Thiết kế hệ thống giám sát và điều khiển ứng dụng cho vườn thông minh

LỜI CẢM ƠN
Lời cảm ơn đầu tiên em xin gửi tới thầy, mặc dù thầy rất bận trong công việc giảng
dạy, nhưng thầy đã đồng ý hướng dẫn đồ án tốt nghiệp cho em. Trong quá trình làm đồ
án, thầy luôn chỉ bảo, nhắc nhở để em vượt qua những khó khăn và hoàn thành đồ án
đúng tiến độ. Bên cạnh đó, cùng với những lời nhận xét, góp ý của thầy cũng giúp em
có những định hướng đúng đắn hơn khi thực hiện đề tài.
Em cũng xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới quý thầy cô trong khoa Kỹ Thuật
Điện Tử II. Quý thầy cô là những người đã dạy dỗ, truyền đạt cho em từ những kiến
thức cơ bản nhất, đồng thời thường xuyên giúp đỡ rất nhiệt tình khi em có khó khăn
trong vấn đề nghiên cứu đề tài, không những thế còn tạo điều kiện hết sức thuận lợi để
em có được môi trường, những điều kiện nghiên cứu tốt nhất có thể.
Cuối cùng, em không quên gửi lời cảm ơn sâu sắc tới gia đình, người thân và bạn
bè là nguồn động viên to lớn hỗ trợ em về mặt tinh thần cũng như vật chất để em có
thêm động lực và tự tin để hoàn thành đồ án này.

1


MỤC LỤC

2


DANH MỤC HÌNH

3


TÓM TẮT

TÓM TẮT

Thời gian gần đây, khoa học kỹ thuật đang có những bước phát triển mạnh mẽ, đặc
biệt cuộc sống. Sản phẩm thông minh gần gũi với con người nhất đó là điện thoại
thông minh, với điện thoại thông minh có thể giải trí, làm việc, cập trong lĩnh vực điện
tử và công nghệ thông tin. Các chip xử lý được tích hợp ngày càng nhiều bóng bán dẫn
nhưng kích thước lại nhỏ hơn trước và tiêu thụ điện năng thấp hơn. Sự phát triển đó đã
hỗ trợ rất nhiều cho con người, ngày càng nhiều các hệ thống và thiết bị thông minh
được tạo ra để phục vụ nhật mọi thông tin cần thiết. Nhờ vào sự phát triển của lĩnh vực
điện tử mà điện thoại thông minh ngày càng được tích hợp nhiều chức năng trong khi
đó giá thành ngày càng rẻ. Một sản phẩm khác cũng rất gần gũi và phổ biến đó là khu
vườn thông minh (Smart garden), với Smart garden bạn có thể kiểm soát khu vườn bất
cứ đâu, các thiết bị trong vườn được điều khiển không dây làm tăng thêm tính thẩm
mỹ. Hiện nay, một xu hướng mới được hình thành và ứng dụng rộng rãi là sử dụng
điện thoại thông minh điều khiển thiết bị điện ứng dụng trong nông nghiệp. Từ điện
thoại thông minh có thể quan sát khu vườn, điều khiển các thiết bị và cài đặt các chế
độ hoạt động cho khu vườn nhà bạn.
Nhận thấy tiềm năng phát triển của điều khiển không dây, đặc biệt là việc sử dụng
điện thoại thông minh để điều khiển thiết bị, em quyết định thực hiện đề tài: “Thiết kế
hệ thống giám sát và điều khiển ứng dụng cho vườn thông minh”. Đây là cơ hội để
em nghiên cứu kết nối không dây wifi, đồng thời tìm hiểu nền tảng IOT (Internet vạn
vật). Từ đó có thể tạo ra một ứng dụng điều khiển thiết bị bằng điện thoại thông minh
với nhiều tính năng ứng dụng công nghệ truyền thông không dây wifi.
Mặc dù em đã rất cố gắng hoàn thành đề tài nhưng chắc chắn sẽ không tránh khỏi
những thiếu sót, rất mong quý Thầy/Cô và các bạn sinh viên đóng góp ý kiến để em có
thể hoàn thiện đề tài và tạo ra những sản phẩm tốt hơn.

