Bảng điện tử hiển thị thông tin thời tiết đề tài nghiên cứu khoa học

BỘ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÀ RỊA VŨNG TÀU
KHOA CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT
NÔNG NGHIỆP CÔNG NGHỆ CAO

BÁO CÁO ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC
CẤP TRƯỜNG
Tên đề tài:
BẢNG ĐIỆN TỬ HIỂN THỊ THÔNG TIN THỜI TIẾT
Trình độ đào tạo:

Đại Học Chính Quy

Ngành:

Công Nghệ Kỹ Thuật Điện – Điện Tử

Chuyên ngành:

Điều Khiển và Tự Động Hóa

Giáo viên hướng dẫn:

ThS. Lưu Hoàng

Sinh viên thực hiện 1:

Võ Đình Huy - 16031543

Sinh viên thực hiện 2:

Lê Công Thành – 16031542

Lớp:

DH16TD
Bà Rịa Vũng Tàu, tháng 6 năm 2020


TRƯỜNG ĐẠI HỌC BRVT
KHOA CNKT – NN – CNC

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc Lập – Tự Do – Hạnh Phúc

NHIỆM VỤ ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU
Họ tên sinh viên 1: Võ Đình Huy
Họ tên sinh viên 2: Lê Công Thành
Lớp:

MSSV:16031543
MSSV:16031542

DH16TD

Chuyên ngành:Điều Khiển Và Tự Động Hóa
I. Tên đề tài:

BẢNG ĐIỆN TỬ HIỂN THỊ THÔNG TIN THỜI TIẾT

II. Tên đề tài:
- hiển thị thông tin lên bảng led ma trận.
- lấy dữ liệu thời tiết từ internet.
- nhập thông tin tùy ý từ webserver.
III. Giảng viên hướng dẫn: Ths. Lưu Hoàng
IV. Ngày giao đề tài: 2/2019
V. Ngày hoàn thành: 06/2020
Bà Rịa - Vũng Tàu, ngày 11 tháng 6 năm 2020

GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN

Ths. Lưu Hoàng
PHÒNG ĐÀO TẠO - KHCN

SINH VIÊN THỰC HIỆN CHÍNH

Võ Đình Huy
TRƯỞNG KHOA

Dinh Huy


ĐH BRVT – Nghiên cứu khoa học

SVTH: Võ Đình Huy – Lê Công Thành

LỜI CẢM ƠN
Đầu tiên em xin gởi lời cảm ơn đến Thầy Lưu Hoàng - Giảng viên bộ môn Điện
- Điện Tử, đã tận tình giúp đỡ, hướng dẫn, giảng giải cho em trong lựa chọn đề tài
cũng như trong quá trình thực hiện đề tài. Trong quá trình thực hiện đồ án cũng đã

xảy ra nhiều khó khăn, thiếu sót nhưng được sự hỗ trợ và góp ý của Thầy nên nhóm
đã hoàn thành được đồ án.
Trong suốt thời gian được theo học tại trường Đại học Bà Rịa Vũng Tàu, em
đãnhận được nhiều sự quan tâm và giúp đỡ từ Thầy Cô và bạn bè. Cảm ơn Hiệu
Trưởng, cùng các quý thầy cô trường Đại học Bà Rịa – Vũng Tàu đã hỗ trợ tận tình
về trang thiết bị, phần mềm, cơ sở vật chất tạo điều kiện hoàn thành đồ án. Với lòng
biết ơn sâu sắc, em xin gửi lời cảm ơn tới quý Thầy Cô, những người đã truyền lại
cho em rất nhiều kinh nghiệm và kiến thức quý báu, những sự giúp đỡ ấy đã tiếp
thêm động lực cho em vững bước trên con đường mình đã chọn. Và đặc biệt là
Thầy, Cô khoa Điện - Điện tử đã truyền đạt kiến thức, kinh nghiệm cũng như tạo
những điều kiện tốt nhất để em hoàn thành đề tài.
Xin cảm ơn các bạn cùng khóa, cùng khoa đã động viên, khích lệ, ủng hộ về
nhiều mặt góp phần làm nên thành công của đồ án này.
Cảm ơn Đại Học Bà Rịa Vũng Tàu!
Xin chân thành cảm ơn!

