Thiết kế mạch đo nhiệt độ, độ ẩm áp dụng công nghệ iot với kit RF thu phát wifi BLE ESP32 oled heltec

Ngày khoa học công nghệ ngày phát triển, người ngày chế tạo nhiều vật dụng thông minh đại Từ tối ưu hóa nhu cầu người cách dễ dàng Mỗi giai đoạn phát triên lịch sử giới gắn liền với cách mạng khoa học công nghệ kĩ thuật Và ngày nay, cách mạng Internet of Things(IoT) tạo nên thay đổi đáng kể cho sống người tương lai Internet of Things ứng dụng vào nhiều mặt sống Ứng dụng công nghiệp, nông nghiệp, Y tế, giáo dục,… Đặc biệt việc giám sát thay đổi môi trường phần việc thời tiết trái đất biến đổi mà không lường trước Từ việc giám sát nhiệt độ, độ ẩm mơi trường thơng qua internet điều mạng tính ứng dụng cao Nhiệt độ, độ ẩm đại lượng quan tâm nhiều vật lý có vai trị định nhiều tính chất mơt trường vật chất Vì chúng em thực đề tài: “Thiết kế mạch đo nhiệt độ, độ ẩm áp dụng công nghệ IoT với Kit RF thu phát Wifi BLE ESP32 Oled Heltec”

BÀI TẬP LỚN MÔN THỰC HÀNH CƠ SỞ HỌC VIỆN CƠNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THƠNG KHOA KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ I - BÁO CÁO BÀI TẬP LỚN MÔN THỰC HÀNH CƠ SỞ ĐỀ TÀI: Thiết kế mạch đo nhiệt độ, độ ẩm áp dụng công nghệ IoT với Kit RF thu phát Wifi BLE ESP32 Oled Heltec CÁC THÀNH VIÊN THAM GIA: HOÀNG KHẮC VĂN NGUYẾN THỊ THU HƯƠNG - B16DCDT104 VŨ THỊ KIỀU OANH HÀ NỘI -2019 Page |1 - B16DCDT231 - B16DCDT159 BÀI TẬP LỚN MÔN THỰC HÀNH CƠ SỞ Mục lục LỜI MỞ ĐẦU PHẦN A: GIỚI THIỆU VỀ IoT Chương 1: Tổng quan 1.1 Tình hình nghiên cứu thuộc lĩnh vực đề tài 1.2 Tính cấp thiết đề tài 10 1.3 Phạm vi nghiên cứu đề tài 10 1.4 Mục tiêu đề tài 10 Chương 2: Giới thiệu công nghệ Internet of Things 11 2.1 Tổng quan Internet of Things 11 2.2 Kiến trúc tham chiếu IoT 30 2.3 Các công nghệ truyền thông IoT 35 PHẦN B: THIẾT KẾ MẠCH ĐO NHIỆT ĐỘ ĐỘ ẨM ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ IoT VỚI KIT RF THU PHÁT WIFI BLE ESP32 OlED HELTEC 47 Chương 1: phân tích tốn 47 1.1 Mục tiêu yêu cầu thiết kế 47 1.2 Giải pháp thiết kế 47 1.3 Các linh kiện sử dụng mạch 48 Chương 2: Thực thiết kế 58 2.1 Thiết kế phần cứng 58 2.2.Thiết kế phần mềm 59 2.3 Thi công mạch thật 61 PHẦN C: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 62 TÀI LIỆU THAM KHẢO 63 Page |2 BÀI TẬP LỚN MÔN THỰC HÀNH CƠ SỞ MỤC LỤC HÌNH ẢNH Hình : Mơ hình IoT 11 Hình 2: Mơ hình cơng nghệ thành phần IoT 15 Hình 3: Mơ hình hệ thống nhúng giám sát điều khiển từ xa 15 Hình 4: Mơ hình Ubiquitous computing 16 Hình 5: Xu hướng phát triển Ubiquitous computing _ 17 Hình 6: So sánh Mark Weiser thực ảo Ubiquitous Computing 19 Hình 7: Mơ hình hệ thống mạng thông tin di động tế bào 20 Hình 8: Mơ hình Mobile Computing 22 Hình 9: Mơ hình Computing Netwworking _ 23 Hình 10: Mơ hình mạng mở rộng _ 25 Hình 11: Mơ hình TCP/IP 26 Hình 12:Cấu phần IoT 30 Figure 13: Hai mô hình kết nối thiết bị IoT 32 Hình 14: Mơ hình tham chiếu IoT _ 33 Hình 15: Cơ chế hoạt động thẻ RFID 36 Hình 16: Mơ hình mạng Zigbee 39 Hình 17:Cấu trúc Zigbee 40 Hình 18:Mơ hình thu phát song Wifi 42 Hình 19:Phân loại tần số _ 43 Hình 20: Module GPRS 44 Hình 21:Bảng so sánh cơng nghệ truyền thông _ 46 Hình 22: sơ đồ khối _ 47 Hình 23:Cảm biến nhiệt độ độ ẩm DHT11 _ 49 Hình 24:Sơ đồ kết nối DHT11 với vi xử lý 49 Hình 25:Gửi tín hiệu start 50 Hình 26 Đọc bit _ 51 Hình 27: Đọc bit 51 Hình 28:Kit RF thu phát Wifi BLE ESP32 Oled Heltec 52 Hình 29: Sơ đồ chân Kit RF thu phát Wifi BLE ESP32 Oled Heltec 53 Hình 30: kích thước Kit RF thu phát Wifi BLE ESP32 Oled Heltec 53 Hình 31: module relay kênh _ 56 Hình 32: hình ảnh bóng đèn sợi đốt 220V 57 Hình 33: Kết nối bóng với relay 57 Hình 34: Lưu đồ thuật toán phần cứng 59 Hình 35: Lưu đồ thuật toán server 60 Hình36: sản phẩm 61 Page |3 BÀI TẬP LỚN MÔN THỰC HÀNH CƠ SỞ LỜI MỞ ĐẦU Ngày khoa học công nghệ ngày phát triển, người ngày chế tạo nhiều vật dụng thông minh đại Từ tối ưu hóa nhu cầu người cách dễ dàng Mỗi giai đoạn phát triên lịch sử giới gắn liền với cách mạng khoa học công nghệ kĩ thuật Và ngày nay, cách mạng Internet of Things(IoT) tạo nên thay đổi đáng kể cho sống người tương lai Internet of Things ứng dụng vào nhiều mặt sống Ứng dụng công nghiệp, nông nghiệp, Y tế, giáo dục,… Đặc biệt việc giám sát thay đổi môi trường phần việc thời tiết trái đất biến đổi mà không lường trước Từ việc giám sát nhiệt độ, độ ẩm mơi trường thơng qua internet điều mạng tính ứng dụng cao Nhiệt độ, độ ẩm đại lượng quan tâm nhiều vật lý có vai trị định nhiều tính chất mơt trường vật chất Vì chúng em thực đề tài: “Thiết kế mạch đo nhiệt độ, độ ẩm áp dụng công nghệ IoT với Kit RF thu phát Wifi BLE ESP32 Oled Heltec” Đề tài chúng em thực tập lớn môn thực hành sở với tìm hiểu học hỏi từ tất thầy cô trường Học viện Cơng nghệ Bưu Viễn thơng, kinh nghiệm trau dồi buổi thực hành môn Thực hành Cơ sở với hướng dẫn tận tình Thầy giáo Ths.Nguyễn Đức Minh Do thời gian ngắn hiểu biết hạn hẹp chưa chuyên sâu chắn khơng tránh khỏi sai xót từ nội dung đến sản phẩm nên em mong thầy bạn góp ý chân thành để sau em vận dụng để hồn thành tốt đề tài khác quan trọng cho công việc sau Chúng em xin chân thành cảm ơn! Hà nội, tháng năm 2019 Page |4 BÀI TẬP LỚN MÔN THỰC HÀNH CƠ SỞ PHẦN A: GIỚI THIỆU VỀ IoT Chương 1: Tổng quan 1.1 Tình hình nghiên cứu thuộc lĩnh vực đề tài Mỗi giai đoạn phát triển lịch sử giới gắn liền với cách mạng khoa học kĩ thuật.Và ngày nay, cách mạng Internet of Things tạo nên thay đổi đáng kể cho sống người tương lai Với phát triển Internet, smartphone đặc biệt thiết bị cảm biến, Internet of Things (IoT) trở thành xu hướng giới IoT định nghĩa vật dụng có khả kết nối Internet Bạn vào nhà, mở khóa cửa, đèn tự động sáng chỗ bạn đứng, điều hòa tự động điều chỉnh nhiệt độ, nhạc tự động bật để chào đón bạn… điều có phim khoa học viễn tưởng, dần trở thành thực với công nghệ IoT Việc giám sát nhiệt độ, độ ẩm môi trường vấn đề quan trọng ngành công nghiệp nông nghiệp, thật tuyệt vời nơi đâu lúc bạn có internet bạn đề làm điều Cơng nghệ Internet of Things khiến điều trở lên dễ dàng Nhiệt độ, độ ẩm đại lượng vật lý quan tâm nhiều có vai trị định nhiều tính chất vật chất Một đặc điểm nhiệt độ làm thay đổi liên tục đại lượng chịu ảnh hưởng nó, ví dụ áp suất, thể tích chất khí Nó yếu tố ảnh hưởng lớn đến người tất sống trái đất Ngày công nghiệp phát triển mạnh, sản phẩm tạo ngày phong phú nhu cầu lưu trữ hàng hóa nhà kho lớn.Việc kiểm soát nhiệt độ, độ ẩm bảo quản, lưu trữ sản phảm công – nông nghiệp nhà kho quan trọng Cũng giống vậy, phịng thí nghiệm bệnh viện, nhà kính trồng cảnh, khu sản xuất rau sạch…việc đảm bảo nhiệt độ, độ ẩm yếu tố quan trọng đến đến chất lượng sản phẩm 1.1.1.Trên giới Thế giới chuyển mạnh mẽ trước xu "Internet of Things" (IoT) Tới năm 2021, dự kiến có 28 tỉ thiết bị kết nối có 15 tỉ thiết bị kết nối IoT Theo báo cáo Ericsson Mobility Report, tới năm 2021, dự kiến có 28 tỉ thiết bị kết nối có 15 tỉ thiết bị kết nối IoT bao gồm thiết bị M2M (machine-to- 10 machine) đồng hồ đo thông minh, cảm biến đường, địa điểm bán lẻ, thiết bị điện tử tiêu dùng ti vi, đầu DVR, thiết bị đeo 13 tỉ lại điện thoại di động, máy tính xách tay PC, máy tính bảng Page |5 BÀI TẬP LỚN MÔN THỰC HÀNH CƠ SỞ IDC dự kiến năm 2019, tịan cầu chi 1.300 tỉ la Mỹ cho IoT Tới năm 2020, theo dự đoán Gartner giá trị gia tăng IoT mang lại 1.900 tỉ đô la Mỹ Và theo McKinsey, tới năm 2025 IoT đóng góp vào kinh tế tồn cầu 11.000 tỉ la Mỹ Tới năm 2021, dự kiến số thuê bao lên tới 9,1 tỉ Số thuê bao cao số dân người sở hữu nhiều thiết bị.Trong kết nối IoT vậy, có bao gồm có đăng ký thuê bao SIM/eSIM gắn thiết bị thiết bị điện tử tiêu dùng không cần dùng SIM (Non-SIM) IoT diễn cách mạnh mẽ 50% doanh nghiệp bắt đầu triển khai dự án IoT IoT mang lại hội doanh thu cho nhiều ngành giải pháp bắt đầu thương mại hóa với tốc độ nhanh Ngành dịch vụ tiện ích, giao thơng, tịa nhà thơng minh ngành bán lẻ ngành đầu việc ứng dụng IoT Tháng vừa qua IBM giới thiệu công cụ phát triển mã nguồn mở gọi Quarks Công cụ cho giúp nhà sản xuất nhà lập trình phát triển ứng dụng hiệu hơn, dựa liệu từ cảm biến thiết bị Internet of Things (IoT) Ứng dụng Quarks: Thực chất, Quarks dựa tảng sản phẩm IBM Streams, công cụ doanh nghiệp giúp xử lý lượng lớn liệu trực tiếp Nhưng Quarks khác biệt chỗ, thiết kế từ đầu để cung cấp cho nhà sản xuất nhà lập trình công cụ mã nguồn mở, cho việc xây dựng ứng dụng dựa thiết bị kết nối Ý tưởng biện pháp để họ tận dụng lợi để xử lý liệu trực tiếp từ thiết bị IoT theo cách đơn giản hiệu Ví dụ, bạn theo dõi sức khỏe bệnh nhân tiểu đường với thiết bị đeo người, nhân viên làm việc mỏ than với mũ bảo hiểm có gắn cảm biến Mỗi tình liên quan đến việc giám sát liệu cảm biến thu nhận được, sau truy cập truyền liệu theo thời gian thực tới người hay thiết bị cần thiết Ví dụ, cảm biến mũ bảo hiểm người thợ mỏ phát tín hiệu cảnh báo điều kiện khơng an tồn, họ cần biết Sẽ khơng thể có độ 11 trễ thiết bị truyền liệu sở liệu doanh nghiệp, để so sánh với liệu khác Trong chương trình tạo điều kiện đẩy nhanh tốc độ giao tiếp thiết bị thiết bị, thiết bị người, tiềm chúng chưa kết thúc Các phần mềm cịn gửi liệu doanh nghiệp, để so sánh với lượng liệu lớn thông qua thiết bị tương tự theo thời gian Ví dụ với thiết bị y khoa, nhà nghiên cứu xem làm nhóm người phản ứng với phác đồ điều trị theo thời gian, hay bác sỹ bệnh nhân nhận liệu cách thường xuyên để theo dõi sức khỏe bệnh nhân Page |6 BÀI TẬP LỚN MÔN THỰC HÀNH CƠ SỞ Thậm chí, phần mềm liên kết với tảng Watson Health IBM, để đánh giá tập liệu điều kiện y tế Sau đó, tảng gửi lại phản hồi cho người bệnh hay bác sỹ để đưa phương pháp điều trị thích hợp Đại diện Ericsson cho biết, từ đầu năm 2016, hãng giới thiệu giải pháp Connected Water với nhiệm vụ giám sát chất lượng nước dựa kết nối 4G/LTE Internet of Things triển lãm CES (Mỹ) Ericsson nhà mạng AT&T hợp tác triển khai giải pháp giúp tổ chức bảo vệ sơng Chattahoochee Atlanta kiểm sốt nước sơng cảnh báo kịp thời ô nhiễm Lưu vực sông sử dụng để cung cấp nguồn nước sinh hoạt cho 4.000 người dân Các thiết bị cảm biến đặt khu vực đầu nguồn sơng Proctor Creek Dịng chảy sông ảnh hưởng tới 60.000 người dân sinh sống khu công nghiệp, khu dân cư, cơng viên, trường học quanh Connected Water đặt cảm biến giá thành thấp vào dòng nước hệ thống sơng hồ Chúng có vai trị đo ghi nhận thời gian thực thông số quan trọng chất lượng nước độ sạch, lượng kim loại nặng liên tục chuyển thông số qua đám mây mạng di động thông qua công nghệ LTE Low Power Wide Area (LSWA) Các thiết bị có tuổi thọ pin lâu đảm bảo tính hiệu lâu dài, giúp quyền địa phương giám sát hiệu có hành động kịp thời, nhanh chóng vấn đề ô nhiễm xảy Trên giới nghiên cứu số hệ thống, thiết bị đo nhiệt độ tất lĩnh vực kể đến : Nhà chế tạo chip vi điều khiển hàng đầu giới – Atmel cho mắt dòng chip đo nhiệt độ có tên gọi AT30TS750, truyền thơng theo giao thức số với nhớ EEPROM tích hợp Alfredo Milani Comparetti cho đời phần mềm Speedfan theo dõi điện áp, tốc độ quạt nhiệt độ máy tính với hình phần cứng chip Tại Úc nhà vật lý học thuộc Đại học Adelaide tuyên bố chế tạo thành cơng nhiệt kế xác giới Hãng Cypress Micro System cho đời công nghệ PSOC (Programmable System On Chip) để phát triển thiết bị đo nhiệt độ dựa công nghệ 1.1.2 Tình hình nước Trước việc IoT phát triển mạnh mẽ giới, Việt Nam nước đón đầu xu Ngày 13/11/2015, khuôn khổ hội nghị quốc tế với chủ đề: Ứng dụng Internet of Things cho đô thị thông minh chất lượng sống diễn khu công nghệ cao TP.HCM (SHTP), ứng dụng IoT thực tế, xu hướng công nghệ thị trường IoT, khởi nghiệp IoT khuyến nghị chuyên gia phát triển tảng IoT tiếp tục nhà khoa học chuyên gia trao đổi Page |7 BÀI TẬP LỚN MÔN THỰC HÀNH CƠ SỞ Tại Việt Nam, IoT ứng dụng từ lâu hình thức tự động hóa hệ thống điều khiển đèn giao thông, hệ thống tưới tiêu tự động …, nhiên đến năm 2015 khái niệm Internet of Things (IoT) nhắc đến nhiều thông qua hội thảo, hội nghị xu hướng công nghệ Cisco, Intel, Hội Tin học TP.HCM số công ty nước MobiFone, DTT, Sao Bắc Đẩu Trước đó, IBM có chiến dịch Hành tinh thông minh nhấn mạnh vào thành phố thông minh hơn, Đà Nẵng chọn thực thí điểm từ năm 20122013 Tuy vậy, chưa có ứng dụng IoT thực ảnh hưởng mạnh tới đời sống xã hội nước Với giao thông , thời gian tới số ứng dụng thu phí khơng dừng, phạt nguội camera dự báo phổ biến thành phố lớn TP.HCM, Hà Nội Các lĩnh vực tiềm y tế điện tử, nông nghiệp thông minh, bất động sản thông minh cần thêm thời gian để có ứng dụng IoT phù hợp với Việt Nam Trong công nghiệp nội địa, sản phẩm IoT doanh nghiệp nước đếm đầu ngón tay như: sản phẩm chip vi mạch Trung tâm Nghiên cứu đào tạo thiết kế vi mạch - ICDREC; hệ thống cảm ứng độ ẩm, nhiệt độ nông nghiệp công ty Mimosa hệ sinh thái khởi nghiệp công nghệ - khu công nghệ phần mềm đại học quốc gia TP.HCM; chương trình TUHOC STEM dịch vụ OEP cơng ty DTT (trụ sở Hà Nội) Các hệ thống IoT Việt Nam có doanh nghiệp nước ngồi, doanh nghiệp nước tập trung vào ứng dụng tảng điện thoại di động, máy tính cịn chưa khai thác hết tính thơng minh hệ thống cảm biến hay khai thác liệu big data Và đặc biệt thiết bị phần cứng hầu hết nhập camera, thiết bị RFID, cảm biến hóa học Giải pháp IoT không phần mềm, phần cứng tiêu chuẩn (máy tính, điện thoại) mà cịn phần cứng đặc thù camera, RFID, cảm biến môi trường Có thể thấy, hệ thống liên quan tới ngành vật liệu, hóa học, sinh học, vật lý, y tế hội cho ngành khoa học công nghệ Việt Nam phối hợp để làm ứng dụng hữu ích Trong phiên thảo luận tảng cho phát triển IoT hội nghị, xu hướng nguồn mở phát triển IoT giới Việt Nam thể rõ trình bày “Một kiến trúc mở cho việc phát triển nhà tự động” TS Phạm Hoàng Anh, Đại học Bách Khoa TP.HCM; “Công nghệ mã nguồn mở, tự phát triển: Nhà Thông minh, Thành phố Thông minh” ông Pau Ceano, Công ty Vector S.A “Nền tảng mở cho IoT - Open IoT platfrom – IOP” ông Nguyễn Thế Trung, Công ty cổ phần công nghệ DTT Page |8 BÀI TẬP LỚN MƠN THỰC HÀNH CƠ SỞ Trong phần trình bày mình, dựa thực tế triển khai dịch vụ tư vấn chiến lược, kiến trúc tổng thể CNTT, giải pháp CNTT cho giáo dục, y tế, giao thông vận tải văn hóa theo mơ hình PPP (hợp tác cơng tư) q trình tham gia xây dựng chuẩn nguồn mở OIC giới, phát triển cộng đồng OIP Việt Nam, ông Nguyễn Thế Trung Tổng giám đốc công ty cổ phần công nghệ DTT - đưa khuyến nghị Việt Nam để phát triển IOT Ơng Nguyễn Thế Trung đề nghị Chính phủ khởi tạo hệ sinh thái sáng tạo hỗ trợ doanh nghiệp vừa nhỏ (DNVVN) doanh nghiệp khởi nghiệp thông qua hợp tác với đối tác tồn cầu để định chuẩn Thơng qua vườn ươm cơng nghệ, Chính phủ có sách ưu đãi để thu hút doanh nghiệp khởi nghiệp khu vực giới tham gia, tận dụng mạnh nguồn nhân lực chi phí sản xuất Việt Nam Nhằm phục vụ cho yêu cầu sản xuất tất ngành kinh tế, nông nghiệp, công nghiệp Đã có nhiểu báo cáo, tài liệu nghiên cứu vai trị giải pháp kiểm sốt nhiệt độ như: Nghiên cứu thiết kế chế tạo hệ thống đo giám sát nhiệt, ẩm cho kho nơng lâm sản có mơi trường khắc nghiệt Phạm Minh Tuấn, Phạm Thượng Cát, Trần Đức Minh, Viện Công nghệ Thông Tin, Viện Khoa học Công nghệ Việt Nam Nghiên cứu ảnh hưởng nhiệt độ đến tính chất lý mặt đường bê tông nhựa TS Nguyễn Thống Nhất ThS Trần Văn Thiện, mục đích đề tài nhằm tạo mặt đường bê tơng nhựa có chất lượng, có cường độ ổn định tuổi thọ cao Đề tài nghiên cứu khoa học độc lập cấp nhà nước “Ảnh hưởng Enso đến cực trị nhiệt độ lượng mưa Việt Nam khả dự báo” Nguyễn Đức Ngữ, Trung tâm Khoa học cơng nghệ Khí tượng Thủy văn Môi trường làm sáng tỏ chế tác động ENSO đánh giá khả dự báo mùa xuất cực trị nhiệt độ lượng mưa sở thông tin, nhận thức ENSO Page |9 BÀI TẬP LỚN MÔN THỰC HÀNH CƠ SỞ 1.2 Tính cấp thiết đề tài Hiện đời sống xã hội việc ứng dụng công nghệ Internet of Things cần thiết, người điều khiển thứ xung quanh nhanh hiệu hơn.Vì vậy tìm hiểu điều thật đắn Hiện đời sống tất lĩnh vực khác kinh tế, quốc phòng, công nghiệp, nông nghiệp, việc đo cảnh báo nhiệt độ, độ ẩm đóng vai trị quan trọng liên quan đến chất lượng sản phẩm Ví dụ cảnh báo q nhiệt lị luyện kim, cán thép, hệ thống đo nhiệt độ độ ẩm môi trường đất để phục vụ tưới tiêu Do việc nghiên cứu thiết kế hệ thống đo cảnh báo nhiệt độ, độ ẩm ngày địi hỏi độ xác cao đáp ứng nhu cầu thị trường Cùng với phát triển nhanh chóng cơng nghệ hệ thống thơng tin việc đo cảnh báo an toàn nhiệt độ , độ ẩm đảm bảo xác từ kịp thời hạn chế hậu nhiệt độ, độ ẩm gây mức thấp Các hệ thống đo cảnh báo nhiệt độ, độ ẩm giúp cho người chủ động việc cảnh báo an toàn cho hệ thống dây chuyền, kho bảo quản sản phẩm, cảnh báo cho người Do việc thực đề tài: Ứng dụng công nghệ Internet of Things đo nhiệt độ, độ ẩm gửi lên web để điều khiển ngược thiệt bị gia đình đảm bảo tính cấp thiết, quan trọng phát triển giới đại 1.3 Phạm vi nghiên cứu đề tài Đề tài Xây dựng ứng dụng đo nhiệt độ gửi liệu lên server sau điều khiển ngược trở lại để đóng/ngắt relay IoT với Kit RF thu phát Wifi BLE ESP32 Oled Heltec ứng dụng thực tiễn nhà thông minh, ứng dụng nông nghiệp trang trại cần đảm bảo nhiệt độ độ ẩm( trang trại chăn ni gà, trồng nấm, vườn ươm cây, lị ấm trứng…) Ứng dụng công nghiệp để đảm bảo tính xác sản xuất Sản phẩm ứng dụng giám sát, quan trắc, thời tiết môi trường Dựa vào thay đổi nhiệt độ độ ẩm mơi trường theo thời gian để có dự báo biện pháp phù hợp với khu vực cần khảo sát thực nghiệm 1.4 Mục tiêu đề tài Đề tài Xây dựng ứng dụng đo nhiệt độ gửi liệu lên server sau điều khiển ngược trở lại để đóng/ngắt relay IoT với Kit RF thu phát Wifi BLE ESP32 Oled Heltec có mục tiêu cần đạt là: - Nghiên cứu tìm hiểu lý thuyết chung công nghệ Internet of Things - Ứng dụng công nghệ IoT vào việc thiết kế thi công sản phẩm đo nhiệt độ độ ẩm gửi liệu lên server P a g e | 10 BÀI TẬP LỚN MƠN THỰC HÀNH CƠ SỞ Hình 23:Cảm biến nhiệt độ độ ẩm DHT11 Chức chân DHT11: + Chân 1: VDD chân nối nguồn + Chân 2: DATA chân liệu vào + Chân 3: NC( không dùng) + Chân 4: GND chân nối mass (0V) 1.3.1.2 Nguyên lý hoạt động Hình 24:Sơ đồ kết nối DHT11 với vi xử lý P a g e | 49 BÀI TẬP LỚN MÔN THỰC HÀNH