40 trang 12 lượt tải

Báo cáo môn: Phát triển ứng dụng iot

24

Báo cáo môn: Phát triển ứng dụng iot. Tài liệu được tổng hợp và sưu tầm. Mời các bạn tham khảo.

Môn: Quản trị chiến lược (CLVL) 4 tài liệu

Trường: Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Vĩnh Long 65 tài liệu

Tác giả:

Profile

Ngô Thị Dạ Lan

2 tháng trước
Tải xuống
Báo cáo
Danh sách Quiz
Tải xuống
/40
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT VĨNH LONG
KHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN
BÁO CÁO
MÔN: PHÁT TRIỂN ỨNG DỤNG IOT
ĐỀ TÀI: HỆ THỐNG VƯỜN THÔNG MINH
Người thực hiện: 22004038 – Nguyễn Đoàn Ánh Duyên
22004083 – Ngô Thị Dạ lan
22004090 – Trần Thành Đạt
Giáo viên hướng dẫn: Thầy Nguyễn Khắc Tường
Thầy Tô Nguyễn Hoàng Phúc
Thầy Hồ Chấn Khoa
Vĩnh Long, 2025
1
NHẬN XÉT & ĐÁNH GIÁ ĐIỂM CỦA NGƯỜI HƯỚNG DẪN
Ý thức thực hiện:.....................................................................................................
................................................................................................................................
................................................................................................................................
................................................................................................................................
Nội dung thực hiên:.................................................................................................
................................................................................................................................
................................................................................................................................
................................................................................................................................
Hình thức trình bày:................................................................................................
................................................................................................................................
................................................................................................................................
................................................................................................................................
Tổng hợp kết quả:...................................................................................................
................................................................................................................................
................................................................................................................................
................................................................................................................................
Tổ chức báo cáo trước hội đồng
Tổ chức chấm thuyết minh
Vĩnh Long,ngày……tháng……năm…….
Người hướng dẫn
(Ký và ghi rõ họ tên)
LỜI CẢM ƠN
Lời nói đầu tiên,chúng em xin gửi lời cảm ơn chân thành và sâu sắc nhất đến
thầy Nguyễn Khắc Tường, thầy Tô Nguyễn Hoàng Phúc và thầy Hồ Chấn
Khoa cùng quý thầy cô giáo đã nhiệt tình hỗ trợ và đồng hành cùng chúng em
trong suốt quá trình thực hiện.
Bên cạnh đó,chúng em cũng xin trân trọng cảm ơn quý thầy cô giáo trong
khoa đã trang bị cho chúng em những kiến thức chuyên môn và kỹ năng nghiên
cứu cần thiết. Sự tâm huyết và những bài giảng đầy lôi cuốn của quý thầy cô đã
tạo động lực cho chúng em học tập và hoàn thành tốt nhiệm vụ học tập.
Tuy nhiên, chúng em ý thức được rằng báo cáo của nhóm vẫn còn một số
thiếu sót và hạn chế. Do vậy, em mong muốn nhận được những nhận xét, góp ý từ
thầy cô để bài báo cáo được hoàn thiện hơn nữa.
Cuối cùng, chúng em xin kính chúc Thầy thật nhiều sức khỏe, thành công
trong công việc giảng dạy và hạnh phúc trong cuộc sống.
MỤC LỤC
NHẬN XÉT & ĐÁNH GIÁ ĐIỂM CỦA NGƯỜI HƯỚNG DẪN...................................2
LỜI CẢM ƠN.......................................................................................................................3
MỤC LỤC.............................................................................................................................4
MỤC LỤC HÌNH ẢNH.......................................................................................................6
LỜI NÓI ĐẦU......................................................................................................................7
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN ĐỀ TÀI.................................................................................8
1.1 Tổng quan về IoT...........................................................................................................8
1.1.1 Lịch sử..........................................................................................................................8
1.1.2 Lợi ích...........................................................................................................................9
1.1.3 Ưu điểm......................................................................................................................10
1.1.4 Khuyết điểm...............................................................................................................11
1.2 Đề tài báo cáo Vườn thông minh................................................................................11
1.2.1 Giới thiệu chung........................................................................................................11
1.2.2 Vườn thông minh.......................................................................................................12
CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT..................................................................................13
2.1 Bo mạch ESP32.............................................................................................................13
2.1.1 Lịch sử........................................................................................................................13
2.1.2 Cấu tạo bo mạch ESP32............................................................................................14
2.1.3 Thông số kỹ thuật......................................................................................................16
2.1.4 Ứng dụng của ESP32.................................................................................................17
2.2 Tìm hiểu về Wokwi và các cảm biến...........................................................................19
2.2.1 Giới thiệu....................................................................................................................19
2.2.2. Mô phỏng ESP32 trên Wokwi.................................................................................20
2.3 Cảm biến và module chức năng..................................................................................20
2.3.1 Cảm biến độ ẩm đất..................................................................................................20
2.3.2 Cảm biến mưa............................................................................................................22
2.3.3 Cảm biến nhiệt độ độ, độ ẩm DHT..........................................................................23
