MẠCH ĐIỀU KHIỂN LED VÀ HIỂN THỊNHIỆT ĐỘ, ĐỘ ẨM BẰNG SMARTPHONE

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG BÁO CÁO ĐỒ ÁN Đề tài: MẠCH ĐIỀU KHIỂN LED VÀ HIỂN THỊ NHIỆT ĐỘ, ĐỘ ẨM BẰNG SMARTPHONE Giảng viên hướng dẫn: Ths Nguyễn Hồng Anh Sinh viên thực hiện: Mssv: Nguyễn Hồng Quân 20153034 Hà Nội, tháng 1/2020 LỜI NÓI ĐẦU Ngày kinh tế ngày quốc tế hóa, trở nên hội nhập, xã hội ngày phát triển Trong lĩnh vực điện tử truyền thơng đóng vai trị không nhỏ phát triển kinh tế Để đáp ứng nhu cầu cần thiết sống hội nhập tiến độ phát triển giới, đòi hỏi ngành khoa học kỹ thuật phải tiến lên không ngừng ngày phải nâng cao phát triển chất lượng khả ứng dụng rộng rãi Là sinh viên ngồi ghế nhà trường, em trau dồi kiến thức chuyên môn ngành học Vận dụng kiến thức học, trình học tập em thực đồ án với mục đích nâng cao kiến thức Trong khuôn khổ môn học em chọn đề tài làm “MẠCH ĐIỀU KHIỂN LED VÀ HIỂN THỊ NHIỆT ĐỘ, ĐỘ ẨM BẰNG SMARTPHONE” hướng dẫn Ths Nguyễn Hồng Anh Trong trình thực đề tài,em cố gắng để hoàn thành tốt mục tiêu đề Tuy nhiên lần đầu thực hiện, kiến thức chưa đủ nhiều yếu tố khác, em khơng thể tránh khỏi sai sót Em mong nhận hướng dẫn ý kiến đóng góp cô Em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến Ths Nguyễn Hồng Anh tận tình hướng dẫn định hướng phát triển trình thực đề tài Em xin chân thành cám ơn ! TÓM TẮT ĐỀ TÀI Trong đề tài này, em thực việc điều khiển bật tắt led hiển thị nhiệt độ, độ ẩm thông qua smartphone Thực việc lập trình module wifi ESP8266V12 để điều khiển, tín hiệu điều khiển lấy từ smartphone thơng qua wifi gửi đến module wifi thực việc điều khiển led hiển thị nhiệt độ, độ ẩm lập trình MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU .1 TÓM TẮT ĐỀ TÀI MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH ẢNH DANH MỤC BẢNG BIỂU CHƯƠNG TỔNG QUAN ĐỀ TÀI 1.1 Vấn đề trạng .7 1.2 Ý tưởng nhu cầu 1.3 Mục tiêu 1.4 Giới thiệu smartconfig 1.4.1 Smartconfig ? 1.4.2 ESP Touch CHƯƠNG MÔ TẢ SẢN PHẨM .9 2.1 Yêu cầu chức 2.2 Yêu cầu phi chức 2.3 Các linh kiện sử dụng 10 CHƯƠNG LẬP KẾ HOẠCH 11 CHƯƠNG THIẾT KẾ VÀ KIỂM TRA 12 4.1 Thiết kế sơ đồ khối .13 4.1.1 Khối xử lí .13 4.1.2 Khối sensor 14 4.1.3 Led 15 4.1.4 Khối nguồn 15 4.1.5 Hoàn thiện sơ đồ nguyên lý 15 4.2 Kiểm tra 17 CHƯƠNG KẾT LUẬN 21 5.1 Kết đạt vấn đề tồn 21 5.1.1 Kết nhận được: 21 5.1.2 Vấn đề tồn tại: 21 5.2 Hướng phát triển 21 TÀI LIỆU THAM KHẢO 22 DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình Sơ đồ khối mạch 12 Hình Node MCU 8266 13 Hình Sơ đồ node MCU 8266 14 Hình 4 Module DHT11 15 Hình Sơ đồ nguyên lý 16 Hình Mơ mạch bo mạch trắng .17 Hình Cấu hình cho ESP 8266 18 Hình Cấu hình thành cơng 19 Hình Kết thu smartphone 20 DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng Kế hoạch thực đề tài 11 CHƯƠNG TỔNG QUAN ĐỀ TÀI 1.1 Vấn đề trạng Internet of Things vấn đề cốt lõi, quan trọng cách mạng công nghiệp 4.0 Internet of Things (IoT) mạng gồm hệ thống nhúng (thiết bị) có kết nối với internet, cho phép chúng kết nối tương tác với thiết bị nhúng khác, dịch vụ người quy mơ lớn Sự phát triển nhanh chóng IoT thời gian qua thúc đẩy việc phát triển đa số ngành 1.2 Ý tưởng nhu cầu Hiểu vấn đề này, em thiết kế mạch điều khiển led hiển thị nhiệt độ, độ ẩm smartphone