3


ĐH BRVT – Nghiên cứu khoa học

SVTH: Võ Đình Huy – Lê Công Thành

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN........................................................................................................3
CHƯƠNG I TỔNG QUAN................................................................................. 9
1.1

ĐẶT VẤN ĐỀ..........................................................................................9

1.2

MỤC TIÊU...............................................................................................9

1.3

NỘI DUNG NGHIÊN CỨU.................................................................. 10

1.4

GIỚI HẠN..............................................................................................10

1.5

BỐ CỤC.................................................................................................10

CHƯƠNG II CƠ SỞ LÝ THUYẾT.................................................................... 12
2.1

Các chuẩn giao tiếp................................................................................12

2.1.1 Chuẩn giao tiếp wifi..........................................................................12
2.1.2 Chuẩn giao tiếp SPI.......................................................................... 13
2.2

IOT.........................................................................................................15

2.3

Webserver...............................................................................................17

2.4

ESP32.....................................................................................................18

2.5

Phương pháp quét module led matrix p10 full color..............................19

2.5.1 Font chữ............................................................................................24
2.5.2 Font chữ tiếng việt............................................................................27
CHƯƠNG III TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ.......................................................28
3.1

GIỚI THIỆU.......................................................................................... 28

3.2

TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ.................................................................28
4


ĐH BRVT – Nghiên cứu khoa học
SVTH: Võ Đình Huy – Lê Công Thành
VI
XỬ
LÝ
TRUNG
TÂM

................................................................
3.2.1
28
......................................................................................................................

29
Nguồn ................................................................................................

30

CHƯƠNG IVTHI CÔNG HỆ THỐNG ..............................................................

31

4.1

Thi công mô hình ...................................................................................

31

4.2

Lưu đồ thuật toán ...................................................................................

32

4.3

Kết nối ....................................................................................................

33

4.4

Lấy dữ liệu để hiện thị lên bảng led .......................................................

33

4.5

Phần mềm lập trình esp32 ......................................................................

37

4.5.1

Giới thiệu ..........................................................................................

37

4.5.2

Cài đặt arduino IDE ..........................................................................

38

Lập trình esp32 bằng arduino IDE .........................................................

41

CHƯƠNG V Kết quả - nhận xét - đánh giá ........................................................

47

5.1

Cấu hình cho hệ thống kết nối internet ..................................................

47

5.2

Mô hình chạy thực tế ..............................................................................

51

5.3

Nhận xét & đánh giá: .............................................................................

53

5.3.1

Nhận xét: ...........................................................................................

53

5.3.2

Đánh giá: ...........................................................................................

53

CHƯƠNG VI Kết luận và hướng phát triển .........................................................

54

6.1

Kết luận ..................................................................................................

54

6.2

Hướng phát triển ....................................................................................

54

CHƯƠNG VII Phụ Lục .....................................................................................

55

3.2.2

4.6

5

ĐH BRVT – Nghiên cứu khoa học

7.1

SVTH: Võ Đình Huy – Lê Công Thành

Đoạn chương trình hàm loop..................................................................55

TÀI LIỆU THAM KHẢO...................................................................................57

6


ĐH BRVT – Nghiên cứu khoa học

SVTH: Võ Đình Huy – Lê Công Thành

MỤC LỤC HÌNH ẢNH
Hình II-1 Giao tiếp kết nối wifi........................................................................... 13
Hình II-2Sơ đồ xung SPI..................................................................................... 15
Hình II-3Mặt sau led p10 full color..................................................................... 20
Hình II-4Mặt trước led p10 full color..................................................................20
Hình II-5 Sơ đồ chân kết nối của module led p10 full color............................... 22
Hình II-6Chiều đi của data module led p10 full color.........................................23
Hình II-7Giao diện của phần mềm LCD font maker........................................... 25
Hình II-8 Chọn font chữ cho mã led....................................................................25
Hình II-9Giao diện của phần mềm LCD font maker........................................... 26
Hình II-10Xuât mã font led..................................................................................26
Hình III-1KIT ESP32...........................................................................................28

Hình III-2KIT ESP32 PINOUT...........................................................................29
Hình III-3Nguồn LED 5V 70A............................................................................30
Hình IV-1Kích thước khung led.......................................................................... 31
Hình IV-2trang chủ openweathermap..................................................................33
Hình IV-3Các gói dữ liệu của openweather map.................................................34
Hình IV-4API KEY đã lấy được trên trang openweathermap............................. 34
Hình IV-5Trang Chủ Airvisual.............................................................................35
Hình IV-6Các gói dữ liệu Airvisual..................................................................... 35
Hình IV-7API key Airvisual................................................................................ 36
7


ĐH BRVT – Nghiên cứu khoa học

SVTH: Võ Đình Huy – Lê Công Thành

Hình IV-8Trang Chủ openuv............................................................................... 36
Hình IV-9API key openuv................................................................................... 37
Hình IV-10Giao diện web arduino.cc.................................................................. 38
Hình IV-11Giao diện tải arduino IDE..................................................................39
Hình IV-12 Đã tải xong arduino IDE...................................................................39
Hình IV-13Giải nén arduino IDE.........................................................................40
Hình IV-14Giao diện lập trình arduino IDE........................................................ 41
Hình IV-15Giao diện nhập link để tải thư viện arduino.......................................42
Hình IV-16Giao diện tải thư viện arduino IDE....................................................43
Hình IV-17Chọn KIT arduino để biên dịch và nạp code..................................... 44
Hình IV-18Chọn cổng để nạp code......................................................................45
Hình IV-19Giao diện các ví dụ để tham khảo trong arduino IDE....................... 46
Hình V-1Giao diện chính trên webserver của hệ thống.......................................47
Hình V-2Cài đặt wifi để kết nối internet..............................................................48