2.3.4 Cảm biến chuyển động..............................................................................................25
2.3.5 Cảm biến siêu âm Ultrasonic....................................................................................26
2.3.6 Cảm biến đo cường độ ánh sáng LDR.....................................................................28
2.3.7 Các loại module khác................................................................................................29
CHƯƠNG 3: PHÂN TÍCH THIẾT KẾ HỆ THỐNG.....................................................31
3.1 Đặc tả hệ thống.............................................................................................................31
3.2 Xây dựng hệ thống.......................................................................................................32
3.2.1 Kịch bản điều khiển máy tưới nước........................................................................32
3.3.2 Kịch bản điều khiển máy bơm nước........................................................................32
3.3.3 Kịch bản điều khiển mái che....................................................................................32
3.3.4 Kịch bản báo động.....................................................................................................33
3.3.5 Kịch bản bật đèn........................................................................................................33
3.3 Sơ đồ hệ thống...............................................................................................................33
CHƯƠNG 4 : XÂY DỰNG GIAO DIỆN WEB CHO HỆ THỐNG..............................34
4.1 Giới thiệu giao diện......................................................................................................34
4.2 Giao diện trang web.....................................................................................................35
4.2.1 Trang chủ...................................................................................................................35
4.2.2 Giao diện Nhiệt độ.....................................................................................................35
4.2.3 Giao diện Độ ẩm........................................................................................................36
4.2.4 Giao diện Độ ẩm đất..................................................................................................36
4.2.5 Giao diện Cường độ ánh sáng..................................................................................36
4.2.6 Giao diện Lượng mưa...............................................................................................37
4.2.7 Giao diện Khoảng cách hồ chứa nước.....................................................................37
4.2.8 Giao diện Phát hiện chuyển động............................................................................37
..............................................................................................................................................37
4.2.9 Giao diện Máy Bơm bật tắt tự động và thủ công...................................................38
4.2.10 Dữ liệu kết nối với MQTT......................................................................................38
..............................................................................................................................................38
4.2.11 Giao diện đăng nhập...............................................................................................38
..............................................................................................................................................38
KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN........................................................................39
1. Ưu điểm...........................................................................................................................39
2. Nhược điểm.....................................................................................................................39
3. Hướng phát triển............................................................................................................39
TÀI LIỆU THAM KHẢO.................................................................................................40
MỤC LỤC HÌNH ẢNH
Hình 2.1 Mô phỏng ESP32 trên Wokwi...........................................................................20
Hình 2.2 Hình ảnh cảm biến độ ẩm đất............................................................................21
Hình 2.3 Hình ảnh cảm biến mưa.....................................................................................22
Hình 2.4 Hình ảnh cảm biến DHT....................................................................................23
Hình 2.5 Hình ảnh cảm biến chuyển động.......................................................................25
Hình 2.6 Hình ảnh cảm biến Ultrasonic...........................................................................26
Hình 2.7 Hình ảnh cảm biến LDR....................................................................................28
Hình 3.1: Sơ đồ đấu nối Vườn thông minh......................................................................33
Hình 4.1 Hình ảnh giao diện phần hiển thị thông số.......................................................35
Hình 4.2 Hình ảnh giao diện Nhiệt độ..............................................................................36
..............................................................................................................................................36
Hinh 4.3 Hình ảnh giao diện độ ẩm..................................................................................36
..............................................................................................................................................36
Hình 4.4 Hình ảnh giao diện Độ ẩm đất...........................................................................36
..............................................................................................................................................36
Hình 4.5 Hình ảnh giao diện Cường độ ánh sáng............................................................36
Hình 4.6 Hình ảnh giao diện Lượng mưa........................................................................37
Hình 4.7 Hình ảnh giao diện Khoảng cách......................................................................37
Hình 4.8 Hình ảnh giao diện Phát hiện chuyển động......................................................37
Hình 4.9 Hình ảnh giao diện bật tắt máy bơm................................................................38
Hình 4.10 Dữ liệu kết nối...................................................................................................38
Hình 4.11 Giao diện đăng nhập trang web......................................................................38
LỜI NÓI ĐẦU
Trong quá trình hiện đại hóa và công nghiệp hóa đất nước, Chính phủ luôn
khuyến khích ứng dụng tiến bộ khoa học và công nghệ vào sản xuất nhằm tối ưu
hóa chất lượng và số lượng sản phẩm. Điều này không chỉ nâng cao hiệu quả kinh tế
mà còn thúc đẩy sự phát triển xã hội và cải thiện chất lượng cuộc sống.
