Báo cáo Tiểu luận Môn Phát Triển Hệ Thống và Ứng Dụng IoT | Iot và ứng dụng | Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông
Cách đây khoảng 15 - 20 năm ở Việt Nam chúng ta, từ thành thị cho tới nông thôn thì việc nghĩ tới mỗi người dân sở hữu được một thiết bị di động trên tay là điều vô cùng xa xỉ. Thời đó, nếu gia đình bạn có một chiếc điện thoại bàn thì đồng nghĩa với việc hàng tháng bố mẹ bạn sẽ phải chi một số tiền không nhỏ để thanh toán phí cước viễn thông. Bởi ngày đó công nghệ còn hạn chế, chi phí đắt đỏ không ai nghĩ tới một ngày chúng ta có thể gọi điện cho nhau tám chuyện hàng giờ liền mà hoàn toàn “miễn phí”. Tài liệu được sưu tầm và soạn thảo dưới dạng file PDF để gửi tới các bạn cùng tham khảo, ôn tập đầy đủ kiến thức, chuẩn bị cho các buổi học thật tốt. Mời bạn đọc đón xem!
Môn: IoT và ứng dụng 143 tài liệu
Trường: Học viện Công Nghệ Bưu Chính Viễn Thông 1.8 K tài liệu
Tác giả:
Preview text:
HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG KHOA VIỄN THÔNG 1 BÁO CÁO TIỂU LUẬN
MÔN: PHÁT TRIỂN HỆ THỐNG VÀ ỨNG DỤNG IOT PHÒNG THÔNG MINH
Giảng viên hướng dẫn : Nguyễn Thị Thu Hằng : Ngô Thị Thu Trang Nhóm lớp : Nhóm 02 Nhóm tiểu luận : Nhóm 9
Các thành viên trong nhóm Trần Ngọc Khánh B19DCVT201 Nguyễn Xuân Dũng B19DCVT057
Chương Huỳnh Quang Chung B19DCVT049 Lê Văn Đức B19DCVT093 MỤC LỤC
DANH MỤC HÌNH ẢNH................................................................................................3
CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU............................................4
1.1. Giới thiệu đề tài......................................................................................................4
1.2. Lý do chọn đề tài.................................................................................................... 4
1.3. Mục tiêu đề tài........................................................................................................4
Chương 2: Cơ sở lý thuyết...............................................................................................5
2.1. Tổng quan về IoT......................................................................................................5
2.1.1. Khái niệm IoT..................................................................................................5
2.1.2. Lịch sử hình thành...........................................................................................6
2.1.3. Kiến trúc của một hệ thống IoT.....................................................................6
2.1.4. Ứng dụng của IoT............................................................................................7
2.1.5. Ưu và nhược điểm của IoT.............................................................................7
2.2. Tổng quan về nhà thông minh..............................................................................8
2.3 Giới thiệu về phần mềm Arduino..........................................................................9
2.3.1. Khái niệm.........................................................................................................9
2.3.2. Ứng dụng..........................................................................................................9
2.2.3 Phần mềm Arduino IDE................................................................................10
2.3 Giới thiệu cảm biến nhiệt độ, cảm biến ánh sáng và RFID...............................11
2.3.1 Module cảm biến DHT11...............................................................................11
2.3.2 Module Cảm Biến Ánh Sáng.........................................................................14
2.3.3 RFID................................................................................................................15
2.4. Giới thiệu về ESP32.............................................................................................18
2.4.1 ESP32 là gì ?...................................................................................................18
2.4.2 Thông số kỹ thuật...........................................................................................19
2.4.3 So Sánh với ESP8266......................................................................................19
2.5. Giới thiệu LCD16x2 và Module I2C...................................................................20
2.5.1. LCD 16x2.......................................................................................................20
2.5.2 Module I2C Arduino......................................................................................21
2.6 Các giao thức truyền thông dữ liệu và kết nối....................................................22
2.6.1 Giao thức truyền thông cơ bản UART..........................................................22
2.6.3 Giao thức truyền thông nội bộ đa thiết bị I2C.............................................24 1
2.7 Giới thiệu về phần mềm Blynk............................................................................26
Chương 3: Thiết kế hệ thống.........................................................................................28
3.1. Mô tả hoạt động của hệ thống.............................................................................28
3.2. Sơ đồ khối của hệ thống.......................................................................................28
3.2.1 Kiến trúc IoT của hệ thống............................................................................28
3.2.2 Sơ đồ khối của hệ thống.................................................................................29