Người dùng điều khiển led hiển thị nhiệt độ, độ ẩm smartphone thơng qua sóng wifi 1.3 Mục tiêu Thiết kế thành công sản phẩm đáp ứng yêu cầu điều khiển led hiển thị nhiệt độ, độ ẩm cách xác Trong tương lai mạch phát triển thành sản phẩm thương mại điều khiển đèn cơng suất lớn hộ gia đình 1.4 Giới thiệu smartconfig 1.4.1 Smartconfig ? Smartconfig khái niệm nhắc đến người dùng muốn cấu hình thơng tin cho thiết bị dùng WiFi (ở ESP8266) có khả kết nối nhanh chóng đến Internet thơng qua thao tác thiết bị (điện thoại) họ Để hiểu cách đơn giản Smart config nghĩa gửi thơng tin mạng wifi (bao gồm tên wifi password wifi) cho ESP thông qua smartphone thay cho cách thông thường phải khai báo thơng tin chương trình nạp firmware xuống Ưu điểm SmartConfig: • Dễ dàng cấu hình wifi cho ESP8266 thơng qua smartphone • Khơng cần phải nạp lại code để cấu hình • Có thể dùng Smartconfig để cấu hình nhiều thiết bị lúc 1.4.2 ESP Touch ESP Touch protocol dùng Smart Config để người dùng kết nối tới phiên modul ESP8266 thông qua cấu hình đơn giản Smartphone Ban đầu khơng thể kết nối với ESP8266, thơng qua giao thức ESP-TOUCH Smartphone gửi gói UDP tới Access Point(AP) ESP8266, mã hóa SSID mật thành trường Length gói UDP, để ESP8266 hiểu giải mã thơng tin Cấu trúc gói tin có dạng 6 Variable DA SA Length LLC SNAP DATA FCS Length bao gồm SSID thơng tin key cho ESP8266 CHƯƠNG MƠ TẢ SẢN PHẨM 2.1 Yêu cầu chức  Cấu hình cho module wifi:  Cấu hình cho modul wifi smartphone, smartphone gửi thông tin wifi (gồm tên mật wifi) cho module wifi thay cho cách thông thường phải khai báo thông tin chương trình nạp firmware xuống  Điều khiển led:  Khi đăng nhập vào địa IP có sẵn điều khiển led cách dễ dàng Ở trạng thái ban đâu mặc định đèn led chế độ tắt (OFF) Khi ta ấn ON đèn sáng  Hiển thị nhiệt độ, độ ẩm:  Khi đăng nhập vào địa IP biết xuất giao diện điều khiển đèn led hiển thị thông số nhiệt độ, độ ẩm Chỉ số cập nhật liên tục 2.2 Yêu cầu phi chức  Phần cứng:  Sử dụng node mcu 8266 có sẵn module wifi esp8266  Sử dụng module DHT11  Sử dụng led  Mạch cấp nguồn qua Adapter 5V/1A  Phần mềm:  Mã nguồn dùng ngơn ngữ lập trình C  Viết code môi trường Arduino IDE  Test debug bo mạch trắng  Môi trường làm việc:  Nhiệt độ: từ độ C 60 độ C  Độ ẩm: từ 20% đến 90% (tương đương với độ ẩm khơng khí thường)  Khả chống nước: thiết bị thiết kế nhằm đo nhiệt độ phịng nên khơng có khả chống nước  Hình dáng kích thước:  Thiết kế hình dáng bên ngồi: đẹp, bắt mắt, tính thẩm mỹ cao, thân thiện với người dùng Màu sắc theo màu sắc mạch linh kiện  Kích thước: 11cm x 11cm  Khối lượng: 0.2 kg  Các thông số làm việc:  Tần số hoạt động: 24MHz  Tầm phủ sóng wifi: 10m  Nguồn: 5V, 3.3V (cho module ESP8266)  Công suất tiêu thụ: nhỏ 2W  Giá thành dự kiến: 300.000 VNĐ  Thời gian hoàn thành: 12 tuần  Thời gian bảo hành tháng 2.3 Các linh kiện sử dụng  Node mcu 8266  Module DHT11  Đèn led (1 cái)  Dây cáp để nạp code  Mạch bo trắng, dây câu  Nguồn Adapter 5V/2A làm nguồn nuôi mạch CHƯƠNG LẬP KẾ HOẠCH Sau nhận đề tài, em lên kế hoạch để thực đề tàim em đưa kế hoạch thực chi tiết theo thời gian cụ thể trình bày Bảng 3.1 đây: Bảng Kế hoạch thực đề tài Thời Nhiệm vụ gian Tuần Xác định tìm hiểu đề tài Tuần – Thiết kế mạch nguyên lý kết nối