Trước nhu cầu ngày càng cao, nhiều tiến bộ khoa học đã được áp dụng rộng
rãi trong nhiều lĩnh vực và ngành nghề. Trong bối cảnh Việt Nam tham gia các hiệp
định thương mại quốc tế, ngành nông nghiệp đang đối mặt với thách thức lớn về
việc nhanh chóng tích hợp các tiến bộ khoa học và công nghệ. Nếu phương pháp
sản xuất và canh tác không được cập nhật kịp thời, ngành nông nghiệp có thể tụt
hậu so với thế giới và khu vực. Để giải quyết thách thức này, ngành nông nghiệp và
tự động hóa đã đưa ra nhiều giải pháp đổi mới và áp dụng rộng rãi.
Dựa trên những thành tựu và tiềm năng này, nhóm chúng em quyết định lựa
chọn đề tài “Vườn Thông Minh”. Đề tài này nhằm đề xuất một hệ thống giám sát
tình trạng môi trường và tự động hóa việc chăm sóc cây trồng thông qua các cảm
biến và thiết bị tự động. Đồng thời, hệ thống quản lý thông tin được xây dựng để
giúp nông dân theo dõi và điều khiển các chức năng tự động một cách hiệu quả.
Nhóm chúng em hy vọng rằng bài báo cáo này sẽ góp phần giải quyết các thách
thức ngày càng đa dạng trong môi trường nông nghiệp và tối ưu hóa quy trình sản
xuất.
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN ĐỀ TÀI
1.1 Tổng quan về IoT
1.1.1 Lịch sử
Giai đoạn tiền IoT (Trước năm 2000):
Giai đoạn này tập trung vào việc phát triển các công nghệ mạng và kết nối,
bao gồm Internet và các giao thức mạng như TCP/IP. Các thiết bị điện tử và máy
tính được kết nối với Internet, tạo ra các ứng dụng và dịch vụ mới như email, trình
duyệt web, và giao tiếp qua mạng.
Giai đoạn chuẩn bị IoT (2000-2010):
Các tiêu chuẩn và giao thức mạng IoT đầu tiên bắt đầu được phát triển, như
Zigbee, Z-Wave và RFID. Các công nghệ cảm biến và vi mạch nhỏ gọn phát triển,
giúp giảm kích thước và chi phí của các thiết bị IoT. Một số ứng dụng IoT đầu tiên
xuất hiện, như hệ thống giám sát môi trường và quản lý thông minh cho các lĩnh
vực như nông nghiệp và năng lượng.
Giai đoạn phát triển và truyền cảm hứng IoT (2010-2015):
Công nghệ mạng không dây, như Wi-Fi và Bluetooth, được tích hợp vào các
thiết bị IoT, tạo ra sự kết nối dễ dàng và linh hoạt hơn. Sự phát triển của các nền
tảng IoT, như Arduino và Raspberry Pi, giúp tạo ra môi trường phát triển dễ dàng
và phổ biến cho các dự án IoT. Các ứng dụng IoT như nhà thông minh, xe tự lái, và
y tế từ xa thu hút sự chú ý và truyền cảm hứng cho việc phát triển IoT.a
Giai đoạn phổ biến và ứng dụng rộng rãi của IoT (2015-nay):
IoT trở thành một lĩnh vực phát triển đáng chú ý, với sự phát triển của các dự
án công nghiệp và ứng dụng thương mại. Các công nghệ mới như trí tuệ nhân tạo,
machine learning và cloud computing được tích hợp vào IoT, tạo ra các giải pháp
thông minh và tự động hóa. Sự phát triển của 5G và mạng lưới LPWAN (Low-
Power Wide Area Network) cung cấp tốc độ và khả năng kết nối cho IoT trên quy
mô lớn. Các ngành công nghiệp như sản xuất, vận tải, y tế, nông nghiệp và gia đình
thông minh đã bắt đầu áp dụng IoT để nâng cao hiệu suất và tiết kiệm chi phí.
Lịch sử phát triển của IoT đã chứng kiến sự tiến bộ và mở ra nhiều cơ hội
trong nhiều lĩnh vực khác nhau. Sự phát triển của các công nghệ mạng, cảm biến và
phần mềm đã tạo ra một nền tảng vững chắc cho IoT để phát triển và mở rộng trong
tương lai.
1.1.2 Lợi ích
Internet of Things (IoT) mang lại nhiều lợi ích quan trọng trong nhiều lĩnh vực
khác nhau. Dưới đây là một số lợi ích chính của IoT:
Tự động hóa và tăng hiệu suất: IoT cho phép tự động hóa quy trình và hoạt
động, giúp tăng cường hiệu suất và giảm sự phụ thuộc vào con người. Các thiết bị
và hệ thống có thể giao tiếp và tương tác với nhau một cách thông minh và tự động,
giúp tiết kiệm thời gian, công sức và tài nguyên.
Giám sát và quản lý từ xa: IoT cho phép giám sát và quản lý từ xa các thiết bị
và hệ thống. Người dùng có thể theo dõi và kiểm soát các thiết bị từ xa thông qua
kết nối Internet, giúp giảm thiểu việc di chuyển và tiết kiệm thời gian và chi phí.
Tối ưu hóa tài nguyên: IoT giúp tối ưu hóa sử dụng tài nguyên như năng
lượng, nước, và vật liệu. Các thiết bị thông minh có thể theo dõi và điều chỉnh việc
sử dụng tài nguyên dựa trên các thông số và dữ liệu, giúp tiết kiệm tài nguyên và
giảm lượng lãng phí.
Cải thiện quy trình và dịch vụ: IoT mang lại cải tiến đáng kể trong quy trình
và dịch vụ. Việc kết nối các thiết bị và hệ thống cho phép truyền thông và chia sẻ
thông tin một cách nhanh chóng và chính xác, giúp cải thiện quy trình làm việc và
tăng cường dịch vụ.
Nâng cao chất lượng cuộc sống: IoT mang lại những tiện ích và tiện nghi cho
cuộc sống hàng ngày. Các ứng dụng như nhà thông minh, y tế từ xa, giao thông
thông minh cải thiện chất lượng cuộc sống và tạo ra môi trường sống an toàn, thuận
tiện và tiết kiệm.
Phát triển kinh tế và xã hội: IoT tạo ra nhiều cơ hội kinh doanh mới và tăng
cường sự phát triển kinh tế. Nó cung cấp nền tảng cho các công ty và tổ chức để
phát triển sản phẩm và dịch vụ mới, tạo ra công việc mới và thúc đẩy sự tăng trưởng
kinh tế. Đồng thời, IoT cũng góp phần vào việc xây dựng một xã hội thông minh,
bền vững và tiện ích hơn.
Tóm lại, IoT mang lại nhiều lợi ích cho cả cá nhân và xã hội. Nó cải thiện hiệu
suất, quản lý tài nguyên, cung cấp tiện ích và tiện nghi, tạo ra cơ hội kinh doanh và
thúc đẩy sự phát triển kinh tế và xã hội.
1.1.3 Ưu điểm
Kết nối và tương tác: IoT cho phép kết nối và tương tác giữa các thiết bị và hệ
thống thông qua mạng Internet. Điều này tạo ra một hệ sinh thái liên kết rộng lớn,
cho phép truyền thông và chia sẻ thông tin một cách dễ dàng và nhanh chóng.
Tự động hóa: IoT tự động hóa quy trình và hoạt động, giúp tiết kiệm thời gian
và công sức. Các thiết bị thông minh có thể tự động nhận dạng, phân tích và phản
ứng với các sự kiện và điều kiện đã được định trước.
Thu thập dữ liệu và phân tích thông tin: IoT cho phép thu thập dữ liệu từ nhiều
nguồn khác nhau như cảm biến, thiết bị và hệ thống. Dữ liệu này sau đó có thể được
phân tích và chuyển đổi thành thông tin hữu ích để hỗ trợ ra quyết định và đưa ra dự
đoán.
Quản lý từ xa: IoT cho phép giám sát và quản lý từ xa các thiết bị và hệ thống.
Người dùng có thể theo dõi và kiểm soát từ xa thông qua ứng dụng di động hoặc
giao diện web, giúp tiết kiệm thời gian và công sức di chuyển.
Tăng cường hiệu suất và tiết kiệm tài nguyên: IoT giúp tối ưu hóa sử dụng tài
nguyên như năng lượng, nước, và vật liệu. Các thiết bị thông minh có thể điều chỉnh
và điều tiết việc sử dụng tài nguyên dựa trên các thông số và dữ liệu, giúp giảm lãng
phí và tiết kiệm chi phí.
Tiện ích và tiện nghi: IoT mang lại tiện ích và tiện nghi cho cuộc sống hàng
ngày. Từ nhà thông minh đến xe thông minh, các ứng dụng IoT tạo ra môi trường
sống thuận tiện, an toàn và đáng sống.
Tạo ra cơ hội kinh doanh mới: IoT mở ra cơ hội kinh doanh mới và thúc đẩy
sự sáng tạo. Nó cho phép các công ty và tổ chức phát triển sản phẩm và dịch vụ
mới, tận dụng tiềm năng của dữ liệu và kết nối để cung cấp giá trị cho khách hàng
và tạo ra lợi nhuận.
Những ưu điểm trên chỉ là một phần nhỏ trong sự tiềm năng và lợi ích mà IoT
mang lại. Việc ứng dụng IoT đang được mở rộng và phát triển trong nhiều lĩnh vực
khác nhau, góp phần vào sự phát triển của xã hội và kinh tế toàn cầu.
1.1.4 Khuyết điểm
Bảo mật: IoT đòi hỏi sự bảo mật cao vì thông tin và dữ liệu được chia sẻ qua
mạng. Tuy nhiên, sự bảo mật trong các thiết bị và hệ thống IoT không luôn được
đảm bảo. Việc thiếu bảo mật có thể dẫn đến rủi ro về việc xâm nhập, lộ thông tin cá
nhân hoặc tấn công mạng.
Quyền riêng tư: Với việc thu thập dữ liệu từ nhiều nguồn và thiết bị khác
nhau, IoT đặt ra câu hỏi về quyền riêng tư. Việc lưu trữ và sử dụng dữ liệu cá nhân
một cách an toàn và đúng mục đích là một thách thức.
Tiêu thụ năng lượng: Các thiết bị IoT hoạt động liên tục và liên kết với mạng,
điều này đòi hỏi tiêu thụ năng lượng liên tục. Nếu không được quản lý cẩn thận,
việc tiêu thụ năng lượng của các thiết bị IoT có thể tăng và ảnh hưởng đến hiệu suất
và tuổi thọ pin.
Tính tương thích: Với sự phát triển nhanh chóng của công nghệ IoT, có nhiều
tiêu chuẩn và giao thức khác nhau. Điều này dẫn đến sự không tương thích giữa các
thiết bị và hệ thống, gây khó khăn trong việc tích hợp và sử dụng chúng cùng nhau.
Chi phí: Việc triển khai và sở hữu các thiết bị và hệ thống IoT có thể gây ra
chi phí lớn. Đồng thời, việc duy trì và nâng cấp hệ thống IoT cũng đòi hỏi sự đầu tư
và chi phí không nhỏ.
Vấn đề pháp lý và đạo đức: Với việc thu thập và sử dụng dữ liệu cá nhân, IoT
đặt ra những vấn đề pháp lý và đạo đức. Cần có các quy định rõ ràng và nghiêm
ngặt để đảm bảo việc sử dụng dữ liệu một cách hợp lý và đúng mục đích.
Tuy nhược điểm tồn tại, nhưng cùng với sự phát triển và tiến bộ trong công
nghệ, các vấn đề này có thể được giải quyết và IoT tiếp tục mang lại nhiều lợi ích
cho xã hội và kinh tế.
1.2 Đề tài báo cáo Vườn thông minh
1.2.1 Giới thiệu chung
Khi Công nghệ Internet Vạn Vật (IoT) đang được áp dụng rộng rãi hơn trong
nhiều lĩnh vực, nông nghiệp và cảnh quan nông nghiệp cũng không nằm ngoài quỹ
đạo phát triển của nó. Điển hình cho sự đổi mới này chính là "Vườn Thông Minh",
tượng trưng cho sự kết hợp giữa thiên nhiên và công nghệ.
Nhờ có các cảm biến và các thiết bị tự động, việc theo dõi và điều chỉnh các
yếu tố môi trường như ánh sáng, nhiệt độ, độ ẩm trở nên dễ dàng và chính xác hơn.
Điều này giảm bớt sự phụ thuộc vào trải nghiệm và sự đánh giá chủ quan từ phía
con người. Đặc biệt, hệ thống tưới tự động thông minh có khả năng cung cấp nước
cho cây trồng dựa trên nhu cầu thực tế, giảm lượng nước lãng phí và đảm bảo cây
trồng luôn trong điều kiện tối ưu nhất.
"Vườn Thông Minh" không chỉ giúp cải thiện việc chăm sóc cây trồng mà còn
đánh dấu bước tiến của nông nghiệp toàn cầu và Việt Nam vào một thời đại mới,
nơi tính hiện đại và bảo vệ môi trường được ưu tiên hàng đầu. Sự tiến triển trong
lĩnh vực này tiết lộ những triển vọng mới cho một tương lai nông nghiệp bền vững.
1.2.2 Vườn thông minh
Vườn thông minh biểu hiện sự kết hợp giữa IoT và lĩnh vực nông nghiệp,
mang lại giải pháp chăm sóc và quản lý vườn một cách tinh tế và hiện đại. Dựa vào
công nghệ này, người dân có thể dễ dàng kiểm soát và điều chỉnh các yếu tố thiết
yếu như lượng nước tưới, cường độ ánh sáng, nhiệt độ và độ ẩm, mọi lúc mọi nơi.
Hệ thông cảm biến là một thứ không thể thiếu nếu chúng ta muốn xây dựng
vườn thông minh. Chúng liên tục thu thập dữ liệu từ môi trường, gửi thông tin về hệ
thống trung tâm để được phân tích. Từ đó, hệ thống tự động thực hiện các tác vụ
như tưới cây, điều chỉnh độ sáng, hay cung cấp dinh dưỡng cần thiết, nhằm đảm bảo
môi trường tốt nhất cho cây trồng.
Lợi ích mà vườn thông minh mang lại khó có thể phủ nhận. Không chỉ nâng
cao năng suất và chất lượng sản phẩm, vườn thông minh còn giúp tiết kiệm tài
nguyên và giảm thiểu tác động tới môi trường. Các thông báo và dữ liệu thời gian
thực giúp nông dân theo dõi và can thiệp kịp thời, tránh mất mát và tối ưu hóa quy
trình trồng trọt.
CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
2.1 Bo mạch ESP32
ESP32 là một vi điều khiển được thiết kế bởi Espressif Systems, nổi bật với khả
năng tích hợp Wi-Fi và Bluetooth. Được sử dụng rộng rãi trong các ứng dụng IoT
(Internet of Things), ESP32 mang lại hiệu năng mạnh mẽ với giá thành hợp lý.
2.1.1 Lịch sử
ESP32 là sản phẩm của công ty Espressif Systems, một công ty công nghệ Trung
Quốc nổi tiếng với các vi điều khiển tích hợp Wi-Fi. Dưới đây là tóm tắt về lịch sử
phát triển của ESP32:
Năm 2016: Espressif Systems chính thức ra mắt ESP32. Đây là bước tiến lớn so
với ESP8266, với nhiều cải tiến về hiệu suất và tính năng, bao gồm hỗ trợ Bluetooth,
tăng cường khả năng xử lý và các tính năng bảo mật tốt hơn.
Năm 2017-2018: Sau khi ra mắt, Espressif Systems liên tục cập nhật và cải tiến
phần mềm phát triển cho ESP32. SDK (Software Development Kit) chính thức là ESP-
IDF (Espressif IoT Development Framework) được ra mắt, cung cấp công cụ và thư
viện cần thiết để phát triển ứng dụng cho ESP32.
ESP32-WROVER: Ra mắt phiên bản ESP32-WROVER với PSRAM (Pseudo
Static RAM) bổ sung, giúp tăng dung lượng bộ nhớ khả dụng và mở rộng khả năng
ứng dụng.
Năm 2019-2020: Espressif tiếp tục mở rộng dòng sản phẩm với các phiên bản
khác nhau của ESP32, như ESP32-S2 (một lõi xử lý, tập trung vào bảo mật và tính
năng USB) và ESP32-C3 (hỗ trợ RISC-V và thêm các tính năng bảo mật).
ESP32-S3: Được giới thiệu với các cải tiến về hiệu suất, đặc biệt là cho các ứng
dụng yêu cầu xử lý đồ họa và AI nhẹ.
Năm 2021-2023: ESP32 tiếp tục được cộng đồng nhà phát triển và các công ty
sản xuất thiết bị IoT ưa chuộng. Espressif liên tục cập nhật firmware và SDK để đáp
ứng nhu cầu phát triển ứng dụng ngày càng cao.
Tương lai: Espressif Systems dự định tiếp tục phát triển các dòng sản phẩm mới,
cải tiến hiệu suất và tính năng để đáp ứng nhu cầu đa dạng của thị trường IoT.
13
2.1.2 Cấu tạo bo mạch ESP32
2.1.2.1 Cấu tạo
Bo mạch ESP32 có cấu trúc và cấu tạo như sau:
Bộ Vi Xử Lý (CPU)
Tensilica Xtensa LX6: ESP32 có một hoặc hai lõi Tensilica Xtensa LX6, có thể
chạy với tốc độ lên đến 240 MHz.
Tích Hợp FPU: Bộ xử lý tích hợp bộ tính toán dấu phẩy động (Floating Point
Unit) giúp thực hiện các phép tính phức tạp nhanh chóng.
Bộ Nhớ
SRAM: 520 KB SRAM để lưu trữ dữ liệu tạm thời.
ROM: 448 KB ROM chứa firmware và các thư viện hệ thống.
Flash: Hỗ trợ bộ nhớ Flash ngoài lên đến 4 MB hoặc hơn, dùng để lưu trữ mã
chương trình và dữ liệu.
Wi-Fi và Bluetooth
Wi-Fi: Tích hợp chuẩn 802.11 b/g/n, hỗ trợ chế độ STA (Station), AP (Access
Point), và chế độ mesh.
Bluetooth: Hỗ trợ cả Bluetooth V4.2 BR/EDR và BLE (Bluetooth Low Energy),
cho phép kết nối và truyền dữ liệu với các thiết bị Bluetooth khác.
GPIO và các giao tiếp khác
GPIO (General Purpose Input/Output): Có tới 34 chân GPIO, có thể cấu hình để
thực hiện các chức năng khác nhau như đầu vào/đầu ra số, ADC, DAC, PWM, và
nhiều hơn nữa.
ADC (Analog-to-Digital Converter): 18 kênh ADC với độ phân giải 12-bit.
DAC (Digital-to-Analog Converter): 2 kênh DAC với độ phân giải 8-bit.
UART (Universal Asynchronous Receiver Transmitter): UART là giao tiếp nối
tiếp được sử dụng để kết nối ESP32 với các thiết bị ngoại vi như máy tính, module
GPS, hay các thiết bị đơn giản hơn.
SPI (Serial Peripheral Interface: là giao tiếp nối tiếp dùng để kết nối ESP32 với
các thiết bị ngoại vi như màn hình OLED, bộ nhớ Flash, cảm biến và các module khác.
