Phần cứng của trạm điều khiển trung tâm gồm 2 linh kiện quan trọng chính đó là:
− Vi điều khiển ESP8266.
− Mạch thu phát sóng RF SPI Lora SX1278 433Mhz Ra-02 Ai-Thinker.
3.2.1.1. Mạch thu phát RF SPI Lora SX1278 433Mhz Ra-02 Ai-Thinker
Hình 3. 3: Mạch thu phát sóng RF SPI Lora SX1278 433Mhz Ra-02 Ai-Thinker [7] Mạch thu phát RF SPI Lora SX1278 433Mhz Ra-02 Ai-Thinker (Hình 3.3) được sản xuất bởi Ai-Thinker sử dụng chip SX1278 của nhà sản xuất SEMTECH chuẩn giao tiếp LORA (Long Range), chuẩn LORA mang đến hai yếu tố quan trọng là tiết kiệm năng lượng và khoảng cách phát siêu xa (Ultimate long range wireless solution). Ngoài ra, nó còn có khả năng cấu hình để tạo thành mạng truyền nhận nên hiện tại được phát triển và sử dụng rất nhiều trong các nghiên cứu về IoT. [7]
Mạch thu phát RF SPI Lora SX1278 433Mhz Ra-02 Ai-Thinker có thiết kế nhỏ gọn dạng module giúp dễ dàng tích hợp trong các thiết kế mạch, mạch được thiết kế và
đo đạc chuẩn để có thể đạt công suất và khoảng cách truyền xa nhất. Ngoài ra mạch còn có chất lượng kinh kiện và gia công tốt nên có độ bền cao và khả năng hoạt động ổn định. [7]
Thông số kỹ thuật:
• Model: Lora Ra-02 Ai_Thinker.
• IC chính: SX1278 đến từ SEMTECH.
• LoRaTM spread spectrum communication.
• +20dBm – 10mW. Statble RF output power when input voltage changed.
• Half-duplex SPI communication.
• Programable bit rate can reach to 300kbps.
• Support FSK, GFSK, LoRaTM and OOK Modulation Mode.
• 127dB RSSI wave range.
• Automatically detect RF signal, CAD mode and super high speed AFC.
• With CRC 256 bytes data engine.
• Half hole (castellated hole) SMD package.
• With metal shielding case.
• Pin pitch: 2.0mm. [7] Specifications: • Certification: FCC/CE. • Wireless Standard: 433Mhz. • Frequency range: 420 – 450Mhz. • Port: SPI/GPIO.
• Operating Voltage: 1.8 – 3.7V, default 3.3V.
• Working Current:
o Receive: less than 10.8mA (LnaBoost closed, Band 1). o Transmit: less than 120mA (+20dBm).
o Sleep model: 0.2uA.
• Working temperature: -40 - +85 degree. [7]
Bảng 3.2: Chức năng của một số chân của mạch RF:
- ANT Antenna
1, 2 GND GND
3 3.3V 3.3V Power in
4 RESET Reset
5 DIO0 Digital IO0, software setting
6 DIO1 Digital IO1, software setting
7 DIO2 Digital IO2, software setting
8 DIO3 Digital IO3, software setting
9 GND GND
10 DIO4 Digital IO4, software setting
11 DIO5 Digital IO5, software setting
12 SCK SPI Clock input
13 MISO SPI data output
14 MOSI SPI data input
15 NSS SPI Selected-IN
16 GND GND
3.2.1.2. Vi điều khiển ESP8266
ESP8266, hay gọi đầy đủ là ESP8266EX là một vi mạch Wifi giá rẻ, có hỗ trợ bộ giao thức TCP/IP và có thể tích hợp vào thành phần của vi điều khiển, được sản xuất bởi hãng Espressif Systems ở Thượng Hải, Trung Quốc. [8]
Chip ESP8266 lần đầu tiên được các nhà sản xuất phương Tây chú ý vào tháng 8 năm 2014 với module ESP-01 (Hình 3.4), do nhà sản xuất bên thứ ba là Ai-Thinker sản xuất. Module cho phép các vi điều khiển kết nối với mạng Wifi và thực hiện các kết nối TCP/IP đơn giản bằng cách sử dụng các lệnh kiểu Hayes (Tập lệnh AT). [8]
Hình 3. 4: Module ESP-01 [8]
Hình 3. 5: Module thu phát Wifi ESP8266 NodeMCU Lua CH340 [9]
Kit RF thu phát Wifi ESP8266 ModeMCU Lua CH340 (Hình 3.5) là kit phát triển dựa trên nền chip Wifi SoC ESP8266 với thiết kế dễ sử dụng và đặt biệt là có thể sử dụng trực tiếp trình biên dịch của Arduino để lập trình và nạp code, điều này khiến việc sử dụng và lập trình các ứng dụng trên ESP8266 trở nên rất đơn giản.
Kit RF thu phát Wifi ESP8266 ModeMCU Lua CH340 được dùng cho các ứng dụng cần kết nối, thu thập dữ liệu và điều khiển qua sóng Wifi, đặt biệt là các ứng dụng liên quan đến IoT.
Các module EPS8266 như ESP-01, ESP-12, … đều được thiết kế từ chip ESP8266EX. Trong đồ án này, nhóm em sử dụng Module ESP8266-12_E.
• Tương thích các chuẩn Wifi: 802.11 b/g/n.
• Hỗ trợ: Wi-Fi Direct (P2P), soft-AP.
• Tích hợp TCP/IP protocol stack.
• Tích hợp TR switch, balun, LNA, power amplifier and matching network.
• Tích hợp bộ nhân tần số, ổn áp, DCXO and power managerment units.
• +25dBm output power in 802.11b mode.
• Power down leakage current of <10uA.
• Intergrated low power 32-bit CPU could be used as application processor.
• SDIO 1.1/2.0, SPI, UART.
• STBC, 1x1 MIMO, 2x1 MIMO.
• A-MPDU & MSDU aggregation & 0.4ms guard interval.
• Wake up and transmit packet in <2ms.
• Dòng tiêu thụ ở Standby Mode < 1.0mW (DTIM3). [9] Các chuẩn giao tiếp và các thông tin khác:
• SDIO 2.0, SPI, UART.
• Intergrated RF Switch, balun, 24dBm PA, DCXO, and PMU.
• Intergrated RISC processor, onchip memory and external memory interfaces.
• Intergrated MAC/baseband processors.
• Quality of Service managerment.
• I2S interface for high fidelity audio applications.
• On-chip low-dropout linear regulators for all internal supplies.
• Proprietary spurious-free clock genaration architecture.
• Integrated WEP, TKIP, AES, and WAPI engines. [9]