3.3. Thiết kế phần cứng..............................................................................................31
3.3.1 Hệ thống điều khiển thiết bị qua Blynk và nút nhấn...................................31
3.3.2. Hệ thống điều khiển thiết bị qua chatbot.....................................................34
3.3.3. Các bước thực hiện lắp ráp và ghép nối các mạch và module...................35
3.4. Thiết kế phần mềm..............................................................................................36
3.4.1. Lập trình hệ thống.........................................................................................36
3.4.2. Thiết kế blynk server.....................................................................................41
3.4.3. Thiết kế chatbot.............................................................................................42
Chương 4: Đánh giá kết quả và kết luận......................................................................47
4.1 Kết quả...................................................................................................................... 47
4.2. Đánh giá kết quả..................................................................................................48
4.3. Kết luận................................................................................................................49
TÀI LIỆU THAM KHẢO.............................................................................................50 2 DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 2.1: Internet of things (IoT).......................................................................................4
Hình 2.2: Kiến trúc hệ thống IoT.......................................................................................5
Hình 2.3: Ứng dụng của IoT..............................................................................................6
Hình 2.4: Nhà thông minh..................................................................................................7
Hình 2.5: Giao diện phần mềm Arduino............................................................................9
Hình 2.6: Module cảm biến DHT11.................................................................................10
Hình 2.7: Module cảm biến ánh sáng...............................................................................13
Hình 2.8: Nguyên lý hoạt động của RFID........................................................................17
Hình 2.9: Module ESP32.................................................................................................17
Hình 2.10: Màn hình LCD 16x2......................................................................................20
Hình 2.11: Sơ đồ chân module I2C..................................................................................21
Hình 3.1: Kiến trúc IoT 3 lớp...........................................................................................27
Hình 3.2: Sơ đồ khối hệ thống sử dụng Blynk.................................................................29
Hình 3.3: Sơ đồ khối hệ thống điều khiển qua chatbot.....................................................30
Hình 3.4: Sơ đồ nguyên lý ESP32 của hệ thống điều khiển qua Blynk............................31
Hình 3.5: Sơ đồ nguyên lý nguồn.....................................................................................31
Hình 3.6: Sơ đồ nguyên lý 2 thiết bị đèn và quạt.............................................................32
Hình 3.7: Sơ đồ nguyên lý cửa và RFID..........................................................................32
Hình 3.8: Sơ đồ nguyên lý của 2 cảm biến LM393 và DHT11........................................32
Hình 3.9: Sơ đồ nguyên lý của các nút bấm.....................................................................33
Hình 3.10: Sơ đồ nguyên lý của I2C và màn hình LCD...................................................33
Hình 3.11: Sơ đồ nguyên lý ESP32 của hệ thống sử dụng chatbot...................................33
Hình 3.12: Sơ đồ nguyên lý toàn mạch sử dụng chatbot..................................................34
Hình 3.13: Lưu đồ giải thuật............................................................................................36
Hình 3.14: Lưu đồ 1 chương trình trong Arduino IDE.....................................................37
Hình 4.1: Mô hình sản phẩm sau khi hoàn thành.............................................................46
Hình 4.2: Giao diện Blynk sau khi hoàn thành.................................................................46
Hình 4.3: Giao diện chatbot sau khi hoàn thành...............................................................47 3
CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU
1.1. Giới thiệu đề tài
Cách đây khoảng 15 - 20 năm ở Việt Nam chúng ta, từ thành thị cho tới nông thôn
thì việc nghĩ tới mỗi người dân sở hữu được một thiết bị di động trên tay là điều vô cùng
xa xỉ. Thời đó, nếu gia đình bạn có một chiếc điện thoại bàn thì đồng nghĩa với việc hàng
tháng bố mẹ bạn sẽ phải chi một số tiền không nhỏ để thanh toán phí cước viễn thông.
Bởi ngày đó công nghệ còn hạn chế, chi phí đắt đỏ không ai nghĩ tới một ngày chúng ta
có thể gọi điện cho nhau tám chuyện hàng giờ liền mà hoàn toàn “miễn phí”.
Ngày nay, khi mà các cuộc cách mạng công nghệ liên tục được diễn ra, thúc đẩy
nền kinh tế, phát triển xã hội, chúng ta không còn quá xa lạ gì với các khái niệm như
“thành phố thông minh”, “trường học thông minh” hay là “ngôi nhà thông mình”. Bởi lúc
này con người đã đầy đủ ấm lo, hành phúc rồi thì họ càng mong muốn có một đời sống
nhiều tiện nghi hơn cho bản thân mình.
Mặc dù các mô hình trên vẫn còn khá là khó có thể tiếp cận đến với mỗi chúng ta
hiện tại, nhưng trong tầm nhìn của nhóm chúng em thì như ví dụ đã nêu trên. Có thể chỉ 5
- 10 năm nữa thôi việc chúng ta được ở trong một “ngôi nhà thông minh”, học trong một
“ngôi trường thông minh” và sống ở một “thành phố thông minh” sẽ trở thành mức sống
bình thường mà ai cũng có thể đạt tới được.
1.2. Lý do chọn đề tài
Trong khuôn khổ của một đề tài nghiên cứu và với sự hướng dẫn định hướng từ
giảng viên cô Ngô Thị Thu Trang và cô Nguyễn Thị Thu Hằng thì chúng em đã cùng
nhau lựa chọn mô hình “căn phòng thông minh” với các chức năng tự động như điều
khiển ánh sáng, nhiệt độ trong phòng để tiến hành thực hiện.
Đề tài này không chỉ tập trung vào việc triển khai một hệ thống phòng thông minh,
mà còn nhằm khám phá và đánh giá tiềm năng của công nghệ IoT trong việc tạo ra một
môi trường sống thông minh và bền vững. Với sự kết hợp giữa viễn thông và IoT, chúng
em hy vọng đề tài này sẽ đóng góp vào sự phát triển và áp dụng của công nghệ trong lĩnh
vực phòng thông minh và mở ra những cánh cửa mới đầy triển vọng cho tương lai.
1.3. Mục tiêu đề tài
Mục tiêu đề tài nhóm đề ra :
- Tiến hành phân tích, thiết kế và triển khai một hệ thống phòng thông minh đơn giản và hiệu quả. 4
- Tập trung vào việc phát triển các giao thức truyền thông, xây dựng giao diện
người dùng thân thiện và tích hợp các cảm biến ánh sáng, chuyển động để đảm
bảo sự hoạt động ổn định và đáng tin cậy của hệ thống. 5
Chương 2: Cơ sở lý thuyết 2.1. Tổng quan về IoT 2.1.1. Khái niệm IoT
IOT viết tắt của thuật ngữ “Internet of Thing” đề cập đến hàng tỷ thiết bị vật lý
được kết nối thông qua internet, thu thập và chia sẻ dữ liệu. Với IoT, các thiết bị thông
minh có thể giao tiếp với nhau và với các hệ thống điều khiển từ xa, tạo ra một hệ sinh
thái kết nối thông minh, đem lại nhiều tiện ích cho con người. Các thiết bị Iot bao gồm
các cảm biến, máy tính nhúng, các thiết bị điện tử gia đình, ô tô tự lái, nhà thông minh,
các thiết bị giám sát an ninh. Các thiết bị có thể giao tiếp với nhau thông qua internet để
thực hiện các chức năng đa dạng như giám sát và điều khiển, tự động hóa, phân tích dữ
liệu, và cung cấp dịch vụ thông minh cho người sử dụng.
Hệ thống IoT cho phép vật được cảm nhận hoặc được điều khiển từ xa thông qua hạ
tầng mạng hiện hữu, tạo cơ hội cho thế giới thực được tích hợp trực tiếp hơn vào hệ
thống điện toán, hệ quả là hiệu năng, độ tin cậy và lợi ích kinh tế được tăng cường bên
cạnh việc giảm thiểu sự can dự của con người. Khi IoT được gia tố cảm biến và cơ cấu
chấp hành, công nghệ này trở thành một dạng thức của hệ thống ảo-thực với tính tổng
quát cao hơn, bao gồm luôn cả những công nghệ như điện lưới thông minh, nhà máy điện
ảo, nhà thông minh, vận tải thông minh và thành phố thông minh. Mỗi vật được nhận
dạng riêng biệt trong hệ thống điện toán nhúng và có khả năng phối hợp với nhau trong
cùng hạ tầng Internet hiện hữu.
Hình 2.1: Internet of things (IoT)
Về cơ bản, Internet Vạn Vật cung cấp kết nối chuyên sâu cho các thiết bị, hệ thống
và dịch vụ, kết nối này mang hiệu quả vượt trội so với kiểu truyền tải máy-máy (M2M),
đồng thời hỗ trợ đa dạng giao thức, miền (domain), và ứng dụng. Kết nối các thiết bị
nhúng này (luôn cả các vật dụng thông minh), được kỳ vọng sẽ mở ra kỷ nguyên tự động 6
hóa trong hầu hết các ngành, từ những ứng dụng chuyên sâu như điện lưới thông minh,
mở rộng tới những lĩnh vực khác như nhà thông minh, thành phố thông minh. [1]
2.1.2. Lịch sử hình thành
Khái niệm về một mạng lưới thiết bị được kết nối với nhau đã được thảo luận vào đầu
năm 1982, với một máy bán hàng tự động Coke được thực hiện ở Đại học Carnegie
Mellon trở thành thiết bị kết nối Internet đầu tiên trên thế giới.
