ĐỀ tÀi: ĐiỀu khiỂn ĐÈn trong nhÀ
TRANSCRIPT
I
BỘ CÔNG THƯƠNG
TRƯỜNG CAO ĐẲNG CÔNG THƯƠNG TP.HCM
KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ
BỘ MÔN: ĐIỆN TỬ TRUYỀN THÔNG
--- ---
ĐỒ ÁN: ĐỒ ÁN VIỄN THÔNG 1
ĐỀ TÀI: ĐIỀU KHIỂN ĐÈN TRONG NHÀ
BẰNG WIFI
GVHD: Nguyễn Thị Mai Lan
SVTH: Dương Thị Thu Quyên
Lê Thị Bích Thùy
Lê Công Nhậm
Tp. Hồ Chí Minh, Tháng 06 năm 2019
II
LỜI MỞ ĐÀU
Ngày nay, xã hội phát triển mạnh mẽ, kỹ thuật ngày càng hiện đại nên nhu cầu về trao
đổi thông tin giải trí, nhu cầu về điều khiển các thiết bị từ xa, ngày càng cao. Và những
hệ thống dây cáp phức tạp lại không thể đáp ứng nhu cầu này, nhất là ở những khu vực
chật hẹp, những nơi xa xôi, trên các phương tiện vận chuyển, Vì vậy công nghệ không
dây đã ra đời và phát triển mạnh mẽ, tạo rất nhiều thuận lợi cho con người trong đời
sống hằng ngày.
Trong những năm gần đây công nghệ truyền nhận dữ liệu không dây đang có những
bước phát triển mạnh mẽ, góp công lớn trong việc phát triển các hệ thống điều khiển,
giám sát từ xa, đặc biệt là các hệ thống thông minh. Hiện nay, có khá nhiều công nghệ
truyền nhận dữ liệu không dây như RF, Wifi, Bluetooth, NFC, ... Trong đó, mạng wifi
là một trong những công nghệ được phát triển mạnh mẽ và luôn được cải tiến để nâng
cao tốc độ cũng như khả năng bảo mật.
Trên thị trường Việt Nam hiện nay chưa có nhiều sản phẩm điều khiển thiết bị không
dây, đa số những sản phẩm hiện có đều là nhập khẩu từ nước ngoài với giá thành cao.
Việc nghiên cứu và thiết kế một bộ sản phẩm điều khiển thiết bị không dây có một ý
nghĩa lớn, giúp tăng thêm sự lựa chọn cho người sử dụng, sản phẩm được sản xuất trong
nước nên giá thành rẻ và góp phần phát triển các hệ thống điều khiển thông minh.
III
LỜI CẢM ƠN
Chúng em xin chân thành cảm ơn cô Nguyễn Thị Mai Lan đã giúp đỡ và hướng dẫn
chúng em tận tình trong suốt thời gian viết bài báo cáo, tạo cho chúng em những tiền đề,
những kiến thức để tiếp cận vấn đề, phân tích giải quyết vấn đề. Nhờ đó mà chúng em
hoàn thành bài báo cáo của mình được tốt hơn. Chúng em cũng xin cảm ơn bạn bè, anh
chị đã tận tình chỉ bảo, giúp đỡ chúng em trong quá trình hoàn thành bài báo cáo, tạo
cho chúng em hiểu thêm về những kiến thưc thực tế.
Những kiến thức mà em được học hỏi là hành trang ban đầu cho quá trình làm việc
của chúng em sau này. Chúng em xin gửi tới mọi người lời chúc thành công trên con
đường sự nghiệp của mình.
Chúng em xin chân thành cảm ơn!
Sinh viên thực hiện
Dương Thị Thu Quyên
Lê Thị Bích Thùy
Lê Công Nhậm
IV
NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯƠNG DẪN
Nhận xét chung:
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
Đánh giá: (Được phép bảo vệ hay không được phép bảo vệ)
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
TPHCM, ngày 13 tháng 06 năm 2019
Giáo viên hướng dẫn
(Ký và ghi rõ họ tên)
V
TRƯỜNG CAO ĐẲNG CÔNG THƯƠNG TP.HCM CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT
NAM
Khoa Điện - Điện Tử Độc lập - Tự do - Hạnh phúc
Tp. Hồ Chí Minh, ngày 10 tháng 06 năm 2019
LỊCH TRÌNH THỰC HIỆN ĐỒ ÁN MÔN HỌC
Đề tài: ĐIỀU KHIỂN ĐÈN TRONG NHÀ BẰNG WIFI
Sinh viên thực hiện:
Họ tên sinh viên 1: Dương Thị Thu Quyên MSSV: 2116230019
Họ tên sinh viên 2: Lê Thị Bích Thùy MSSV: 2116230027
Họ tên sinh viên 3: Lê Công Nhậm MSSV: 2116230017
Tuần/ngày Lịch trình thực hiện Xác nhận
GVHD
Tuần 1 Chọn nhóm và đang kí đồ án môn học .
Tuần 2 Gặp giảng viên hướng dẫn(GVHD), xin
GVHD về đề tài đồ án môn học.
Tuần 3 Nhận đồ án từ GVHD.
Tuần 4, 5 Tìm hiểu kiến thức, xây dựng sơ đồ
khối dựa vào sơ đồ nguyên lý.
Tuần 6 Mô phỏng mạch trên proteus, giải thích
nguyên lý hoạt động của mạch.
Tuần 7, 8 Thi công mạch, chỉnh sửa lỗi, ráp mạch.
Tuần 9 Hoàn thiện báo cáo, GVHD xem và góp
ý.
Tuần 10 Nộp đồ án, báo cáo hoàn chỉnh trước
khi bảo vệ.
Chữ kí của GVHD
Nguyễn Thị Mai Lan
VI
LỜI CAM ĐOAN
Đề tài này là do nhóm của chúng em tự thực hiện dựa vào một số tài liệu tham khảo và
chúng em xin cam đoan đề tài này không sao chép bất kỳ công trình đã có trước đó. Nếu
có sao chép nhóm chúng em hoàn toàn chịu trách nhiệm.
7
DANH MỤC HÌNH
Hình 1.1 ..................................................................................................................... 12
Hình 1.2 .................................................................................................................... 14
Hình 1.3 .................................................................................................................... 15
Hình 1.4 .................................................................................................................... 15
Hình 1.5 .................................................................................................................... 16
Hình 1.6 .................................................................................................................... 16
Hình 1.7 .................................................................................................................... 16
Hình 1.8 .................................................................................................................... 19
Hình 1.9 .................................................................................................................... 20
Hình 2.1 ..................................................................................................................... 20
Hình 3.1 .................................................................................................................... 26
8
DANH MỤC BẢNG
Bảng 1 ............................................................................................................. 13
Bảng 2 ............................................................................................................. 23
Bảng 3 ............................................................................................................. 23
Bảng 4 ............................................................................................................ 23
Bảng 5 ............................................................................................................. 24
9
MỤC LỤC
LỜI MỞ ĐÀU .....................................................................................................................II
LỜI CẢM ƠN .................................................................................................................... III
NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯƠNG DẪN .............................................................. IV
LỊCH TRÌNH THỰC HIỆN ĐỒ ÁN MÔN HỌC ............................................................. V
LỜI CAM ĐOAN .............................................................................................................. VI
DANH MỤC HÌNH............................................................................................................. 7
DANH MỤC BẢNG ........................................................................................................... 8
MỤC LỤC ........................................................................................................................... 9
TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................................. 11
CHƯƠNG 1: CƠ SỞ LÝ THUYẾT .................................................................................. 12
I. GIỚI THIỆU VỀ ARDUINO ..................................................................................... 12
1. Tổng quan ............................................................................................................... 12
2. Hiện tượng Arduino ................................................................................................ 13
3. Các ứng dụng nổi bật của bo mạch Arduino .......................................................... 14
a) Máy in 3D ............................................................................................................ 15
b) Robot ................................................................................................................... 15
c) Thiết bị bay không người lái UAV ..................................................................... 15
d) Game tương tác ................................................................................................... 16
e) Điều khiển ánh sáng ............................................................................................ 16
f) Kích hoạt chụp ảnh tốc độ cao ............................................................................. 16
4. Khả năng của bo mạch Arduino ............................................................................. 17
a. Sức mạnh xử lý .................................................................................................... 17
b. Đọc tín hiệu cảm biến ngõ vào: ........................................................................... 17
c. Xuất tín hiệu điều khiển ngõ ra: .......................................................................... 17
d. Chuẩn Giao tiếp ................................................................................................... 18
5. Môi trường lập trình của Arduino ........................................................................... 18
6. Các loại bo mạch Arduino ...................................................................................... 19
II. GIỚI THIỆU VỀ MODULE WIFI ESP 8266 ........................................................... 20
a) Tổng quan ............................................................................................................ 20
10
b) Đặc tính nổi bật ................................................................................................... 21
c) Thông số kỹ thuật ................................................................................................ 22
d) Các lệnh AT cơ bản dùng cấu hình module wifi ESP8266 ................................ 22
e) Các lệnh AT chung .............................................................................................. 22
Bảng 2 ............................................................................................................................ 23
f) Các lệnh AT cấu hình module wifi ...................................................................... 23
g) Các lệnh AT đối với Module Wifi cầu hình là Station / client / Access Point ... 23
CHƯƠNG 2 : THIẾT KẾ MẠCH ..................................................................................... 25
1. CHUẨN BỊ LINH KIỆN ........................................................................................ 25
2. SƠ ĐÒ NGUYÊN LÍ .............................................................................................. 25
3. NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG ................................................................................ 25
4. CHƯƠNG TRÌNH MẠCH ĐIỀU KHIỂN ............................................................. 25
CHƯƠNG 3 : KẾT LUẬN ................................................................................................ 35
1. KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC ......................................................................................... 35
2. NHỮNG MẶT HẠN CHẾ ..................................................................................... 35
11
TÀI LIỆU THAM KHẢO [1]. Lâm Quang Chuyên, 2012, Giáo trình vi điều khiển, Trường Cao đẳng Công thương
Tp. HCM.
[2]. Nguyễn Kim Suyên, 2015, Giáo trình điện tử cơ bản, Trường Cao đẳng Công thương
Tp. HCM.
[3]. http://arduino.vn/tutorial/1283-tu-tay-lam-thiet-bi-dieu-khien-thiet-bi-tu-xa-qua-
wifi-esp8266
[4]. https://hocarm.org/esp8266-cho-nguoi-khong-biet-gi/
[5]. https://esp8266.vn/introduction/esp-module/
[6]. thuvienso.hcmute.edu.vn/doc/giao-trinh-mach-dien-9314.html
.
.
12
CHƯƠNG 1: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
I. GIỚI THIỆU VỀ ARDUINO
1. Tổng quan
Hình 1.1 - Bộ điều khiển đơn
Arduino là một board mạch vi xử lý được sinh ra tại thị trấn Ivrea ở Ý, nhằm xây
dựng các ứng dụng tương tác với nhau hoặc với môi trường được thuận lợi hơn.
Phần cứng bao gồm một board mạch nguồn mở được thiết kế trên nền tảng vi xử
lý AVR Atmel 8bit, hoặc ARM Atmel 32-bit. Những Model hiện tại được trang
bị gồm 1 cổng giao tiếp USB, 6 chân đầu vào analog, 14 chân I/O kỹ thuật số
tương thích với nhiều board mở rộng khác nhau.
Được giới thiệu vào năm 2005, Những nhà thiết kế của Arduino cố gắng mang
đến một phương thức dễ dàng, không tốn kém cho những người yêu thích, sinh
viên và giới chuyên nghiệp để tạo ra những thiết bị có khả năng tương tác với
môi trường thông qua các cảm biến và các cơ cấu chấp hành. Những ví dụ phổ
biến cho những người yêu thích mới bắt đầu bao gồm các robot đơn giản, điều
khiển nhiệt độ và phát hiện chuyển động. Đi cùng với nó là một môi trường phát
triển tích hợp (IDE) chạy trên các máy tính cá nhân thông thường và cho phép
người dùng viết các chương trình cho Aduino bằng ngôn ngữ C hoặc C++.
Các dòng sản phẩm của Arduino
Board : Arduino Uno, Arduino Pro, Arduino Mega, Arduino 101, Arduino Zero,
LilyPad Arduino…
Module : Arduino Pro mini, Arduino Micro, Arduino LCD Module, Arduino
Relay Module, Arduino Driver Module…
13
Shield : Arduino Proto Shield, Arduino Wifi Shield 101, Arduino Ethernet
Shield, Arduino GSM Shield …So sánh thông số kỹ thuật của các Arduino
Board có nhiều trên thị trường:
Bảng 1: Một số loại Arduino
2. Hiện tượng Arduino
Arduino thực sự đã gây sóng gió trên thị trường người dùng DIY (là những người
tự chế ra sản phẩm của mình) trên toàn thế giới trong vài năm gần đây, gần giống
với những gì Apple đã làm được trên thị trường thiết bị di động. Số lượng người
dùng cực lớn và đa dạng với trình độ trải rộng từ bậc phổ thông lên đến đại học
đã làm chon ngay cả những người tạo ra chúng phải ngạc nhiên về mức độ phổ
biến.
14
Hình 1.2 – Những thành viên khởi xướng Arduino
Arduino là gì mà có thể khiến ngay cả những sinh viên và nhà nghiên cứu tại các
trường đại học danh tiếng như MIT, Stanford, Carnegie Mellon phải sử dụng;
hoặc ngay cả Google cũng muốn hỗ trợ khi cho ra đời bộ kit Arduino Mega ADK
dùng để phát triển các ứng dụng Android tương tác với cảm biến và các thiết bị
khác?
Arduino thật ra là một bo mạch vi xử lý được dùng để lập trình tương tác với các
thiết bị phần cứng như cảm biến, động cơ, đèn hoặc các thiết bị khác. Đặc điểm
nổi bật của Arduino là môi trường phát triển ứng dụng cực kỳ dễ sử dụng, với
một ngôn ngữ lập trình có thể học một cách nhanh chóng ngay cả với người ít
am hiểu về điện tử và lập trình. Và điều làm nên hiện tượng Arduino chính là
mức giá rất thấp và tính chất nguồn mở từ phần cứng tới phần mềm. Chỉ với
khoảng $30, người 14ung đã có thể sở hữu một bo Arduino có 20 ngõ I/O có thể
tương tác và điều khiển chừng ấy thiết bị.
Arduino ra đời tại thị trấn Ivrea thuộc nước Ý và được đặt theo tên một vị vua
vào thế kỷ thứ 9 là King Arduin. Arduino chính thức được đưa ra giới thiệu vào
năm 2005 như là một công cụ khiêm tốn dành cho các sinh viên của giáo sư
Massimo Banzi, là một trong những người phát triển Arduino, tại trường
Interaction Design Instistute Ivrea (IDII). Mặc dù hầu như không được tiếp thị
gì cả, tin tức về Arduino vẫn lan truyền với tốc độ chóng mặt nhờ những lời
truyền miệng tốt đẹp của những người 14ung đầu tiên. Hiện nay Arduino nổi
tiếng tới nỗi có người tìm đến thị trấn Ivrea chỉ để tham quan nơi đã sản sinh ra
Arduino.
3. Các ứng dụng nổi bật của bo mạch Arduino
15
Arduino được chọn làm bộ não xử lý của rất nhiều thiết bị từ đơn giản đến phức
tạp. Trong số đó có một vài ứng dụng thực sự chứng tỏ khả năng vượt trội của
Arduino do chúng có khả năng thực hiện nhiều nhiệm vụ rất phức tạp. Sau đây
là danh sách một số ứng dụng nổi bật của Arduino.
a) Máy in 3D
Một cuộc cách mạng khác cũng đang âm thầm định hình nhờ vào Arduino, đó
là sự phát triển máy in 3D nguồn mở Reprap. Máy in 3D là công cụ giúp tạo ra
các vật thể thực trực tiếp từ các file CAD 3D. Công nghệ này hứa hẹn nhiều ứng
dụng rất thú vị trong đó có cách mạng hóa việc sản xuất cá nhân.
Hình 1.3 - Máy in 3D Makerbot điều khiển bằng Arduino Mega2560
b) Robot
Do kích thước nhỏ gọn và khả năng xử lý mạnh mẽ, Arduino được chọn làm bộ
xử lý trung tâm của rất nhiều loại robot, đặc biệt là robot di động.
Hình 1.4 - Robot di động tránh vật cản dùng Arduino nano
và camera CMUCam
c) Thiết bị bay không người lái UAV
16
UAV là một ứng dụng đặc biệt thíchhợp với Arduino do chúng có khả năng xử
lý nhiều loại cảm biến như Gyro, accelerometer, GPS…; điều khiển động cơ
servo và cả khả năng truyền tín hiệu từ xa.
Hình 1.5 - Một thiết bị UAV
d) Game tương tác
Việc đọc cảm biến và tương tác với PC là một nhiệm vụrất đơn giản đối với
Arduino. Do đó rất nhiều ứng dụng game tương tác có sử dụng Arduino.
Hình 1.6 - Máy game tương tác với Arduino
e) Điều khiển ánh sáng
Các tác vụ điều khiển đơn giản như đóng ngắt đèn LED hay phức tạp như điều
khiển ánh sáng theo nhạc hoặc tương tác với ánh sáng laser đều có thể thực hiện
với Arduino.
Hình 1.7 - Ambilight với Arduino
f) Kích hoạt chụp ảnh tốc độ cao
17
Đây là một ứng dụng rất đơn giản nhưng đặc biệt hữu ích với những ai đam mê
chụp ảnh. Ứng dụng này giúp tạo ra những bức ảnh độc đáo ghi lại những khoảnh
khắc xảy ra cực nhanh mà nếu không có dụng cụ hỗ trợ chúng ta khó lòng ghi
lại.
4. Khả năng của bo mạch Arduino
Bo mạch Arduino sử dụng dòng vi xử lý 8-bit megaAVR của Atmel với hai chip
phổ biến nhất là ATmega328 và ATmega2560. Các dòng vi xử lý này cho phép
lập trình các ứng dụng điều khiển phức tạp do được trang bị cấu hình mạnh với
các loại bộ nhớ ROM, RAM và Flash, các ngõ vào ra digital I/O trong đó có
nhiều ngõ có khả năng xuất tín hiệu PWM, các ngõ đọc tín hiệu analog và các
chuẩn giao tiếp đa dạng như UART, SPI, TWI (I2C).
a. Sức mạnh xử lý
Xung nhịp: 16MHz
EEPROM: 1KB (ATmega328) và 4KB (ATmega2560)
SRAM: 2KB (Atmega328) và 8KB (Atmega2560)
Flash: 32KB (Atmega328) và 256KB (Atmega2560)
b. Đọc tín hiệu cảm biến ngõ vào:
Digital:
Các bo mạch Arduino đều có các cổng digital có thể cấu hình làm ngõ vào hoặc
ngõ ra bằng phần mềm. Do đó người dùng có thể linh hoạt quyết định số lượng
ngõ vào và ngõ ra.
Tổng số lượng cổng digital trên các mạch dùng Atmega328 là 14, và trên
Atmega2560 là 54.
Analog:
Các bo mạch Arduino đều có trang bị các ngõ vào analog với độ phân giải 10-
bit (1024 phân mức, ví dụ với điện áp chuẩn là 5V thì độ phân giải khoảng
0.5mV).
Số lượng cổng vào analog là 6 đối với Atmega328, và 16 đối với Atmega2560.
Với tính năng đọc analog, người dùng có thể đọc nhiều loại cảm biến như nhiệt
độ, áp suất, độ ẩm, ánh sáng, gyro, accelerometer…
c. Xuất tín hiệu điều khiển ngõ ra:
Digital output:
Tương tự như các cổng vào digital, người dùng có thể cấu hình trên phần mềm
để quyết định dùng ngõ digital nào là ngõ ra.
Tổng số lượng cổng digital trên các mạch dùng Atmega328 là 14, và trên
Atmega2560 là 54.
PWM output:
18
Trong số các cổng digital, người dùng có thể chọn một số cổng dùng để xuất tín
hiệu điều chế xung PWM. Độ phân giải của các tín hiệu PWM này là 8-bit.
Số lượng cổng PWM đối với các bo dùng Atmega328 là 6, và đối với các bo
dùng Atmega2560 là 14.
PWM có nhiều ứng dụng trong viễn thông, xử lý âm thanh hoặc điều khiển động
cơ mà phổ biến nhất là động cơ servos trong các máy bay mô hình.
d. Chuẩn Giao tiếp
Serial:
Đây là chuẩn giao tiếp nối tiếp được dùng rất phổ biến trên các bo mạch Arduino.
Mỗi bo có trang bị một số cổng Serial cứng (việc giao tiếp do phần cứng trong
chip thực hiện). Bên cạnh đó, tất cả các cổng digital còn lại đều có thể thực hiện
giao tiếp nối tiếp bằng phần mềm (có thư viện chuẩn, người dùng không cần
phải viết code). Mức tín hiệu của các cổng này là TTL 5V. Lưu ý cổng nối tiếp
RS-232 trên các thiết bị hoặc PC có mức tín hiệu là UART 12V. Để giao tiếp
được giữa hai mức tín hiệu, cần phải có bộ chuyển mức, ví dụ như chip
MAX232.
Số lượng cổng Serial cứng của Atmega328 là 1 và của Atmega2560 là 4.
Với tính năng giao tiếp nối tiếp, các bo Arduino có thể giao tiếp được với rất
nhiều thiết bị như PC, touchscreen, các game console…
USB:
Các bo Arduino tiêu chuẩn đều có trang bị một cổng USB để thực hiện kết nối
với máy tính dùng cho việc tải chương trình. Tuy nhiên các chip AVR không có
cổng USB, do đó các bo Ardunino phải trang bị thêm phần chuyển đổi từ USB
thành tín hiệu UART. Do đó máy tính nhận diện cổng USB này là cổng COM
chứ không phải là cổng USB tiêu chuẩn.
SPI:
Đây là một chuẩn giao tiếp nối tiếp đồng bộ có bus gồm có 4 dây. Với tính năng
này các bo Arduino có thể kết nối với các thiết bị như LCD, bộ điều khiển video
game, bộ điều khiển cảm biến các loại, đọc thẻ nhớ SD và MMC…
TWI (I2C):
Đây là một chuẩn giao tiếp đồng bộ khác nhưng bus chỉ có hai dây. Với tính
năng này, các bo Arduino có thể giao tiếp với một số loại cảm biến như
thermostat của CPU, tốc độ quạt, một số màn hình OLED/LCD, đọc real-time
clock, chỉnh âm lượng cho một số loại loa…
5. Môi trường lập trình của Arduino
19
Thiết kế bo mạch nhỏ gọn, trang bị nhiều tính năng thông dụng mang lại nhiều
lợi thế cho Arduino, tuy nhiên sức mạnh thực sự của Arduino nằm ở phần mềm.
Môi trường lập trình đơn giản dễ sử dụng, ngôn ngữ lập trình Wiring dễ hiểu và
dựa trên nền tảng C/C++ rất quen thuộc với người làm kỹ thuật. Và quan trọng
là số lượng thư viện code được viết sẵn và chia sẻ bởi cộng đồng nguồn mở là
cực kỳ lớn.
Hình 1.8 - Giao diện IDE của Arduino
Môi trường lập trình Arduino IDE có thể chạy trên ba nền tảng phổ biến nhất
hiện nay là Windows, Macintosh OSX và Linux. Do có tính chất nguồn mở nên
môi trường lập trình này hoàn toàn miễn phí và có thể mở rộng thêm bởi người
dùng có kinh nghiệm.
Ngôn ngữ lập trình có thể được mở rộng thông qua các thư viện C++. Và do
ngôn ngữ lập trình này dựa trên nền tảng ngôn ngữ C của AVR nên người dùng
hoàn toàn có thể nhúng thêm code viết bằng AVR C vào chương trình nếu muốn.
6. Các loại bo mạch Arduino
Về mặt chức năng, các bo mạch Arduino được chia thành hai loại: loại bo mạch
chính có chip Atmega và loại mở rộng thêm chức năng cho bo mạch chính
(thường được gọi là shield).
Các bo mạch chính về cơ bản là giống nhau về chức năng, tuy nhiên về mặt cấu
hình như số lượng I/O, dung lượng bộ nhớ, hay kích thước có sự khác nhau. Một
số bo có trang bị thêm các tính năng kết nối như Ethernet và Bluetooth.
20
Các bo mở rộng chủ yếu mở rộng thêm một số tính năng cho bo mạch chính ví
dụ như tính năng kết nối Ethernet, Wireless, điều khiển động cơ v.v…
Hình 1.9 - Motor Shield" - một loại bo mở rộng để điều khiển động cơ DC và
Stepper
II. GIỚI THIỆU VỀ MODULE WIFI ESP 8266
Hình 2.1 - Module wifi ESP 8266
a) Tổng quan
ESP8266 là dòng chip Low-power và là một wifi SOC nên cần rất ít linh kiện
ngoài (tầm 7 thành phần) Hoạt động trong dãi nhiệt -40°C to +125°C
32-bit RISC CPU: Tensilica Xtensa LX106 hoạt động với 80 MHz*
64 KiB instruction RAM, 96 KiB data RAM
QSPI flash ngoài – 512 KiB – 4 MiB* (có thể lên tới 16 MiB)
IEEE 802.11b/g/n Wi-Fi
o Tích hợpTR switch, balun, LNA, power amplifier và matching
network
21
o WEP hoặc WPA/WPA2 authentication, open networks
16 GPIO pins
SPI, I²C,
I²S interfaces với DMA (dùng chung với GPIO)
UART
1 10-bit ADC
Mạch tích ở High Level
ESP8266EX là một trong những dòng chip tích hợp Wifi trong lĩnh vực công
nghiệp. Với kích thước chỉ 5mmx5mm, ESP8266EX cần rất ít linh kiện hỗ trợ
ngoài.
ESP8266EX được tích hợp 32-bit Tensilica MCU, các ngoại vi cơ bản, antenna
switches, RF balun, khuếch đại công suất, khuếch đại nhận nhiễu thấp (low
noise), bộ lọc và các modules quản lý nguồn.
32-bit Tensilica MCU
ESP8266EX tích hợp vi xửa lý Tensilica L106 32-bit (MCU) là dòng chip low-
power, 16-bit RSIC, tốc độ clock cao nhất là 160 MHz. Nếu hệ thống hoạt động
với Real Time Operation System (RTOS) và Wi-Fi stack thì ta có khoảng 80%
khả năng xử lý cho ứng dụng người dùng.
Low Power Management
Với những ứng dụng cho mobile, thiết bị điện tử cẩm tay và Internet of Things
(IoT), ESP8266EX hoạt động với mức tiệu thụ năng lượng rất thấp với nhưng
công nghệ độc quyền. Tính năng tiết kiệm năng lượng với 3 chế độ hoạt động –
active mode, sleep mode và deep sleep mode, vì vậy cho phép hiện thực những
thiết bị với thời lượng Pin rất lớn.
Là thiết kế bền vững
Hoạt động với dãi nhiệt khá rộng -40°C to +125°C (trong công nghiệp),
ESP8266EX có thể hoạt động tốt trong môi trường công nghiệp. Với sự tích hợp
cao, dòng chip này hoạt động với rất ít linh kiện ngoài làm tăng độ tin cậy, chặt
chẽ và ổn định cao.
ESP8266-12 là module wifi giá rẻ và được đánh giá rất cao cho các ứng dụng
liên quan đến Internet và Wifi cũng như các ứng dụng truyền nhận sử dụng thay
thế cho các module RF khác.
ESP8266 là một chip tích hợp cao, được thiết kế cho nhu cầu của một thế giới
kết nối mới, thế giới Internet of thing (IOT). Nó cung cấp một giải pháp kết nối
mạng Wi-Fi đầy đủ và khép kín, cho phép nó có thể lưu trữ các ứng dụng hoặc
để giảm tải tất cả các chức năng kết nối mạng Wi-Fi từ một bộ xử lý ứng dụng.
ESP8266 có xử lý và khả năng lưu trữ mạnh mẽ cho phép nó được tích hợp với
các bộ cảm biến, vi điều khiển và các thiết bị ứng dụng cụ thể khác thông qua
GPIOs với một chi phí tối thiểu và một PCB tối thiểu.
b) Đặc tính nổi bật
22
− SDIO 2.0, SPI, UART
− 32-pin QFN ( Chip esp8266)
− Tích hợp RF switch, balun, 24dBm PA, DCXO, and PMU
− Tích hợp bộ xử lý RISC, trên chip bộ nhớ và giao diện bộ nhớ bên ngoài
− Tích hợp bộ vi xử lý MAC / baseband
− Chất lượng quản lý dịch vụ
− Giao diện I2S cho độ trung thực cao ứng dụng âm thanh
− On-chip thấp học sinh bỏ học điều chỉnh tuyến tính cho tất cả các nguồn cung
cấp nội bộ
− Kiến trúc giả miễn phí thế hệ đồng hồ độc quyền
− Tích hợp WEP, TKIP, AES, và các công cụ WAPI
c) Thông số kỹ thuật
− Wifi 802.11 b/g/n
− Wi-Fi Direct (P2P), soft-AP
− Tích hợp giao thức TCP / IP stack
− Tích hợp TR chuyển đổi, balun, LNA, bộ khuếch đại quyền lực và phù hợp với
mạng
− PLLs tích hợp, quản lý, DCXO và các đơn vị quản lý điện năng
− + Công suất đầu ra 19.5dBm ở chế độ 802.11b
− Tích hợp công suất thấp 32-bit CPU có thể được sử dụng như là bộ vi xử lý
ứng dụng
− SDIO 1.1 / 2.0, SPI, UART
− STBC, MIMO 1 × 1, 2 × 1 MIMO
− A-MPDU & A-MSDU tập hợp & 0.4ms khoảng bảo vệ
− Thức dậy và truyền tải các gói dữ liệu trong <2ms
− Chế độ chờ tiêu thụ điện năng <1.0mW (DTIM3)
d) Các lệnh AT cơ bản dùng cấu hình module wifi ESP8266
Tập lệnh AT của module ESP8266 dùng để cấu hình các chế độ hoạt động của
module ESP8266 (bao gồm các module từ ESP8266-01 đến ESP8266-12) theo
các chế độ làm việc Station, Access Point, hay cả hai. Các tập lệnh AT cho
ESP8266 khá quan trọng để tương tác với các thiết bị khác thông qua UART.
e) Các lệnh AT chung
AT Kiểm tra lệnh, luôn trả về “OK”
AT+RST Khởi động lại module
AT+GMR Truy vấn phiên bản Firmware
23
Bảng 2
f) Các lệnh AT cấu hình module wifi
AT+CWMODE
= <mode>
Cài đặt chế độ 1 = Station 2 = Access Point 3
= Both
AT+CWMODE? Truy vấn chế độ đã cài đặt
AT+CWMODE =? Truy vấn chế độ đã cài đặt
AT+CIPMUX =
<mode> Cài đặt số lượng các kênh kết nối
AT+CIPMODE =
<mode>
Cài đặt số lượng các kênh kết nối 0 = 1 kênh
kết nối 1 = Nhiều kênh kết nối
AT+CIPMODE =
<mode>
Cài đặt chế độ dữ liệu 0 = transparent 1 =
Data
AT+CIPMODE? Truy vấn chế độ dữ liệu cài đặt
Bảng 3.
g) Các lệnh AT đối với Module Wifi cầu hình là Station / client / Access
Point
AT+CWJAP = <ssid>,
<password> Kêt nối với 1 mạng wifi
AT+CWJAP? Truy vấn mạng wifi đang kết nối
AT+CWLAP Truy vấn các mạng wifi có thể kết nối
AT+CWQAP Đóng kế nối wifi với một Access
Point
AT+CIFSR Xem địa chỉ IP của module
24
AT+CWSAP=<ssid>,<
password> , <chan>,
<enc>
Cài đặt các thông số cho Access Point
AT+CWSAP? Xem cài đặt hiện tại của Access Point
AT+CWLIF Danh sách các station đang kết nối
Bảng 4
Ngoài những lệnh AT cơ bản này ra, ESP8266 còn rất nhiều các lệnh AT
Các thiết bị cần thiết để cấu hình cho moduel ESP8266
1 module ESP8266
1 module UART PL2303
Phần mềm ARDUINO IDE
Nối dây
PL2303 ESP8266
Rx Tx
Tx Rx
3.3V Vcc và CH_PD
GND GDN
Bảng 5
Cấu hình cho Module ESP8266
Test một vài lệnh AT cơ bản như sau:
Các bạn phải Add Board cho Arduino IDE để có thể làm việc với ESP8266 Mở
Serial Monitor trên Arduino IDE lên và chọn tốc độ phù hợp, phần nhập liệu chọn
both LN &CR.
Tốc độ giao tiếp mặc định(Baud rate): 9600 hoặc 115200
Các lệnh AT nên được viết hoa
Các lệnh AT phải được kết thúc bởi 2 dấu CR (\ r) + LF(\n), tương đương với 2
byte 0x0D + 0x0A
Việc cài đặt các kết nối wifi sẽ tự động được lưu lại và không phải cài đặt lại khi
reset module.
25
CHƯƠNG 2 : THIẾT KẾ MẠCH
1. CHUẨN BỊ LINH KIỆN
Module wifi ESP 8266
Led
Nguồn ổn áp
Điện trở
Tụ điện
Arduino
Triac
Relay
2. SƠ ĐÒ NGUYÊN LÍ
Hình 3.1. Sơ đồ nguyên lí điều khiển đèn led qua wifi
3. NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG
Dùng ADAPTOR cấp nguồn 12V cho Arduino biến đổi dòng điện thành 5V qua
nguồn ổn áp. Từ chân nguồn ổn áp 5V của Arduino cấp nguồn cho module wifi
ESP 8266 dùng để điều khiển thiết bị điện tử trong mạch . Sau đó đưa tín hiệu
ra các chân 4, 5, 6, 7, 8 của module wifi, từ các chân của module truyền tín hiệu
qua các relay 1, 2, 3, 4, 5, qua mạch chỉnh lưu để biến đổi dòng điện xoay chiều
thành tín hiệu một chiều rồi đưa tín hiệu ra tải. Cuối cùng truyền tín hiệu ra các
led hiển thị với led 1 và 2 dùng để hẹn giờ, còn lại led 3, 4 và 5 hiển thị on/ off.
4. CHƯƠNG TRÌNH MẠCH ĐIỀU KHIỂN
26
#include <ESP8266WiFi.h>
#include <ESP8266WebServer.h>
#include <SPI.h>
#define SSID "Admin" // TEN WIFI
#define PASS "123456789" // PASSWORD WIFI
#define ROLE1 15
#define ROLE2 13
#define ROLE3 12
#define ROLE4 14
#define ROLE5 2
int status1 = 0;
int status2 = 0;
int status3 = 0;
int status4 = 0;
int status5 = 0;
int set_h_on_1=0,set_m_on_1=0,set_s_on_1=0;
int set_h_of_1=0,set_m_of_1=0,set_s_of_1=0;
int set_h_on_2=0,set_m_on_2=0,set_s_on_2=0;
int set_h_of_2=0,set_m_of_2=0,set_s_of_2=0;
boolean alarm=false,alarm1=false;
// ******************* String form to sent to the client-browser
************************************
String form;
void homepage() ////TAO GIAO DIEN WEB
{
form=" ";
form += "<html>";
form += " <head>";
form += "<meta http-equiv='Content-Type' content='text/html; charset=utf-
8'>";
form += "<link rel='icon' href='http://www.thuthuatweb.net/wp-
content/themes/HostingSite/favicon.ico' type='image/x-ico'/>";
form += "<title> ESP8266 - DIEU KHIEN THIET BI</title>";
27
form += "<style type='text/css'>";
form += "body { background:#202020;font:bold 12px Arial, Helvetica, sans-
serif;margin:0;padding:0; min-width:960px; color:#bbbbbb; }";
form += "a {text-decoration:none; color:#00c6ff;}";
form += "h1 {font: 4em normal Arial, Helvetica, sans-serif;padding: 20px;
margin: 0; text-align:center;}";
form += "h1 small{ font: 0.2em normal Arial, Helvetica, sans-serif; text-
transform:uppercase; letter-spacing: 0.2em; line-height: 5em;display: block;}";
form += "h2 { font-weight:700; color:#bbb; font-size:20px;}";
form += "h2, p {margin-bottom:10px;}";
form += ".container {width: 960px; margin: 0 auto; overflow: hidden;}";
form += ".setting {width:960px; margin:0 auto; padding:30px; border:1px solid
#333; color:#fff; }";
form += ".clock {width:800px; margin:0 auto; padding:15px; border:1px solid
#333; color:#fff; }";
form += "#Date { font-family:'BebasNeueRegular', Arial, Helvetica, sans-serif;
font-size:36px; text-align:center; text-shadow:0 0 5px #00c6ff; }";
form += "ul { width:800px; margin:0 auto; padding:0px; list-style:none; text-
align:center; }";
form += "ul li { display:inline; font-size:10em; text-align:center; font-
family:'BebasNeueRegular', Arial, Helvetica, sans-serif; text-shadow:0 0 5px
#00c6ff; }";
form += "#point { position:relative; -moz-animation:mymove 1s ease infinite; -
webkit-animation:mymove 1s ease infinite; padding-left:10px; padding-
right:10px; }";
form += "@-webkit-keyframes mymove {0% {opacity:1.0; text-shadow:0 0 20px
#00c6ff;} 50% {opacity:0; text-shadow:none; } 100% {opacity:1.0; text-
shadow:0 0 20px #00c6ff; }}";
form += "@-moz-keyframes mymove {0% {opacity:1.0; text-shadow:0 0 20px
#00c6ff;}50% {opacity:0; text-shadow:none; }100% {opacity:1.0; text-shadow:0
0 20px #00c6ff; }}";
form +="</style>";
form += "<script type='text/javascript' src='http://code.jquery.com/jquery-
1.6.4.min.js'></script>";
28
form += "<script type='text/javascript'>";
form += "var set_s_on_1="; form+=set_s_on_1; form+=";";
form += "var set_m_on_1="; form+=set_m_on_1; form+=";";
form += "var set_h_on_1="; form+=set_h_on_1; form+=";";
form += "var set_s_of_1="; form+=set_s_of_1; form+=";";
form += "var set_m_of_1="; form+=set_m_of_1; form+=";";
form += "var set_h_of_1="; form+=set_h_of_1; form+=";";
form += "var set_s_on_2="; form+=set_s_on_2; form+=";";
form += "var set_m_on_2="; form+=set_m_on_2; form+=";";
form += "var set_h_on_2="; form+=set_h_on_2; form+=";";
form += "var set_s_of_2="; form+=set_s_of_2; form+=";";
form += "var set_m_of_2="; form+=set_m_of_2; form+=";";
form += "var set_h_of_2="; form+=set_h_of_2; form+=";";
///function to call action in esp8266
form += " function Redirect_on_1() { window.location='./on1';}";
form += " function Redirect_off_1() { window.location='./off1';}";
form += " function Redirect_on_2() { window.location='./on2';}";
form += " function Redirect_off_2() { window.location='./off2';}";
form += "$(document).ready(function() {";
// Tao 2 mang chua ten ngay thang
form += "var monthNames = [ 'January', 'February', 'March', 'April', 'May',
'June', 'July', 'August', 'September', 'October', 'November', 'December' ]; ";
form += "var dayNames=
['Sunday','Monday','Tuesday','Wednesday','Thursday','Friday','Saturday'];";
// Tao moi doi tuong Date()
form += "var newDate = new Date();";
// Lay gia tri thoi gian hien tai
form += "newDate.setDate(newDate.getDate());";
// Xuat ngay thang, nam
form += "$('#Date').html(dayNames[newDate.getDay()] + " " +
newDate.getDate() + ' ' + monthNames[newDate.getMonth()] + ' ' +
newDate.getFullYear());";
form += "setInterval( function() {";
29
// lay gia tri giay trong doi tuong Date()
form += "var seconds = new Date().getSeconds();";
// Chen so 0 vao dang truoc gia tri giay
form += "$('#sec').html(( seconds < 10 ? '0' : '' ) + seconds);";
// Tuong tu lay gia tri phut
form += "var minutes = new Date().getMinutes();";
// Chen so 0 vao dang truoc gia tri phut neu gia tri hien tai nho hon 10
form += "$('#min').html(( minutes < 10 ? '0' : '' ) + minutes);";
// Lay gia tri gio hien tai
form += "var hours = new Date().getHours();";
// Chen so 0 vao truoc gia tri gio neu gia tri nho hon 10
form += "$('#hours').html(( hours < 10 ? '0' : '' ) + hours);";
form += "if(hours==set_h_on_1 && minutes == set_m_on_1 && seconds ==
set_s_on_1) {Redirect_on_1();}";form += "if(hours==set_h_of_1 && minutes
== set_m_of_1 && seconds == set_s_of_1) {Redirect_off_1();}";
form += "if(hours==set_h_on_2 && minutes == set_m_on_2 && seconds ==
set_s_on_2) {Redirect_on_2();}";form += "if(hours==set_h_of_2 && minutes
== set_m_of_2 && seconds == set_s_of_2) {Redirect_off_2();}";
form += "},1000);";
form += "});";
form += "</script>";
form +="</head>";
form +="<body>";
form += "<h1>CONTROL LIGHT SYSTEM WITH WIFI</h1>";
form += "<div class='clock'>";
form += "<div id='Date'></div>";
form += "<ul>";
form += "<li id='hours'> </li>";
form += "<li id='point'>:</li>";
form += "<li id='min'> </li>";
form += "<li id='point'>:</li>";
form += "<li id='sec'> </li>";
form += "</ul>";
30
form += "</div>";
form += "<h2>";
form += "<center>";
form += "<div class ='setting'>";
form += "HEN GIO BAT THIET BI 1: "; form += set_h_on_1; form+=" "; form +=
":"; form+=" "; form += set_m_on_1; form+=" "; form += ":"; form+=" "; form
+= set_s_on_1;
form += "<br>";
form += "<form action='to1'> ";
form += "<input type='hidden' name='device_id' value='1' /> ";
form += " Gio: <input type='text' name='hour' value='' size='4' /> ";
form += " Phut: <input type='text' name='minute' value='' size='4' /> ";
form += " Giay: <input type='text' name='second' value='' size='4'/> ";
form += " <input type='submit' value='Set Time ON' size='4'/> </form>";
form += "<br>";
form += "HEN GIO TAT THIET BI 1: "; form += set_h_of_1; form+=" "; form +=
":"; form+=" "; form += set_m_of_1; form+=" "; form += ":"; form+=" "; form
+= set_s_of_1;
form += "<br>";
form += "<form action='tf1'> ";
form += "<input type='hidden' name='device_id' value='1' /> ";
form += " Gio: <input type='text' name='hour' value='' size='4' /> ";
form += " Phut: <input type='text' name='minute' value='' size='4' /> ";
form += " Giay: <input type='text' name='second' value='' size='4'/> ";
form += " <input type='submit' value='Set Time OFF' size='4'/> </form>";
form += " <br>";
form += "LIGHT 1: "; if(status1==0) { form+=" OFF ";}
else {form+=" ON ";}
form += "</div>";
form += "<div class ='setting'>";
31
form += "HEN GIO BAT THIET BI 2: "; form += set_h_on_2; form+=" "; form +=
":"; form+=" "; form += set_m_on_2; form+=" "; form += ":"; form+=" "; form
+= set_s_on_2;
form += "<br>";
form += "<form action='to2'> ";
form += "<input type='hidden' name='device_id' value='2' /> ";
form += " Gio: <input type='text' name='hour' value='' size='4' /> ";
form += " Phut: <input type='text' name='minute' value='' size='4' /> ";
form += " Giay: <input type='text' name='second' value='' size='4'/> ";
form += " <input type='submit' value='Set Time ON' size='4'/> </form>";
form += "<br>";
form += "HEN GIO TAT THIET BI 2: "; form += set_h_of_2; form+=" "; form +=
":"; form+=" "; form += set_m_of_2; form+=" "; form += ":"; form+=" "; form
+= set_s_of_2;
form += "<br>";
form += "<form action='tf2'> ";
form += "<input type='hidden' name='device_id' value='2' /> ";
form += " Gio: <input type='text' name='hour' value='' size='4' /> ";
form += " Phut: <input type='text' name='minute' value='' size='4' /> ";
form += " Giay: <input type='text' name='second' value='' size='4'/> ";
form += " <input type='submit' value='Set Time OFF' size='4'/> </form>";
form += " <br>";
form += "LIGHT 2: "; if(status2==0) { form+=" OFF ";}
else {form+=" ON ";}
form += "</div>";
form += "<br>";
form += "LIGHT 3: "; if(status3==0) { form+=" OFF ";}
else {form+=" ON ";}
form += "<a href='./on3'><input type='submit' value='on' /></a> ";
form += "<a href='./off3'><input type='submit' value='off' /></a>";
form += "<br />";
32
form += "<br>";
form += "LIGHT 4: "; if(status4==0) { form+=" OFF ";}
else {form+=" ON ";}
form += "<a href='./on4'><input type='submit' value='on' /></a> ";
form += "<a href='./off4'><input type='submit' value='off' /></a>";
form += "<br />";
form += "<br>";
form += "LIGHT 5: "; if(status5==0) { form+=" OFF ";}
else {form+=" ON ";}
form += "<a href='./on5'><input type='submit' value='on' /></a> ";
form += "<a href='./off5'><input type='submit' value='off' /></a>";
form += "<br />";
form +="</h2>";
form +="</center>";
form +="</body>";
form += "</html>";
}
ESP8266WebServer server(80); // chon cong giao tiep la 80,
long period;
int offset=1,refresh=0;
void handle_st_on() {
String device_id, hour, minute, second;
for (uint8_t i=0; i<server.args(); i++){
if(server.argName(i) == "device_id") {
device_id = server.arg(i);
}
if(server.argName(i) == "hour") {
hour = server.arg(i);
}
if(server.argName(i) == "minute") {
minute = server.arg(i);
}
if(server.argName(i) == "second") {
33
second = server.arg(i);
}
}
if(device_id == "1") {
set_h_on_1 = hour.toInt();
set_m_on_1 = minute.toInt();
set_s_on_1 = second.toInt();
}
if(device_id == "2") {
set_h_on_2 = hour.toInt();
set_m_on_2 = minute.toInt();
set_s_on_2 = second.toInt();
}
homepage() ;
server.send(200, "text/html", form); // Send same page so they can send
another msg
}
void handle_st_off() {
String device_id, hour, minute, second;
for (uint8_t i=0; i<server.args(); i++){
if(server.argName(i) == "device_id") {
device_id = server.arg(i);
}
if(server.argName(i) == "hour") {
hour = server.arg(i);
}
if(server.argName(i) == "minute") {
minute = server.arg(i);
}
if(server.argName(i) == "second") {
second = server.arg(i);
34
}
}
if(device_id == "1") {
set_h_of_1 = hour.toInt();
set_m_of_1 = minute.toInt();
set_s_of_1 = second.toInt();
}
if(device_id == "2") {
set_h_of_2 = hour.toInt();
set_m_of_2 = minute.toInt();
set_s_of_2 = second.toInt();
}
homepage() ;
35
CHƯƠNG 3 : KẾT LUẬN
1. KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC
Trên cơ sở thiết kế phần cứng và phần mềm khi thực hiện đồ án đã đạt được một số kết
quả sau:
- Về phần cứng: Tìm hiểu về Arduino Uno R3 và các linh kiện cũng như cách thiết kế
và làm mạch thủ công.
- Đi sâu tìm hiểu một số thuật toán điều khiển.
- Nhận dạng và mô phỏng đối tượng điều khiển .
2. NHỮNG MẶT HẠN CHẾ
Trong gian đoạn làm đồ án, chúng em đã rất cố gắng nghiên cứu, thiết kế để có được
những kết quả đã nêu trên. Tuy nhiên do thời gian và kiến thức của chúng em có
hạn, mặt khác một số điều kiện về thiết bị không cho phép nên trong đồ án còn
những hạn chế và thiếu sót.