Nghiên cứu thiết kế hệ thống giám sát đèn chiếu sáng khu vực sân chơi công cộng

b
TRƢỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC
KHOA ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
ĐỀ TÀI:
NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ HỆ THỐNG GIÁM SÁT
ĐÈN CHIẾU SÁNG KHU VỰC SÂN CHƠI CÔNG CỘNG

Giảng viên hƣớng dẫn

: TS. LÊ ANH NGỌC

Sinh viên thực hiện

:

Chuyên ngành

: ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG

Lớp

:

Khoá

: 2013-2018

Hà Nội, Tháng 12 năm 2017

TRƢỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC
KHOA ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
ĐỀ TÀI:
NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ HỆ THỐNG GIÁM SÁT
ĐÈN CHIẾU SÁNG KHU VỰC SÂN CHƠI CÔNG CỘNG

Giảng viên hƣớng dẫn

: TS. LÊ ANH NGỌC

Sinh viên thực hiện

:

Chuyên ngành

: ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG

Lớp

:

Khoá

: 2013-2018

Hà Nội, tháng 12 năm 2017

LỜI CẢM ƠN
Sau quá trình tìm hiểu và làm việc nghiêm túc cùng với sự đôn đốc và hƣớng
dẫn tận tình của thầy giáo TS. Lê Anh Ngọc, em đã hoàn thành đồ án tốt nghiệp
của mình. Em xin chân thành cảm ơn thầy-ngƣời đã động viên và giúp đỡ em cả về
mặt tinh thần và kiến thức để em có thể vƣợt qua những ngày tháng khó khăn nhất
của thời sinh viên. Thầy đã trực tiếp hỗ trợ, chỉ bảo và bổ sung kiến thức mà bản
thân em còn thiếu, giúp đỡ em trong suốt thời gian qua để em hoàn thiện đƣợc đề
tài của mình.
Qua đây, em xin cảm ơn toàn thể thầy cô giáo trong khoa Điện tử Viễn
Thông trƣờng Đại học Điện Lực đã trang bị cho chúng em những kiến thức chuyên
ngành quý báu để chúng em có nền tảng và hoàn thành đƣợc đồ án ngày hôm nay.
Sau cùng xin gửi lời cảm ơn chân thành tới gia đình, bạn bè đã động viên, và
giúp đỡ em trong quá trình học tâp, nghiên cứu và hoàn thành đồ án.
Một lần nữa em xin chân thành cảm ơn các thầy cô và các bạn !


NHẬN XÉT
(Của giảng viên hướng dẫn)
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………

………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
Giảng viên hướng dẫn
(Ký, ghi rõ họ tên)

TS. Lêa Anh Ngọc


i
MỞ ĐẦU
Hiện nay ở Việt Nam nhu cầu giám sát từ xa của các hệ thống chiếu sáng
công cộng rất cấp thiết nhằm giúp cho việc sử dụng của con ngƣời đƣợc thuận tiện,
dễ dàng mà lại đảm bảo quản lý đƣợc hệ thống một cách tối ƣu. Việc giám sát đèn
ảnh hƣởng trực tiếp đến chức năng điều khiển bởi dựa quan sát ta có thể tùy chỉnh
bật/tắt sao cho phù hợp giảm thất thoát điện, tiết kiệm điện năng tối đa. Hơn nữa để
quản lý hoạt động từng đèn thì ngƣời vận hành hệ thống phải luôn có

mặt ở hiện

trƣờng để theo dõi và kiểm tra. Việc này gây phiền phức và tốn thời gian dẫn đến
hiệu quả công việc không cao. Hiểu đƣợc vấn đề đó, em đã lựa chọn đề tài
“NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ HỆ THỐNG GIÁM SÁT ĐÈN CHIẾU SÁNG KHU
VỰC SÂN CHƠI CÔNG CỘNG” để đƣa ra một giải pháp giải quyết vấn đề trên.
Hệ thống có khả năng giám sát trạng thái của từng đèn ngay trên điện thoại
di động thông qua kết nối sóng wifi. Chúng ta có thể ngồi ở bất cứ đâu với chiếc

smartphone có internet thì đã có thể theo dõi cụ thể, chính xác hoạt động của toàn
bộ hệ thống chiếu sáng mà không cần đi lại nhiều.
Cùng sự phối hợp của bạn xxx thiết kế chức năng điều khiển đèn không dây
sử dụng năng lƣợng mặt trời, chúng em đã hoàn thiện hệ thống chiếu sáng thông
minh giúp tiết kiệm chi phí đi dây cũng nhƣ tiết kiệm điện năng cho đất nƣớc, đảm
bảo an toàn cho ngƣời dùng mà lại vô cùng tiện lợi dễ sử dụng, phù hợp cho việc
điều khiển, giám sát từ xa. Bên cạnh đó còn có chế độ tự động điều chỉnh ánh sáng
của bóng đèn cho phù hợp với mục đích sử dụng giúp tiết kiệm năng lƣợng một
cách tối đa.
Sau quá trình tìm hiểu em đã hoàn thành đồ án tốt nghiệp này.
Nội dung đồ án gồm 3 chƣơng:

Chƣơng 1: Tổng quan đề tài
Chƣơng 2: Cơ sở lý thuyết lien quan đến đề tài
Chƣơng 3: Thiết kế, triển khai và thử nghiệm hệ thống


ii
MỤC LỤC
MỞ ĐẦU.................................................................................................................... i
MỤC LỤC................................................................................................................. ii
DANH MỤC HÌNH ẢNH........................................................................................ iv
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT.......................................................................... vi
CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI................................................................. 1
1. Giới thiệu chung về đề tài....................................................................... 1
1.1. Đặt vấn đề........................................................................................ 1
1.2. Mục tiêu đề tài................................................................................. 1
2. Tổng quan về hệ thống........................................................................... 2
3. Lựa chọn phƣơng án thiết kế.................................................................. 4
4. Lựa chọn linh kiện cho hệ thống............................................................. 4

4.1. Vi điều khiển ATmega328P............................................................. 4
4.2. IC ổn áp AMS1117.......................................................................... 5
4.3. Module ESP8266............................................................................. 6
4.4. Module NRF24L01.......................................................................... 7
4.5. Biến trở điều chỉnh ánh sáng............................................................ 8
4.6. Nút bấm và đèn led.......................................................................... 8
4.7. Quang trở....................................................................................... 10
4.8. Opto quang..................................................................................... 10
4.9. Đèn năng lƣợng mặt trời................................................................ 11
4.10. Acquy........................................................................................... 12
4.11. Tấm pin năng lƣợng mặt trời....................................................... 13
4.12. Bộ điều khiển sạc......................................................................... 14
4.13. Mạch hạ áp................................................................................... 15
CHƢƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT LIÊN QUAN ĐẾN ĐỀ TÀI..........................16


ii
i
1. Truyền dữ liệu bằng sóng vô tuyến RF................................................. 16
2. Công nghệ truyền thông WiFi............................................................... 17
3. Giao thức MQTT.................................................................................. 18
4. Giao thức TCP/IP.................................................................................. 21
5. Chuẩn giao tiếp UART.......................................................................... 22
6. Chuẩn giao tiếp SPI.............................................................................. 23
7. Chứng chỉ số SSL................................................................................. 24
8. Websocket............................................................................................. 25
CHƢƠNG 3: THIẾT KẾ, TRIỂN KHAI VÀ THỬ NGHIỆM HỆ THỐNG...........27
1. Thiết kế hệ thống.................................................................................. 27
1.1. Sơ đồ khối và nguyên lý hoạt động của hệ thống........................... 27
1.2. Thiết kế phần cứng......................................................................... 30

1.3. Thiết kế phần mềm......................................................................... 35
2. Triển khai mô hình hệ thống................................................................. 38
2.1. Lắp đặt mô hình hệ thống.............................................................. 38
2.2. Cài đặt chƣơng trình...................................................................... 38
3. Thử nghiệm mô hình hệ thống và phân tích kết quả.............................47
3.1. Thử nghiệm mô hình hệ thống....................................................... 47
3.2. Phân tích kết quả............................................................................ 48
KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN............................................................... 49
PHỤ LỤC................................................................................................................ 50
TÀI LIỆU THAM KHẢO....................................................................................... 70


iv

DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 1.1: Mô hình hệ thống............................................................................ 3
Hình 1.2: ATmega328P................................................................................... 5
Hình 1.3: IC AMS1117................................................................................... 5
Hình 1.4: Module ESP8266............................................................................ 6
Hình 1.5: Module NRF24L01......................................................................... 7
Hình 1.6: Nút bấm.......................................................................................... 9
Hình 1.7: Đèn led........................................................................................... 9
Hình 1.8: Quang trở...................................................................................... 10
Hình 1.9: Opto quang................................................................................... 11
Hình 1.10: Đèn năng lƣợng mặt trời............................................................ 12
Hình 1.11: Acquy......................................................................................... 13
Hình 1.12: Pin năng lƣợng mặt trời.............................................................. 14
Hình 1.13: Bộ điều khiển sạc........................................................................ 14
Hình 1.14: Mạch hạ áp.................................................................................. 15
Hình 2.1: Cơ chế hoạt động của Mqtt........................................................... 19

Hình 2.2: Mức đảm bảo chất lƣợng QoS...................................................... 20
Hình 2.3: Mô hình TCP/IP............................................................................ 21
Hình 2.4: Cơ chế hoạt động của SSL............................................................ 25
Hình 3.1: Sơ đồ khối hệ thống...................................................................... 27
Hình 3.2: Sơ đồ nguyên lý mạch trung tâm.................................................. 30
Hình 3.3: Sơ đồ mạch in của mạch trung tâm............................................... 31
Hình 3.4: Sơ đồ nguyên lý của mạch điều khiển đèn....................................32
Hình 3.5: Sơ đồ mạch in của mạch điều khiển đèn....................................... 33
Hình 3.6: Vỏ mạch trung tâm....................................................................... 34
Hình 3.7: Vỏ mạch điều khiển đèn............................................................... 34
Hình 3.8: Thuật toán điều khiển mạch trung tâm.......................................... 36
Hình 3.9: Thuật toán điều khiển mạch đèn................................................... 37


v
Hình 3.10: Mô hình sản phẩm...................................................................... 38
Hình 3.11: Cài thƣ viện cho ESP8266.......................................................... 39
Hình 3.12: Download và cài đặt thƣ viện.................................................... 39
Hình 3.13: Kết thúc quá trình cài thƣ viện................................................... 40
Hình 3.14: tạo tài khoản trên cloudmqtt....................................................... 40
Hình 3.15: Các thông số khi tạo xong tài khoản........................................... 41
Hình 3.16: Đăng kí tài khoản giám sát hệ thống........................................... 42
Hình 3.17: Tạo topic hoat_dong................................................................... 42
Hình 3.18: Kết quả khi tạo xong các topic.................................................... 43
Hình 3.19: Kết quả giám sát trên Web server............................................... 43
Hình 3.20: Giao diện ứng dụng Mqtt Buddy................................................ 44
Hình 3.21: Tạo kết nối tài khoản đã đăng kí................................................. 44
Hình 3.22: Tạo nút hiển thị trạng thái ON/OFF đèn 1.................................. 45
Hình 3.23: Tại nút hiển thị chế độ điều khiển............................................... 46
Hình 3.24: Kết quả sau quá trình tạo các nút................................................ 46

Hình 3.25: Kết quả thử nghiệm tự động....................................................... 47
Hình 3.26: Kết quả thử nghiệm bằng tay...................................................... 48


vi

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
Từ viết tắt
Arduino
IDE

Tiếng Anh

Tiếng Việt

Arduino Integrated Development
Environment

Môi trƣờng phát triển
tích hợp Arduino

Electrically Erasable
Programmable Read-Only Memory

Bộ nhớ truy xuất ngẫu
nhiên

FTP

File Transport Protocol

Giao thức truyền tệp

GND

Ground

Chân nối đất

EEPROM

HTML

HyperText Markup Language

HTTP

HyperText Transfer Protocol

ICMP

Internet Control Message Protocol

IGMP

Internet Group Message Protocol

Ngôn ngữ đánh dấu siêu
văn bản
Giao thức truyền tải siêu

văn bản
Giao thức thông báo
kiểm soát internet
Giao thức thông điệp
nhóm internet

IoT

Internet of Things

Vạn vật kết nối Internet

IP

Internet Protocol

Giao thức liên mạng

MQTT

Message Queuing Telemetry Transport

Giao thức truyền thông
điệp

PWM

Pulse Width Modulation

Phƣơng pháp điều xung

PWM

QoS

Quality of Service

Chất lƣợng dịch vụ

RAM

Random Access Memory

Bộ nhớ truy cập ngẫu
nhiên

RF

Radio Frequency

Tần số vô tuyến

SSL

Secure Sockets Layer

Chứng chỉ số SSL

SPI

Serial Peripheral Bus

TCP

Transmission Control Protocol

Truyền thông nối tiếp
đồng bộ
Giao thức điều khiển
giao vận


vii
Universal Asynchronous
Receiver/Transmitter

Truyền thông tin nối tiếp
không đồng bộ

USB

Universal Serial Bus

Cổng kết nối các thiết bị
ngoại vi với máy tính

VCC

Voltage

Chân nối nguồn

UART


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

1

CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI
1. Giới thiệu chung về đề tài
1.1. Đặt vấn đề
Hiện nay nhu cầu ứng dụng công nghệ để thu thập dữ liệu, điều khiển và
giám sát từ xa cho các lĩnh vực khác nhau là vô cùng cần thiết. Ngành chiếu sáng
công cộng cũng là một trong các lĩnh vực rất đƣợc quan tâm nhằm giải quyết bài
toán giám sát chống thất thoát điện.
Qua khảo sát thực tế tại các sân chơi công cộng, em thấy hệ thống chiếu sáng
chủ yếu vẫn đang áp dụng theo phƣơng pháp truyền thống đó là sử dụng lƣới điện
quốc gia để nuôi đèn qua dây dẫn. Tuy có ƣu điểm là nguồn vào ổn định nhƣng ở
khu vực có nhiều trẻ em, cần đảm bảo tính an toàn cao thì hệ thống này lại không
tối ƣu do việc sử dụng dây điện nên khó tránh khỏi các sự cố nhƣ chập mạch, hở
điện rất nguy hiểm. Không những thế với hệ thống chiếu sáng triển khai theo mô
hình này còn tốn kém bởi chi phí kéo dây từ nguồn và cũng tiêu hao một lƣợng điện
năng đáng kể. Hơn nữa việc giám sát trạng thái đèn để điều chỉnh bật/tắt tùy ý sao
cho phù hợp với nhu cầu ngƣời dùng và tiết kiệm điện vẫn chƣa có biện pháp cụ thể
nào để giải quyết. Ngƣời điều khiển hệ thống phải luôn có mặt tại hiện trƣờng để
theo dõi và kiểm tra hoạt động của các đèn. Việc này gây tốn thời gian, bất tiện mà
hiệu quả lại không cao. Hiểu đƣợc vấn đề ấy, em đã vận dụng những kiến thức đƣợc
học để thực hiện đề tài: “Nghiên cứu thiết kế hệ thống giám sát đèn chiếu sáng khu
vực sân chơi công cộng”. Hệ thống có khả năng giám sát từ xa trên chính chiếc điện
thoại di động kết nối internet giúp ngƣời sử dụng có thể quản lý trạng thái đèn mọi

lúc mọi nơi. Kết hợp hệ thống điều khiển đèn không dây năng lƣợng mặt trời để tạo
thành một hệ thống chiếu sáng hoàn chỉnh khắc phục đƣợc những nhƣợc điểm của
mô hình truyền thống.
1.2. Mục tiêu đề tài
Thiết kế đƣợc hệ thống điều khiển và giám sát đèn chiếu sáng không dây
phục vụ sân chơi công cộng khắc phục đƣợc những nhƣợc điểm của hệ thống cũ:
 Chức năng tự động bật khi trời tối và tắt khi trời sáng.

GVHD: T.S Lê Anh Ngọc


 Sử dụng smartphone để bật tắt một bóng đèn tùy ý qua internet, giám
sát đƣợc trạng thái đang bật hay đang tắt của từng bóng đèn và hiển thị
trên điện thoại.
 Điều khiển và giám sát đƣợc chế độ hoạt động của hệ thống là tự
động hoặc bằng tay.
 Điều chỉnh đƣợc độ sáng của đèn khi có vật thể chuyển động, và khi
không có vật thể chuyển động trong khu vực sân chơi.
 Khi có vật thể chuyển động và không có vật thể chuyển động đèn tự
động ở trạng thái ánh sáng đã đƣợc cài đặt.
2. Tổng quan về hệ thống
Hệ thống điều khiển và giám sát đèn chiếu sáng phục vụ sân chơi công cộng
là giải pháp thông minh giúp nâng cao hiệu quả sử dụng, tiết kiệm chi phí và mang
lại sự tiện lợi vƣợt trội so với hệ thống chiếu sáng thông thƣờng.
Ban ngày tấm pin mặt trời có nhiệm vụ thu năng lƣợng để chuyển hóa nhiệt
năng thành điện năng, đi qua bộ điều khiển sạc và lƣu trữ điện năng vào bình acquy.
Buổi tối đèn lấy nguồn từ acquy đã lƣu trữ trong ngày để hoạt động. Việc sử dụng
năng lƣợng mặt trời để duy trì hoạt động cho đèn giúp chúng ta tiết kiệm đƣợc một
lƣợng điện năng đáng kể cho quốc gia, giảm thiểu chi phí kéo dây từ nguồn vào, đặc
biệt là đảm bảo tính an toàn cho ngƣời sử dụng bởi không có dây điện lằng nhằng

tránh đƣợc tình trạng hở điện, chập cháy rất nguy hiểm.
Dùng điện thoại hay máy tính có kết nối wifi để đồng thời điều khiển và
giám sát bóng đèn thông qua một tài khoản mà ngƣời dùng đã đăng kí trên

Web

server. Tín hiệu từ thiết bị ngƣời dùng đƣợc truyền đến mạch trung tâm rồi từ mạch
trung tâm gửi đến từng mạch đèn để thực hiện lệnh theo yêu cầu. Trạng thái trả về
đi ngƣợc lại từ mạch đèn qua mạch trung tâm và gửi về thiết bị đó.
Ƣu điểm của hệ thống:
 Đèn, bộ điều khiển đèn và acquy đặt ở trên cao cách ly với khu vực
phía sân chơi nên rất an toàn.
 Dễ sử dụng, có thể quản lý toàn bộ hệ thống từ xa ngay trên điện thoại
giúp tiết kiệm thời gian công sức đi lại.
 Tiết kiệm chi phí dây dẫn và tiết kiệm điện năng cho quốc gia.


 Thân thiện với môi trƣờng.
Nhƣợc điểm của hệ thống:
 Giá thành lắp đặt ban đầu cao.
 Hiệu quả của hệ thống cũng phụ thuộc vào vị trí của mặt trời. Nếu trời
nhiều ngày không có nắng sẽ không thể sử dụng đƣợc.

Hình 1.1: Mô hình hệ thống


3. Lựa chọn phƣơng án thiết kế.
Trên thực tế cũng có rất nhiều cách điều khiển bằng tay cho hệ thống bóng
đèn. Chỉ cần thay công tắc đèn truyền thống bằng công tắc RF nhỏ gọn là có thể
điều khiển tắt mở đèn bằng remote, giá của công tắc này cũng khá hợp lý, nhƣng

bất tiện khi sử dụng remote để tắt mở đèn là ngƣời dùng phải nhớ nút nào trên
remote dùng để tắt mở đèn nào vì thế trong một khu vực rộng có rất nhiều đèn
thì cần nhiều nút và tốn diện tích cho các nút đó. Chính vì vậy hệ thống điều
khiển đèn bằng smartphone chính thức đƣợc sử dụng với sự ổn định đƣợc đặt lên
hàng đầu. Chúng ta có thể sử dụng bluetooth để truyền lệnh nhƣng bluetooth bị
hạn chế về mặt khoảng cách. Vì vậy chúng em đã chọn điều khiển bật tắt bóng
đèn qua smartphone có kết nối với internet. Đồng thời sử dụng smartphone để giám
sát trạng thái của các bóng đèn từ đó sẽ có những điều chỉnh tƣơng ứng với nhu cầu
sử dụng sao cho hợp lý nhất.
Ngoài ra chúng em đã lựa chọn bóng đèn năng lƣợng mặt trời có cảm biến
chuyển động để thiết kế chức năng tự động cho hệ thống. Tăng độ sáng khi có vật
thể chuyển động và giảm độ sáng khi không có vật thể chuyển động. Cƣờng độ sáng
có thể cài đặt tùy ý theo mong muốn ngƣời dùng qua biến trở vặn.
4. Lựa chọn linh kiện cho hệ thống
4.1. Vi điều khiển ATmega328P
ATmega328P thuộc họ vi điều khiển AVR do hãng Atmel sản xuất, có hiệu
suất làm việc cao, rất linh hoạt trong các mạch điều khiển, là trung tâm xử lý các
hoạt động chức năng của hệ thống.
Thông số kĩ thuật cần chú ý:
 Kiến trúc: AVR 8bit.
 Xung nhịp lớn nhất: 20 MHz.
 Bộ nhớ chƣơng trình (Flash): 32KB.
 Bộ nhớ EEPROM: 1KB.
 Bộ nhớ RAM: 2KB.
 Điện áp hoạt động: 1.8 đến 5.5V.
 Số timer: 3timer gồm 2 timer 8-bit và 1 timer 16-bit.


 Số kênh xung PWM: 6 kênh (mỗi timer 2 kênh).

Hình 1.2: ATmega328P
4.2. IC ổn áp AMS1117
Sử dụng IC AMS1117 có chức năng hạ áp từ 5V xuống 3,3V và duy trì ở
mức cố định với dòng điện đầu ra tối đa là 1A.
Điện áp đầu ra của khối ổn áp đƣợc cung cấp cho khối ESP8266 ở mạch
trung tâm và khối truyền nhận tín hiệu NRF24L01 ở mạch trung tâm và mạch điều
khiển đèn.

Hình 1.3: IC AMS1117
AMS1117 gồm 3 chân:
 Chân input: nối với điện áp đầu vào 5V của khối nguồn.


 Chân GND: nối đất.
 Chân output: nối với tụ để chống nhiễu và cho điện áp ổn định đầu ra
3.3V.
4.3. Module ESP8266
ESP8266 là một vi mạch điều khiển giúp chúng ta điều khiển các thiết bị
điện tử, hoạt động ở mức 3,3V và đƣợc lập trình bằng arduino IDE.
Điều đặc biệt là dòng chip này đƣợc tích hợp module Wifi tần số 2,4GHz và
hỗ trợ bộ nhớ flash lên đến 8Mb nên nó đƣợc ứng dụng phổ biến trong mạch điều
khiển từ xa.

Hình 1.4: Module ESP8266
Sơ đồ chân:
 VCC: nối với nguồn 3.3V.
 GND: nối đất.
 Chân TX của ESP8266 nối với chân RX của vi điều khiển.
 Chân RX của ESP8266 nối với chân TX của vi điều khiển.
 Chân reset: kéo xuống mass để reset.

 CH-PD: chân này đƣợc kéo lên mức cao của module để thu phát wifi.
 GPIO0: kéo xuống thấp cho chế độ upgrade firmware.
 GPIO2: không sử dụng.


Trong hệ thống điều khiển và giám sát đèn chiếu sáng phục vụ sân chơi công
cộng thì ESP8266 làm nhiệm vụ kết nối wifi và nhận tín hiệu điều khiển mà ngƣời
dùng yêu cầu qua internet rồi truyền cho khối xử lý trung tâm.
ESP8266 giao tiếp với vi bộ xử lý trung tâm qua chuẩn giao tiếp UART và
giao tiếp với web bằng giao thức MQTT.
4.4. Module NRF24L01
NRF24L01 là một module có khả năng truyền và nhận tín hiệu hai chiều
trong phạm vi khoảng cách khoảng 100m với điều kiện không vật cản.
Hoạt động ở mức điện áp 3,3V.

Hình 1.5: Module NRF24L01
Trong hệ thống điều khiển và giám sát đèn thì module NRF24L01 có chức
năng nhận lệnh điều khiển từ vi điều khiển sau đó truyền dữ liệu sang module
NRF24L01 của mạch đèn để thực hiện bật/tắt đèn và ngƣợc lại, nhận tín hiệu trả về
để báo trạng thái của đèn lên điện thoại.
Sơ đồ chân
 Chân GND nối đất.
 Chân VCC nối với nguồn 3.3V.
 Chân CE nối với D9 của vi điều khiển.
 Chân CSN nối với D10 của vi điều khiển.
 Chân SCK nối với D13 của vi điều khiển.


 Chân MOSI nối với D11 của vi điều khiển.
 Chân MISO nối với D12 của vi điều khiển.

4.5. Biến trở điều chỉnh ánh sáng
Khi setup chế độ điều khiển cƣờng độ sáng cho đèn trong trƣờng hợp có
ngƣời đi qua và không có ngƣời đi qua, ta dùng biến trở 10K để điều chỉnh ánh sáng
cho phù hợp.
Biến trở thực chất là một loại điện trở mà trị số của nó có thể thay đổi đƣợc.
Biến trở có 3 chân:
 Một chân nối với VCC.
 Một chân nối đất
 Một chân cho điện trở đầu ra mà có giá trị thay đổi tùy theo ngƣời dùng
vặn.

Hình 1.6: Biến trở 10K
4.6. Nút bấm và đèn led
Trong hệ thống điều khiển và giám sát đèn không dây phục vụ sân chơi công
cộng, chúng em đã thiết kế chức năng tự động điều chỉnh độ sáng của đèn khi có vật
thể chuyển động và không có vật thể chuyển động trong khu vực có đèn. Để cài đặt
chế độ ta sử dụng nút bấm.


Hình 1.6: Nút bấm
 Hoạt động của khối nút bấm:
 Bấm nút lần đầu tiên để cài đặt ánh sáng khi không có vật thể chuyển
động trong khoảng thời gian chờ khoảng 20s. Dùng biến trở vặn để
điều chỉnh ánh sáng phù hợp.
 Bấm nút lần thứ hai để cài đặt ánh sáng khi có vật thể chuyển động,
dùng biến trở vặn để điều chỉnh đến mức sáng mong muốn.
 Bấm nút lần thứ 3 để hoàn thành cài đặt chƣơng trình cho hệ thống.
Với mỗi lần bấm nút thì đèn led sẽ sáng lên tƣơng ứng để báo hiệu cho ngƣời
dùng biết chế độ đang cài đặt.

Hình 1.7: Đèn led


4.7. Quang trở
Quang trở là linh kiện điện tử có điện trở thay đổi giảm khi ánh sáng chiếu
vào, đƣợc dùng làm cảm biến nhạy sáng trong các mạch điều khiển nhƣ điều khiển
bật tắt bóng đèn.
Nguyên lý hoạt động:
Quang trở làm bằng chất bán dẫn trở kháng cao và không có tiếp giáp nào.
Trong bóng tối, quang trở có điện trở đến vào MΩ. Khi có ánh sáng làm phát sinh
các điện tử tự do tức là sự dẫn điện tăng lên và giảm điện trở của chất bán dẫn
xuống mức vài trăm Ω.

Hình 1.8: Quang trở
4.8. Opto quang
Opto quang là linh kiện cách ly quang tích hợp bên trong một led và một
photodiot hay một photo transitor dùng để cách ly giữa các khối chênh lệch nhau về
điện áp hay công suất.
Trong hệ thống điều khiển và giám sát đèn, khối cách ly công suất sử dụng
Opto quang để cách ly giữa tầng điều khiển và tầng ứng dụng đèn ngoài. Vì vậy nếu
có xảy ra sự cố cháy chập, tăng áp cũng hạn chế đƣợc rủi ro hỏng toàn bộ hệ thống.


Hình 1.9: Opto quang
Nguyên lý hoạt động:
Cho dòng điện nhỏ chạy qua hai đầu của led làm led phát sáng, khi led phát
sáng xảy ra hiện tƣợng quang điện làm thông hai cực của photodiot, mở cho dòng
điện chạy qua. Lúc đó điện áp cực B của transistor ở mức cao làm cho transistor
thông nghĩa là đèn sẽ đƣợc bật.
Ngƣợc lại khi không có dòng qua hai đầu led của Opto quang thì sẽ không

xảy ra hiện tƣợng quang điện và không cho dòng điện chạy qua photodiot. Lúc đó
cực B của trasistor ở mức thấp đồng nghĩa transistor bị khóa và đèn sẽ tắt.
4.9. Đèn năng lƣợng mặt trời
Đèn năng lƣợng mặt dùng để chiếu sáng trong khu vực sân chơi có thông số
nhƣ sau:
 Công suất: 3W.
 Điện áp: 5V.
 Ánh sáng màu: trắng xanh.
 Nguồn điện: Sạc pin bằng năng lƣợng mặt trời.
 Cấp độ bảo vệ: Đèn có khả năng chịu nƣớc. Tránh ngâm trực tiếp vào
nƣớc.
 Khoảng cách ánh sáng: 1-5m.
 Cảm biến khoảng cách: 2-6m.


 Kích thƣớc: 11.5x8.5x5.0cm.
 Cảm biến chuyển động PIR HC-SR501: 3~5 mét, 120˚.

Hình 1.10: Đèn năng lượng mặt trời
Cảm biến chuyển động PIR HC-SR501 đƣợc sử dụng để phát hiện chuyển
động của các vật thể phát ra bức xạ hồng ngoại (con ngƣời, con vật, các vật phát
nhiệt…). Cảm biến có thể chỉnh đƣợc độ nhạy để giới hạn khoảng cách bắt xa gần
cũng nhƣ cƣờng độ bức xạ của vật thể, ngoài ra còn có thể điều chỉnh thời gian kích
trễ (giữ tín hiệu bao lâu sau khi kích hoạt) qua biến trở tích hợp sẵn.
4.10. Acquy
 WP5-6

6V-5Ah (20HR): WP5-6 thay thế cho WP4-6, WP4.5-6.

 Công suất:

- 20 hour rate (0.25A to 5.25V) 5Ah.
- 10 hour rate (0.475A to 5.25V) 4.75Ah.
- 5 hour rate (0.85A to 5.1V) 4.25Ah.
-1C (5A to 4.8V) 2.83Ah.
-3C (15A to 4.8V) 2Ah.

 Nội trở @1KHz < 19mΩ.
 Trọng lƣợng: 830g (1.83Lbs).
 Kích thƣớc (mm): L70 x W47 x H102 x TH106 (±1).


 Dòng điện: Nạp lớn nhất < 1.2A | Phóng tối đa 5 giây: 60A.
 Nạp điện @25˚C: Cycle: 7.2 - 7.5V (Solar). Standby: 6.75 - 6.9V
(UPS).
 Nhiệt độ: -15˚C< nạp <40˚C | -15˚C< phóng <50˚C | -15˚C< lƣu kho
<40˚C.
 Tự phóng điện: Sau 1 tháng còn 92% | 3 tháng còn 90% | 6 tháng còn
80%.

Hình 1.11: Acquy
4.11. Tấm pin năng lƣợng mặt trời
Pin năng lƣợng mặt trời sẽ chuyển nhiệt năng thành điện năng tích vào acquy
để cung cấp nguồn nuôi cho đèn
 Điện Áp Ra Lớn Nhất: DC9V.
 Công Suất Lớn Nhất: 1.5W (160mA).
 Trọng Lƣợng: 60g.
 Kích Thƣớc: 110x125x2.8mm.

Hình 1.12: Pin năng lượng mặt trời
4.12. Bộ điều khiển sạc:
 Điện áp vào: 6 - 12V.
 Dòng sạc max 5A.

Hình 1.13: Bộ điều khiển sạc