điện thoaị thông minh o Khối xử lý: ESP8266 nhận tín hiệu từ điện thoại sau thực giải mã thực chương trình lập trình sẵn Sau đưa lệnh theo yêu cầu cho khối chấp hành o Khối chấp hành: Là nơi thực lệnh khối xử lý gửi xuống (đèn,quạt,cửa,…) 3.2 Nguyên tắc hoạt động Kết nối mạch hệ thống theo sơ đồ khối, cung cấp nguồn cho khối Đầu tiên điện thoại kết nối wifi với ESP8266, ESP8266 điện thoại thông minh truy cập vào địa IP Wifi Sau ESP8266 thơng qua Wifi nhận liệu từ điện thoại thực chức 3.3 Lưu đồ thuật toán Đầu tiên kiểm tra kết nối ESP8266 điện thoại di động với wifi, xét lệnh điều khiển ứng dụng điện thoại di động Trong trường hợp có lệnh điều khiển hệ thống điều khiển tiến hành điều khiển sau kết thúc lệnh Hình 3-1: Lưu đồ thuật toán 3.4 Sơ đồ nguyên lý mạch chấp hành Hình 3-2: Sơ đồ nguyên lý mạch chấp hành 3.5 Sơ đồ mạch in mạch chấp hành Hình 3-3: Sơ đồ mạch in mạch chấp hành 3.6 Mơ hình thực tế Hình 3-4: Mơ hình thực tế Các thiết bị điện để điều khiển bao gồm: đèn chiếu sáng, quạt thơng gió, mơ hình cửa gara, cửa Hình 3-5: Mơ hình cửa Mơ hình cửa gara tơ sử dụng mạch động lực đảo chiều động để hoạt động Hình 3-6: Điều khiển cửa mở Khi nhấn nút ứng dụng, tùy vào chức nút mà thiết bị điều khiển Hình 3-7: Điều khiển bật đèn phòng khách Hình 3-8: Điều khiển cửa mở Cửa điều khiển động servo SG90 Hình 3-9: Điều khiển bật thiết bị nhà Chế độ “IN” ứng dụng bật tất cacs thiết bị phòng, chế độ “OUT” ngược lại KẾT LUẬN Đề tài hồn thành ứng dụng cho điều khiển thiết bị từ xa quan, xí nghiệp, trường học, nhà thông minh,… Hệ thống điều khiển thiết bị wifi thực đề tài xem làm hệ thống thông minh với chức đạt như: Điều khiển thiết bị cách xác, nhanh chóng, thuận tiện, rút ngắn thời gian điều khiển nhiều thiết bị nhiều vị trí khác mà khơng cần di chuyển Đề tài có ưu nhược điểm sau:  Ưu điểm: o Giao diện ứng dụng dễ hiểu, thân thiện o Mạch đơn giản dễ dàng thực o Giá thành rẻ  Nhược điểm: o Điện thoại esp8266 phả kết nối wifi o Chưa trả trạng thái thiết bị app Hướng phát triển:  Trả tình trạng thiết bị lên ứng dụng điện thoại  Có thể điều khiển thiết bị không bật tắt mà nhiều chức Sau cùng, hi vọng với hướng phát triển với góp ý chân tình từ thầy, để đề tài phát triển mở rộng tốt hơn, tiên tiến hơn, thông minh để phục vụ cho nhu cầu người Em xin chân thành cảm ơn nhiều TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Marco SchwartZ(2016), Internet of Things với ESP8266, Packt Published [2] Gordon Colbach(2017), Wireless Networking: Introduction to Bluetooth and WiFi, Independently Published [3] Tony Gaddis Rebecca Halsey(2015), Starting Out With App Inventor for Android, Pearson [4] Đỗ Đức Chí(2016), Điện tử thực hành, NXB Bách Khoa Hà Nội [5] Lê Ngọc Bích(2012), Ứng dụng điện tử cơng nghiệp, NXB Thời đại [6] Phạm Quang Huy Lê Cảnh Trung(2016), Lập trình điều khiển với Arduino, NXB Khoa học Kỹ thuật PHỤ LỤC #include #include #define servopin 15 #define rainSensor 13 Servo myservo2; Servo myservo; WiFiClient client; WiFiServer server(80); int val; String data=""; const String tenwifi = "Avengers"; const String mkwifi = "00000000"; void setup() { pinMode(rainSensor,INPUT); myservo2.attach(servopin); myservo.attach(12,600,2300); // (pin, min, max) Serial.begin(115200); pinMode(16,OUTPUT); pinMode(05,OUTPUT); pinMode(04,OUTPUT); pinMode(00,OUTPUT); pinMode(02,OUTPUT); pinMode(14,OUTPUT); pinMode(12,OUTPUT); digitalWrite(16,LOW); digitalWrite(05,LOW); digitalWrite(04,LOW); digitalWrite(00,LOW); digitalWrite(02,LOW); digitalWrite(14,LOW); digitalWrite(12,LOW); WiFi.begin(tenwifi, mkwifi); while(WiFi.status() != WL_CONNECTED) { delay(500); Serial.print("."); } Serial.println(""); Serial.print("ket noi den wifi /t"); Serial.println(tenwifi); Serial.println("Wifi da duoc ket noi"); Serial.println("dia chi IP: "); Serial.println(WiFi.localIP()); server.begin(); } void loop() { { int val = analogRead(rainSensor);//Đọc tín hiệu cảm biến mưa if ( val < 600 ) { myservo2.write(180); } else { delay(1000); myservo2.write(0); } delay (200); } client = server.available(); if(! client) { return; } data = checkClient(); //String data = client.read(); Serial.println(data); if(data=="a1") { digitalWrite(16,HIGH); } if(data=="b1") { digitalWrite(16,LOW); } if(data=="a2") { digitalWrite(05,HIGH); } if(data=="b2") { digitalWrite(05,LOW); } if(data=="a3") { digitalWrite(04,HIGH); digitalWrite(00,HIGH); } if(data=="b3") { digitalWrite(04,LOW); digitalWrite(00,LOW); } if(data=="a5") { digitalWrite(02,HIGH); } if(data=="b5") { digitalWrite(02,LOW); } if(data=="a6") { digitalWrite(14,HIGH); } if(data=="b6") { digitalWrite(14,LOW); } if(data=="a7") { digitalWrite(12,HIGH); myservo.write(0); delay(1000); } if(data=="b7") { digitalWrite(12,LOW); myservo.write(180); delay(1000); } if(data=="b8") { digitalWrite(16,HIGH); digitalWrite(05,HIGH); digitalWrite(04,HIGH); digitalWrite(00,HIGH); digitalWrite(14,HIGH); } if(data=="b9") { digitalWrite(16,LOW); digitalWrite(05,LOW); digitalWrite(04,LOW); digitalWrite(00,LOW); digitalWrite(02,LOW); digitalWrite(14,LOW); digitalWrite(12,LOW); } } String checkClient() { while(!client.available()) { delay(1); } String request = client.readStringUntil('\r'); request.remove(0,5); request.remove(request.length()-9,9); return request; } ... kết thúc lệnh Hình 3-1: Lưu đồ thuật toán 3.4 Sơ đồ nguyên lý mạch chấp hành Hình 3-2: Sơ đồ nguyên lý mạch chấp hành 3.5 Sơ đồ mạch in mạch chấp hành Hình 3-3: Sơ đồ mạch in mạch chấp hành 3.6... o Tần số chuyển đổi tối đa (fT): 80 MHz o Mức tăng dòng DC tối thiểu tối đa (h FE ): 70-700 o Lưu trữ tối đa nhiệt độ hoạt động phải là: -55 đến +150 độ C Sơ đồ chân: Hình 1-14: Sơ đồ chân tran... NGHIỆM .26 3.1 Sơ đồ khối 26 3.2 Nguyên tắc hoạt động .26 3.3 Lưu đồ thuật toán 27 3.4 Sơ đồ nguyên lý mạch chấp hành .28 3.5 Sơ đồ mạch in mạch chấp hành