4


CHƯƠNG I: TỔNG QUAN

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN
-

1.1 Đặt vấn đề:
Ngày nay, xã hội phát triển mạnh mẽ, kỹ thuật ngày càng hiện đại nên nhu cầu về trao
đổi thông tin, 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. 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. 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 không truyền nhận dữ liệu không dây như RF,
Wifi, Bluetooth, NFC… Trong đó, WIFI là một trong những công nghệ được phát triển
từ lâu 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 giám sát và 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. Do đó, em quyết định thực hiện đề tài: “Thiết kế hệ thống giám sát và điều
khiển ứng dụng cho vườn thông minh”.
1.2 Mục tiêu của đề tài
- Thiết kế, thi công hệ thống điều khiển, giám sát gồm bộ điều khiển thiết bị điện
và giám sát các thông số nhiệt độ, độ ẩm, ánh sáng. Hệ thống có chức năng điều
khiển thiết bị điện thông qua công nghệ wifi bằng ứng dụng Blynk trên hệ điều
hành Android/iOS. Một số yêu cầu đối với hệ thống:
o Bộ điều khiển thiết kế đơn giản, gọn nhẹ và thẩm mỹ. Dễ dàng sửa chữa
và thay thế linh kiện khi gặp sự cố trong quá trình sử dụng
o Phầm mềm điều khiển trên hệ điều hành Android có giao diện đẹp, trực
quan, thân thiện với người dùng đồng thời cho phép tùy chỉnh phù hợp

với yêu cầu của người sử dụng.
o Có khả năng hoạt động ổn định trong thực tế.
o Có khả năng mở rộng một cách linh hoạt để tăng số lượng thiết bị điều
khiển. Việc mở rộng có thể thực hiện bởi người sử dụng mà không cần
sự hỗ trợ từ nhân viên kỹ thuật
o Tối ưu hóa các quy trình thiết kế thi công để giảm giá thành.

5


CHƯƠNG I: TỔNG QUAN
1.3 Giới hạn đề tài
- Hiện nay, trên thị trường có khá nhiều sản phẩm có chức năng điều khiển thiết
bị bằng hệ điều hành Android như điện thoại, các thiết bị di động…., tùy thuộc
vào mục đích sử dụng mà mỗi sản phẩm có những đặc điểm và tính năng riêng
biệt, với mục tiêu đề ra ban đầu, em chỉ thiết kế sản phẩm có những tính năng
cơ bản nhất của một sản phẩm điều khiển thiết bị qua hệ điều hành Android:
o Bộ điều khiển thiết bị công suất với 3 ngõ ra cố định, điện áp ngõ ra
o
o
o
o

220V AC
Cho phép thay đổi trạng thái các ngõ ra trực tiếp bằng app Android.
Giám sát nhiệt độ, độ ẩm và ánh sáng.
Có đèn báo trạng thái nguồn
Phần mềm điều khiển cập nhật trạng thái thiết bị liên tục, ghi chú lịch sử

tắt mở thiết bị để xem lại và cho phép hẹn giờ mở tắt thiết bị.

- Một số tính năng chưa có của bộ sản phẩm:
o Không hỗ trợ camera giám sát.
o Không thao tác nút nhấn trên mạch.
1.4 Đối tượng nghiên cứu:
- Sau khi tìm hiểu thông tin về đề tài, cùng với những hiểu biết sẵn có và tìm
kiếm thông tin từ những đồ án các khóa trước đã thực hiện, em xác định các đối
tượng cần nghiên cứu là:
o Nền tảng IOT: khái niệm về IOT, các đặc điểm.
o Module ESP 8266: các thông số kỹ thuật, kết nối phần cứng và lập trình
phần mềm
o Các Module Nguồn, cảm biến.
o Ứng dụng Blynk.
1.5 Phương pháp nghiên cứu:
- Do điều kiện về môi trường nghiên cứu, em không có điều kiện làm việc trong
các phòng LAB với nhiều thiết bị hỗ trợ, do đó phương pháp nghiên cứu chủ
yếu là:
o Tham khảo tài liệu: các đồ án liên quan đến đề tài mà các khóa trước đã
thực hiện, tìm kiếm thông tin trên Internet.
o Thực nghiệm trực tiếp trên các kit phát triển có sẵn để kiểm tra phần
cứng và phần mềm sau đó điều chỉnh các thông số cho phù hợp với điều
kiện thực tế.

6


CHƯƠNG I: TỔNG QUAN
1.6 Ý nghĩa thực tiễn
- Khi mà lĩnh vực điện tử đang có sự phát triển mạnh mẽ, đặc biệt là sự ra đời
của điện thoại thông minh với số lượng tăng theo cấp số nhân. Từ đó có thể
thiết kế ra sản phẩm là sự kết hợp giữa thiết bị sử dụng điện thoại thông minh

và các mạch điện tử cơ bản tạo thành một hệ thống thông minh. Sản phẩm sau
khi hoàn thành của đồ án này cũng chính là sự kết hợp giữa thiết bị điện thoại
thông minh và các mạch điện tử cơ bản có tính ứng dụng cao, đặc biệt trong
việc phát triển các hệ thống điều khiển không dây, mở ra một hướng đi khác
cho sự phát triển của các hệ thống điều khiển thông minh. Một số ứng dụng
trong thực tế của hệ thống:
o Điều khiển các thiết bị điện gắn nhiều nơi trong khu vườn mà không cần
di chuyển đến chỗ gắn công tắc.
o Tăng tính thẩm mỹ đối với khu vườn thông minh.
o Bảo vệ an toàn cho người sử dụng, có thể điều khiển các thiết bị điện
công suất từ xa.
o Hẹn giờ để tự động bật tắt thiết bị.
o Hạn chế sử dụng các đường dây kết nối phức tạp để điều khiển các thiết
bị công suất gia dụng.
o Các hệ thống trang trại chăn nuôi và các vườn ươm hoa, cây giống: giúp
bật đèn từ xa cho những khu vực thiếu ánh sáng, bật quạt thông gió cho
khu vực có nhiệt độ cao hơn so với quy định giảm thiểu số công tắc điều
khiển, điều khiển linh hoạt chỉ bật những thiết bị cần sử dụng.
1.7 Bố cục của đồ án
- Phần còn lại của đồ án có nội dung như sau:
- Chương 2: Cơ sở lý thuyết
Chương này sẽ trình bày khái quát về IOT (Khái niệm, đặc điểm), các
thông số và ý nghĩa của các linh kiện chính sử dụng cho thiết kế bộ điều khiển.
- Chương 3: Thiết kế và thi công phần cứng
Chương này sẽ trình bày sơ đồ khối của bộ điều khiển, đưa ra các
phương án thực hiện. Ngoài ra còn trình bày phần yêu cầu đối với phần mềm
điều khiển của vi xử lý và lưu đồ hoạt động của chương trình.
- Chương 4: Kết quả vả hướng phát triển
Chương này sẽ trình bày các kết quả đạt được sau thời gian thực hiện đề
tài, các kết quả điều khiển của sản phẩm đồng thời cũng đưa ra những kết luận

sau khi hoàn thành sản phẩm, các hướng phát triển của đề tài để có thể phát
triển sản phẩm tốt hơn trong tương lai.