Hình V-3Giao diện nhập API để lấy thông tin từ mạng internet..........................48
Hình V-4Giao diện nhập để chạy thông báo........................................................49
Hình V-5Chỉnh màu và tốc độ của chữ chạy thông báo...................................... 49
Hình V-6Giao diện cài đặt mật khẩu....................................................................50
Hình V-7Giao diện cài đặt thời gian bật tắt......................................................... 50
Hình V-8Chạy hệ thống thực tế........................................................................... 51
Hình V-9Chạy hệ thống thực tế........................................................................... 52

8


ĐH BRVT – Nghiên cứu khoa học

CHƯƠNG I

SVTH: Võ Đình Huy – Lê Công Thành

TỔNG QUAN

1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ
Ngày nay với sự phát triển của khoa học kỹ thuật cùng với sự tiến bộ của xã hội
nhu cầu về thông tin trở nên thiết yếu đối với con người trong hoạt động kinh doanh
sản xuất việc đưa thông tin đến với mọi người trở nên dễ dàng và nhanh chóng. Thông
qua nhiều hình thức khác nhau mà doanh nghiệp hay hộ kinh doanh nhỏ lẻ, nơi công
cộng có thể giới thiệu sản phẩm hay thông tin hàng hóa giá cả đến mọi người.
Hiện nay có nhiều biển quảng cáo, băng rôn, khẩu hiệu, thông báo trong thực tế
với nhiều chất liệu như biển quảng cáo sắt, gỗ, vải, phướn,... thì bảng led thể hiện tính
ưu việt hơn hẳn các loại quảng cáo truyền thống. Thông tin hiển thị trên bảng led ma
trận có thể sửa chữa dễ dàng hơn dễ lắp đặt và dễ thay thế.
Chúng ta bắt gặp rất nhiều bảng thông tin như vậy trong thực tế. Khi tới phi

trường bạn có thể biết được thời gian chuyến bay, địa điểm và chuyến bay số hiệu
nào. Hoặc khi vào khu ăn uống bảng led có thể hiện thị các hình ảnh sinh động về
món ăn hay logo hiện lên với đủ kiểu biến hóa.
Với mong muốn giới thiệu ứng dụng của bảng led và thiết yếu trong đời sống
cũng như tầm quan trong của của bảng thông báo em đã tìm hiểu và thiết kế mô hình.
1.2 MỤC TIÊU
Mục tiêu của em sẽ tiến hành thiết kế và thi công mô hình bảng LED MATRIX.
Mô hình sẽ nhằm mục đích hiển thông tin thời tiết như tia uv, chất lượng không khí,
giờ hiện tại, tốc độ gió, nhiệt độ. Nếu như tia uv cao có khả năng ảnh hưởng đến da sẽ
hiển thị cảnh báo cho người xem biết như không nên đi ra đường, dự báo thời tiết 4
giờ gần nhất bằng hình ảnh. Ngoài ra bảng led cũng có thể nhập thông báo tùy ý có
thể chỉnh được tốc độ và màu sắc.

9


ĐH BRVT – Nghiên cứu khoa học

SVTH: Võ Đình Huy – Lê Công Thành

1.3 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU
Em đã nghiên cứu các nội dung sau:
- Nội dung 1: Nghiên cứu Module LED p10 full color dùng cho bảng thông báo.
- Nội dung 2: Nghiên cứu KIT ESP32.
- Nội dung 3: Lập trình cho ESP32 trên arduino IDE.
- Nội dung 4: Thiết kế tính toán nguồn cho thiết bị.
- Nội dung 5: Thi công phần cứng, khung, thử nghiệm và hiệu chỉnh hệ thống.
- Nội dung 6: Cài đặt và điều chỉnh hệ thống để đặt được tối ưu.
- Nội dung 7: Viết báo cáo.
- Nội dung 8: Bảo vệ luận văn.

1.4 GIỚI HẠN
Các thông số giới hạn của đề tài bao gồm:
- Sử dụng KIT thu phát wifi ESP32
- Kích thước phần led hiển thị 128x64
- Sử dụng 16 Module P10 FULL COLOR ghép lại
- Sử dụng webserver để cài đặt thông số
- Nội dung hiển thị bao gồm: ký tự số, chữ có dấu, hiệu ứng, các icon thời tiết,
nhiệt độ, độ ẩm, tốc độ gió, chất lượng không khí, tia uv, giờ hiện tại.
1.5 BỐ CỤC
Đề tài “Thiết kế bảng điện tử hiện thị thông tin thời tiết” được trình bày như sau:
➢ Chương 1: Tổng quan
Chương này em sẽ đặt vấn đề dẫn nhập lý do chọn đề tài, mục tiêu, nội dung
nghiên cứu, các giới hạn và bố cục đồ án.
➢ Chương 2: Cơ sở lý thuyết

10


ĐH BRVT – Nghiên cứu khoa học

SVTH: Võ Đình Huy – Lê Công Thành

Chương này em sẽ nói tổng quát các kiến thức cơ bản để hoàn thành mô hình
này. Bao gồm chuẩn giao tiếp để có thể lấy dữ liệu và đẩy dữ liệu lên bảng led, quy
trình quét led, các công cụ cần thiết.
➢ Chương 3: Tính toán và thiết kế

Chương này em sẽ trình bày sơ đồ khối, tính toán và chọn linh kiện.
➢ Chương 4: Thi công và kết quả thực hiện

Chương này em trình bày các bước thi công mạch, lắp ráp, kiểm tra và thi công
mô hình.
➢ Chương 5: Kết quả - nhận xét - đánh giá

Chương này em sẽ nêu lên kết quả đạt được, nhận xét và đánh giá mô hình.
➢ Chương 6: Kết luận và hướng phát triển
Chương này nêu lên kết luận về những gì đã thực hiện đồng thời đưa ra hướng
phát triển cho mô hình.

11


ĐH BRVT – Nghiên cứu khoa học

CHƯƠNG II

SVTH: Võ Đình Huy – Lê Công Thành

CƠ SỞ LÝ THUYẾT

2.1 Các chuẩn giao tiếp
2.1.1 Chuẩn giao tiếp wifi
Wifi là mạng kết nối Internet không dây, là từ viết tắt của Wireless Fidelity, sử
dụng sóng vô tuyến để truyền tín hiệu. Loại sóng vô tuyến này tương tự như sóng điện
thoại, truyền hình và radio. Và trên hầu hết các thiết bị điện tử ngày nay như máy tính,
laptop, điện thoại, máy tính bảng… đều có thể kết nối Wifi.
Kết nối Wifi dựa trên các loại chuẩn kết nối IEEE 802.11, và chủ yếu hiện nay
Wifi hoạt động trên băng tần 54 Mbps và có tín hiệu mạnh nhất trong khoảng cách
100 feet (gần 31 mét, các bạn cứ thử tưởng tượng mỗi 1 tầng nhà lấy trung bình là 4
mét thì theo lý thuyết sóng wifi phát ở tầng 1 vẫn sẽ bắt được nếu bạn đang ở tầng 7 –

đó là theo lý thuyết). Còn trong thực tế thì trong mỗi ngôi nhà thường có rất nhiều vật
cản sóng, nên bạn chỉ cần đứng trên tầng 4 hoặc 5 là tín hiệu đã yếu lắm rồi.
Để có được sóng Wifi thì chúng ta cần phải có bộ phát Wifi – chính là các thiết
bị như modem, router. Đầu vào, tín hiệu Internet nguồn (được cung cấp bởi các đơn vị
ISP như FPT, Viettel, VNPT, CMC… hiện nay). Thiết bị modem, router sẽ lấy tín hiệu
Internet qua kết nối hữu tuyến rồi chuyển thành tín hiệu vô tuyến, và gửi đến các thiết
bị sử dụng như điện thoại smartphone, máy tính bảng, laptop… Đây là quá trình nhận
tín hiệu không dây (hay còn gọi là adapter) – chính là card wifi trên laptop, điện
thoại… và chuyển hóa thành tín hiệu Internet. Và quá trình này hoàn toàn có thể thực
hiện ngược lại, nghĩa là router, modem nhận tín hiệu vô tuyến từ adapter và giải mã
chúng, gửi qua Internet.
Về bản chất kỹ thuật, tín hiệu Wifi hoạt động gửi và nhận dữ liệu ở tần số 2.5GHz
đến 5GHz, cao hơn khá nhiều so với tần số của điện thoại di động, radio… do vậy tín
hiệu Wifi có thể chứa nhiều dữ liệu nhưng lại bị hạn chế ở phạm vi truyền – khoảng

12


ĐH BRVT – Nghiên cứu khoa học

SVTH: Võ Đình Huy – Lê Công Thành

cách. Còn các loại sóng khác tuy tần số thấp nhưng lại có thể truyền đi ở khoảng cách
rất xa như LORA, FM,...
Sóng Wifi sử dụng chuẩn kết nối 802.11 trong thư viện IEEE (Institute of Electrical
and Electronics Engineers), chuẩn này bao gồm 4 chuẩn nhỏ hơn là a/b/g/n/ac.

