Node MCU ESP8266-12F đóng vai trò là một vi điều khiển trung tâm với nhiệt vụ thu phát Wifi, thu nhận tín hiệu truyền trạng thái của tủ kem truyền về từ mạch phát hiện điện áp, ngồi ra nó cịn hỗ trợ một website local để theo dõi trạng thái của tủ kem theo thời gian thực, có thể thay đổi thơng tin kết nối, khởi động lại mạch hoặc xóa dữ liệu đưa về trang thái ban đầu chỉ với một thao tác nhấn đơn giản.
30
4.4 Lƣu đồ giải thuật
31
Khi có nguồn cấp vào mạch cứng, nó sẽ khởi các chân và cấu hình cho ESP8266 phát Local Wifi. Khi này sẽ đến bước kiểm tra thông tin kết nối:
Không: Lúc này bên trong bộ nhớ của vi điều khiển chưa có dữ liệu tồn tại, khi này hệ thống sẽ cần người dùng kết nối vào wifi nội bộ do chính mạch phần cứng phát ra, đồng thời truy cập vào địa chỉ IP mặc định được cấp sẵn từ trước để kết nối website thiết bị. Người dùng khi này sẽ nhập thông tin wifi và địa chỉ server trên web thiết bị để mạch phần cứng ghi nhận và lưu thông tin vào bộ nhớ, người dùng sẽ không cần phải nhập lại thông tin cho lần kết nối tiếp theo. Mạch phần cứng sẽ thực thi kết nối đúng với thông tin wifi tại nơi lắp đặt mà người dùng nhập vào, khi này wifi tại nới lắp đặt sẽ cấp xuống 1 địa chỉ IP mới tương ứng, người dùng cần truy cập vào địa chỉ IP này thay cho địa chỉ IP mặc định, đồng thời kết nối với đúng thông tin wifi mà mạch phần cứng đang kết nối từ trước để có thể truy cập trở lại web thiết bị.
Có: Khi này bên trong bộ nhớ đã tồn tại thông tin wifi được người dùng nhập từ trước, khi này vi điều khiển sẽ bỏ qua bước khởi tạo Local Wifi và trực tiếp kết nối với thơng tin Wifi đang có sẵn trong bộ nhớ. Để truy cập vào web thiết bị khi này người dùng sẽ thực hiện tương tự như trường hợp trên, kết nối với wifi tại nơi lắp đặt và truy cập địa chỉ IP từ wifi tại nơi lắp đặt cấp xuống. Sở dĩ cách thức kết nối này được cho ra đời để nhằm đảm bảo rằng nhân viên bảo trì có mặt tại nơi đặt tủ kem để kiểm tra và bảo dưỡng, tránh được việc nhờ người khác làm giúp, ảnh hưởng đến chất lượng hoạt động của tủ kem.
Khi khởi tạo các chân và cấu hình cho ESP8266, trong trường hợp đã có sẵn thơng tin Wifi từ trước, bao gồm cả địa chỉ server, mạch phần cứng sẽ tự động khởi tạo port và đường lên web server thông qua JSON, thông tin gửi lên sẽ được in ra dưới dạng chuỗi và gửi lên web server để phục vụ cho việc quản lý. Tại web server, người dùng cũng có thể kiểm tra được mật khẩu, địa chỉ IP tại nơi lắp đặt và thông tin tủ kem để phục vụ cho việc truy cập vào web thiết bị được dễ dàng hơn.
32
4.5 Website quản lý
Website quản lí các tủ kem được sử dụng đồng thời cho doanh nghiệp quản lí cũng như nhân viên giám sát tại tủ, đây là một trong những yếu tố cấu thành quan trọng nhất để hình thành nên hệ thống giám sát và quản lý tủ kem. Tất nhiên phần quản lý này cịn có thể áp dụng cho nhiều hệ thống khác như đã đề cập trên phần sơ lược tổng quan.
Đầu tiên ta đi vào phần giới thiệu website quản lí, truy cập vào tên miền “ctbus.tk:888” ta sẽ thấy giao diện đăng nhập như hình.
Hình 4.10: Giao diện đăng nhập trên website quản lí
(Lưu ý: phần tên miền này có thể thay đổi được tùy vào server của từng doanh nghiệp hay cá nhân)
Để đăng nhập vào website này, nhân viên giám sát phải có một tài khoản quản lí tạo và cấp sẵn, trường hợp này sẽ đăng nhập dưới vai trị quản lí với tài khoản được thiết lập sẵn (username: master, password: 123). Sau khi đăng nhập thành công, website sẽ hiển thị như sau:
33
Hình 4.11: Giao diện website cho ngƣời quản lí
Giao diện cho người quản lí sẽ cho phép xem tất cả các tủ kem trong hệ thống, đồng thời cũng hiển thị thông tin riêng cho từng tủ kem, bao gồm tên tủ kem, IP kết nối, thông tin wifi của tủ kem, thông tin wifi của khách hàng, thông tin cá nhân của khách hàng, địa chỉ khách hàng hạn hợp đồng. Không những thế người quản lí cịn có thể thay đổi thơng tin của khách hàng và thông tin của người giám sát tủ kem qua các chức năng gán đã được định sẵn.
34
Hình 4.12: Tất cả thơng tin của riêng một tủ kem qua giao diện của ngƣời quản lý
35
Bên cạnh giao diện dành cho người quản lý, website còn cung cấp thêm giao diện dành cho nhân viên giám sát. Không giống như bên quản lý, giao diện website dành cho nhân viên giám sát chỉ cho phép xem một số tủ kem do chính nhân viên đó quản lý, chức năng báo hỏng về nhà quản lý khi phát hiện có sự cố, chức năng báo cáo thu hồi để sửa chữa hoặc do hết hạn hợp đồng. Và để có thể quản lý được nhân viên giám sát đó có đến tận nơi tủ kem được đặt để chăm sóc và bảo trì hay khơng, ta cịn có một chức năng rất quan trọng chính là điểm danh (hay còn gọi là check in). Nhân viên có thể quản lý các tủ kem thuộc phân quyền của chính mình bất cứ nơi đâu nhưng chỉ điểm danh được khi kết nối chung với wifi mà tủ kem đang kết nối, điều này làm cho nhân viên giám sát phải đến tận nơi kiểm tra mới có thể thực hiện check in. Phương pháp này khá hữu dụng trong việc phòng chống gian lận khi nhân viên check in từ xa mà không đến tận nơi đặt thiết bị để kiểm tra và theo dõi.
Hình 4.14: Giao diện dành cho nhân viên giám sát chỉ hiển thị các tủ kem thuộc phân quyền của chính nhân viên đó
36
Hình 4.15: Nhân viên giám sát chỉ có thể điểm danh (check in) khi kết nối chung với wifi mà tủ kem đang kết nối
Bên cạnh đó, khi phát hiện có hư hỏng, nhân viên có thể thông báo lên nhà quán lý thông qua chức năng báo hỏng, thơng báo bảo trì và q tình sử chữa. Các chức năng này tuy nhỏ nhưng lại giúp ích rất nhiều cho doanh nghiệp trong việc quản lí một lúc nhiều thiết bị.
Hình 4.16: Giao diện báo hỏng và quá trình bảo trì
Ngồi tất cả các tính năng vừa liệt kê phía trên, website quản lý cịn hỗ trợ cảnh báo tình trạng cho người dùng tại chỗ. Tính năng này sẽ hoạt động dựa trên trạng thái của thiết bị có hoạt động ổn định hay không, thiếu lạnh liên tục hay chạy liên tục không đủ lạnh, đều sẽ được cảnh báo tại mục lịch sử hoạt động. Website
37
thiết bị này được sử dụng đồng thời cho cả nhân viên quản lý và nhân viên giám sát như đã mơ tả phía trên, vì vậy nên cả hai phía đề có thể quản lý và nắm rõ tình trạng chung của thiết bị thơng qua tính năng hữu ích này.
(Lưu ý: Tính năng này sẽ được can thiệp và thay đổi sao cho phù hợp với từng dự án hay từng loại thiết bị được lắp đặt trong hệ thống để cảnh báo người dùng, trường hợp này em đang sử dụng là tủ kem nên cảnh báo người dùng sẽ chủ yếu là về nhiệt độ và phần tình trạng chung của tủ kem)
Hình 4.17: Cảnh báo ngƣời dùng về tình trạng thiết bị 4.6 Website thiết bị
38
Giám sát viên sử dụng điện thoại truy cập vào website thiết bị thông qua địa chỉ IP được nhân viên lắp đặt cấp sẵn từ trước với điều kiện phải kết nối wifi trùng với wifi mà tủ kem đang kết nối (trường hợp này là wifi của khách hàng). Website thiết bị có chức năng cho phép giám sát viên nhập và chỉnh sửa thông tin wifi tại nơi đặt tủ, đồng thời nhập số serial number để gửi lên website quản lý.
Hình 4.19: Giao diện nhập thơng tin wifi cho tủ kem
Người dùng có thể thao tác với website thiết bị qua 3 phím bấm. Thứ nhất là phím “Kết nối”, mang chức năng ghi thông tin wifi vào bộ nhớ để không phải nhập cho lần tiếp theo đồng thời kết nối trực tiếp ngay vào wifi vừa nhập. Thứ hai là phím khởi động lại, có chức năng khởi động lại hệ thống mạch wifi đồng thời sẽ gửi dữ liệu “thiết bị bật” lên website quản lý. Thứ ba là phím “Khơi phục cài đặt” sẽ dùng để xóa sạch tất cả dữ liệu có trong bộ nhớ bao gồm cả thông tin wifi và đưa về trạng thái ban đầu. Sau khi kết nối wifi thành công, mạng wifi của khách hàng cũng sẽ mặc định cấp xuống địa chỉ IP để kết nối đến website thiết bị, địa chỉ này cũng sẽ được hiển thị trực tiếp trên website này.
39
Ngoài các chức năng ở trên, website thiết bị còn cho phép theo dõi tủ kem đang chạy hay đang dừng chạy theo thời gian thực nhằm giúp nhân viên giám sát theo dõi trực tiếp mà không cần phải chuyển qua website quản lý.
40
Chƣơng 5:
THI CÔNG
5.1 Giới thiệu
Mơ hình bao gồm 2 phần thi công: Phần cứng và phần mềm.
Phần cứng: Bao gồm 1 mạch toàn bộ hệ thống với kích thước 82mm x 52mm. Mạch được in 1 lớp. Thi cơng mơ hình với hộp đựng phù hợp kích thước với board mạch bao gồm hộp đựng mạch và mơ hình lắp thiết bị.
Phần mềm: Lập trình cho ESP8266, giám sát điều khiển đóng ngắt các thiết bị và truyền nhận dữ liệu từ Server. Thiết kế giao diện điều khiển giám sát, xây dựng Web Server, giao diện Website. Sau q trình tính tốn, thiết kế và lựa chọn các linh kiện thích hợp, tiến hành thi cơng PCB, lắp ráp và kiểm tra mạch.
Sau khi thiết kế hoàn chỉnh sơ đồ nguyên lý cho toàn hệ thống, tiến hành thi cơng mơ hình. Hệ thống được thi công bao gồm hai phần chính là thi cơng phần cứng và thi công phần mềm. Cụ thể như sau:
Về phần cứng: Tiến hành lắp ráp module Node MCU ESP8266 lên mạch PCB, sắp xếp các linh kiện điện tử lên board mạch đã thiết kế.
Về phần mềm: Xây dựng giải thuật và viết chương trình cho hệ thống. Chương trình được lập trình dựa vào nguyên lý hoạt động của hệ thống từ khi cấp nguồn cho đến khi hệ thống ngừng hoạt động, áp dụng được giải thuật điều khiển vào sản phẩm một cách tối ưu nhất.
Tồn bộ q trình thi cơng hệ thống phải đảm bảo tất cả những yêu cầu về thiết kế mà em đã đặt ra ban đầu.
41
5.2 Thi công hệ thống
5.2.1 Thi cơng board mạch hệ thống
Hình 5.1: Sơ đồ đi dây mạch in lớp dƣới của mạch
42
5.2.2 Danh sách các linh kiện
Dưới đây là linh kiện sử dụng trong đề tài: Module thu phát wifi ESP8266 Node MCU Diode
Relay 5V Opto PC817 Domino
Led, tụ điện, điện trở
5.2.3 Lắp ráp và kiểm tra
Sau khi hoàn thiện mạch PCB như phần trên, ta tiến hành đưa vào vỏ hộp bằng nhựa và lắp đặt vào trên trong tủ kem. Mạch cần được đặt vào nơi kín đáo của tủ nhằm vừa để bắt sóng wifi tốt, vừa để tránh được nhiều khói bụi và độ ẩm.
Hình 5.3: Kiểm tra trƣớc khi lắp mạch tủ kem
43
Tín hiệu hoạt động của tủ sẽ được lấy dựa trên tín hiệu của quạt làm mát, vì trên ngun lí, tủ kem sẽ dừng làm lạnh khi đã đủ độ lạnh, quạt khi này cũng dừng làm mát, và sẽ chỉ làm mát trở lại khi tủ kem bắt đầu làm lạnh. Tín hiệu được cấp vào mạch phát hiện điện áp và sau đó gửi vào ESP8266 để xử lí.
Tín hiệu sau khi vào vi điều khiển sẽ được gửi lên server để tiến hành quản lý, đồng thời cũng gửi lên website thiết bị để theo dõi trên thời gian thực.