7


CHƯƠNG II CƠ SỞ LÝ THUYẾT

CHƯƠNG II CƠ SỞ LÝ THUYẾT.
2.1. Giới thiệu nền tảng IoT:

-

-

Hình 2.1 nền tảng IoT
IoT (Mạng lưới vạn vật kết nối internet) là một kịch bản của thế giới, khi mà
mỗi đồ vật, con người được cung cấp một định danh riêng mình, và tất cả có khả
năng truyền tải, trao đổi thông tin, dữ liệu qua một mạng duy nhất mà không cần
đến sự tương tác trực tiếp giữa người với người, hay người với máy tính. IoT đã
phát triển từ sự hội tụ của công nghệ không dây, công nghệ vi cơ điện tử và
internet. Nói đơn giản là một tập hợp các thiết bị có khả năng kết nối với nhau, với
internet và với thế giới bên ngoài để thực hiện một công việc nào đó.
Nhà kính: hiện được sử dụng phổ biến ở nước ta, đặc biệt là ở Đà Lạt - nơi có lợi
thế về khí hậu và thời tiết. Nhà kính ban đầu ra đời với mục đích giúp tách ly cây
trồng với điều kiện thời tiết bên ngoài. Dần dần, được bổ xung thêm các hệ thống
kiểm soát khí hậu bên trong nhà kính (Nhiệt độ, độ ẩm, ánh sáng) và hệ thống điều
khiển tưới. Hiểu nôm na hai hệ thống như sau:

8

CHƯƠNG II CƠ SỞ LÝ THUYẾT

-

-

Hình 2.2: IoT trong nông nghiệp.
Hệ thống điều khiển tưới: hệ thống bao gồm các thiết bị đầu tưới nhỏ giọt hoặc đầu
tưới phun sương/mưa, bộ châm phân, bộ điều khiển tưới...hệ thống giúp tưới
nước/phân một cách tiết kiệm, hiệu quả và đạt năng suất cao. Giúp người nông dân
giảm giá thành chi phí sản xuất.
Hệ thống điều khiển vi khí hậu: Hệ thống bao gồm các cảm biến nhận biết nhiệt độ,
độ ẩm bên trong ( và bên ngoài) nhà kính, hệ thống quạt thông gió để đối lưu không
khí, hệ thống đèn chiếu sáng để có thể tăng cường ánh sáng khi cần thiết, trạm đo thời
tiết để biết các thông số: cường độ bức xạ mặt trời, cảnh báo mưa, tốc độ gió, lưu
lượng mưa,.... Mục đích giúp nhà kính duy trì ở điều kiện mong muốn.

Hình 2.3 Hệ thống điều khiển vi khí hậu.

9


CHƯƠNG II CƠ SỞ LÝ THUYẾT
2.2 Công nghệ wifi và ứng dụng
- Wifi là viết tắt của Wireless Fidelity được gọi chung là mạng không dây sử dụng
sóng vô tuyến. Loại sóng vô tuyến này tương tự như sóng điện thoại, truyền hình
và radio. Wifi là kết nối không thể thiếu trên điện thoại, laptop, máy tính bảng và
các thiết bị điện tử tiêu dùng hiện nay.

Hình 2.4 Công nghệ wifi.
o Nguyên tắc hoạt động của mạng Wifi
- Để tạo được kết nối Wifi nhất thiết phải có Router (bộ thu phát), Router này lấy
thông tin từ mạng Internet qua kết nối hữu tuyến rồi chuyển nó sang tín hiệu vô
tuyến và gửi đi, bộ chuyển tín hiệu không dây (adapter) trên các thiết bị di động
thu nhận tín hiệu này rồi giải mã nó sang những dữ liệu cần thiết. Quá trình này
có thể thực hiện ngược lại, Router nhận tín hiệu vô tuyến từ Adapter và giải mã
chúng rồi gởi qua Internet.
o Ứng dụng của Wifi trong đời sống.
- Kết nối các thiết bị điện tử trong nhà và thông qua đó điều khiển từ xa.
- Điều khiển máy in từ xa, gửi văn bản đến máy in trong cùng một khu vực.
- Dùng mạng wifi để chia sẻ dữ liệu máy tính xung quanh mà không cần qua các
thiết bị có dây nào.
- Chuyển các thông báo từ điện thoại thông minh đến máy tính.

10


CHƯƠNG III: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG PHẦN CỨNG

CHƯƠNG III: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG PHẦN CỨNG
3.1 Tìm hiểu linh kiện sử dụng:
3.1.1 Module Nguồn:
- Do nhu cầu của mạch cần nguồn 220V AC, 5V và 3.3V nên em sử dụng:
Module 220V AC thành 5 V: là một module chuyển đổi 220VAC sang 5VDC.
Thích hợp cho các dự án nhỏ cần nguồn 5V.
o Đặc điểm:
- Điện áp ngõ ra: 5VDC
- Dòng ra lớn nhất: 600mA

- Độ gợn điện áp và nhiễu thấp
- Mạch bảo vệ quá tải và ngắn mạch.
- Nhiệt độ hoạt đông: -20℃ ~ +80℃.

-

Hình 3.1 Module AC_DC
IC LM1117: là IC chuyên dụng để ổn định điện áp tuyến tính với sụt áp thấp,
điện áp đầu ra 3.3V, dòng điện đầu ra 1A.
Hình ảnh thực tế

Hình 3.2 IC 1117

11


CHƯƠNG III: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG PHẦN CỨNG

Hình 3.3 Sơ dồ chân IC 1117
3.1.2
Giới thiệu ESP8266:
- ESP 8266 là dòng chip tích hợp WIFI 2.4Ghz có thể lập trình được, giá thành
tốt được sản xuất bởi một công ty bán dẫn Trung Quốc: Espressif Systems.

Hình 3.4 ESP8266.
- Được phát hành đầu tiên vào tháng 8 năm 2014, đóng gói đưa ra thị trường
dạng module ESP-01, được sản xuất bởi bên thứ 3: AI-Thinker. Có khả năng
kết nối internet qua mạng Wi-Fi một cách nhanh chóng và rất ít sử dụng linh
kiện đi kèm. Với giá cả có thể nói là rất rẻ so với tính năng và khả năng
ESP8266 có thể làm được.

- ESP 8266 có một cộng đồng các nhà phát triển trên thế giới rất lớn, cung cấp
nhiều module lập trình mã mở giúp nhiều người có thể tiếp cận và xây dựng
ứng dụng rất nhanh.
• Giao tiếp UART:
o GPIO22(TXD)
o GPIO21(RXD)
Sơ đồ chân:

12


CHƯƠNG III: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG PHẦN CỨNG

Hình 3.5 sơ đồ chân ESP.
• Thông số kĩ thuật:
- 32-bit RISC CPU: Tensilica Xtensa LX106 running at 80 MHz.
- Hổ trợ Flash ngoài từ 512KiB đến 4MiB.
- 64KBytes RAM thực thi lệnh.
- 96KBytes RAM dữ liệu.
- 64KBytes boot ROM.
- Chuẩn wifi EEE 802.11 b/g/n, Wi-Fi 2.4 GHz Tích hợp TR switch, balun.
- Tích hợp giao thức TCP/IP.
- Hổ trợ nhiều loại anten.
- 16 chân GPIO.
- Hổ trợ SDIO 2.0, UART, SPI, I²C, PWM/I²S với DMA.
- 1 ADC 10-bit.
- Dải nhiệt độ hoạt động rộng: -40C ~ 125C
Các chế độ hoạt động
Mode
UART

GPIO15
Low

13

GPIO00
Low

GPIO02
High


CHƯƠNG III: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG PHẦN CỨNG
Flash Boot
Low
High
High
3.1.3 Cảm biến nhiệt độ và độ ẩm (DHT 22)
- Cảm biến số nhiệt độ và độ ẩm DHT22 với độ ổn định cao, có khả năng hoạt
động liên tục trong thời gian dài, đồng thời dãi nhiệt độ, độ ẩm rộng.
- Cảm biến nhiệt độ được cấu tạo đa dạng khác nhau, chủ yếu là bằng kim loại
Platinum có giá trị điện trở 100 Ohm ở nhiệt độ 0 độ C, điện trở sẽ thay đổi khi
thay đổi nhiệt độ.
- Cảm biến đo độ ẩm hoạt động dựa trên nguyên lý là sự hấp thụ độ ẩm (Hơi
nước) làm biến đổi tính chất của thành phận cảm nhận trong cảm biến (Chất
hóa học như LiCL) làm thay đổi điện trở của cảm biến qua đó xác định được độ
ẩm.
o Thông số kỹ thuật:
- Điện áp hoạt động: 5VDC.

- Dãi độ ẩm hoạt động: 0% - 100% RH, sai số ± 2%RH.
- Dãi nhiệt độ hoạt động: -40°C ~ 80°C, sai số ±0.5°C.
- Không cần thêm linh kiện ngoài.
- Hoạt động với độ ổn định lâu dài.
- Sử dụng cơ bản:
- Kết nối
ESP8266
5V
GND
GPIO16

Hình 3.7 Cảm biến DHT22.

14


CHƯƠNG III: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG PHẦN CỨNG
3.1.4 Cảm biến ánh sáng (Quang trở CDS):
- Cảm biến ánh sáng quang trở có tích hợp sẵn opamp và biến trở so sánh mức tín
hiệu giúp cho việc nhận biết tín hiệu trở nên dễ dàng, sử dụng để nhận biết hay
bật tắt thiết bị theo cường độ ánh sáng môi trường.
- Nguyên lý làm việc của quang trở là khi ánh sáng chiếu vào chất bán dẫn
(Cadmium sulfide- CdS) làm phát sinh các điện tử tự do, tức sự dẫn điện tăng
lên làm giảm điện trở của chất bán dẫn.
- Thông số kỹ thuật:
- Nguồn 3.3v-> 5VDC
- Sử dụng quang trở CDS.
- Kích thước nhỏ gọn
- Xuất tín hiệu Digital rất dễ sử dụng
- Sơ đồ chân:

DO

Ngõ ra tín hiệu Digital

VCC

Nguồn

GND

Mass

Hình 3.8 cảm biến ánh sáng.

15


CHƯƠNG III: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG PHẦN CỨNG
3.1.5 Relay
- Rơ-le là một công tắc (Khóa K). Nhưng khác với công tắc ở một chỗ cơ bản,
rơ-le được kích hoạt bằng điện thay vì dùng tay người. Chính vì le đó, rơ-le
được dùng làm công tắc điện tử. Có hai loại rơ-le: rơ-le đóng ở mức thấp (Nối
cực âm vào chân tín hiệu rơ-le sẽ đóng), rơ-le đóng ở mức cao (Nối cực dương
vào chân tín hiệu rơ-le sẽ đóng). Nếu so sánh giữa hai loại thì linh kiện hoàn
toàn giống nhau, chỉ khác nhau transistor PNP (Kích mức thấp), NPN (Kích
mức cao).
- Cách nối chân:
- +: cấp hiệu điện thế kích tối ưu.
- -: nối với cực âm.
- S: chân tín hiệu, Nếu dùng kích mức cao thì cấp điện thế dương.