I2C (Inter-Integrated Circuit): I2C là giao thức nối tiếp dùng để kết nối các thiết
bị với nhau trên cùng một mạch, giúp tiết kiệm số lượng chân GPIO.I2S: Giao tiếp I2S
(Inter-IC Sound) để xử lý âm thanh.
I2S (Inter-IC Sound): I2S là giao tiếp nối tiếp dành cho âm thanh số, thường
được sử dụng để kết nối ESP32 với các chip âm thanh để xử lý, ghi âm hoặc phát lại
âm thanh với chất lượng cao.
2.1.2.2 Các tính năng bổ sung
PWM (Pulse Width Modulation): ESP32 hỗ trợ PWM (Pulse Width Modulation),
một phương pháp điều chế xung được sử dụng rộng rãi trong các ứng dụng điện tử để
điều khiển độ sáng của đèn LED hoặc tốc độ của động cơ.
SDIO (Secure Digital Input Output): ESP32 hỗ trợ giao tiếp SDIO, một giao thức
dùng để kết nối với các thẻ nhớ SD (Secure Digital). Ethernet MAC: Hỗ trợ giao tiếp
mạng Ethernet (cần bộ transceiver ngoài).
Ethernet MAC (Media Access Control): ESP32 cung cấp hỗ trợ cho giao tiếp
mạng Ethernet thông qua giao diện Ethernet MAC. Tuy nhiên, để sử dụng tính năng
này, cần phải có một bộ transceiver Ethernet ngoài để kết nối với mạng LAN.
Touch Sensor: ESP32 tích hợp 10 kênh cảm ứng điện dung để phát hiện cảm ứng
và cử chỉ từ người dùng. Các cảm biến cảm ứng này cho phép ESP32 nhận diện và
phản hồi đối với các cử chỉ như chạm, vuốt hay xoay, mở rộng tính năng tương tác
người dùng trong các ứng dụng nhúng và IoT.
2.1.2.3 Các đặc điểm nổi bật
Tiêu thụ năng lượng thấp
ESP32 hỗ trợ nhiều chế độ tiết kiệm năng lượng như:
+Active Mode: Chế độ hoạt động bình thường.
+Modem-sleep: Tắt Wi-Fi và Bluetooth khi không sử dụng nhưng CPU vẫn có
thể hoạt động.
+Light-sleep: CPU ngừng hoạt động, nhưng bộ nhớ và các phần tử quan trọng
vẫn duy trì.
+Deep-sleep: Tiêu thụ năng lượng cực thấp, chỉ các bộ phận quan trọng duy trì
hoạt động.
15
Tính Năng Bảo Mật
Bảo mật WPA/WPA2: Cho kết nối Wi-Fi.
SSL/TLS: Hỗ trợ mã hóa giao tiếp.
Flash Encryption: Mã hóa dữ liệu trong bộ nhớ Flash.
Secure Boot: Đảm bảo chỉ phần mềm đáng tin cậy được chạy trên thiết bị.
Cảm Biến Tích Hợp
Hall Sensor: Cảm biến từ trường.
Temperature Sensor: Cảm biến nhiệt độ tích hợp.
Kích Thước và Giao Diện
ESP32 thường được sản xuất dưới dạng các module như ESP32-WROOM-32
hoặc ESP32-WROVER, giúp dễ dàng tích hợp vào các bo mạch và thiết bị khác. Các
module này thường có kích thước nhỏ gọn và tích hợp đầy đủ các thành phần cần thiết
để hoạt động.
2.1.3 Thông số kỹ thuật
Vi xử lý:
Vi xử lý: Tensilica Xtensa dual-core 32-bit LX6
Tốc độ xung nhịp: Lên đến 240 MHz
Bộ nhớ:
SRAM: 520 KB
ROM: 448 KB
Flash Memory: Hỗ trợ lên đến 4 MB (chủ yếu là 4 MB, có thể lên đến 16 MB)
Giao tiếp:
GPIO: 34 chân GPIO, có thể cấu hình để thực hiện các chức năng khác nhau như
đầu vào/đầu ra số, ADC, DAC, PWM, và nhiều hơn nữa.
ADC: 18 kênh ADC với độ phân giải 12-bit.
DAC: 2 kênh DAC với độ phân giải 8-bit.
UART: Giao tiếp nối tiếp UART (Universal Asynchronous Receiver
Transmitter).
SPI: Giao tiếp SPI (Serial Peripheral Interface) để kết nối với các thiết bị ngoại
vi.
I2C: Giao tiếp I2C (Inter-Integrated Circuit) kết nối với cảm biến và thiết bị
khác.
I2S: Giao tiếp I2S (Inter-IC Sound) để xử lý âm thanh.