CƠ SỞ Để giao tiếp với DHT11 theo chuẩn chân vi xử lý thực theo bước - Bước : Gửi tín hiệu muốn đo (Start) tới DHT11, sau xác nhận lại + MCU thiết lập chân DATA output kéo chân DATA xuống khoảng thời gian >= 1ms Khi DHT11 hiểu MCU muốn đo nhiệt độ độ ẩm + MCU đưa chân DATA lên sau thiết lâp lại chân đầu vào + Sau khoảng 20-40µs DHT kéo chân DATA xuống thấp Nếu >40µs mà chân DATA chưa kéo xuống thấp nghĩa chưa giap tiếp với DHT11 + Chân DATA mức thấp 80µs sau DHT11 kéo lên múc cao 80µs Bằng việc giám sát chân DATA , MCU biết có giao tiếp với DHT11 hay khơng Nếu tín hiệu đo lên cao hồn thiện q trình giao tiếp MCU với DHT11 Hình 25:Gửi tín hiệu start - Bước 2: Đọc giá trị DHT11 - cảm biến gửi lại byte liệu đo được: + Byte giá trị phần nguyên độ ẩm + Byte giá trị phần thập phân độ ẩm + Byte giá trị phần nguyên nhiệt độ + Byte giá trị phần thập phân nhiệt độ + Byte kiểm trả tổng Nếu Byte 5=Byte1+Byte2+Byte3+Byte4 giá trị nhiệt độ độ ẩm xác cịn khơng kết đo bị sai Cách tính nhiệt độ độ ẩm (Bytecao *256 + Bytethấp)/10 P a g e | 50 BÀI TẬP LỚN MÔN THỰC HÀNH CƠ SỞ Đọc liệu : sau giao tiếp với DHT11, DHT11 gửi liên tiếp 40bit MCU tương ứng với byte giá trị nhiệt độ độ ẩm + Bit : Hình 26 Đọc bit + Bit : Hình 27: Đọc bit Sau tín hiệu đưa ta đợi chân DATA MCU DHT11 kéo lên Nếu chân DATA khoảng 26-28µs cịn tồn khoảng 70 µs Do lập trình ta bắt sườn lên DATA sau delay 50µs Nếu giá trị đo đọc bit giá trị đo đọc bit 1cứ ta đọc bit P a g e | 51 BÀI TẬP LỚN MÔN THỰC HÀNH CƠ SỞ 1.3.2 Kit RF thu phát Wifi BLE ESP32 Oled Heltec 1.3.2.1 Giới thiệu chung thông số kỹ thuật Hình 28:Kit RF thu phát Wifi BLE ESP32 Oled Heltec Kit RF thu phát Wifi BLE ESP32 Oled Heltec phát triển module trung tâm ESP32 với công nghệ Wifi, BLE nhân ARM SoC tích hợp nay, kit sử dụng trực tiếp trình biên dịch Arduino để lập trình nạp code, điều khiến việc sử dụng lập trình ứng dụng ESP32 trở nên đơn giản, phù hợp cho ứng dụng cần kết nối, thu thập liệu điều khiển qua sóng Wifi, BLE đặc biệt ứng dụng liên quan đến IoT Trong mạch module trung tâm ESP32 ARM SoC Wifi BLE sử dụng khối xử lý trung tâm Kit RF thu phát Wifi BLE ESP32 Oled Heltec có thơng số kỹ thuật sau: - IC trung tâm: ESP32 ARM SoC Wifi BLE - Chip nạp giao tiếp UART: CP2102 - Tích hợp Oled 0.96 inch độ phân giải 128 x 64 pixel, Driver SSD1306 giao tiếp I2C - Cấp nguồn: 5VDC MicroUSB Jack nguồn Pin Lipo 3.7~4.2VDC - GIPO giao tiếp mức 3.3VDC - Tích hợp Led báo trạng thái, nút Reset, Program - Tương thích hồn tồn với trình biên dịch Arduino 1.3.2.2.Mô tả Kit RF thu phát Wifi BLE ESP32 Oled Heltec có thiết kế nhỏ gọn, tích hợp hình Oled 0.96 inch độ phân giải 128 x 64 pixel hiển thị chuyên nghiệp, IC nạp giao tiếp UART tốc độ cao chuyên dụng Silicon Labs CP2102 (Phần cứng kit sử dụng IC nạp P a g e | 52 BÀI TẬP LỚN MÔN THỰC HÀNH CƠ SỞ chuyên dụng chất lượng cao CP2102 tránh tình trạng nạp không reset board hay bị treo, đứng nạp, giao tiếp UART) với Socket gắn pin thiết kế phần cứng tối ưu cho độ động, độ bền độ ổn định cao  Sơ đồ chân Kit RF thu phát Wifi BLE ESP32 Oled Heltec Hình 29: Sơ đồ chân Kit RF thu phát Wifi BLE ESP32 Oled Heltec Hình 30: kích thước Kit RF thu phát Wifi BLE ESP32 Oled Heltec 1.3.2.3.Module trung tâm ESP32: ESP 32 chạy hệ 32 bit, tốc độ xử lý 160MHZ up to 240 MHz, tốc độ xung nhịp đọc flash chip 40MHz > 80MHz (tùy chỉnh lập trình), RAM: 520 KByte SRAM, 520 KB SRAM liền chip – (trong KB RAM RTC tốc độ cao – KB RAM RTC tốc độ thấp (dùng chế độ DeepSleep) P a g e | 53 BÀI TẬP LỚN MÔN THỰC HÀNH CƠ SỞ Hỗ trợ giao tiếp không dây: - Wi-Fi: 802.11 b/g/n/e/i Bluetooth: v4.2 BR/EDR and BLE Hỗ trợ tất loại giao tiếp: - 8-bit DACs( digital to analog) cổng Analog(ADC) 12-bit 16 cổng I²C – cổng UART – cổng SPI – cổng (1 cổng cho chip FLASH ) I²S – cổng SD card /SDIO/MMC host Slave (SDIO/SPI) Ethernet MAC interface with dedicated DMA and IEEE 1588 support CAN bus 2.0 IR (TX/RX) Băm xung PWM (tất chân ) Ultra low power analog pre-amplifier Cảm biến tích hợp chip esp32: - cảm biến Hall (cảm biến từ trường) cảm biến đo nhiệt độ Cảm biến chạm (điện dung) với 10 đầu vào khác Bảo mật - IEEE 802.11 standard security features all supported, including WFA, WPA/WPA2 and WAPI Secure boot Flash encryption 1024-bit OTP, up to 768-bit for customers Cryptographic hardware acceleration: AES, SHA-2, RSA, elliptic curve cryptography (ECC), random number generator (RNG) Nguồn điện hoạt động: - Nhiệt độ hoạt động -40 + 85C Điện áp hoạt động: 2.2-3.6V Số cổng GPIOs : 34 P a g e | 54 BÀI TẬP LỚN MÔN THỰC HÀNH CƠ SỞ 1.3.3.MODULE Relay 5VDC Kênh High / Low - 220V/10A 1.3.3.1 Thơng số kỹ thuật - Tín hiệu vào điều khiển 5VDC - Nguồn khuyên dùng: 5V - 1A 5V-2A - Mặc định tín hiệu từ vi điều khiển - Đầu ra: Tiếp điểm Relay đóng ngắt 220V 10A - Mạch sử dụng cách ly thông qua PC 817 - Có Di-ot 1N4007 SMD chống ngược - Sử dụng Tranzito C1815 SMD để kích dịng - Muốn cách ly sử dụng nguồn riêng - Kích thước: 55mmx25mm Có chân ( VRL; VCC; IN1; IN2; GND; MAS ) - Nối chân VCC với chân VRL - Nối chân GND với chan MAS - Đưa tín hiệu từ Vi Điều Khiển Cảm Biến vào chân IN Đầu ra: - COM: Chân Chung Relay - NC: Tiếp điểm thường đóng - NO: Tiếp điểm thường mở P a g e | 55 BÀI TẬP LỚN MÔN THỰC HÀNH CƠ SỞ Hình 31: module relay kênh 3.3.2 Công dụng - Dùng để điều khiển thiết bị điện 220V qua Relay - Nhận tín hiệu từ vi điều khiển: 8051; AVR; PIC; Arduino; để điều khiển thiết bị - Có thể nhận từ loại module cảm biến: CB Ánh Sáng; CB Khí; CB Rung; để đóng ngắt thiết bị P a g e | 56 BÀI TẬP LỚN MÔN THỰC HÀNH CƠ SỞ 1.3.4 Bóng đèn 220V 1.3.4.1 Cấu tạo Hình 32: hình ảnh bóng đèn sợi đốt 220V Đèn có cậu tạo gồm sợi đốt, bóng thủy tinh đèn - Sợi đốt làm Vonfram, chịu nhiệt độ cao, có chức biến đổi điện thành quang - Bóng đèn làm thủy tinh chịu nhiệt,chịu nhiệt độ cao,bảo vệ sợi đốt - Đuôi đèn (đi xốy E27 E14 ngạnh B22) làm đồng sắt tráng kẽm gắn chặt với bóng thủy tinh, có chức nối với mạng điện cung cấp cho đèn 1.3.4.2 Kết nối với mạch Đèn kết nối với mạch thông qua đầu relay kênh Hình 33: Kết nối bóng với relay P a g e | 57 BÀI TẬP LỚN MÔN THỰC HÀNH CƠ SỞ Chương 2: Thực thiết kế 2.1 Thiết kế phần cứng Trong sơ đồ nguyên lý gồm có linh kiện Kit RF thu phát Wifi BLE ESP32 Oled Heltec , cảm biến nhiệt độ độ ẩm DHT11 Relay kênh nguồn vào 5V nối với chân 1(VDD) cuả DHT11 chân VCC ESP32 để cung cấp nguồn phù hợp cho hệ thống hoạt động Chân 2(DATA) DHT11 nối với chân GPIO2 ESP32 gửi liệu cho ESP32xử lý Chân GND nối với đất DHT11 ESP32 P a g e | 58 BÀI TẬP LỚN MÔN THỰC HÀNH CƠ SỞ 2.2.Thiết kế phần mềm 2.2.1 Lưu đồ thuật toán phần cứng Bắt đầu Khởi tạo thư viện cho ESP32,DHT11,… Kết nối tới điểm truy cập internet Đọc liệu từ cảm biến Gửi liệu lên Server Hình 34: Lưu đồ thuật tốn phần cứng Giải thích lưu đồ thuật tốn phần cứng: Hệ thống bắt đầu hoạt động tiến hành việc khởi tạo thư viện cho ESP832, DHT11,… ESP32 hoạt động chế độ TCP Client kết nối tới điểm truy cập internet Cảm biến nhiệt độ độ ẩm DHT11 đo nhiệt độ, độ ẩm từ môi trường gửi liệu cho ESP32 xử lý để ESP32 gửi liệu lên server P a g e | 59 BÀI TẬP LỚN MÔN THỰC HÀNH CƠ SỞ 2.2.2 Lưu đồ thuật toán server Bắt đầu Khởi tạo giao diện Nhận liệu từ client Hiện thị thông số nhiệt độ độ ẩm Kiểm tra nhiệt độ, độ ẩm vượt ngưỡng định hay không? S Đ Bật( Tắt ) relay Hình 35: Lưu đồ thuật tốn server Giải thích lưu đồ thuật tốn server: Hệ thống bắt đầu hoạt động tiến hành việc khởi tạo giao diện sau nhận liệu từ node cảm biến gửi Tiến hành hiển thị liệu lên giao diện đồng thời kiểm tra liệu xem có vượt ngưỡng cấu hình trước hay khơng, có tiến hành gửi email cảnh báo cịn khơng quay nhận liệu tiếp P a g e | 60 BÀI TẬP LỚN MÔN THỰC HÀNH CƠ SỞ 2.3 Thi cơng mạch thật Hình36: sản phẩm P a g e | 61 BÀI TẬP LỚN MÔN THỰC HÀNH CƠ SỞ PHẦN C: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN Báo cáo thực yêu cầu đặt đề tài vấn đề tìm hiểu công nghệ Internet of Things, xu hướng phát triển tương lai, đưa khái niệm, mơ hình, kiến trúc IoT với nội dung chính: - Tìm hiểu cấu trúc chương trình C cho ESP32 Arduino IDE - Tìm hiểu trình xây dựng ứng dụng IoT iot-playground - Tìm hiểu Cảm biến nhiệt độ, độ ẩm DHT11, Kit RF thu phát Wifi ESP 32 Oled heltec - Ứng dụng công nghệ IoT xây dựng giao diện giám sát Web theo thời gian thực, kèm theo cảnh báo nhiệt độ, độ ẩm vượt ngưỡng Sản phẩm phát triển thêm với các tính như: nhỏ gọn, ưu việt, tối ưu hơn, đảm bảo chất lượng, tính xác, tính ổn định, trì tự động kết nối mạng có u cầu Tích hợp thêm nhiều chức khác thêm tính giám sát chất lượng khí mơi trường, thực công việc cụ thể khác cài đặt nhiệt độ, độ ẩm ngưỡng tưới tiêu nông nghiệp… Thêm nhiều node cảm biến sản phẩm, xây dựng thành mạng cảm biến để thu thập, giám sát cảnh báo diện rộng, tăng tính khách quan đánh giá nhiệt độ, độ ẩm môi trường Bổ sung kết nối khơng dây khác RF, Bluetooth,… để giám sát, cảnh báo, thực thi công việc thiết bị cầm tay (ví dụ: Smartphone, tay phát RF…) Phát triển thêm kết hợp với Solar cell để hệ thống làm việc độc lập với lượng sẵn có từ tự nhiên Sản phẩm thu thập đánh giá nhiệt độ độ ẩm mơi trường ứng dụng thực tiễn nhà thông minh, áp dụng nông nghiệp trang trại cần đảm bảo nhiệt độ, độ ẩm (trang trại chăn nuôi gà, trồng nấm, vườn ươm cây, lị ấm trứng…), ứng dụng cơng nghiệp để đảm bảo tính xác sản xuất Sản phẩm áp dụng giám sát, quan trắc, thời tiết môi trường… Dựa vào biến đối nhiệt độ, độ ẩm môi trường theo thời gian để có dự báo biện pháp phù hợp với khu vực cần khảo sát, thực nghiệm P a g e | 62 BÀI TẬP LỚN MÔN THỰC HÀNH CƠ SỞ TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Charalampos Doukas, Building Internet of Things with the Arduino, 2012 [2] Cuno Pfister, Getting Started with the Internet of ThingsPaperback, 2011 [3] http://www.buildinginternetofthings.com/ [4] https://en.wikipedia.org/wiki/Internet_of_Things [5] http://iot-playground.com/ [6] Kiều Xuân Thực, Vũ Thị Thu Hương Vũ Trung Kiên, 2008 Vi điều khiển cấu trúc lập trình ứng dụng Nhà xuất Giáo dục Hà Nội 199 trang [7] Nguyễn Ngọc Cương, Nguyễn Đình Nghĩa, Đỗ Quốc Huy, trần nghi Phú Phạm Thành Cơng, 2011 Giáo trình Ngơn ngữ lập trình C/C++ Nhà xuất Thông Tin Và Truyền Thông Hà Nội 191 trang P a g e | 63 ... 28 :Kit RF thu phát Wifi BLE ESP32 Oled Heltec 52 Hình 29: Sơ đồ chân Kit RF thu phát Wifi BLE ESP32 Oled Heltec 53 Hình 30: kích thước Kit RF thu phát Wifi BLE ESP32 Oled. .. chúng em thực đề tài: ? ?Thiết kế mạch đo nhiệt độ, độ ẩm áp dụng công nghệ IoT với Kit RF thu phát Wifi BLE ESP32 Oled Heltec? ?? Đề tài chúng em thực tập lớn môn thực hành sở với tìm hiểu học hỏi... PHẦN B: THIẾT KẾ MẠCH ĐO NHIỆT ĐỘ ĐỘ ẨM ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ IoT VỚI KIT RF THU PHÁT WIFI BLE ESP32 OlED HELTEC 47 Chương 1: phân tích toán 47 1.1 Mục tiêu yêu cầu thiết kế