Thuật ngữ “Internet of things” được sử dụng lần đầu tiên bởi Kevin Ashton vào năm
1999. Sau đó IoT trải qua nhiều giai đoạn và có bước phát triển nhảy vọt cho đến ngày nay.
2.1.3. Kiến trúc của một hệ thống IoT
Kiến trúc IoT được đại diện cơ bản bởi 4 phần:
Things (thiết bị) : gồm các thiết bị cuối tham gia vào mạng IoT (quạt, đèn,..), các
thiết bị có thể được tích hợp với một cảm biến hoặc nhận lệnh tự người dùng.
Gateway (Trạm kết nối): là cầu nối giữa các công nghệ truyền thông khác nhau
Network and Cloud (Hạ tầng mạng): Gồm một hệ thống lớn các máy chủ, hệ
thống lưu trữ và mạng ảo hóa được kết nối. Chịu trách nhiệm sử lý, chỉ huy và
phân tích các dữ liệu thu thập được
Services-creation and Solution Layers (Bộ phân tích và xử lý dữ liệu): Dữ liệu
được thu thập phân tích chuyển đổi thành các thông tin hữu ích, hỗ trợ người
dùng đưa ra quyết định quan trọng
Hình 2.2: Kiến trúc hệ thống IoT 7
2.1.4. Ứng dụng của IoT
Hình 2.3: Ứng dụng của IoT
Với sự phát triển vượt bậc của internet, Internet of Things có thể ứng dụng được
trong bất kì lĩnh vực nào mà chúng ta muốn. Một số lĩnh vực nổi bật hiện nay được ứng
dụng IoT nhiều nhất như là:
Ứng dụng trong quản lý hạ tầng Ứng dụng trong y tế
Ứng dụng trong tự động hóa nhà. Ứng dụng trong giao thông
Phản hồi trong các tinh huống khẩn cấp Mua sắm thông minh
Quản lý các thiết bị cá nhân Đồng hồ đo thông minh
2.1.5. Ưu và nhược điểm của IoT * Ưu điểm:
Khả năng truy cập thông tin từ mọi nơi, mọi lúc trên mọi thiết bị.
Cải thiện kết nối giữa các thiết bị điện tử.
Chuyển các gói dữ liệu qua mạng được kết nối tiết kiệm thời gian và tiền bạc.
Tự động hóa các nhiệm vụ giúp cải thiện chất lượng dịch vụ của doanh nghiệp và
giảm nhu cầu can thiệp con người. * Nhược điểm :
Vấn đề bảo mật khi có nhiều thiết bị kết nối. 8
Việc thu thập dữ liệu là thách thức lớn.
Nếu hệ thống trung tâm bị hỏng sẽ dẫn tới có khả năng các thiết bị kết nối sẽ bị ảnh hỏng.
Do không có tiêu chuẩn quốc tế nên dẫn tới các thiết bị từ các nhà sản xuất khác
nhau có thể tương thích với nhau
2.2. Tổng quan về nhà thông minh
Nhà thông minh (Smart Home) là một ngôi nhà hay căn hộ được trang bị hệ thống
tự động tiên tiến dành cho điều khiển đèn chiếu sáng, nhiệt độ, truyền thông đa phương
tiện, an ninh, rèm cửa, cửa và nhiều tính năng khác nhằm mục đích làm cho cuộc sống
ngày càng tiện nghi, an toàn và góp phần sử dụng hợp lý các nguồn tài nguyên. Hình 2.4: Nhà thông minh
Nhà thông minh có thể đáp ứng theo các ngữ cảnh thông minh một cách có chủ
định theo thiết lập của người dùng, có thể hoạt động một cách tự động hoặc bán tự động,
và có thể thay thế con người thực hiện một hoặc một số thao tác quản lý, điều khiển nhất định.
Về mặt bản chất, nhà thông minh là sự kết nối có hệ thống của các thiết bị điện
thông minh. Giúp ngôi nhà trở nên thông minh hơn, có thể đáp ứng được các chức năng
tự động hoặc bán tự động theo ý của người dùng. 9
Hệ thống điện tử này có thể giao tiếp với người dùng thông qua bảng điện tử đặt
trong nhà, ứng dụng trên điện thoại di động, máy tính bảng hoặc một giao diện web, thậm
chí bạn có thể ra lệnh điều khiển các thiết bị bằng giọng nói.
Trong căn nhà thông minh, các đồ dùng & thiết bị điện trong nhà từ phòng ngủ,
phòng khách đến toilet đều có thể gắn các bộ điều khiển điện tử có thể kết nối với
Internet và điện thoại di động, cho phép chủ nhân điều khiển vật dụng từ xa hoặc lập
trình cho thiết bị ở nhà hoạt động theo lịch. Thêm vào đó, các đồ gia dụng có thể hiểu
được ngôn ngữ của nhau và có khả năng tương tác với nhau.
Hiện nay công nghệ nhà thông minh tại Việt Nam đang phát triển mạnh mẽ, nhiều
công nghệ mới được áp dụng vào phát triển cho hệ thống nhà thông mình.
Với công nghệ phát triển thì những thiết bị mới có thể biến những thiết bị truyền
thống trở nên thông minh hơn, dễ dàng lắp đặt và cài đặt trên điện thoại và cũng không
quá đắt đỏ như trước đây. [1]
Các thành phần của hệ thống nhà thông minh bao gồm các cảm biến (như cảm biến
cháy, cảm biến chuyển động, ...), các bộ điều khiển hoặc máy chủ và các thiết bị chấp
hành khác. Nhờ hệ thống cảm biến, các bộ điều khiển và máy chủ có thể theo dõi các
trạng thái bên trong ngồi nhà để đưa ra các quyết định điều khiển các thiết bị chấp hành
một cách phù hợp nhằm đảm bảo môi trường sống tốt nhất cho con người
Một số ứng dụng phổ biến của hệ thống IoT được sử sựng trong nhà có thể kể đến như sau:
• Hệ thống các thiết bị gia dụng • Hệ thống an ninh • Hệ thống cửa ra vào • Hệ thống giải trí
2.3 Giới thiệu về phần mềm Arduino 2.3.1. Khái niệm
Arduino là nền tảng mã nguồn mở, giúp con người xây dựng các ứng dụng điện tử
có khả năng liên kết, tương tác với nhau một cách tốt hơn. Arduino còn có thể xem như
một chiếc máy tính thu nhỏ giúp người hin lập trình, thực hiện các dự án điện tử không
cần tới công cụ chuyên biệt phục cho quá trình nạp code. 2.3.2. Ứng dụng
Arduino có nhiều ứng dụng trong cuộc sống hin ngày, nhất là trong việc chế tạo các
thiết bị điện tử chất lượng cao. Có thể kể đến như: 10
Làm Robot. Arduino có khả năng đọc các thiết bị cảm biến, điều khiển động
cơ,... nên nó thường được hin để làm bộ xử lý trung tâm của rất nhiều loại robot.
Game tương tác: Arduino có thể được sử dụng để tương tác với Joystick, màn
hình,... khi chơi các game như Tetris, phá gạch, Mario…
Máy bay không người lái.
Điều khiển đèn tín hiệu giao thông, làm hiệu ứng đèn Led nhấp nháy trên các biển quảng cáo…
Điều khiển các thiết bị cảm biến ánh hin, âm thanh. Làm máy in 3D Làm đàn bằng ánh hin
Làm lò nướng bánh biết tweet để báo cho bạn khi bánh hin.
2.2.3 Phần mềm Arduino IDE
Arduino IDE là một môi trường phát triển tích hợp đa nền tảng, làm việc cùng với
một bộ điều khiển Arduino để viết, biên dịch và tải code lên bo mạch. Phần mềm này
cung cấp sự hỗ trợ cho một loạt các bo mạch Arduino như Arduino Uno, Nano, Mega,
Pro hay Pro Mini, .... Ngôn ngữ tổng quát cho Arduino C và C++, do đó phần mềm phù
hợp cho những lập trình viên đã quen thuộc với cả 2 ngôn ngữ này. Các tính năng như
làm nổi bật cú pháp, thụt đầu dòng tự động, ... làm cho nó trở thành một sự thay thế hiện
đại cho các IDE khác. Arduino IDE có thư viện code mẫu quá phong phú, viết chương
trình trên Arduino IDE khá dễ dàng cộng thêm OpenSource viết riêng cho Arduino thì ngày càng nhiều. [2]
Hình 2.5: Giao diện phần mềm Arduino
Đây là công cụ hổ trợ viết code và nạp code cho các bo mạch Arduino cũng như các
mạch NodeMCU. Phần mềm được hổ trợ miễn phí cho người dùng , với bản cập nhật
mới nhất là Arduino 2.2.1. 11
2.3 Giới thiệu cảm biến nhiệt độ, cảm biến ánh sáng và RFID
2.3.1 Module cảm biến DHT11
Trên thị trường hiện nay có rất nhiều loại cảm biến nhiệt độ với các đặc tính khác
nhau để phù hợp với nhiều mục đích sử dụng như LM335, LM35, DHT11, Pt100,...Với
đề tài này, em lựa chọn sử dụng DHT11 vì nó tích hợp đo cả nhiệt độ và độ ẩm.