Nguồn cung cấp:
Điện áp hoạt động: 3.3V
Điện áp vào (recommened): 5V
Điện áp vào (limit): 3.3V - 6V
Dòng điện DC qua chân 3.3V: 50 mA
Dòng điện DC qua chân 5V: 800 mA (nếu cấp nguồn 5V vào)
Các tính năng khác:
PWM: Điều chế độ rộng xung (Pulse Width Modulation) cho các ứng dụng điều
khiển động cơ và đèn LED
SDIO: Giao tiếp với thẻ nhớ SD
Ethernet MAC: Hỗ trợ giao tiếp mạng Ethernet (cần bộ transceiver ngoài)
Touch Sensor: 10 kênh cảm ứng điện dung để phát hiện cảm ứng và cử chỉ
Kích thước và trọng lượng:
Kích thước: Phụ thuộc vào loại module, thường nhỏ gọn và tiện lợi
2.1.4 Ứng dụng của ESP32
ESP32 được sử dụng rộng rãi trong các ứng dụng IoT (Internet of Things) và
nhúng nhờ vào sự linh hoạt và khả năng tích hợp nhiều chức năng. Dưới đây là một số
ứng dụng chính của ESP32:
2.1.4.1 Thiết bị IoT Đa Chức Năng
- ESP32 được sử dụng để phát triển các thiết bị IoT đa chức năng như:
17
- Cảm biến thông minh: Theo dõi nhiệt độ, độ ẩm, ánh sáng, chất lượng không
khí.
- Thiết bị đo lường và giám sát: Đo lường dữ liệu từ các cảm biến và truyền dữ
liệu về các hệ thống giám sát.
- Bộ kiểm soát tự động: Điều khiển đèn, thiết bị điện gia đình thông qua mạng
Wi-Fi hoặc Bluetooth.
2.1.4.2 Thiết bị Điều Khiển và Quản Lý Năng Lượng
- Điều khiển động cơ: Sử dụng PWM để điều khiển tốc độ và vị trí của động cơ.
- Điều khiển thiết bị điện tử gia đình: Bật/tắt đèn, quạt, máy lạnh từ xa.
- Quản lý năng lượng: Theo dõi và tối ưu hóa tiêu thụ năng lượng của các thiết
bị.
2.1.4.3 Mạng Cảm Biến Không Dây
Mạng cảm biến đô thị: Sử dụng ESP32 để xây dựng các mạng cảm biến thông
minh trong các thành phố để giám sát môi trường, giao thông và nước.
2.1.4.4 Thiết bị Đeo Thông Minh và Theo Dõi Sức Khỏe
- Đồng hồ thông minh: Theo dõi sức khỏe, lượng vận động và truyền dữ liệu đến
thiết bị di động.
- Các thiết bị đeo thông minh khác: Theo dõi các thông số sức khỏe như nhịp tim,
mức độ hoạt động, và giấc ngủ.
2.1.4.5 Công nghiệp và Điều Khiển Tự Động
- Điều khiển công nghiệp: Sử dụng trong các ứng dụng điều khiển tự động, tự
động hóa quy trình sản xuất.
- Máy móc và robot: Điều khiển và giám sát các thiết bị và robot trong các môi
trường công nghiệp.
2.1.4.6 Giáo dục và Thử Nghiệm
- Học tập và nghiên cứu: ESP32 được sử dụng trong các khóa học về IoT, robot
và lập trình nhúng.
- Thử nghiệm và phát triển sản phẩm: Sử dụng để phát triển và thử nghiệm các
sản phẩm IoT mới.
2.2 Tìm hiểu về Wokwi và các cảm biến
2.2.1 Giới thiệu
Wokwi là một nền tảng mô phỏng phần cứng trực tuyến, cung cấp một môi
trường thuận tiện để người dùng thử nghiệm và mô phỏng các dự án điện tử một cách
dễ dàng và hiệu quả. Được xây dựng với mục đích giúp các nhà phát triển, kỹ sư và tín
đồ điện tử nhanh chóng kiểm tra và phát triển các mạch điện tử, Wokwi cho phép các
thử nghiệm mà không cần phải sử dụng các thiết bị vật lý.
Với Wokwi, bạn có thể tạo và chạy mô phỏng các mạch sử dụng các nền tảng
phổ biến như Arduino, Raspberry Pi, ESP8266 và nhiều loại vi điều khiển khác. Nền
tảng cung cấp một thư viện đa dạng các thành phần điện tử và cảm biến, cho phép bạn
kéo thả và kết nối chúng để tạo thành các mạch hoàn chỉnh một cách trực quan.
Wokwi cung cấp khả năng lập trình và tải lên mã Arduino trực tuyến. Điều này tiết
kiệm thời gian cho việc cài đặt và cấu hình phần mềm Arduino IDE trên máy tính cá
nhân.
19
2.2.2. Mô phỏng ESP32 trên Wokwi
Hình 2.1 Mô phỏng ESP32 trên Wokwi
2.3 Cảm biến và module chức năng
2.3.1 Cảm biến độ ẩm đất

Tài liệu khác của Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Vĩnh Long

Tài liệu liên quan: