a. Chức năng khối
Có chức năng điều khiển cho toàn bộ hệ thống gồm nhận dữ liệu từ khối đo điện năng, điều khiển cho phép hiển thị, cho phép truyền nhận dữ liệu giữa các thiết bị trong hệ thống. Có thể kết nối với cơ sở dữ liệu thông qua wifi.
b. Phân tích lựa chọn linh kiện
Để có thể đáp ứng được đầy đủ các chức năng cần thiết của hệ thống thì cần có một vi điều khiển, hiện nay có rất nhiều vi điều khiển hỗ trợ lâp trình ứng dụng trên thị trường như: các dòng PIC, ARM, các Arduino. Do module đáp ứng đầy đủ nhu cầu cần thiết trong mạch là có thể giao tiếp tốt với các module cần sử dụng trong mạch, hỗ trợ đầy đủ các chân UART, ngoài ra còn có thể tận dụng chip ESP 8266 được tích hợp sẵn trong module để kết nối wifi ổn định, có thể tự phát wifi tạm thời để có thể cấu hình wifi sử dụng cho Node MCU ESP8266 từ điện thoại, chức năng truyền, nhận dữ liệu và xử lí tín hiệu thông qua Internet. Thêm vào đó tiêu chí chọn vi điều khiển là giá thành không cao, dễ sử dụng, thư viện nhiều, cộng đồng của vi điều khiển đó lớn. thì module NODE MCU ESP8266 là lựa chọn tối ưu nhất.
Hình 3.2 ESP-12E Chip
Chip ESP8266 có bộ xử lí RISC 32-bit LX106 hoạt động ở tần số xung nhịp 80- 160MHz và hỗ trợ RTOS.
Còn có 128 KB RAM và 4 MB bộ nhớ FLASH (để lưu trữ chương trình và dữ liệu) vừa đủ để đáp ứng các nhu cầu IOT hiện nay. ESP8266 tích hợp bộ thu phát WIFI, không chỉ có thể kết nối mạng WIFI mà còn tương tác với Internet để có thể thiết lập mạng riêng, cho phép các thiết bị khác kết nối trực tiếp với nó. Điều này làm cho module NODE MCU ESP8266 trở nên linh hoạt hơn.
Các nguồn vào ra Module
Hình 3.3 Các nguồn của module NODE MCU ESP8266
Do đa số phần lớn các module cảm biến sử dụng nguồn 3.3V nên module ESP8266 cũng cho ra nguồn 3.3V để dễ dàng kết nối. Để có được điện áp 3.3V thì có bộ chỉnh điện áp LDO (Low DropOut) để giữ điện áp ổn định ở 3.3V.
Cấp nguồn cho module NODE MCU ESP8266 thì cung cấp qua đầu nối Micro USB trên bo mạch. Ngoài ra, chân VIN cũng có thể được sử dụng để cấp nguồn trực tiếp cho module và các thiết bị ngoại vi của nó.
Nút nhấn và đèn LED trên module NODE MCU ESP8266
Hình 3.4 Nút nhấn và Led trên module NODE MCU ESP8266
Module NODE MCU ESP8266 có hai nút. Một nút là RST nằm ở góc trên cùng bên trái là nút Reset, được sử dụng để đặt lại chip ESP8266. Nút FLASH ở đối diện là nút cầu hình được dùng trong khi nâng cấp chương trình cơ sở.
Bộ điều khiển CP2102 USB-UART
Hình 3.5 Bộ điều khiển CP2102
c. Module NODE MCU ESP8266
Những năm gần đây, có rất nhiều dòng vi điều khiển ra đời hỗ trợ lập trình ứng dụng: Ardruino, PIC, Arm…. Đới với các ứng dụng thu thập dữ liệu và điều khiển qua sóng Wifi, đặc biệt là các ứng dụng liên quan đến IoT thì module Node MCU ESP8266 là lựa chọn phù hợp vừa có thể giao tiếp với các thiết bị ngoại vi, vừa có thể sử dụng ESP8266.
Hình 3.6 Hình ảnh Node MCU ESP8266 Bảng 3.1 Thông số kĩ thuật của Node MCU ESP8266
Chip ESP-12E
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 cả các chân I/O đều có Interrupt/PWM/I2C/One-wire, trừ chân D0)
Số chân Analog Input 1 (điện áp vào tối đa 3.3V) Bộ nhớ Flash 4MB
Giao tiếp Cable Micro USB Hỗ trợ bảo mật WPA/WPA2
Giao thức tích hợp Tích hợp giao thức TCP/IP
Ngôn ngữ lập trình C/C++, Micropython, NodeMCU - Lua
Sơ đồ chân:
Bảng 3.2 Chức năng các chân của module NODE MCU ESP8266
Tên Vị trí Chức năng Power 3.3V, Vin Cung cấp nguồn cho
module
GND GND Nối đất
Control EN, RST, D3 (Flash), D0 (User, Wake)
Chân cho phép (EN), chân reset (RST), chân dùng cấu
hình (D3, D0) ADC A0 Chân analog
I2C D1 (SCL), D2 (SDA) Giao tiếp với các module chuẩn truyền giao tiếp I2C GPIO GPIO1 - GPIO16 Các chân vào ra
SPI SD1 (MOSI), CMO (CS), SDO (MISO), CLK
(SCLK)
MOSI: Master out slave in MISO: Master in slave out
CLK: Xung clock CS: Chân lựa chọn UART D4 (TXD1), D7 (CTSO),
D8 (RTSO), Rx (RXDO), Tx (TXDO)
TX: Chân truyền dữ liệu RX: Chân nhận dữ liệu
SD Card SD3 (SDD3), SD2 (SDD2) Thẻ nhớ PWM GPIO1 - GPIO16 Chân điều chế xung