Bài tập lớn môn thiết kế ngoại vi và kĩ thuật ghép nối (1)

NHÓM 13



Hinh
Thành

Khải

Thanh

Tiệp


Thiết kế hệ thống IoT nhỏ dựa trên vi
điều khiển ESP32


Thiết kế hệ thống IoT nhỏ dựa

1. Nội dung đề tài

trên vi điều khiển ESP32

2. Cơ sở lý thuyết

3. Nguyên lý hoạt động

4. Kết quả thu được

1. NỘI DUNG ĐỀ TÀI


Với đề tài “Xây dựng hệ thống IoT nhỏ”, ứng dụng công nghệ IoT vào đời sống, sẽ giúp
chúng ta có thể bật tắt các thiết bị trong nhà ở mọi lúc mọi nơi. Đây là một đề tài không
mới, nhưng vẫn cịn nhiều điểm cần cải thiện đó là tốc độ đáp ứng khi điều khiển thiết bị
và giao diện điều khiển thiết bị. Vì vậy đề tài của nhóm em trọng tâm sẽ thực hiện việc
cải thiện tốc độ điều khiển thiết bị lên mức tối đa có thể, xây dựng giao diện điều khiển
thiết bị có tính thẩm mỹ và thân thiện với người dùng


2. CƠ SỞ LÝ
THUYẾT

2


2.1. Hệ điều hành FreeRTOS
RTOS là viết tắt của cụm từ Real-time operating system. Đây là một hệ điều hành (OS) dùng để phục vụ các ứng
dụng thời gian thực với khả năng xử lý dữ liệu siêu nhanh (vì khơng có sự chậm trễ của bộ đệm).

Đặc điểm chính của RTOS là độ nhất quán của nó với thời gian cần thiết
để tiếp nhận, hoàn thành tác vụ


2.1. Hệ điều hành FreeRTOS

RTOS thường sẽ là một phân đoạn của chương trình. Tại đây nó có nhiệm vụ giải quyết và điều phối các tác vụ
(task), lập lịch và phân mức ưu tiên cho chúng. Việc này có thể thực hiện bằng cơ chế Hướng sự kiện (Event-

Cách hoạt

driven) và Chia sẻ thời gian (Time-sharing).

động
Cơ chế Hướng sự kiện sẽ điều hướng các tác vụ dựa trên mức độ ưu tiên và Chia sẻ thời gian sẽ làm nhiệm vụ
chuyển đổi tác vụ. RTOS đều kèm theo thuật Pre-emptive scheduling (Đặt lịch trước).


2.1. Hệ điều hành FreeRTOS

Ưu điểm lớn của RTOS là xử lý nhanh chóng vì thế nó sẽ dành cho các thiết bị địi hỏi khả năng xử lý có độ trễ thấp nhất có
thể. Lợi ích nó đem lại bao gồm đa nhiệm tốt, ưu tiên các nhiệm vụ và quản lý chia sẻ các tài nguyên.

Ưu điểm
Ngoài ra nó cũng khơng địi hỏi nhiều về tài ngun hay bộ nhớ RAM quá lớn.

Hệ điều hành RTOS được sử dụng phổ biến trong nhiều ngành cơng nghiệp, thiết bị chăm sóc sức khỏe IoT (như 
smartwatch) hay ngành hàng không.


2.2. Chuẩn giao tiếp One Wire

Giống như các chuẩn giao tiếp
khác, 1-Wire cho phép truyền

Chính vì chỉ sử dụng 1 dây nên giao
OneWire là hệ thống bus giao tiếp

tiếp này có tốc độ truyền thấp nhưng

được thiết kế bởi Dallas

dữ liệu lại truyền được khoảng cách xa

Semiconductor Corp. Giống như tên

hơn.

gọi, hệ thống bus này chỉ sử dụng 1
dây để truyền nhận dữ liệu.

nhận dữ liệu với nhiều Slave trên
OneWire chủ yếu sử dụng để giao

đường truyền. Tuy nhiên chỉ có

tiếp với các thiết bị nhỏ, thu thập

thể có 1 Master ( điểm này giống

và truyền nhận dữ liệu thời tiết,

với SPI).

nhiệt độ,… các công việc không yêu
cầu tốc độ cao.


•

Ứng dụng

Do chỉ sử dụng 1 dây để truyền dữ liệu, nên thường được ứng dụng vào các thiết bị, cảm biến không yêu cầu tốc độ
cao như cảm biến nhiệt độ DS18B20, cảm biến độ ẩm

•

Cách hoạt động

2.2. Chuẩn giao tiếp One Wire

So với các chuẩn giao tiếp cơ bản như UART, SPI, I2C, cách thức hoạt động của OneWire có hơi khách một chút,
theo hình ảnh mơ phỏng bên dưới, đường dây luôn được giữ ở mức cao (High).

•

Các thao tác hoạt động cơ bản của bus sẽ được quy định bởi thời gian kéo đường truyền xuống mức thấp (Low)


2..3. Chuẩn Wifi 802.11n

Chuẩn 802.11n xây dựng trên các chuẩn 82.11 trước đó
bằng cách thêm vào anten MIMO, các kênh 40 MHz và sự
kết hợp khung trên lớp MAC.

Chức năng ghép kênh phân chia theo không gian (SDM) cho

Các kênh 40 MHz, gấp đôi băng thông gấp đôi kênh 20 MHz

Anten MIMO sử dụng nhiều anten để gửi nhiều thông

phép ghép nhiều luồng dữ liệu độc lập trong một kênh.

sử dụng trong các chuẩn 802.11a/g trước đó, được kết hợp

tin hơn so với khi sử dụng một anten.

MIMO SDM có thể làm tăng đáng kể tốc độ dữ liệu khi số

vào chuẩn 802.11n. Điều này cho phép tăng gấp đôi tốc độ

các luồng dữ liệu trong không gian tăng lên . 

dữ liệu trong một kênh đơn 20 MHz.


2.3. Chuẩn Wifi 802.11n

Tuy nhiên, chuẩn 802.11n được kỳ
Bộ đinh tuyến 100-300 Mb/s chuẩn 802.11n không thể
giúp cho việc truy nhập internet nhanh hơn nếu người
sử dụng chỉ có đường kết nối 10 Mb/s.

vọng sẽ giúp ích cho các việc kinh
doanh và giáo dục ở những nơi mà
hàng trăm người phải dùng chung
một một điểm truy cập và cho phép
chia sẽ file và xử lý dữ liệu nhanh
hơn…

2.3. Chuẩn Wifi 802.11n

Ưu điểm

•

tốc độ tối đa nhanh nhất và phạm vi tín hiệu tốt
nhất; khả năng chống nhiễu tốt hơn từ các

Nhược điểm

nguồn bên ngồi.

•

giá thành đắt hơn 802.11g; việc sử dụng nhiều tín hiệu
có thể gây nhiễu với các mạng dựa trên chuẩn 802.11b
và 802.11g ở gần.


3. NGUYÊN LÝ HOẠT
ĐỘNG

2


3. Nguyên lý hoạt động

Khi nạp xong firmware vào vdk esp32 thì:
- esp32 chạy chế độ wifi station (chuẩn 802.11n) để kết nối với wifi có ssid và password đc
định nghĩa trong code.
- sau khi kết nối đc wifi thì esp đc cấp phát địa chỉ ip (đọc trong cmd). địa chỉ này đc router
cấp phát bằng giao thức dhcp.
- esp32 chạy web server. trang web này đc nhúng vào trong firmware của esp32. truy cập
vào trang web bằng gg chrome (đây là 1 client) bằng đường dẫn: địa chỉ ip/get. vd:
192.168.1.110/get
- sau khi chạy web server, esp32 tạo task để get và post dữ liệu thu thập từ cảm biến lên
web và ngược lại get dữ liệu điều khiển từ web về điều khiển màu led rgb và dimmer led
đơn.


3. Nguyên lý hoạt động
- cấu hình chạy wifi station trong hàm: wifi_station
- web đc nhúng vào esp32 bằng câu lệnh trong file CmakeList.txt
- esp32 giao tiếp với dht11 bằng giao thức onewire, dimmer led bằng pwm, điều khiển màu led bằng
rmt (điều chế sóng theo tần số sóng mang 38kHz).
- Giao thức truyền dữ liệu qua mạng local là giao thức http 1.1 (không bắt tay 3 bước). nhanh hơn
nhưng k có bảo mật so với http 2.0.


4. KẾT QUẢ THU
ĐƯỢC


ceo


THANKS FOR LISTENING!

Bùi Đức Hinh – B18DCDT081

Đỗ Thị Thành – B18DCDT232

Trần Duy Khải – B18DCDT106

Nguyễn Văn Thanh – B18DCDT231

Trịnh Đức Tiệp – B18DCDT215