Hình II-1 Giao tiếp kết nối wifi

2.1.2 Chuẩn giao tiếp SPI

SPI (Serial Peripheral Bus) là một chuẩn truyền thông nối tiếp tốc độ cao do hãng
Motorola đề xuất. Đây là kiểu truyền thông Master-Slave, trong đó có 1 chip Master điều
phối quá trình tuyền thông và các chip Slaves được điều khiển bởi Master vì thế truyền
thông chỉ xảy ra giữa Master và Slave. SPI là một cách truyền song công (full duplex)
nghĩa là tại cùng một thời điểm quá trình truyền và nhận có thể xảy ra đồng thời. SPI đôi
khi được gọi là chuẩn truyền thông “4 dây” vì có 4 đường giao tiếp trong chuẩn này đó là
SCK (Serial Clock), MISO (Master Input Slave Output), MOSI (Master

13


ĐH BRVT – Nghiên cứu khoa học

SVTH: Võ Đình Huy – Lê Công Thành

Ouput Slave Input) và SS (Slave Select). Hình 1 thể hiện một kết SPI giữa một chip
Master và 3 chip Slave thông qua 4 đường.
SCK: Xung giữ nhịp cho giao tiếp SPI, vì SPI là chuẩn truyền đồng bộ nên cần 1
đường giữ nhịp, mỗi nhịp trên chân SCK báo 1 bit dữ liệu đến hoặc đi. Đây là điểm
khác biệt với truyền thông không đồng bộ mà chúng ta đã biết trong chuẩn UART. Sự
tồn tại của chân SCK giúp quá trình tuyền ít bị lỗi và vì thế tốc độ truyền của SPI có
thể đạt rất cao. Xung nhịp chỉ được tạo ra bởi chip Master.
MISO– Master Input / Slave Output: nếu là chip Master thì đây là đường Input
còn nếu là chip Slave thì MISO lại là Output. MISO của Master và các Slaves được
nối trực tiếp với nhau.
MOSI – Master Output / Slave Input: nếu là chip Master thì đây là đường Output
còn nếu là chip Slave thì MOSI là Input. MOSI của Master và các Slaves được nối
trực tiếp với nhau.

14

ĐH BRVT – Nghiên cứu khoa học

SVTH: Võ Đình Huy – Lê Công Thành

SS – Slave Select: SS là đường chọn Slave cần giap tiếp, trên các chip Slave đường
SS sẽ ở mức cao khi không làm việc. Nếu chip Master kéo đường SS của một Slave

nào đó xuống mức thấp thì việc giao tiếp sẽ xảy ra giữa Master và Slave đó. Chỉ có 1

Hình II-2Sơ đồ xung SPI

đường SS trên mỗi Slave nhưng có thể có nhiều đường điều khiển SS trên Master, tùy
thuộc vào thiết kế của người dùng.
2.2 IOT
Internet Vạn Vật, hay cụ thể hơn là Mạng lưới vạn vật kết nối Internet hoặc là Mạng
lưới thiết bị kết nối Internet (tiếng Anh: Internet of Things, viết tắt IoT) là một liên mạng,
trong đó các thiết bị, phương tiện vận tải (được gọi là "thiết bị kết nối" và "thiết bị thông
minh"), phòng ốc và các trang thiết bị khác được nhúng với các bộ phận điện tử, phần
mềm, cảm biến, cơ cấu chấp hành cùng với khả năng kết nối mạng máy tính giúp cho các
thiết bị này có thể thu thập và truyền tải dữ liệu. Năm 2013, tổ chức Global Standards
Initiative on Internet of Things (IoT-GSI) đinh nghĩa IoT là "hạ tầng cơ sở toàn cầu phục
vụ cho xã hội thông tin, hỗ trợ các dịch vụ (điện toán) chuyên sâu

15


ĐH BRVT – Nghiên cứu khoa học

SVTH: Võ Đình Huy – Lê Công Thành

thông qua các vật thể (cả thực lẫn ảo) được kết nối với nhau nhờ vào công nghệ thông
tin và truyền thông hiện hữu được tích hợp, và với mục đích ấy một "vật" là một thứ
trong thế giới thực (vật thực) hoặc thế giới thông tin (vật ảo), mà vật đó có thể được
nhận dạng và được tích hợp vào một mạng lưới truyền thông. Hệ thống IoT cho phép
vật được cảm nhận hoặc được điều khiển từ xa thông qua hạ tầng mạng hiện hữu, tạo
cơ hội cho thế giới thực được tích hợp trực tiếp hơn vào hệ thống điện toán, hệ quả là
hiệu năng, độ tin cậy và lợi ích kinh tế được tăng cường bên cạnh việc giảm thiểu sự
can dự của con người. Khi IoT được gia tố cảm biến và cơ cấu chấp hành, công nghệ
này trở thành một dạng thức của hệ thống ảo-thực với tính tổng quát cao hơn, bao
gồm luôn cả những công nghệ như điện lưới thông minh, nhà máy điện ảo, nhà thông
minh, vận tải thông minh và thành phố thông minh. Mỗi vật được nhận dạng riêng
biệt trong hệ thống điện toán nhúng và có khả năng phối hợp với nhau trong cùng hạ
tầng Internet hiện hữu. Các chuyên gia dự báo rằng Internet Vạn Vật sẽ ôm trọn
chừng 30 tỉ vật trước năm 2020.