Cảm biến độ ẩm và nhiệt độ DHT11 là cảm biến rất thông dụng hiện nay vì chi phí
rẻ và rất dễ lấy dữ liệu thông qua giao tiếp 1 wire (giao tiếp digital 1 dây truyền dữ liệu
duy nhất). Cảm biến nhiệt độ và độ ẩm DHT11 có bộ điều chỉnh nhiệt độ và độ ẩm với
đầu ra tín hiệu số được hiệu chuẩn qua bộ tiền xử lý tín hiệu tích hợp trong cảm biến giúp
bạn có được dữ liệu chính xác mà không phải qua bất kỳ tính toán nào. Với việc sử dụng
tín hiệu kỹ thuật cao nên cảm biến luôn cho độ tin cậy cao và ổn định trong thời gian dài.
Cảm biến này bao gồm một thành phần đo độ ẩm kiểu điện trở và bộ phận giảm nhiệt độ
NTC, và kết nối với bộ vi điều khiển 8 bit hiệu suất cao, cung cấp chất lượng tốt, phản
ứng nhanh, chống nhiễu và hiệu quả về chi phí.
Mỗi cảm biến DHT11 đều được hiệu chuẩn trong phòng thí nghiệm để có độ chính
xác cao nhất. Sự kết nối hệ thống nối tiếp một dây nhanh chóng và dễ dàng. Kích thước
nhỏ, tiêu thụ điện năng thấp và truyền tín hiệu lên đến 20m, đây lựa chọn tốt nhất cho các ứng dụng khác.
Hình 2.6: Module cảm biến DHT11 Thông số kỹ thuật:
- Điện áp hoạt động: 3.3-5V
- Dải độ ẩm hoạt động: 20% - 90% RH, sai số ± 5%RH
- Dải nhiệt độ hoạt động: o o o 0 C – 50 C, sai số ± 20 C
- Khoảng cách truyền tối đa: 20m
- Chuẩn giao tiếp: TTL, 1-wire - Kích thước: 28x12x10mm - Dòng tối đa: 2.5mA 12
- Tần số lấy mẫu tối đa: 1Hz Nguyên lý hoạt động:
DHT11 chỉ sử dụng 1 dây để giao tiếp. Quá trình giao tiếp được chia làm 3 bước:
đầu tiên là gửi yêu cầu đến cảm biến, kế đến cảm biến sẽ gửi xung phản hồi và sau đó nó
bắt đầu gửi dữ liệu tổng cộng 40bit đến vi điều khiển. Bắt đầu xung Xung bắt đầu DHT11
Để bắt đầu giao tiếp với DHT11, đầu tiên ta gửi xung bắt đầu đến cảm biến. Để
cung cấp xung bắt đầu, kéo chân dữ liệu xuống mức thấp trong thời gian tối thiểu 18ms
và sau đó kéo lên mức cao. Phản ứng
Gửi xung phản hồi của DHT11
Sau khi nhận được xung bắt đầu, cảm biến sẽ gửi xung phản hồi, để cho biết DHT11
đã nhận được xung bắt đầu.
Xung phản hồi ở mức thấp trong khoảng thời gian 54us, sau đó ở mức cao 80us. 13 Dữ liệu
Gửi dữ liệu chứa bit 0, bit 1
Sau khi gửi xung phản hồi, DHT11 sẽ gửi dữ liệu chứa giá trị nhiệt độ và độ ẩm.
Khung dữ liệu dài 40bit, được chia làm 5 phần (byte), mỗi phần 8bit.
Trong 5 phần này, hai phần đầu tiên sẽ chứa giá trị độ ẩm, 8bit đầu tiên là giá trị
phần nguyên, 8bit còn lại chứa giá trị thập phân. Hai phần tiếp theo sẽ chứa giá trị nhiệt
độ (°C) ở dạng số thập phân. Phần cuối cùng là 8bit để kiểm tra cho phần đo nhiệt độ và độ ẩm.
