NGHIÊN CỨU VÀ THIẾT KẾ MÔ HÌNH HỆ THỐNG GIÀN PHƠI QUẦN ÁO THÔNG MINH

Công việc giặt và phơi quần áo trở thành một công việc hàng ngày của người nội trợ. Làm khô quần áo bằng cách phơi quần áo trực tiếp dưới nắng nóng trên dây phơi là một phương pháp truyền thống và vẫn còn được sử dụng phổ biến. Đây là một phương pháp đơn giản, chi phí thấp và là cách sấy quần áo hiệu quả nhất. Bên cạnh đó, các nhà khoa học cũng chứng minh rằng tia cực tím từ ánh sáng mặt trời có thể giúp tiêu diệt vi khuẩn trên quần áo. Tuy nhiên, con người không lường trước được sự thay đổi đột ngột của môi trường bên ngoài. Việc phơi và thu quần áo sẽ gặp phải một số khó khăn, đặc biệt là khi có mưa lớn. Do đó, đề tài “Nghiên cứu và thiết kế mô hình hệ thống giàn phơi quần áo thông minh” được nghiên cứu và phát triển để giải quyết những vấn đề này.

BỘ CÔNG THƯƠNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI -

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG

NGHIÊN CỨU VÀ THIẾT KẾ MÔ HÌNH HỆ THỐNG GIÀN PHƠI QUẦN ÁO THÔNG MINH

HÀ NỘI – 2021

CBHD : ThS Nguyễn Thị Thu

Sinh viên : Nguyễn Văn Quang

Mã số sinh viên : 2017652465

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN

Hà Nội, ngày….tháng….năm 2021 Người nhận xét

LỜI CẢM ƠN

Để có thể hoàn thành đề tài “ Nghiên cứu và thiết kế mô hình hệ

thống giàn phơi quần áo thông minh”, em xin chân thành cảm ơn các thầy

cô giáo trong Khoa Điện Tử, Trường Đại học Công Nghiệp Hà Nội đã truyềnđạt, cung cấp cho em những kiến thức trong lĩnh vực kỹ thuật điện tử, chỉ dẫn

và định hướng cho em trong quá tình học tập Đây là những tiền đề để em cóthể hoàn thành được đề tài cũng như trong sự nghiệp sau này

Đặc biệt, em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới cô ThS Nguyễn Thị Thu

đã hướng dẫn và tận tình giúp đỡ em trong suốt quá trình thực hiện và nghiêncứu đề tài Cung cấp những kiến thức quý báu cũng như những lời khuyênhữu ích và tạo động lực cho chúng em hoàn thành tốt nhiệm vụ

Bên cạnh đó, em cũng xin cảm ơn các bạn sinh viên trong Khoa Điện

Tử - Viễn Thông đã đóng góp ý kiến cho bản thân em cũng như các bạn trongkhoa, giúp chúng em thực hiện đề tài đạt hiệu quả tốt hơn

Cuối cùng, mặc dù đã cố gắng hoàn thành nhiệm vụ đặt ra và đảm bảothời hạn nhưng do kiến thức còn hạn hẹp nên chắc chắn không tránh khỏithiếu sót Rất mong nhận được những ý kiến đóng góp và thông cảm của thầy

cô giáo và các bạn sinh viên

Em xin chân thành cảm ơn!

Hà Nội, ngày tháng năm 2021 Sinh viên thực hiện

Lê Đình Hiệp

MỤC LỤ

LỜI CẢM ƠN i

MỤC LỤC ii

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT 1

DANH MỤC BẢNG BIỂU 2

DANH MỤC HÌNH ẢNH 3

MỞ ĐẦU 4

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG GIÀN PHƠI QUẦN ÁO THÔNG MINH 6

1.1 Giới thiệu tình hình nghiên cứu hiện nay 6

1.2 Tính cấp thiết của đề tài 7

1.3 Một số mẫu giàn phơi quần áo 8

1.4 Yêu cầu công nghệ của hệ thống giàn phơi quần áo thông minh 9

1.5 Nhiệm vụ nghiên cứu 9

1.6 Kết luận chương 10

CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ MẠCH ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG GIÀN PHƠI QUẦN ÁO THÔNG MINH 11

2.1 Kit Wifi ESP8266 NodeMCU 11

2.2 Mạch cầu H 17

2.3 Module cảm biến mưa 20

2.4 Module cảm biến ánh sáng quang trở 22

2.5 Động cơ DC giảm tốc 23

2.6 Công tắc hành trình 25

2.7 Ứng dụng Blynk 26

2.8 Một số IC trong mạch ổn áp 27

2.9 Kết luận chương 29

CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ MÔ HÌNH HỆ THỐNG GIÀN PHƠI QUẦN ÁO THÔNG MINH 30

3.1 Mục tiêu và yêu cầu thiết kế mô hình giàn phơi quần áo thông minh .30 3.2 Sơ đồ khối của hệ thống giàn phơi quần áo thông minh 30

3.3 Lưu đồ thuật toán 31

3.4 Sơ đồ nguyên lý của hệ thống giàn phơi quần áo thông minh 33

3.5 Chức năng và sơ đồ kết nối của các khối 33

3.6 Thiết kế mạch in 39

3.7 Mô hình thực tế 40

3.8 Tạo project điều khiển hệ thống trên ứng dụng Blynk 41

3.9 Kết luận chương 43

KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỀN 44

TÀI LIỆU THAM KHẢO 45

PHỤ LỤC 46

Từ viết tắt Từ tiếng anh Nghĩa tiếng việt

ADC Analog-to-digital converter Chuyển đổi tín hiệu tương tự

sang tín hiệu số

Interface

Giao diện lập trình ứng dụng

EEPROM Electrically Erasable

Progra-mable Read Only Memory

Bộ nhớ không mất dữ liệu

GPIO General-purpose input/output Cổng giao tiếp vào/ra

IEEE Institute of Electrical and

Electronics Engineers

Viện kỹ nghệ Điện và Điện tử

SDIO Strategic Defense Initiative

Organization

Nối tiếp dữ liệu đầu vào/đầu ra

SPI Serial Peripheral Interface Chuẩn giao tiếp nối tiếp

RISC Reduced Instructions Set

Bộ truyền nhận nối tiếp đồng

bộ và không đồng bộ

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 2.1:Chân I/O trên NodeMCU 14Bảng 2.2: Các chức năng lệnh cơ bản của phần mềm Arduino IDE 17Bảng 2.3: Chức năng các chân của IC L298N 20

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 1.1: Hệ thống giàn phơi quần áo xếp tường 8

Hình 1.2: Hệ thống giàn phơi quần áo gắn trần 8

Hình 1.3: Một số giàn phơi di động Hình 2.1: Sơ đồ chân IC ESP8266EX [3] 11

Hình 2.2: Sơ đồ chân kit Wifi ESP8266 NodeMCU V0.9 [5] 14

Hình 2.3: Giao diện Arduino IDE Preferences 15

Hình 2.4: Giao diện Board Installation trong Arduino IDE 16

Hình 2.5: Giao diện phầm mềm Arduino IDE 16

Hình 2.6: Mô hình mạch cầu H 18

Hình 2.7: IC L298N [4] 19

Hình 2.8: Sơ đồ chân IC L298N [4] 19

Hình 2.9: Module cảm biến mưa 20

Hình 2.10: Module cảm biến ánh sáng 22

Hình 2.11: Photoresistors 22

Hình 2.12: Mạch cảm biến ánh sáng 23

Hình 2.13: Nguyên tắc hoạt động của động cơ DC[2] 24

Hình 2.14: Công tắc hành trình 25

Hình 2.15: Cấu tạo IC 7805 28

Hình 2.16: IC LM2576 [6] 29Y Hình 3.1: Sơ đồ khối hệ thống giàn phơi quần áo thông minh 30

Hình 3.2: Lưu đồ chương trình chính của hệ thống giàn phơi 31

Hình 3.3: Lưu đồ thuật toán chương trình con 32

Hình 3.4: Sơ đồ nguyên lý của hệ thống giàn phơi quần áo thông minh 33

Hình 3.5: Sơ đồ nguyên lý mạch nguồn dùng IC 7805 34

Hình 3.6: Sơ đồ nguyên lý mạch nguồn sử dụng IC LM2576 35

Hình 3.7: Sơ đồ nguyên lý khối xử lý trung tâm 36

Hình 3.8: Sơ đồ kết nối khối cảm biến với NodeMCU 37

Hình 3.9: Sơ đồ kết nối khối công tắc và nút nhấn với NodeMCU 38

Hình 3.10: Sơ đồ nguyên lý khối động cơ 38

Hình 3.11: Động cơ DC V1 39

Hình 3.12: Sơ đồ mạch in 3D của hệ thống giàn phơi 39

Hình 3.13: Sơ đồ mạch in 2D của hệ thống giàn phơi 40

Hình 3.14: Mô hình giàn phơi mặt bên 40

Hình 3.15: Mô hình giàn phơi thông minh 41

Hình 3.16: Giao diện New Project trên ứng dụng Blynk 41

Hình 3.17: Giao diện ứng dụng Blynk 42

Hình 3.18: Giao diện điều khiển hệ thống giàn phơi thông minh 42

MỞ ĐẦU

Lý do chọn đề tài:

Công việc giặt và phơi quần áo trở thành một công việc hàng ngày củangười nội trợ Làm khô quần áo bằng cách phơi quần áo trực tiếp dưới nắngnóng trên dây phơi là một phương pháp truyền thống và vẫn còn được sửdụng phổ biến Đây là một phương pháp đơn giản, chi phí thấp và là cách sấyquần áo hiệu quả nhất Bên cạnh đó, các nhà khoa học cũng chứng minh rằngtia cực tím từ ánh sáng mặt trời có thể giúp tiêu diệt vi khuẩn trên quần áo.Tuy nhiên, con người không lường trước được sự thay đổi đột ngột của môitrường bên ngoài Việc phơi và thu quần áo sẽ gặp phải một số khó khăn, đặc

biệt là khi có mưa lớn Do đó, đề tài “Nghiên cứu và thiết kế mô hình hệ

thống giàn phơi quần áo thông minh” được nghiên cứu và phát triển để giải

quyết những vấn đề này

Ý nghĩa khoa học và thực tiễn:

Những lợi ích mà giàn phơi thông minh mang lại là rất lớn, nó khôngchỉ giúp tiết kiệm diện tích, an toàn trong quá trình sử dụng mà còn tiết kiệmthời gian, công sức và năng lượng trong việc phơi quần áo cho các gia đìnhhiện nay Bên cạnh đó là khả năng linh hoạt, độ bền cao và tăng tính thẩm mỹcho khu vực ban công và sân phơi của các gia đình

Mục tiêu nghiên cứu:

+ Tìm hiểu tổng quan về mạch điều khiển hệ thống giàn phơi quần áo thôngminh

+ Thiết kế và thực thi mô hình hệ thống phơi quần áo thông minh

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

+ Kit Wifi ESP8266 NodeMCU

+ Module cảm biến mưa

+ Module cảm biến ánh sáng

+ Động cơ DC

+ Ứng dụng Blynk

Trong báo cáo này sẽ trình bày các vấn đề liên quan tới kiến thức nềntảng xây dựng nên đồ án Bố cục gồm 3 chương trọng tâm:

Chương 1: Tổng quan về hệ thống giàn phơi quần áo

Giới thiệu và phân tích một số hệ thống giàn phơi quần áo hiện nay, từ

đó đưa ra những vấn đề tập trung nghiên cứu

Chương 2: Tổng quan về mạch điều khiển giàn phơi quần áo thông minh.

Giới thiệu tổng quan về lý thuyết liên quan cũng như các thiết bị phầncứng sử dụng trong hệ thống giàn phơi quần áo thông minh

Chương 3: Thiết kế mô hình hệ thống giàn phơi quần áo thông minh.

Chương này đề cập đến các yêu cầu và chức năng của phần cứng, chitiết sơ đồ khối, chức năng từng khối và sơ đồ nguyên lý từng khối, xây dựnglưu đồ giải thuật cho hệ thống giàn phơi quần áo thông minh

Trong quá trình thực hiện đồ án, do thời gian và kinh nghiệm hạn chếnên việc thiết kế và thực hiện còn thiếu sót rất nhiều Do đó, em rất mongnhận được sự đóng góp của thầy, cô và các bạn để giúp em đưa đề tài ứngdụng vào thực tế cuộc sống Qua đây, em cũng chân thành cảm ơn quý thầy,

cô giáo trong khoa Điện tử và các bạn đã giúp đỡ và tạo điều kiện thuận lợi để

em có thể hoàn thánh tốt đồ án trên

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG GIÀN PHƠI QUẦN ÁO

THÔNG MINH

1.1 Giới thiệu tình hình nghiên cứu hiện nay

Thuật ngữ "Internet of Things" (IoT) gần đây xuất hiện rất nhiều vàthu hút không ít sự quan tâm chú ý của thế giới công nghệ IoT là khái niệmkết nối các thiết bị với nhau và với Internet IoT là một mạng lưới khổng lồgồm các vật (things) và con người được kết nối - tất cả đều thu thập và chia sẻ

dữ liệu với nhau Khi thế giới dần tiến vào kỷ nguyên IoT, sử dụng các thiết bịthông minh như điện thoại, máy tính bảng hay máy tính để kết nối, điều khiểnmọi vật dụng thì mô hình nhà thông minh (smarthome) sẽ là xu hướng nhà ở

mà tất cả mọi người đều muốn sở hữu

Nhà thông minh là kiểu nhà được lắp đặt các thiết bị điện, điện tử cóthể được điều khiển hoặc tự động hóa hoặc bán tự động, thay thế con ngườitrong thực hiện một hoặc một số thao tác quản lý, điều khiển Hệ thống điện

tử này giao tiếp với người dùng thông qua bảng điện tử đặt trong nhà, ứngdụng trên điện thoại di động, máy tính hoặc một giao diện web

Một số hệ thống trong nhà thông minh:

+ Hệ thống cửa thông minh: người dùng có thể lập trình hệ thống với cácchức năng như: đóng mở tự động, đóng mở bằng mật khẩu, thẻ, có thể ápdụng trong các nhà riêng, các siêu thị,

+ Hệ thống báo cháy: áp dụng để báo cháy khi nhận thấy nồng lượng khói,khí ga trong nhà không phù hợp, vượt ngưỡng sẽ báo cho gia chủ để có thể cóbiện pháp xử lý Hệ thống rất có ích trông các công ty, gia đình,

+ Hệ thống cảm biến chống trộm: hệ thống kết hợp camera giám sát và các hệthống còn lại Để khi phát hiện thấy trộm đột nhập, hệ thống sẽ tích hợp ví: húcòi, bật điện,nhắn tin để có thể dễ dàng phát hiện ra kẻ trộm trong nhà + Hệ thống điều khiển sân vườn: Chức năng của hệ thống này là tự động tướicây cỏ trong vườn hàng ngày theo thời gian định trước hoặc bật, tắt từ xabằng điện thoại

+ Hệ thống phơi quần áo thông minh: hệ thống sẽ tự động thu và phơi quần áotùy theo điều kiện thời tiết.

Hiện nay hệ thống nhà thông minh được ứng dụng rất nhiều vào đờisống Một trong những ứng dụng cơ bản nhất trong hệ thống nhà thông minh

đó chính là hệ thống giàn phơi quần áo thông minh

1.2 Tính cấp thiết của đề tài

Trong cuộc sống hàng ngày của mỗi gia đình Việt Nam hiện nay.Công việc giặt đồ và phơi đồ trở thành một công việc hàng ngày Mỗi gia đìnhđều có một không gian cũng như hệ thống để phơi khô quần áo sau khi giặt.Nhưng hầu hết hệ thống phơi quần áo trong các hộ gia đình hiện nay đều thựchiện thủ công, đều thực hiện bằng tay, mất khá nhiều thời gian cũng như côngsức, đôi khi gặp nhiều khó khăn khi gặp thời tiết không thuận lợi như trờimưa…

Ngoài ra, hầu hết mọi người sẽ đi làm và một số người sẽ cần phải đilàm vào sáng sớm và tăng ca tới đêm muộn, buộc họ phải phơi quần áo trướckhi mặt trời mọc và sẽ chỉ thu quần áo vào ban đêm Điều này khiến họ lolắng khi ở nơi làm việc về sự thay đổi thời tiết có thể xảy ra và họ không thểquay về nhà để giữ quần áo Giàn phơi quần áo thông minh là giải pháp chotất cả những khó khăn trên Đây là một đề tài có tính ứng dụng thiết thực màcác cá nhân cũng như các công ty sẽ không ngừng nghiên cứu cho ra đời cácsản phẩm khác nhau vì nhu cầu thực tiễn và đa dạng phương pháp tiếp cận

Giàn phơi quần áo thông minh là hệ thống cơ học được thiết kế phục

vụ nhu cầu phơi và thu quần áo nhưng có tính năng thông minh, tiện lợi hơncác loại giàn phơi truyền thống thống thường

Giàn phơi quần áo thông minh là một sản phẩm khoa học có tính ứngdụng cao, sản phẩm giúp cho việc phơi phóng quần áo trở nên nhanh chóng,

dễ dàng, tiết kiệm thời gian và năng lượng

Bên cạnh đó, giàn phơi quần áo thông minh có khả năng linh hoạt, độbền cao và tăng tính thẩm mỹ cho khu vực ban công và sân phơi của các giađình, đặc biệt là đối với căn hộ chung cư.

1.3 Một số mẫu giàn phơi quần áo

1.3.1 Giàn phơi xếp tường

Thiết kếcác thanh phơi song song được gắn lên tường với hệ thống thanh xếp có thểkéo ra vào linh hoạt, phù hợp với không gian nhà ở nhỏ hẹp

Tuy nhiên, kiểu giàn phơi này sẽ hạn chế khả năng làm khô quần áo bêntrong, không có khả năng linh hoạt, khó di chuyển giàn phơi

1.3.2 Giàn phơi gắn trần

Thiết kế cho khu vực ban công, sử dụng bộ tời để nâng hạ các thanh

Hình 1.1: Hệ thống giàn phơi quần áo xếp tường

Hình 1.2: Hệ thống giàn phơi quần áo gắn trần

phơi, tiết kiệm không gian ban công Tuy nhiên, giá thành đắt và khó dichuyển.

1.3.3 Giàn phơi di động

Giàn phơi di động đối với những người dùng sống ở nơi có khônggian rộng rãi mang lại rất nhiều tính năng nổi bật Đặc biệt có thể kể đến nhưviệc có thể di chuyển giàn phơi ra những nơi có nắng để phơi Nếu không cầnphơi đồ, có thể mang vào trong nhà để làm đồ móc quần áo khô

Trong đề tài này, em xin đề cập tới hệ thống giàn phơi quần áo thôngminh di động phù hợp với gia đình có không gian ở rộng

1.4 Yêu cầu công nghệ của hệ thống giàn phơi quần áo thông minh

Đề tài này sẽ đáp ứng được các nhu cầu như sau:

+ Hệ thống sẽ phát hiện mưa hoặc trời tối thông qua cảm biến, xử lí và

tự động thu quần áo vào hệ thống mái che đảm bảo quần áo không bị ướt

+ Khi trời sáng và không có mưa, hệ thống sẽ tự động kéo quần áo raphơi

+ Người dùng có thể thu hoặc phơi quần áo thông qua hộp nút nhấnđiều khiển bằng tay được gắn trên hệ thống

+ Ngoài ra, giải pháp điều khiển internet được đưa ra và tích hợp trên

hệ thống giúp người sử dụng có thể điều khiển hệ thống ở bất kì nơi đâuthông qua mạng internet