Về cơ bản, Internet Vạn Vật cung cấp kết nối chuyên sâu cho các thiết bị, hệ
thống và dịch vụ, kết nối này mang hiệu quả vượt trội so với kiểu truyền tải máy-máy
(M2M), đồng thời hỗ trợ da dạng giao thức, miền (domain), và ứng dụng. Kết nối các
thiết bị nhúng này (luôn cả các vật dụng thông minh), được kỳ vọng sẽ mở ra kỷ
nguyên tự động hóa trong hầu hết các ngành, từ những ứng dụng chuyên sâu như điện
lưới thông minh,[14] mở rộng tới những lĩnh vực khác như thành phố thông minh.
IoT là một kịch bản của thế giới, khi mà mỗi đồ vật, con người được cung cấp một
định danh của 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. 16

ĐH BRVT – Nghiên cứu khoa học

SVTH: Võ Đình Huy – Lê Công Thành

Một vật trong IoT có thể là một người với một trái tim cấy ghép; một động vật ở
trang trại với bộ chip sinh học; một chiếc xe với bộ cảm ứng tích hợp cảnh báo tài xế
khi bánh xe xẹp hoặc bất kỳ vật thể tự nhiên hay nhân tạo nào mà có thể gán được
một địa chỉ IP và cung cấp khả năng truyền dữ liệu thông qua mạng lưới. Cho đến
nay, IoT là những liên kết máy-đến-máy (M2M) trong ngành sản xuất, công nghiệp
năng lượng, kỹ nghệ xăng dầu. Khả năng sản phẩm được tích hợp máy-đến-máy
thường được xem như là thông minh Với sự trợ giúp của công nghệ hiện hữu, các
thiết bị này thu thập dữ liệu hữu ích rồi sau đó tự động truyền chúng qua các thiết bị
khác. Các ví dụ hiện thời trên thị trường bao gồm nhà thông minh được trang bị
những tính năng như kiểm soát và tự động bật tắt đèn, lò sưởi (giống như bộ ổn nhiệt
thông minh), hệ thống thông gió, hệ thống điều hòa không khí, và thiết bị gia dụng
như máy giặt/sấy quần áo, máy hút chân không, máy lọc không khí, lò nướng, hoặc tủ
lạnh/tủ đông có sử dụng Wi-Fi để theo dõi từ xa
2.3 Webserver
Chức năng cơ bản nhất của máy chủ web là lưu trữ, xử lí và phân phối nội dung
các trang web đến khách hàng, cụ thể ở đây là máy tính người dùng, hay còn gọi là
client trong mô hình server-client. Giao tiếp giữa của máy tính người dùng và máy
chủ thực hiện thông qua giao thức HTTP. Nội dung phân phối chính từ máy chủ web
là các nội dung định dạng HTML, bao gồm hình ảnh, style sheets, các đoạn mã script
hỗ trợ các nội dung văn bản thô.
Nhiều máy chủ web có thể được sử dụng cho một cao lưu lượng truy cập trang
web ở đây, Dell máy chủ đang cài đặt cùng được sử dụng cho các Wikimedia.
Tác nhân người dùng, thường là trình duyệt web hoặc trình thu thập dữ liệu web,
khởi tạo giao tiếp bằng cách yêu cầu một tài nguyên cụ thể bằng HTTP và máy chủ phản
hồi với nội dung của tài nguyên đó hoặc thông báo lỗi nếu không thể thực hiện. Tài

nguyên thường là một tệp thực sự trên bộ nhớ thứ cấp của máy chủ, nhưng điều này

17


ĐH BRVT – Nghiên cứu khoa học

SVTH: Võ Đình Huy – Lê Công Thành

không nhất thiết phải là trường hợp và phụ thuộc vào cách máy chủ web được triển
khai.
Mặc dù chức năng chính là phân phát nội dung, việc triển khai đầy đủ HTTP
cũng bao gồm các cách nhận nội dung từ khách hàng. Tính năng này được sử dụng để
gửi biểu mẫu web, bao gồm tải lên tệp.
Nhiều máy chủ web chung cũng hỗ trợ kịch bản lệnh phía máy chủ bằng cách sử
dụng các trang Active Server Pages (ASP), PHP hoặc các ngôn ngữ kịch bản khác.
Điều này có nghĩa rằng hành vi của máy chủ web có thể được viết trong các tệp riêng
biệt, trong khi phần mềm máy chủ thực tế vẫn không thay đổi. Thông thường, chức
năng này được sử dụng để tạo ra các tài liệu HTML động ("on-the-fly") như trái
ngược với các tài liệu tĩnh trả về. Trước đây được sử dụng chủ yếu để lấy hoặc sửa đổi
thông tin từ cơ sở dữ liệu. Cái sau thường nhanh hơn và dễ lưu trữ hơn nhưng không
thể cung cấp nội dung động.
Các máy chủ web không chỉ được sử dụng để phục vụ World Wide Web. Họ cũng
có thể được tìm thấy nhúng trong các thiết bị như máy in, thiết bị định tuyến, webcam và
chỉ phục vụ một mạng nội bộ. Sau đó, máy chủ web có thể được sử dụng như một phần
của hệ thống để theo dõi hoặc quản lý thiết bị được đề cập. Điều này thường có nghĩa là
không có phần mềm bổ sung nào phải được cài đặt trên máy khách, vì chỉ cần một trình
duyệt web (mà bây giờ được bao gồm trong hầu hết các hệ điều hành).

2.4 ESP32

ESP32-WROOM-32 là mô đun MCU đa dụng, mạnh mẽ và được sử dụng rộng
rãi trong thiết kế mạch PCB Wifi- Bluetooth, BLE được ứng dụng rất phổ biến cho
nhiều ứng dụng về IoT hiện nay. Phạm vi ứng dụng từ mạng sensor tiết kiệm năng
lượng đến những ứng dụng với tác vụ phức tạp nhất, như mã hóa âm thanh, âm nhạc
trực tuyến đến giải mã MP3.

18


ĐH BRVT – Nghiên cứu khoa học

SVTH: Võ Đình Huy – Lê Công Thành

Lõi của module là họ chip ESP32-D0WDQ6, chip nhúng được thiết kế cho khả
năng mở rộng và tùy biến cao. Có đến 2 lõi CPU độc lập có thể điều khiển, tần số
clock của CPU có thể được điều chỉnh tử 80MHZ đến 240 Mhz. Người lập trình có
thể tắt CPU để sử dụng bộ đồng xử lý công suất thấp để theo dõi sự thay đổi hoặc
vượt ngưỡng của các ngoại vi. ESP32 tích hợp bộ ngoại vi khá phong phú từ cảm biến
điện dung, cảm biến Hall, SD card, Ethernet, SPI tốc độ cao, UART, I2S hay I2C.
Việc tích hợp cả Bluetooth, BLE và Wifi đảm bảo cho khả năng ứng đáp ứng
nhiều loại ứng dụng khác nhau và module đó sử dụng với ngoại vi, thiết bị nào: wifi
cho phép kết nối rộng rãi về mặt vật lý ra Internet qua Wi-fi router, trong khi sử dụng
Bluetooth cho phép người dùng thuận tiện khi kết nối với smartphone, hay thiết bị
beacon tiết kiệm điện. Ở chế độ ngủ, chíp ESP32 tiêu thụ dòng dưới 5 µA, phù hợp
với những thiết kế mạch dùng pin hay thiết bị đeo được. Tốc độ truyền thông cho
phép lên đến 150 Mbps, và công suất tín hiệu khoảng 20 dBm trên anten cho phép
phạm vi tín hiệu xa. Như vậy module này có thông số kỹ thuật thuộc dạng đầu bảng
trên thị trường cũng như hiệu suất, độ tin cậy tốt nhất cho tích hợp, thiết kế ứng dụng
điện tử, tự động hóa, đòi hỏi phạm vi hoạt động rộng, tiết kiệm năng lượng cũng như
khả năng kết nối đa dạng.

Hệ điều hành chạy được trên ESP32 là FreeRTOS vơi LwIP, TLS 1.2. Hỗ trợ
update firmware qua OTA mã hóa, điều này cho phép nhà phát triển sản phẩm có thể
nâng cấp phần mềm sản phẩm ngay cả khi thiết bị đang được sử dụng một cách tiết
kiệm tiền bạc và nhân lực.
2.5 Phương pháp quét module led matrix p10 full color
Cấu tạo của module bao gồm
- 10 IC ghi dịch
- 2 IC đệm dòng
- 4 IC giải mã
19


ĐH BRVT – Nghiên cứu khoa học

SVTH: Võ Đình Huy – Lê Công Thành

- 1 connector đầu vào, 1 connector đầu ra

Hình II-3Mặt sau led p10 full color

Hình II-4Mặt trước led p10 full color

Khoảng cách hai điểm ảnh (Pitch)

10mm

Độ phân giải

10000 điểm ảnh/m

20


ĐH BRVT – Nghiên cứu khoa học

Kích thước module cơ bản/Pixel (W x

SVTH: Võ Đình Huy – Lê Công Thành

320mm x 160mm 32 x 16 pixel

H)

Khoảng cách nhìn tốt nhất

12÷200 m

Góc nhìn ngang

140°

Góc nhìn dọc

140°

Số bit màu

>10 bit

Số màu hiển thị

281000 Tỷ màu

Cường độ sáng

>2000cd/m2

Nhiệt độ hoạt động

–30

Thời gian sử dụng của LED

>50,000 giờ (khoảng 15 năm - ngày dùng 8 giờ)

Nguồn điện vào

DC5V-6A

Công suất tiêu thụ

Lớn nhất: 550w/m2;

Trung bình: 250w/m2
Chế độ quét

8s (1/8 Scan)

Phương thức truyền dữ liệu

HUB 75

Độ ẩm hoạt động

0÷90%

Bảng 1: Thông số của led p10 full color

R1: Chân data cho màu đỏ của 8 hàng led bên trên
R2: Chân data cho màu đỏ của 8 hàng led phía dưới
G1: Chân data cho màu xanh lá của 8 hàng led bên trên
G2: Chân data cho màu xanh lá của 8 hàng led phía dưới
B1: Chân data cho màu xanh dương của 8 hàng led bên trên
21


ĐH BRVT – Nghiên cứu khoa học

SVTH: Võ Đình Huy – Lê Công Thành

B2: Chân data cho màu xanh dương của 8 hàng led phía dưới
CLK: Chân đẩy data vào ic ghi dịch
LAT: Chân chốt data ( đẩy data lưu trong ic ghi dịch ra ngoài led)
OE: Chân cho phép bảng led sáng ( OE=0 thì bảng led được phép sáng, OE=1
thì bảng led auto tắt)
A,B,C: 3 chân của ic vào 3 ra 8, tức 3 chân dùng để quét led, cho phép hàng nào
sáng. Với 3 chân ABC ta điều khiển đc 8 hàng độc lập, nhưng module P10 có tới 16
hàng thì trong 1 thời điểm có 2 hàng cùng sáng.
Trong 1 thời điểm số led RGB ta có thể điều khiển là 512 x 1/8 = 64 LED RGB

Hình II-5 Sơ đồ chân kết nối của module led p10 full color

Chiều đi của data
22


ĐH BRVT – Nghiên cứu khoa học

SVTH: Võ Đình Huy – Lê Công Thành

P10 FULL COLOR, data đi theo đường thẳng

Hình II-6Chiều đi của data module led p10 full color

Có thể thấy, module này chia ra làm 2 nửa theo chiều ngang, với dữ liệu của 8
hàng trên do RGB1 quyết định, còn 8 hàng dưới do RGB2 quyết định. Chân ABC sẽ
quyết định hàng nào trong 8 hàng của cả 2 nửa được sáng.
Phương pháp quét LED MATRIX P10 FULL COLOR
➢ Quét theo tỉ lê 1/8 mỗi lần quét được 2 hàng.
➢ Tất cả module có 16 dòng, 32 cột. Tại mỗi thời điểm nhất định sẽ có 2 dòng
được chọn.

Chân A
0

Chân B
0

Chân C
0

1
0
1
0
1
0

0
1
1
0
0
1

0
0
0
1
1
1

Hàng được chọn
Không hàng nào
được chọn
0,7
1,8
2,9
3,10
4,11

5,12

Bảng 2 Bảng lụa chọn hàng của module led p10
23


ĐH BRVT – Nghiên cứu khoa học

1

1

SVTH: Võ Đình Huy – Lê Công Thành

1

6,13

Xung CLK trong dữ liệu cho phép xuất dữ liệu ở mỗi hàng 1 bit, hiện tại chúng
ta sử dụng module LED MATRIX P10 FULL COLOR 32x16 và 4x4 bảng led tức là
mỗi hàng có 512 led chính vì thế mỗi hàng có 512 xung clock. Ta sẽ đẩy dữ liệu từ
màu xanh dương trước sau đó tới màu xanh lá và cuối cùng là màu đỏ.
Tiếp theo kéo chân LAT và chân OE lên mức cao. Việc cho phép chân LAT ở
mức cao, cho phép xuất dữ liệu ra và hiển thị đồng thời nó cũng vô hiệu hóa dữ liệu ra
để chúng ta chuyển hàng.
Chuyển hàng bằng cách chọn hàng đã đề cập ở trên túc là thay đổi các trạng thái
để có thể chọn hàng.
Kéo chân LAT xuống mức thấp và lên mức cao cho phép đóng chốt để chúng ta
có thể ra dữ liệu tiếp theo.
Mắt chúng ta có khả năng lưu ảnh 20ms 1 lần vậy thì 1 hàng led chúng ta sẽ xử

lý trong 20/16 là khoảng 1,25ms.
2.5.1 Font chữ
Tạo Font chữ dùng phần mêm LCD Font Maker

24


ĐH BRVT – Nghiên cứu khoa học

SVTH: Võ Đình Huy – Lê Công Thành

Hình II-7Giao diện của phần mềm LCD font maker

Bước 1: Chọn kiểu font chữ

Hình II-8 Chọn font chữ cho mã led

Bước 2: Chọn chiều dữ liệu font chữ:

25