Sau khi nhận được dữ liệu, chân DHT11 sẽ ở chế độ tiêu thụ điện năng thấp cho đến
khi có xung bắt đầu tiếp theo. Kết thúc
Kết thúc đọc giá trị của DHT11 14
Sau khi gửi dữ liệu 40bit, DHT11 sẽ ở mức thấp 54us rồi lên mức cao và sau đó nó
chuyển sang chế độ ngủ.
2.3.2 Module Cảm Biến Ánh Sáng
Module cảm biến ánh sáng là một linh kiện điện tử có điện trở thay đổi giảm
theo ánh sáng chiếu vào. Quang trởlàm bằng chất bán dẫn trở kháng cao, và không có
tiếp giáp nào. Trong bóng tối, quang trở có điện trở đến vài MΩ. Khi có ánh sáng, điện
trở giảm xuống mức một vài trăm Ω Độ chính xác: ± 5%RH và ±2o
Hoạt động của quang trở dựa trên hiệu ứng quang điện trong khối vật chất.
Khi photon có năng lượng đủ lớn đập vào, sẽ làm bật electron khỏi phân tử, trở thành tự
do trong khối chất và làm chất bán dẫn thành dẫn điện. Mức độ dẫn điện tuỳ thuộc
số photon được hấp thụ.
Hình 2.7: Module cảm biến ánh sáng Thông số kĩ thuật:
Điện áp hoạt động: 3.3V-5V
Kích thước PCB: 3cm * 1.6cm
Led xanh báo nguồn và ánh sáng IC so sánh : LM393 VCC: 3.3V-5V GND: 0V
DO: Đầu ra tín hiệu số (0 và 1) 15
AO: Đầu ra Analog (Tín hiệu tương tự)
Mô tả sơ đồ chân của module cảm biến ánh sáng AO: Tín hiệu analog DO: Tín hiệu ra digital GND: Nối Mass- Cực âm
VCC: Nối nguồn 3.3V đến 5V Sơ đồ nguyên lý
Module cảm biến ánh sáng có 2 đầu tín hiệu ra D0 và A0, đầu ra A0 được lấy từ quang
trở và đưa vào bộ so sánh lm393 để đưa ra mức điện áp 0V và 5V. Biến trở điều chỉnh độ
nhạy của cảm biến, các bạn có thể tùy ý thay đổi biến trở để cảm biến đưa ra mức 1 với
cường độ ánh sáng phù hợp. [3] 2.3.3 RFID
Khái niệm: RFID (Radio Frequency Identification) là công nghê • nhâ • n dạng đối
tượng bằng sóng vô tuyến. Công nghê • này cho phép nhâ •n biết các đối tượng thông qua hê •
thốngthu phát sóng radio, từ đó có thể giám sát, quản lý hoặc lưu vết từng đối tượng.
Hay nói cách khác, RFID là mô •t kỹ thuât • nhâ •n dạng sóng vô tuyến từ xa, cho phép
dữ liê •u trên mô •t con chíp được đọc mô •t cách "không tiếp xúc" qua đường dẫn sóng vô
tuyến ở khoảng cách từ 50cm tới 10m, sử dụng thẻ RFID và mô •t đầu đọc RFID. [4] Đặc điểm
- Điểm nổi bâ •t của RFID là công nghê • không sử dụng tia sáng như mã vạch, không
tiếp xúc trực tiếp. Mô •t vài loại thẻ có thể được đọc xuyên qua các môi trường, vât • 16
liê •u như: Bê tông, tuyết, sương mù, băng đá, sơn, và các điều kiê •n môi trường
thách thức khác mà mã vạch và các công nghê • khác không thể phát huy hiê •u quả.
- Hê • thống RFID sử dụng hê • thống không dây thu phát sóng radio.
- Các tần số thường được sử dụng trong hê •
thống RFID là 125Khz hoặc 900Mhz.
- Thông tin có thể được truyền qua những khoảng cách nhỏ mà không cần mô •t tiếp xúc vâ •t lý nào.
- Hê • thống RFID có thể được phân loại theo các băng tần số hoạt đô •ng của mình,
như: tần số thấp (LF), tần số cao (HF) và tần số siêu cao (UHF).