- Com: mắc vào tải.
- Nc: mắc vào cực âm của nguồn.
Hình ảnh thực tế

Hình 3.9 Relay

16

Hình 3.10 sơ đồ chân


CHƯƠNG III: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG PHẦN CỨNG
3.1.6 Màn hình OLED:
- Màn hình Oled 0.96 inch giao tiếp I2C cho khả năng hiển thị đẹp, sang trọng, rõ
nét vào ban ngày và khả năng tiếp kiệm năng lượng tối đa với mức chi phí phù
hợp, màn hình sử dụng giao tiếp I2C cho chất lượng đường truyển ổn đinh và
rất dễ giao tiếp chỉ với 2 chân GPIO.
- Thông số kỹ thuật:
- Điện áp sử dụng: 2.2~5.5 VDC
- Công suất tiêu thụ: 0.04w.
- Góc hiển thị lớn: lớn hơn 160 độ.
- Số đếm hiển thị: 128*64 điểm.
- Độ rộng màn hình: 0.96 inch
- Màu hiển thị: trắng/ xanh dương.
- Giao tiếp: I2C.
- Driver: SSD 1306
- Sơ đồ chân:
VCC
GND
SCL

SDA

2.2~5.5VDC
0VDC
xung Clock
dữ liệu vào Data in

Hình ảnh thực tế:

Hình 3.11 Màn hình hiển thị.

17


CHƯƠNG III: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG PHẦN CỨNG
3.1.7 Ứng dụng Blynk
- IoT là xu hướng của thế giới hiện tại. Blynk là một Platform để mọi người có
thể điều khiển được dự án IoT của mình một cách dễ dàng.
- Công dụng của Blynk:
- Điều khiển các thiết bị phần cứng từ xa.
- Hiển thị dữ liệu cảm biến.
- Lưu trữ dữ liệu.
- Blynk hoạt động như thế nào?
- Có ba thành phần chính trong nền tảng:
- Blynki App- cho phép tạo giao diện cho sản phẩm bằng cách kéo thả các widget
khác nhau mà nhà thiết kế cung cấp sẵn.
- Blynk server- chịu trách nhiệm xử lý dữ liệu trung tâm giữa điện thoại, máy
tính bảng và phần cứng. Ngoài ra có thể sử dụng Blynk Cloud cung cấp hoặc tự
tạo máy chủ Blynk riêng.
- Library Blynk- support cho hầu hết các nền tảng phần cứng phổ biến- cho phép

giao tiếp với máy chủ và xử lý tất cả các lệnh đến và đị.
- Khi nhấn một nút trong ứng dụng Blynk, yêu cầu sẽ hcuyeenr đến server của
Blynk, server sẽ kết nối đến phần cứng thông qua library. Tương tự phần cứng
sẽ truyền ngược lại đến server.

Hình 3.12 mô hình Blynk.
-

Tính năng, đặc điểm:

18


CHƯƠNG III: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG PHẦN CỨNG
-

Cung cấp API & giao diện người dùng tương tự cho các thiết bị phần cứng
được hỗ trợ.
Kết nối server bằng cách sử dụng:
Wifi
Ehternet.
USB.
GSM.
Các tiện ích trên giao diện dễ sử dụng.
Thao tác kéo thả trực tiếp không cần viết mã.
Theo dõi lịch sử dữ liệu.
Những thứ cần để sử dụng Blynk
Hardware: Esp, raspberry, adruino…
Điện thoại thông minh
Internet

Library

Hình 3.13 Nguyên lý hoạt động.

19


CHƯƠNG III: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG PHẦN CỨNG
3.2 Thiết kế hệ thống

Khối
nguồn

Khối
hiển thị

3.2.1

Sơ đồ khối và chức năng của từng khối
Khối cảm biến

khối xử lý

khối điều khiển

Hình 3.14 Sơ đồ khối.
-

Chức năng từng khối:

20


CHƯƠNG III: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG PHẦN CỨNG
-

Khối nguồn: gồm nguồn 220 VAC dùng cho tải, 5V dùng cho relay và màn hình
OLED, 3,3V dùng cho các cảm biến.
Khối cảm biến: cảm biến về nhiệt độ, độ ẩm và ánh sáng đưa vào cho khối xử
lý.
Khối xử lý: xử lý các dữ liệu cảm biến, thực hiện các lệnh được lập trình, và gửi
lệnh để điều khiển.
Khối điều khiển: Nhận lệnh từ khối xử lý đóng ngắt rờ-le nhằm điều khiển các
vật dụng điện.
Khối hiển thị: hiển thị thông số nhiệt độ, độ ẩm.

21


CHƯƠNG III: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG PHẦN CỨNG
3.3 Thiết kế mạch nguyên lý
3.3.1
Thiết kế schematic:
- Áp dụng các kiến thức được học tại trường nên em sử dụng phần mềm thiết kế
mạch altium.
- Khối nguồn:
o Nguồn vào 220VAC qua module tạo áp 5V.

Hình 3.15 khối nguồn.
o Qua IC 1117 để lấy nguồn 3.3V.

o Sau khi có nguồn 5V, 3.3V ta đưa qua các tụ để lọc nhiễu.

-

Hình 3.16 Lọc nhiễu nguồn.
o Nguồn 220 được đưa vào relay.
Khối xử lý:
o Treo GPIO02 lên cao sử dụng trở treo 3.3V, GPIO15 nối đất.
o Các chân tín hiệu RL1, RL2, RL3 vào các chân GPIO16, GPIO14,
GPIO12.
o Cảm biến ánh sáng xuất tín hiệu ADC nên đưa vào chân ADC của
ESP.
o Cảm biến DHT22 đưa vào chân GPIO13.
o Cấp nguồn 3.3V vào chân vcc cho ESP. Vì ESP cần dòng khởi động
lớn nên ta mắc thêm tụ vào chân cấp nguồn nhằm ổn định áp cho
ESP
o Giao tiếp UART được đưa vào TXD, RXD, GPIO0. Khi cần nạp
chương trình GPIO0 được nối đất, ESP sẽ vào chế độ nạp.
o Giao tiếp IC2: SCL đưa vào IO05, SDA đưa vào IO04.
22


CHƯƠNG III: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG PHẦN CỨNG

-

-

Hình 3.17 Khối xử lý.
Khối UART: gồm 4 chân TXD, RXD, GND, GPIO0.

Hình 3.18 khối Uart
Khối cảm biến DHT22: Chân cấp nguồn cho cảm biến, chân tín hiệu.

Hình 3.19 Khối cảm biến.

23


CHƯƠNG III: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG PHẦN CỨNG
-

Khối hiển thị: chân cấp nguồn và giao tiếp I2C.

-

Hình 3.20 Khối OLED
Khối reset: sử dụng nút nhấn để reset cho ESP.

Hình 3.21 khối reset
-

Khối relay:
o Relay là một tải. Khi nó bật hoặc tắt sẽ làm cho điện áp 5V bị dao động.
o Ta sử dụng opto để cách ly. Khi tín hiệu đi vào phần led của opto thì led
sáng ngay khi nó photo transistor được kích hoạt dòng 5V được dẫn.
o Sử dụng một trở 330 để hạn dòng bảo về led của opto

Hình 3.22 Opto.

24


CHƯƠNG III: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG PHẦN CỨNG
-

Dùng transistor NPN kích mức 1 để đóng mở transistor ta sử dụng trở để hạn
dòng cho transistor và một trở treo logic ban đầu. Khi transistor dẫn và không
dẫn sẽ đóng mở nguồn của cuộn coil. Khi cuộn coil có điện sẽ đóng mở công
tắc cơ khí của relay. Ngoài ra ta mắc thêm một diode để chống nguồn cuộn dây
xả ngược.

Hình 3.23 Transistor kích relay.
Ta nối chân Com của relay vào chân số 2 của domino, chân số 1 của
domino nối với dây Line của nguồn AC. Dây neutre được đưa vào NC của
relay. Khi quận coil đóng domino sẽ có nguồn 220VAC.

Hình 3.24 khối relay.

25