khối tuần Tuần – với Thực code điều khiển tuần Tuần Kiểm tra mạch Test board Tuần – Chỉnh sửa tuần 10 Tuần 11 Kiểm tra lần cuối Tuần 12 Viết báo cáo CHƯƠNG THIẾT KẾ VÀ KIỂM TRA Hình Sơ đồ khối mạch 4.1.Thiết kế sơ đồ khối 4.1.1 Khối xử lí ESP8266 mạch vi điều khiển giúp điều khiển thiết bị điện tử.Thêm vào tích hợp wifi 2.4GHz dùng cho lập trình Hình 4.2: Node MCU8266 NodeMCU phát triển dựa Chip WiFi ESP8266EX bên Module ESP-12E dễ dàng kết nối WiFi với vài thao tác.Board cịn tích hợp IC CP2102, giúp dễ dàng giao tiếp với máy tính thơng qua Micro USB để thao tác với board Và có sẳn nút nhấn, led để tiện qua trình học, nghiên cứu Với kích thước nhỏ gọn, linh hoạt board dễ dàng liên kết với thiết bị ngoại vi để tạo thành project, sản phẩm mẫu cách nhanh chóng Thơng số kỹ thuật:  Chip: ESP8266EX  WiFi: 2.4 GHz hỗ trợ chuẩn 802.11 b/g/n  Điện áp hoạt động: 3.3V  Điện áp vào: 5V thông qua cổng USB  Số chân I/O: 11 (tất chân I/O có Interrupt/PWM/I2C/One-wire, trừ chân đo D0)  Số chân Analog Input: (điện áp vào tối đa 3.3V)  Bộ nhớ Flash: 4MB     Giao tiếp: Cable Micro USB Hỗ trợ bảo mật: WPA/WPA2 Tích hợp giao thức TCP/IP Lập trình ngơn ngữ: C/C++, Micropython, NodeMCU - Lua Hình 4.3 Sơ đồ Node MCU 8266 4.1.2 Khối sensor DHT11 Là cảm biến thông dụng chi phí rẻ dễ lấy liệu thông qua giao tiếp 1-wire (giao tiếp digital 1-wire truyền liệu nhất) Cảm biến tích hợp tiền xử lý tín hiệu giúp liệu nhận xác mà khơng cần phải qua tính tốn Hình Module DHT11 Thống số kỹ thuật:  Điện áp hoạt động: 3-5V DC  Dòng điện sd: max 2.5mA  Dải nhiệt độ đo: 0-50°C Sai số ±2°C  Dải độ ẩm đo: 20-80% Sai số ±5%  Tần số lấy mẫu: 1Hz (mỗi giây lần) 4.1.3 Led  Led sử dụng led siêu sáng 4.1.4 Khối nguồn Mạch cấp nguồn qua Adapter 5V/1A có bán sẵn thị trường 4.1.5 Hoàn thiện sơ đồ nguyên lý Từ phân tích khối hệ thống đề cập trên, chúng em vẽ sơ đồ nguyên lý để thực chức đặt Hình Sơ đồ nguyên ly 4.2 Kiểm tra Em tiến hành test bo trắng hình 4.8 , mạch chạy tốt hoạt động chúng em mong muốn Hình Mơ phỏng mạch bo mạch trắng Cấu hình cho ESP8266 phần mềm IoT Smartconfig Hình Cấu hình cho Esp8266 Cấu hình thành cơng Hình Cấu hình thành cơng Kết thu smartphone Hình Kết thu smartphone CHƯƠNG KẾT LUẬN 5.1 Kết đạt vấn đề tồn 5.1.1 Kết nhận được:  Mạch mô mạch thực tế thực đầy đủ yêu cầu chức đề tài, đặc biệt chức smartconfig tiện lợi  Qua tập lớn này, em tiếp nhận thêm kiến thức lập trình nhúng, hiểu cấu trúc, cách hoạt động, chức ứng dụng thực tế module ESP8266, giúp củng cố kiến thức học lớp Đồng thời luyện tập phát triển tất kỹ cứng kỹ mềm  Nhận định hướng phát triển nghề nghiệp từ giảng viên hướng dẫn ths.Nguyễn Hồng Anh 5.1.2 Vấn đề tồn tại:  Chưa ứng dụng vào thực tế  Một số vấn đề khó khăn, liên qua đến kiến thức chuyên ngành, nguyên lý mạch, lỗi phát sinh trình làm mạch  Kỹ tìm kiếm thơng tin, phân tích giải vấn đề thiếu 5.2 Hướng phát triển Trong tương lai em phát triển đề tài điều khiển thiết bị cơng suất lớn gia đình, cảm biến nhiệt độ, độ ẩm để tự động kích hoạt máy bơm tưới TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] https://hocarm.org/ [2] https://iotmaker.vn/cam-bien-nhiet-do-do-am-dht11.html [3] https://www.tertiaryrobotics.com/esp8266-serial-wifi-wireless- transceiver-module.html