1.5 Nhiệm vụ nghiên cứu

+ Tìm hiểu về hệ thống giàn phơi quần áo cũng như nhu cầu thực tếcủa nó trong các hộ gia đình hiện nay

Hình 1.3: Một số giàn phơi di động

+ Nghiên cứu tổng quan về kit WiFi ESP8266 NodeMCU và ứngdụng thực tiễn

+ Trên cơ sở đó đề xuất một giải pháp thiết kế mô hình hệ thống giànphơi đồ thông minh nhằm đáp ứng được nhu cầu thực tế đó

1.6 Kết luận chương

Trong chương 1 đã giới thiệu sơ lược tình hình nghiên cứu về các hệthống trong nhà thông minh cùng với những nhu cầu thực tế trong việc phơiquần áo ngoài thực tế và các hệ thống giàn phơi trên thị trường hiện nay Từ

đó giúp ích cho quá trình đưa ra yêu cầu công nghệ, lên kế hoạch, nhiệm vụthiết kế mô hình hệ thống giàn phơi quần áo thông minh

CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ MẠCH ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG

GIÀN PHƠI QUẦN ÁO THÔNG MINH

2.1 Kit Wifi ESP8266 NodeMCU

2.1.1 Chip Wifi SoC ESP8266

2.1.1.1 Giới thiệu chip ESP8266

ESP8266 là chip tích hợp cao System on Chip (SoC), tích hợp Wi-Fi2.4Ghz, có khả năng xử lý và lưu trữ tốt, cung cấp khả năng vượt trội để trang

bị thêm tính năng Wi-Fi cho các hệ thống khác hoặc đóng vai trò như một giảipháp độc lập

Chip ESP8266 được sản xuất bởi một công ty bán dẫn Trung Quốc:Espressif Systems Phát hành đầu tiên vào tháng 8 năm 2014, đóng gói đưa rathị trường dưới dạng module ESP-01, được sản xuất bởi bên thứ 3: AI-Thinker ESP8266 có một cộng đồng các nhà phát triển trên thế giới rất lớn,cung cấp nhiều module lập trình mã nguồn mở giúp nhiều người có thể tiếpcận và xây dựng ứng dụng rất nhanh Hiện nay tất cả các dòng chip ESP8266trên thị trường đều mang nhãn ESP8266EX, là phiên bản nâng cấp củaESP8266 [3]

2.1.1.2 Sơ đồ chân

Hình 2.1: Sơ đồ chân IC ESP8266EX [3]

ESP8266EX có 17 chân GPIO được gán cho các chức năng khác nhaubằng cách lập trình các thanh ghi thích hợp Mỗi GPIO có thể được cấu hìnhmức logic cao hoặc mức thấp bên trong (chỉ XPD_DCDC được cấu hình mức

thấp bên trong, GPIO khác chỉ có thể được định cấu hình với mức cao) Khiđược cấu hình làm đầu vào, dữ liệu được lưu trữ trong thanh ghi; đầu vàocũng có thể được đặt thành ngắt CPU kích hoạt cạnh hoặc kích hoạt mức.Tóm lại, các chân I/O là hai chiều, bao gồm đầu vào và đầu ra với đầu vàođiều khiển tristate Các chân này có thể được ghép với các chức năng khácnhư I2C, I2S, UART, PWM và IR Remote Control…[3]

2.1.1.3 Thông số phần cứng

+ 32-bit RISC CPU: Tensilica Xtensa LX106 running at 80 MHz

+ Hỗ trợ Flash ngoài từ 512KiB đến 4MiB

+ 64 KB RAM thực thi lệnh

+ 96 KB RAM dữ liệu

+ 64 KB boot ROM

+ Tích hợp giao thức TCP/IP

+ Chuẩn wifi IEEE 802.11 b/g/n, Wi-Fi 2.4 GHz

+ Tích hợp balun, LNA, khuếch đại công suất và matching network

+ Hỗ trợ WEP, WPA/WPA2, Open network

+ Hỗ trợ UART, SPI, I²C, PWM, I²S, 1 ADC 10-bit

2.1.1.4 CPU

ESP8266EX tích hợp bộ xử lý RISC 32 bit của Tensilica L106, giúpđạt được tốc độ xung nhịp tối đa 160 MHz Hệ điều hành thời gian thực(RTOS) và Wi-Fi cho phép 80% công suất xử lý có sẵn để lập trình và pháttriển ứng dụng

CPU bao gồm: RAM / ROM lập trình (iBus), có thể được kết nối với

bộ nhớ bộ điều khiển, cũng có thể được sử dụng để truy cập flash RAM dữ liệu (dBus), có thể kết nối với bộ điều khiển bộ nhớ AHB có thể được sửdụng để truy cập vào thanh ghi

2.1.1.5 Memory:

Do không hỗ trợ bộ nhớ Flash nên các board sử dụng ESP8266 phảigắn

thêm chip Flash bên ngoài và thường là Flash SPI để ESP8266 có thể đọcchương trình ứng dụng với chuẩn SDIO hoặc SPI.

+ Bộ nhớ Flash là một loại bộ nhớ máy tính kiểu bộ nhớ điện tĩnh volative memory), có thể bị xóa và lập trình lại

(non-+ Bộ nhớ flash có thể được dùng như một loại EEPROM, có thể được đọc/ghibằng điện và không mất dữ liệu khi ngừng cung cấp điện.[3]

2.1.2 Giới thiệu về kit Wifi ESP8266 NodeMCU

NodeMCU là một nền tảng IoT mã nguồn mở, bao gồm firmwarechạy trên ESP8266 Wi-Fi SoC của Systems Espressif và phần cứng được dựatrên các module ESP-12 “NodeMCU” được ghép từ “node” (đơn vị cơ bảncủa cấu trúc dữ liệu) và “MCU” (micro-controller unit) Thuật ngữ

“NodeMCU” được gọi chính xác theo firmware hơn là kit phát triển.Firmware sử dụng ngôn ngữ lập trình Lua

NodeMCU được tạo ra ngay sau khi ESP266 ra đời Ngày 30 tháng 12năm 2013, Espressif bắt đầu sản xuất ESP8266 NodeMCU bắt đầu vào ngày

13 tháng 10 năm 2014, khi file nodemcu-firmware đầu tiên được xem xét.Đến năm 2016, NodeMCU đã có hơn 40 module khác nhau [5]

2.1.3 Thông số kĩ thuật kit Wifi ESP8266 NodeMCU V0.9

+ Wi-Fi: 2.4 GHz hỗ trợ chuẩn 802.11 b/g/n

+ Điện áp hoạt động: 3.3V Điện áp vào: 5V

+ Module hỗ trợ 13 chân GPIO, 1 chân ADC, 1 giao tiếp UART, 1 giao tiếpSPI và hỗ trợ PWM

+ IC CH340 chuyển đổi USB – UART

+ Số chân Analog Input: 1 (điện áp vào tối đa 3.3V)

+ Lập trình trên các ngôn ngữ: C/C++, Micropython…[5]

2.1.4 Cấu hình chân pin kit Wifi ESP8266 NodeMCU V0.9

Hình 2.2: Sơ đồ chân kit Wifi ESP8266 NodeMCU V0.9 [5]

Kit ESP8266 NodeMCU cho phép truy cập vào các chân GPIO củaESP8266 Cần chú ý là các chân trên NodeMCU được đánh số khác với cácchân GPIO trên ESP8266 như hình 2.2 và bảng 2.1 dưới đây

Bảng 2.1:Chân I/O trên NodeMCU

NodeMCU

ESP8266

NodeMCU

ESP8266

Tất cả các GPIO đều có trở kéo lên nguồn bên trong (ngoại trừGPIO16 có trở kéo xuống GND) Người dùng có thể cấu hình kích hoạt hoặckhông kích hoạt trở kéo này

GPIO1 và GPIO3: hai GPIO này được nối với TX và RX của bộUART0, NodeMCU nạp code thông qua bộ UART0 nên tránh sử dụng 2 chânGPIO này.

GPIO0, GPIO2, GPIO15: đây là các chân có nhiệm vụ cấu hình modecho ESP8266 điều khiển quá trình nạp code nên bên trong NodeMCU (có têngọi là strapping pins) có các trở kéo để định sẵn mức logic cho chúng nhưsau: GPIO0: HIGH; GPIO2: HIGH; GPIO15: LOW

GPIO9, GPIO10: hai chân này được dùng để giao tiếp với ExternalFlash của ESP8266 [5]

2.1.5 Phần mềm Arduino IDE

2.1.5.1 Giới thiệu chung

Với ESP8266 NodeMCU, ngoài việc sử dụng ngôn ngữ lập trình Luacòn có thể lập trình sử dụng ngôn ngữ C/C++ thông qua Arduino IDE

Arduino IDE là phần mềm dùng để lập trình cho Arduino Môi trườnglập trình Arduino IDE có thể chạy trên ba nền tảng phổ biến nhất hiện nay làWindows, Macintosh OSX và Linux Do có tính chất nguồn mở nên môitrường lập trình này hoàn toàn miễn phí và có thể mở rộng thêm bởi ngườidùng có

kinh nghiệm Ngôn ngữ lập trình được mở rộng thông qua các thư viện C++

2.1.5.2 Tích hợp thư viện hỗ trợ NodeMCU

Các bước tích hợp thư viện hỗ trợ việc lập trình ESP8266 NodeMCU Bước 1: Thêm đường dẫn để tải các package cho NodeMCU vào ArduinoIDE

Khởi động Arduino IDE, từ màn hình chính chọn File → Preferences

Hình 2.3: Giao diện Arduino IDE Preferences

Thêm đường dẫn bên dưới vào mục Addition Boards Manager URLS:

http://arduino.esp8266.com/stable/package_esp8266com_index.json

Chọn OK để kết thúc

Bước 2: Tải thư viện hỗ trợ:

Từ giao diện chính của Arduino IDE, chọn Tools→Board→BoardManagers

Tại thanh tìm kiếm của hộp thoại Board Managers ta nhập vào

“esp8266”, chọn “esp8266 by esp8266 community” và chọn Install

Hình 2.4: Giao diện Board Installation trong Arduino IDE

Khi hoàn thành tất cả các bước trên, có thể lập trình cho ESP8266NodeMCU bằng phần mềm Arduino IDE

2.1.5.3 Giao diện phần mềm Arduino IDE

+ Vùng thông tin: Có chức năng thông báo các thông tin lỗi của chương trìnhhoặc các vấn đề liên quan đến chương trình được lập

+ Vùng lập trình: Vùng này để người lập trình thực hiện công việc lập trình.Cấu trúc chương trình cơ bản trong Arduino bao gồm ba phần chính là: phầnkhai báo biến; phần thiết lập (void setup()) và vòng lặp (void loop())

+ Vùng thực hiện chức năng:

Bảng 2.2: Các chức năng lệnh của phần mềm Arduino IDE

Biên dịch chương trình đang soạn thảo

để kiểm tra các lỗi chương trình

Hình 2.5: Giao diện phầm mềm Arduino IDE

Biên dịch và upload chương trình đangsoạn thảo.

Mở một trang soạn thảo mới

Mở các chương trình đã lưu

Lưu chương trình đang soạn

Mở cửa sổ Serial Monitor để gửi và nhận dữ liệu giữa máy tính và Board

2.2 Mạch cầu H

2.2.1 Giới thiệu chung

Mạch cầu H được cấu tạo bởi 4 transitor hoặc 4 FET Tác dụng củatransitor hoặc FET trong mạch cầu H là đóng/mở, dẫn dòng điện từ nguồn cấpcho tải với công suất nhỏ đến lớn Các khóa điện tử này có tín hiệu điều khiển

là tín hiệu nhỏ (điện áp hay dòng điện) và cho dẫn dòng và điện áp lớn đểcung cấp cho tải Mạch cầu H có thể đảo chiều dòng điện qua tải nên hayđược dùng trong các mạch điều khiển động cơ DC và các mạch băm xungáp…

Thành phần chính của mạch cầu H chính là các khóa điện tử, việcchọn linh kiện để làm các khóa này phụ thuộc vào mục đích sử dụng mạchcầu, loại đối tượng cần điều khiển, công suất tiêu thụ của đối tượng và điềukiện của người thiết kế Các khóa của mạch cầu H thường được chế tạo bằngrelay hoặc transitor [1]

2.2.1 Nguyên lý hoạt động mạch cầu H

Hình 2.6: Mô hình mạch cầu H

Nguyên lý hoạt động của mạch cầu H: Ở điều kiện bình thường 4 khóa(S1; S2; S3; S4) “mở”, mạch cầu H không hoạt động Nếu S1 và S4 được bật,dây dẫn bên trái của động cơ sẽ được kết nối với nguồn điện, trong khi dâydẫn phải được nối với mặt đất Dòng điện bắt đầu chạy qua động cơ tạo nănglượng cho động cơ (giả sử) hướng về phía trước và trục động cơ bắt đầu quay

Nếu S2 và S3 được bật, điều ngược lại xảy ra, động cơ sẽ được cấpnăng lượng theo hướng ngược lại và trục sẽ bắt đầu quay ngược

Mạch cầu H có thể ứng dụng để đảo chiều quay động cơ Lưu ý,không được phép đóng cùng lúc S1 và S2 hoặc S3 và S4 hoặc đóng cùng lúc

4 công tắc Việc này tạo ra một đường dẫn trực tiếp từ Vcc xuống GND vàgây ra hiện tượng ngắn mạch Acquy sẽ bị hỏng và nghiêm trọng hơn có thểcháy nổ mạch

Nếu đóng cùng lúc S1 và S3 hoặc S2 và S4, cả 2 cực của động cơcùng nối với một mức điện áp, sẽ không có dòng điện nào chạy qua, mạch cầu

H không hoạt động Đây có thể coi là một cách hãm động cơ Nên tránhtrường hợp này xảy ra, nếu muốn mạch cầu không hoạt động, nên mở tất cảcác khóa thay vì dùng trường hợp này

2.2.2 Ưu nhược điểm của mạch cầu H

Ưu điểm: Sử dụng cầu H làm cho mạch trở nên đơn giản hơn và tiếpkiệm chi phí

Nhược điểm: Hiện tượng trùng dẫn ở 2 nửa cầu của mạch cầu H sinh

ra tổn hao, quá tải, nóng trên các khóa điện tử, phá hủy khóa điện tử Do đókhoảng thời gian chuyển giữa các tín hiệu phải đủ để tránh trường hợp trùngdẫn [1]

2.2.3 IC L298N

2.2.3.1 Giới thiệu chung

IC L298N là mạch tích hợp đơn chip có kiểu vỏ công suất 15 chân(multiwatt 15) Là IC mạch cầu đôi (dual full-bridge) có khả năng hoạt động ởđiện thế cao, dòng cao

Được thiết kế tương thích chuẩn TTL và lái tải cảm kháng như relay,cuộn hút solenoid, động cơ DC và động cơ bước IC L298N có chân enable đểcho phép/không cho phép IC hoạt động, độc lập với các chân tín hiệu vào ICL298N có thêm một chân cấp nguồn giúp mạch logic có thể hoạt động ở điệnthế thấp hơn

2.2.3.2 Sơ đồ chân của IC L298N

Hình 2.8: Sơ đồ chân IC L298N [4]

Chức năng các chân IC L298N:

Bảng 2.3: Chức năng các chân của IC L298N

Hình 2.7: IC L298N [4]

Chân Tên Chức năng

1;15 Sense A; Sense B Nối chân này qua điện trở cảm ứng dòng xuống GND để điều khiển dòng tải2;3 Out 1; Out 2 Ngõ ra của cầu A Dòng của tải mắc giữa hai chân này được qui định bởi chân 1.

Chân cấp nguồn cho tầng công suất Cần có một tụ điệnkhông cảm kháng 100nF nối giữa chân này và chân GND

5;7 Input 1; Input 2 Chân ngõ vào của cầu A, tương thích chuẩn TTL

+ Loại đầu vào : TTL logic [4]

2.3 Module cảm biến mưa

2.3.1 Giới thiệu chung

Hình 2.9: Module cảm biến mưa

Module cảm biến mưa có thiết kế đơn giản gồm: một lá chắn để nhậnbiết có mưa hoặc có nước xuất hiện trên bề mặt của lá chắn và phần module

chuyển đổi tín hiệu giúp giao tiếp với các board mạch vi điều khiển, led báohiệu để nhận biết trạng thái trên lá chắn.

Cảm biến hỗ trợ hai loại ngõ ra tín hiệu là analog (tương tự) và digital(số), để có thể áp dụng linh hoạt tùy mục đích khác nhau

+ Có LED báo hiệu khi có mưa hoặc nước trên bề mặc lá chắn

+ Dạng tín hiệu: TTL, đầu ra 100mA (Có thể sử dụng trực tiếp Relay, Còicông suất nhỏ )

+ Độ nhạy có thể được điều chỉnh thông qua chiết áp

+ Kích thước module chuyển đổi: 3.2cm x 1.4cm

+ Lá chắn sử dụng vật liệu chất lượng cao FR-04 hai mặt, bề mặt mạ niken,chống oxy hóa

+ Kích thước lá chắn: 5.0cm x 4.0cm

2.3.3 Nguyên lý hoạt động

Mạch cảm biến mưa hoạt động bằng cách so sánh hiệu điện thế củamạch cảm biến nằm ngoài trời với giá trị định trước (giá trị này thay đổi đượcthông qua một biến trở màu xanh) từ đó phát ra tín hiệu

Khi cảm biến khô ráo (trời không mưa), chân D0 của module cảmbiến sẽ được giữ ở mức cao (5V) Khi có nước trên bề mặt cảm biến (trờimưa), đèn LED báo hiệu sẽ sáng lên, chân D0 được kéo xuống thấp (0V) Cóthể sử dụng để điều khiển relay, còi…hoặc đưa vào chân I/O của vi điềukhiển

Chân A0: Dùng để xác định độ lớn của giọt nước, bằng cách đưa vàoADC của vi điều khiển

2.4 Module cảm biến ánh sáng quang trở

2.4.1 Giới thiệu chung

Hình 2.10: Module cảm biến ánh sáng

Cảm biến ánh sáng quang trở phát hiện cường độ ánh sáng, sử dụng

bộ cảm biến photoresistor loại nhạy cảm, cho tín hiệu ổn định, rõ ràng vàchính xác Thiết kế đơn giản nhưng hiệu quả và độ tin cậy cao, độ nhiễu thấp

do được thiết kế mạch lọc tín hiệu trước khi so sánh với ngưỡng

Photoresistors là các thiết bị bán dẫn sử dụng năng lượng ánh sáng đểđiều khiển dòng điện tử, và do đó dòng điện chạy qua chúng Tế bào quangđiện thường được sử dụng được gọi là điện trở phụ thuộc ánh sáng hoặc LDR.Điện trở phụ thuộc ánh sáng được làm từ vật liệu bán dẫn tiếp xúc nhưcadmium sulphide làm thay đổi điện trở từ vài triệu Ohms trong bóng tốithành chỉ vài trăm Ohms khi ánh sáng rơi vào nó bằng cách tạo ra cặpelectron-lỗ trong vật liệu

Vật liệu được sử dụng làm chất bán dẫn bao gồm chì sunphua (PbS),selenua chì (PbSe), indimon antimonide (InSb) phát hiện ánh sáng trong dảihồng ngoại với các cảm biến ánh sáng phổ biến nhất là Cadmium Sulphide(Cds) Cadmium sulphide được sử dụng trong sản xuất các tế bào quang điện

vì đường phản ứng quang phổ của nó gần giống với mắt người Thôngthường, nó có bước sóng nhạy cảm đỉnh (λp) khoảng 560nm đến 600nm trongphạm vi phổ khả kiến

Hình 2.11: Photoresistors