Hệ thống: Một hệ thống RFID bao gồm hai thành phần chính là thẻ RFID và đầu đọc (reader ). Thẻ RFID
Một thẻ RFID bao gồm 3 thành phần chính là:
- Chip RFID: Chip có chức năng chứa bộ nhớ để lưu và xử lý thông tin, điều chế và
giải điều chế tín hiệu tần số sóng vô tuyến. Trong thường hợp RFID thụ động, chip
được thiết kế như một nguồn năng lượng và nhận năng lượng radio từ ăng ten. Còn
đối với RFID chủ động, nguồn năng lượng sẽ được lấy từ pin của thẻ.
- Ăng ten: có nhiệm vụ nhận và gửi tín hiệu, được kết nối với chip. Với RFID thụ
động tín hiệu được phản xạ lại, thu năng lượng từ sóng Radio và cung cấp cho
chip. Đối với RFID chủ động tín hiệu được truyền về lại hệ thống, tín hiệu mạnh
hơn và có tầm hoạt động xa hơn.
- Chất nền: có nhiệm vụ gắn các bộ phận của thẻ lại với nhau. Thường được làm từ 17
polymer hoặc tấm nhựa. Ngoài ra, chất nền còn có chức năng bảo vệ thẻ RFID.
Một thẻ RFID có thể là passive, active hoặc là passive có pin.
- Thẻ RFID passive: ăng ten thu năng lượng từ song vô tuyến để cấp cho IC, có giá
thành rẻ vì không cần pin để cấp năng lượng.
- Thẻ RFID active: gửi dữ liệu đi và cần pin làm nguồn cấp.
Thẻ RFID có nhiều loại, có loại chỉ đọc với số serial từ nhà sản xuất hoặc là loại thẻ hỗ
trợ đọc và ghi với các dữ liệu đặc biệt. Cũng có những thẻ được ghi một lần và đọc nhiều
lần, cũng có thẻ là thẻ trống được ghi bởi mã code điện tử. Đầu đọc (reader)
Đầu đọc tạo ra không gian cho việc truy vấn của thẻ FRID, có thể cầm tay hoặc bố trí trên
các xe đẩy hàng hoặc phương tiện giao thông. Có 3 loại như sau:
Passive Reader Active Tag(PRAT): Đầu đọc thụ động cho thẻ chủ động, có thể
nhận tín hiệu song vô tuyến từ các thẻ active.
Active Reader Passive Tag(ARPT): Đầu đọc chủ động cho thẻ bị động, truyền tín
hiệu truy vấn và nhận phản hồi xác thực từ thẻ passive.
Active Reader Active Tag(ARAT): Đầu đọc thẻ chủ động cho thẻ chủ động, sử
dụng thẻ active với tín hiệu truy vấn từ đầu đọc chủ động.
Nguyên lý hoạt động của công nghệ RFID khá đơn giản. Thiết bị RFID đọc được
đặt cố định tại một vị trí. Chúng phát ra sóng vô tuyến điện từ tại một tần số nhất định.
Thiết bị RFID sẽ cảm nhận song điện từ trong vùng hoạt động và thu nhận năng lượng đó, 18
sau đó phát lại cho thiết bị RFID reader mã số. Từ đó sẽ biết được tag nào đang hoạt động trong vùng.
Khi RFID phát đi vào vùng song vô tuyến điện mà RFID đọc phát ra, hai bên sẽ cảm nhận được nhau.
Hình 2.8: Nguyên lý hoạt động của RFID
2.4. Giới thiệu về ESP32 2.4.1 ESP32 là gì ? Hình 2.9: Module ESP32
ESP32 là một hệ thống vi điều khiển trên chip (SoC) giá rẻ của Espressif Systems,
nhà phát triển của ESP8266 SoC. Nó là sự kế thừa của SoC ESP8266 và có cả hai biến
thể lõi đơn và lõi kép của bộ vi xử lý 32-bit Xtensa LX6 của Tensilica với Wi-Fi và Bluetooth tích hợp. 19
Tài liệu liên quan:
-
Tóm tắt lý thuyết môn IoT và ứng dụng | Học viện Công Nghệ Bưu Chính Viễn Thông
23 12 -
Accelerated Corner-Detector Algorithms: GPU Implementations and Results | Iot và ứng dụng | Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông
46 23 -
Đề xuất Dự án IoT: Thiết bị phát hiện chạm cho xe máy | Iot và ứng dụng | Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông
35 18 -
Phân Tích và Giải Pháp FastAPI | Iot và ứng dụng | Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông
30 15 -
Tăng cường pháp chế xã hội chủ nghĩa trong quản lý nhà nước | Iot và ứng dụng | Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông
25 13