Nghiên cứu và phát triển Mô-đun IoT Gateway dùng ESP32 trong ứng dụng bếp nấu ăn thông minh

Lí thuyết phần cứng

ESP32 WROOM-32

ESP32 WROOM-32 là một module WiFi và Bluetooth tích hợp dựa trên vi điều khiển ESP32 của Espressif Systems. - Có hỗ trợ USB-to-UART bridge để dễ dàng kết nối với máy tính hoặc thiết bị khác. - Hỗ trợ mã hóa WPA/WPA2/TKIP/AES và cơ chế bảo mật mạng WEP/WPA/WPA2 PSK/Enterprise.

Lí thuyết phần mềm

Thiết Kế Sơ Đồ Mạch (Schematic Design): Cho phép bạn tạo ra sơ đồ mạch điện tử bằng cách kéo và thả linh kiện, kết nối chúng và tạo ra mối liên hệ logic. Quản Lý Thư Viện Linh Kiện: Altium Designer cho phép bạn quản lý thư viện linh kiện để dễ dàng sử dụng chúng trong các dự án khác nhau. - Thiết kế và phát triển mạch điện tử cho các sản phẩm công nghệ, thiết bị y tế, công nghiệp, đồ điện tử tiêu dùng, và nhiều lĩnh vực khác.

Altium Designer là một phần mềm EDA mạnh mẽ và linh hoạt, chuyên dành cho thiết kế và phát triển mạch điện tử từ sơ đồ mạch đến bo mạch in. Arduino IDE( Integrated Development Environment) là một phần mềm phát triển mã nguồn mở được thiết kế đặc biệt để lập trình và nạp chương trình cho các bo mạch phần cứng Arduino. Nó cung cấp môi trường dễ sử dụng cho các nhà phát triển, học sinh, sinh viên và người đam mê điện tử để tạo ra các dự án điện tử và nhúng.

- Môi trường lập trình thân thiện: Giao diện đơn giản và trực quan của Arduino IDE thích hợp cho cả người mới học lập trình và những người có kinh nghiệm. - Thư viện tích hợp: Arduino IDE đi kèm với một loạt thư viện chuẩn giúp người dùng tương tác với các chức năng cơ bản như điều khiển GPIO, giao tiếp, cảm biến, và nhiều loại module khác. - Ví dụ sẵn có: Có một tập hợp lớn ví dụ sẵn có, giúp người dùng hiểu cách sử dụng các thư viện và thực hiện các chức năng cụ thể.

- Mô phỏng đơn giản: Môi trường Arduino IDE cung cấp một môi trường mô phỏng cơ bản cho các bo mạch, cho phép kiểm tra và thử nghiệm chương trình mà không cần bo mạch thực tế. - Hệ điều hành đa dạng: Arduino IDE được hỗ trợ trên nhiều hệ điều hành phổ biến như Windows, macOS và Linux, giúp người dùng có sự linh hoạt trong việc chọn nền tảng lập trình. - Dự án điện tử sáng tạo: Với Arduino IDE, người dùng có thể phát triển nhiều loại dự án điện tử sáng tạo, từ đèn LED nhấp nháy đến robot tự động hóa và các ứng dụng IoT.

- Hỗ trợ bo mạch phong phú: IDE hỗ trợ nhiều loại bo mạch Arduino khác nhau, từ những con chip nhỏ nhất cho đến các phiên bản phức tạp hơn, giúp người dùng lựa chọn phù hợp cho dự án của mình. Tổng quan, Arduino IDE là một môi trường phát triển ứng dụng điện tử mạnh mẽ, linh hoạt và phù hợp cho những người đam mê điện tử. - GX Works2 được sử dụng để phát triển và lập trình các ứng dụng điều khiển tự động hóa sử dụng các dòng PLC của Mitsubishi như các dòng FX, Q Series, và nhiều dòng khác.

- GX Works2 hỗ trợ nhiều ngôn ngữ lập trình bao gồm Ladder Diagram (LD), Structured Text (ST), Function Block Diagram (FBD), Sequential Function Chart (SFC), và Instruction List (IL). - GX Works2 đi kèm với tài liệu hướng dẫn chi tiết và hỗ trợ trực tuyến từ Mitsubishi Electric, giúp người dùng giải quyết các vấn đề lập trình.

NGHIÊN CỨU VÀ THIẾT KẾ MÁY NẤU ĂN THÔNG MINH

Thiết kế và lắp ráp máy nấu ăn thông minh

Mô hình kết nối hệ thống thu nhận dữ liệu cho robot dịch vụ dạng cánh tay được khảo sát như trình bày trên Hình 3.2. Các tác vụ của cánh tay robot có chuyển động cố định đơn giản là dạng chuyển động phổ biến trong lĩnh vực dịch vụ. Hệ thống dịch vụ là hệ thống nếu bếp tự động được trang bị các cơ cấu chấp hành và quy trình hoạt động của bếp tham khảo theo [12] để giải mã công nghệ với thiết kế được trình bày trong các mục sau.

Cơ cấu này dùng để đóng mở nắp, trên đó có trang bị cơ cấu quay để thực hiện tác vụ trộn nguyên liệu trong chảo và làm sạch chảo khi nấu xong món ăn. Cơ cấu này là cụm thiết bị chuyên dùng để gia nhiệt theo profile đảm bảo món ăn được điều chỉnh nhiệt độ tương ứng với từng giai đoạn nấu. Trong trường hợp đề tài chỉ giả định chỉ gia nhiệt với 3 giá trị cố định để đơn giản trong việc minh hoạ quy trình nấu ăn.

Động cơ này thực hiện việc trộn nguyên liệu trong quay trình với các chế độ khác nhau về tốc độ quay và thời gian quay tùy loại nguyên liệu được thêm vào. Lưu ý: tham số vị trí này có thể có thứ tự bất kỳ tùy theo quy trình nấu các món ăn khác nhau. SET hệ thống cấp nhiệt Actuator_Temp với nhiệt độ T_1 trong thời gian 2 giây (để đạt nhiệt độ mong muốn).

Bước 3 (B3): OUT cơ cấu chấp hành cấp liệu Actuator_Ingredients với tham số ingredient_1 trong thời gian 3 giây. SET cơ cấu chấp hành Tag_Ingredients_Push lật khay nguyên liệu và RESET trong thời gian 2 giây. Bước 5 (B5): OUT cơ cấu chấp hành cấp liệu Actuator_Ingredients với tham số ingredient_2 trong thời gian 3 giây.

SET cơ cấu chấp hành Ingredients_Push lật khay nguyên liệu trong và RESET trong thời gian 2 giây. Bước 6 (B6): OUT cơ cấu chấp hành cấp liệu Actuator_Ingredients với tham số ingredient_3 trong thời gian 3 giây. SET cơ cấu chấp hành Ingredients_Push lật khay nguyên liệu trong thời gian 2 giây và RESET trong thời gian 2 giây.

Bước 7 (B7): OUT cơ cấu chấp hành cấp liệu Actuator_Ingredients với tham số ingredient_4 trong thời gian 3 giây. SET cơ cấu chấp hành Ingredients_Push lật khay nguyên liệu trong thời gian 2 giây và RESET trong thời gian 2 giây.

Thiết kế Mô-đun IoT Gateway Mạch nguyên lí

Mô-Đun IoT Gateway có 6 khối, được phân bố như hình 3.20 Dựa theo file nguyên lí, các linh kiện được sắp xếp đúng vào từng khối chức năng. Điều này giúp cho việc thiết kế PCB sẽ dễ dàng hơn và hơn thế nữa sẽ tránh được các vấn đề về nhiễu khi mạch hoạt động. - Sử dụng các công cụ kiểm tra lỗi để đảm bảo rằng không có lỗi nào trong mạch.