5.3 Viết tài liệu hƣớng dẫn sử dụng, thao tác
Để cấp nguồn cho mạch hoạt động cần phải có mạch chuyển đổi nguồn AC từ ổ điện dân dụng sang 5V DC.
44
Kết nối Wifi và đăng nhập website thiết bị
+ Sau khi khởi động tủ, truy cập vào wifi có tên mặc định là “Tukem”, mật khẩu mặc định cho wifi này là “12345678”
+ Sử dụng trình duyệt truy cập vào website thiết bị với địa chỉ IP mặc định là “192.168.1.200”
Hình 5.6: Nhập mật khẩu mặc định
Sau khi truy cập vào website thành cơng, để có thể thao tác chức năng với tủ kem, người dùng cần phải đăng nhập thông qua phương thức nhập mật khẩu. Trong trường hợp chưa được cài đặt mật khẩu từ trước thì mật khẩu mặc định là
“123”.
Tại đây, người dùng cũng có thể thay đổi mật khẩu cho website thiết bị bằng cách nhấn vào nút “Thay đổi mật khẩu”.
Hình 5.7: Giao diện thay đổi mật khẩu
Khi này, giao diện thay đổi mật khẩu sẽ hiện ra, người dùng nhập mật khẩu cũ và mật khẩu mới sau đó nhấn “Lưu”, website sau khi thay đổi mật khẩu sẽ tự
45
quay về màn hình đăng nhập chính (trong trường hợp này sẽ đổi mật khẩu từ “123” sang “long”).
Nhập các thông tin cần thiết. Sau khi đăng nhập vào website thành cơng, người dùng có thể nhập thơng tin tủ kem, theo dõi trạng thái máy và thao tác một số tính năng cơ bản.
46
Giải thích:
[1] Nhập tên wifi tại nơi đặt tủ [2] Nhập password wifi tại nơi đặt tủ [3] Nhập mã số của tủ (serial number)
[4] Nhập địa chỉ IP hoặc tên miền của website quản lý
[5] Nhấn “Nhập” để lưu các thơng tin đã nhập phía trên vào bộ nhớ [6] Nhấn “Khởi động lại” để thiết bị khởi động lại
[7] Nhấn “Khơi phục” để xóa tồn bộ các thơng tin wifi đã lưu trong bộ nhớ và thiết bị về trạng thái ban đầu (chỉ sử dụng khi thay đổi wifi mới hoặc khi dời tủ kem đi nơi khác)
[8] Địa chỉ IP hiện tại được chính wifi vừa kết nối cấp xuống (trường hợp trên vẫn chưa hoàn thành kết nối nên địa chỉ IP đang (unset)
[9] Trạng thái máy theo thời gian thực [10] Nút ON/OFF để bật tắt tủ kem
[11] Nhấn thay đổi mật khẩu để thay đổi mật khẩu trực tiếp mà không cần phải quay trở lại màn hình đăng nhập
Kết nối trở lại website với địa chỉ IP đã thay đổi:
Sau khi kết nối với wifi tại nơi đặt tủ thành công, mạng Wifi “Tukem” sẽ tự động dừng phát, website khi này sẽ tự động mất kết nối. Để truy cập trở lại website thiết bị, người dùng sẽ bắt buộc phải kết nối với wifi tại nơi đặt tủ (wifi mà mạch phần cứng đang kết nối).
Sau khi kết nối với mạng wifi tại nơi đặt tủ, địa chỉ IP của website thiết bị sẽ bị thay đổi. Khi này ta truy cập vào website quản lý, vào mục “Detail” của từng tủ kem sẽ có hiển thị địa chỉ IP cấp xuống và mật khẩu đăng nhập website thiết bị.
47
Hình 5.9: Địa chỉ IP đƣợc wifi tại nơi lắp đặt cấp
Sau khi tìm được thơng tin website, người dùng sử dụng trình duyệt truy cập địa chỉ IP và nhập mật khẩu của website.
48
Hình 5.10: Nhập IP trên server để có thể truy cập trở lại website thiết bị
Khi này, người dùng có thể thao tác trở lại bình thường với mạch phần cứng như thay đổi thông tin, khởi động lại...
49
Hình 5.11: Giao diện chính của website thiết bị
Hình 5.12: Địa chỉ IP kết nối và trạng thái theo thời gian thực
[1] Sau khi kết nối thành công, địa chỉ IP được wifi cấp xuống sẽ hiển thị ở đây. [2] Thời gian thực sẽ được cập nhật lại cho đúng như thời gian trên website quản lý.
50
Chƣơng 6: