Điều khiểm giám sát thiết bị qua internet, ứng dụng ở trạm xe buýt

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
NGÀNH CƠNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ TRUYỀN THÔNG

ĐIỀU KHIỂN, GIÁM SÁT THIẾT BỊ
QUA INTERNET
GVHD: NGUYỄN TRƯỜNG DUY
SVTH: NGUYỄN NHẬT QUANG
MSSV: 13141257
SVTH: LÊ VĂN TIẾN
MSSV: 13141362

SKL 0 0 6 4 8 6

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 01/2018


BỘ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HỒ CHÍ MINH
KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ-CÔNG NGHIỆP
---------------------------------

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
NGÀNH KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ TRUYỀN THÔNG
ĐỀ TÀI:

ĐIỀU KHIỂN, GIÁM SÁT THIẾT BỊ

QUA INTERNET
GVHD: ThS. Nguyễn Trường Duy
SVTH1: Nguyễn Nhật Quang
MSSV1: 13141257
SVTH2: Lê Văn Tiến
MSSV2: 13141362

Tp. Hồ Chí Minh - 01/2018
i


TRƯỜNG ĐH. SƯ PHẠM KỸ THUẬT
TP. HỒ CHÍ MINH
KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ
BỘ MƠN ĐIỆN TỬ CƠNG NGHIỆP

CỘNG HỊA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
ĐỘC LẬP - TỰ DO - HẠNH PHÚC
Tp. HCM, ngày 13 tháng 1 năm 2018

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Họ tên sinh viên:
Chuyên ngành:
Hệ đào tạo:
Khóa:

Nguyễn Nhật Quang
Lê Văn Tiến
Điện tử cơng nghiệp
Đại học chính quy

2013

MSSV: 13141257
MSSV: 13141362
Mã ngành: 41
Mã hệ:
1
Lớp:
13141DT

I. TÊN ĐỀ TÀI: ĐIỀU KHIỂN, GIÁM SÁT THIẾT BỊ QUA INTERNET
II. NHIỆM VỤ:
1. Các số liệu ban đầu:
- PGS.TS Trần Thu Hà, Giáo trình Điện tử cơ bản, Đại học SPKT Tp.HCM 2013.
- ThS Nguyễn Đình Phú, Giáo trình Vi xử lý, NXB Đại học Quốc gia 2015.
- Huỳnh Thanh Đạt và Hồng Cơng Hải, Điều Khiển Thiết Bị Trong Nhà Thông Minh,
Đồ Án Tốt Nghiệp ĐH, Trường ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật Tp.HCM, 2015.
2. Nội dung thực hiện:
- Thiết kế và thi công mạch điều khiển, mạch cơng śt ngõ ra.
- Viết chương trình cho Arduino Mega 2560.
- Thiết kế giao diện giám sát và điều khiển trên WebSever.
- Thiết kế và thi công hệ thống giám sát bằng Camera.
- Thiết kế, thi công và lập trình khối đo nhiệt độ độ ẩm DHT11, cảm biến ánh sáng.
- Thiết kế, thi cơng mơ hình trạm chờ xe bt, lắp các khối điều khiển vào mơ hình.
- Chỉnh sửa các lỗi điều khiển, lỗi lập trình và lỗi của các thiết bị.
- Chạy thử nghiệm hệ thống, cân chỉnh hệ thống.
- Viết báo cáo đề tài tốt nghiệp .
III. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ:
25/09/2017
IV. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 13/01/2018

V. HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN:
ThS. Nguyễn Trường Duy
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

BM. ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP

ii


TRƯỜNG ĐH. SƯ PHẠM KỸ THUẬT
TP. HỒ CHÍ MINH
KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ
BỘ MƠN ĐIỆN TỬ CƠNG NGHIỆP

CỘNG HỊA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
ĐỘC LẬP - TỰ DO - HẠNH PHÚC
Tp. HCM, ngày 13 tháng 1 năm 2018

LỊCH TRÌNH THỰC HIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Họ tên sinh viên 1: Nguyễn Nhật Quang
Lớp: 13141DT3B
MSSV: 13141257
Họ tên sinh viên 2: Lê Văn Tiến
Lớp: 13141DT1C
MSSV: 13141362
Tên đề tài: ĐIỀU KHIỂN, GIÁM SÁT THIẾT BỊ QUA INTERNET
Tuần/ngày
Tuần 1
Từ 25/09/2017

Nội dung

Xác nhận GVHD

- Gặp GVHD nhận đề tài.
- Viết đề cương chi tiết.

đến 01/10/2017
Tuần 2

- Tìm hiểu các đề tài đã nghiên cứu có liên

Từ 02/10/2017

quan đến điều khiển và giám sát dùng

đến 08/10/2017

Arduino.

Tuần 3
Từ 09/10/2017
đến 15/10/2017
Tuần 4

- Gặp và báo cáo với GVHD về hướng thực
hiện đề tài.
- Thiết kế sơ đồ khối, giải thích chức năng.
- Tìm hiểu về giao tiếp giữa các cảm biến,

Từ 16/10/2017

module và các thiết bị với Arduino.

đến 22/10/2017

- Thiết kế sơ đồ nguyên lý hoạt động của mạch.

Tuần 5

- Lập trình giao tiếp Arduino đơn giản như:

Từ 23/10/2017
đến 29/10/2017

giao tiếp Arduino với các cảm biến.
- Kiểm tra việc thu, nhận tín hiệu giữa Arduino
và các cảm biến.

Tuần 6

- Báo cáo tiến độ cho GVHD.

Từ 30/10/2017

- Tìm hiểu lập trình Web Server, phương thức

đến 05/11/2017

gửi dữ liệu thu thập từ bộ điều khiển lên Web

Server.

Tuần 7

- Báo cáo tiến độ cho GVHD.

iii


Từ 06/11/2017

- Thiết kế mạch công suất ngõ ra

đến 12/11/2017
Tuần 8

- Báo cáo tiến độ cho GVHD.

Từ 13/11/2017

- Lập trình giao tiếp Arduino với module wifi

đến 19/11/2017

ESP8266, kết nối dữ liệu từ các cảm biến lên
Websever.

Tuần 9
Từ 20/11/2017

- Báo cáo tiến độ cho GVHD.
- Phát triển thêm việc gắn camera giám sát.

đến 26/11/2017
Tuần 10
Từ 27/11/2017

- Báo cáo tiến độ cho GVHD.
- Hồn thành mơ hình.

đến 03/12/2017
Tuần 11
Từ 04/12/2017

- Viết báo cáo.
- Kiểm tra hoạt động của hệ thống.

đến 10/12/2017
Tuần 12
Từ 11/12/2017
đến 17/12/2017

- Khắc phục lỗi.
- Hoàn thiện báo cáo, chuẩn bị gặp GVPB và
bảo vệ.
GV HƯỚNG DẪN
(Ký và ghi rõ họ và tên)

iv

MỤC LỤC
Trang bìa .................................................................................................................... i
Nhiệm vụ đồ án ......................................................................................................... ii
Lịch trình ................................................................................................................ iii
Cam đoan ................................................................................................................. v
Lời cảm ơn ............................................................................................................... vi
Mục lục ................................................................................................................... vii
Liệt kê hình vẽ .......................................................................................................... x
Liệt kê bảng vẽ ........................................................................................................ xii
Tóm tắt .................................................................................................................. xiii

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN .......................................................................... 1
1.1. Đặt vấn đề....................................................................................................... 1
1.2. Mục tiêu ......................................................................................................... 1
1.3. Nội dung nghiên cứu ....................................................................................... 1
1.4. Giới hạn .......................................................................................................... 2
1.5. Bố cục ............................................................................................................ 2

CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT .............................................................. 4
2.1 Giới thiệu các thiết bị vào ra sử dụng vào đề tài .............................................. 4
2.2 Giới thiệu phần cứng ....................................................................................... 4
2.2.1 Giới thiệu Arduino Mega 2560 ..................................................................... 4
2.2.2 Cảm biến ánh sáng ....................................................................................... 6
2.2.3 Cảm biến nhiệt độ - độ ẩm DHT11 ............................................................... 6
2.2.4 Module L298n .............................................................................................. 7
2.2.5 Động cơ giảm tốc GA12 – N20 .................................................................... 7
2.2.6 Đèn Led thanh 5050 ..................................................................................... 8
2.2.7 Module ESP8266 ......................................................................................... 8
2.2.8 Module relay ................................................................................................ 9

2.3 Các chuẩn truyền dữ liệu ............................................................................... 11
2.3.1 Giao tiếp Serial - UART ............................................................................. 11
2.3.2 Chuẩn truyền thông SPI.............................................................................. 11

vii


2.4 Tổng quan về Internet ................................................................................... 12
2.4.1 Giới thiệu về Internet.................................................................................. 12
2.4.2 Ngôn ngữ HTML ....................................................................................... 13
2.4.3 Ngôn ngữ CSS ........................................................................................... 14
2.4.4 Ngôn ngữ PHP ........................................................................................... 16
2.4.5 Giới thiệu MYSql & PHPMYADMIN ....................................................... 16
2.4.6 Cơ sỡ dữ liệu .............................................................................................. 18
2.4.7 Tạo bảng trong cơ sở dữ liệu ...................................................................... 18
2.4.8 Các cú pháp sử dụng lệnh cho cơ sở dữ liệu ............................................... 20

CHƯƠNG 3. TÍNH TỐN VÀ THIẾT KẾ. ............................................... 22
3.1 Giới thiệu....................................................................................................... 22
3.2 Tính tốn và thiết kế hệ thống ........................................................................ 22
3.2.1 Thiết kế sơ đồ khối hệ thống ....................................................................... 22
3.2.2 Tính tốn và thiết kế mạch .......................................................................... 23
3.2.3 Sơ đồ nguyên lý của toàn mạch ................................................................... 28

CHƯƠNG 4. THI CÔNG HỆ THỐNG .................................................... 30
4.1 Giới thiệu. ...................................................................................................... 30
4.2 Thi công hệ thống............................................................................................ 30
4.2.1 Thi công bo mạch ......................................................................................... 30
4.2.2 Lắp ráp và kiểm tra ....................................................................................... 32
4.3 Đóng gói và thi cơng mơ hình ......................................................................... 32

4.3.1 Đóng gói bộ điều khiển ................................................................................ 32
4.3.2 Thi cơng mơ hình ......................................................................................... 33
4.4 Lập trình hệ thống ........................................................................................... 34
4.4.1 Lưu đồ giải thuật .......................................................................................... 34
4.4.2 Phần mềm lập trình cho vi điều khiển ........................................................... 34
4.4.3 Phần mềm lập trình Web .............................................................................. 41
4.5 Viết tài liệu hướng dẫn sử dụng, thao tác ......................................................... 47
4.5.1 Viết tài liệu hướng dẫn sử dụng .................................................................... 47
4.5.2 Quy trình thao tác ......................................................................................... 48

ix


CHƯƠNG 5. KẾT QUẢ_NHẬN XÉT_ĐÁNH GIÁ ................................ 49
5.1 Kết quả............................................................................................................ 49
5.2 Kết quả thực nghiệm ....................................................................................... 50
5.3 Nhận xét – đánh giá hệ thống .......................................................................... 54
5.3.1 Nhận xét ....................................................................................................... 54
5.3.2 Đánh giá ....................................................................................................... 55

CHƯƠNG 6. KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN. .......................... 56
6.1 Kết luận........................................................................................................... 56
6.2 Hướng phát triển ............................................................................................. 56

TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................ 57
PHU LỤC

...................................................................................................... 58

ix

LIỆT KÊ HÌNH VẼ
Hình

Trang

Hình 2.1: Board mạch ARDUINO ............................................................................. 5
Hình 2.2: Sơ đồ linh kiện trong Arduino Mega 2560 ................................................. 5
Hình 2.3: Hình ảnh thực tế của cảm biến ánh sáng..................................................... 6
Hình 2.4: Sơ đồ kết nối cảm biến ánh sáng với Arduino Mega 2560 .......................... 6
Hình 2.5: Hình ảnh thực tế của module DHT11 ......................................................... 7
Hình 2.6: Sơ đồ kết nối DHT11 với Arduino Mega 2560 ........................................... 7
Hình 2.7 Hình ảnh thực tế của module L298n. ........................................................... 7
Hình 2.8: Sơ đồ kết nối L298n với Arduino ............................................................... 7
Hình 2.9: Hình ảnh thực tế của động cơ giảm tốc GA12-N20 .................................... 8
Hình 2.10: Sơ đồ kết nối động cơ ,L298 với arduino ................................................. 8
Hình 2.11: Hình ảnh thực tế của led thanh 5050 ........................................................ 8
Hình 2.12: Sơ đồ kết nối led thanh 5050 với Arduino Mega 2560 ............................. 8
Hình 2.13: Hình ảnh thực tế của Esp8266 .................................................................. 9
Hình 2.14: Sơ đồ kết nối Esp8266 với Arduino Mega 2560 ....................................... 9
Hình 2.15: Hình ảnh thực tế của module rơ-le PNP 2 kênh ........................................ 10
Hình 2.16: Hình ảnh thực tế của module rơ-le PNP 1 kênh ........................................ 10
Hình 2.17: Truyền dữ liệu qua lại giữa 2 vi điều khiển .............................................. 11
Hình 2.18: Chuẩn truyền thơng SPI trên Arduino Mega 2560 .................................... 12
Hình 2.19: Giao diện làm việc với cơ sở dữ liệu ........................................................ 17
Hình 2.20: Các bước tạo bảng lưu trữ dữ liệu ............................................................ 19
Hình 3.1: Sơ đồ khối của hệ thống ............................................................................. 22
Hình 3.2: Sơ đồ ngun lí kết nối khối động cơ với arduino ...................................... 24
Hình 3.3: Sơ đồ nguyên lí kết nối khối truyền nhận tín hiệu với arduino.................... 25

Hình 3.4: Sơ đồ ngun lí cảm biến với arduino ........................................................ 26
Hình 3.5: Sơ đồ ngun lí tồn hệ thống .................................................................... 28
Hình 4.1: Sơ đồ mạch in lớp dưới mạch điều khiển ................................................... 30
Hình 4.2: Sơ đồ bố trí linh kiện mạch điều khiển ....................................................... 31
Hình 4.3: Mơ hình thực tế trạm xe bt thơng minh .................................................. 33
Hình 4.4: Lưu đồ hồn chỉnh của hệ thống chỉnh ....................................................... 34
Hình 4.5: Giao diện mơi trường lập trình cho Arduino .............................................. 35
x


Hình 4.6: Nhấp vào Windows Zip file for non admin install ...................................... 36
Hình 4.7: Nhấp vào JUST DOWNLOAD để tải phần mềm ....................................... 36
Hình 4.8: Giao diện của Arduino IDE ........................................................................ 37
Hình 4.9: Các nút lệnh thường dùng .......................................................................... 37
Hình 4.10: Giao diện Examples menu arduino IDE ................................................... 38
Hình 4.11: Giao diện Tool Menu Arduino IDE .......................................................... 38
Hình 4.12: Board Arduino sử dụng ............................................................................ 39
Hình 4.13: Chạy file Set-up.exe ................................................................................. 42
Hình 4.14: Chọn try ................................................................................................... 42
Hình 4.15: Chọn ngơn ngữ và nhấn accept ................................................................ 43
Hình 4.16: Vào Crack copy file amtlib.dll ................................................................. 43
Hình 4.17: Tạo Project mới ....................................................................................... 44
Hình 4.18: Chọn ngơn ngữ để viết ............................................................................. 45
Hình 4.19: Giao diện vùng biên soạn chương trình .................................................... 45
Hình 4.20: Giao diện trang đăng nhập của Web ......................................................... 47
Hình 4.21: Lưu đồ hướng dẫn thao tác điều khiển ..................................................... 48
Hình 5.1: Giao diện đăng nhập của web..................................................................... 50
Hình 5.2: Giao diện trang chủ của web ...................................................................... 51
Hình 5.3: Giao diện trang Điều khiển ........................................................................ 51
Hình 5.4: Nhấn vào 2 nút bật đèn .............................................................................. 52

Hình 5.5: Đèn đã được bật ......................................................................................... 52
Hình 5.6: Trạng thái đèn được hồi tiếp về website ..................................................... 53
Hình 5.7: Giao diện trang giám sát ............................................................................ 53
Hình 5.8: Quan sát trạm xe buýt ................................................................................ 54

xi


LIỆT KÊ BẢNG
Bảng

Trang

Bảng 2.1: Một số thẻ HTML cơ bản thường được dùng……………………..…….14
Bảng 2.2: Một số thuộc tính cơ bản trong CSS ...………………………………….19
Bảng 3.1: So sánh thông số hoạt động của một số loại vi điều khiển...……………20
Bảng 3.2: Dòng điện của các linh kiện sử dụng trong mạch 5V………………...…27
Bảng 3.3: Dòng điện của các linh kiện sử dụng trong mạch nguồn 12V..…...……27
Bảng 4.1: Danh sách các linh kiện …………………………………………..……31
Bảng 5.1: Số liệu thực nghiệm ……………………………………………….........55

xii


TĨM TẮT
Ngày nay với sự phát triển khơng ngừng của khoa học và công nghệ với những
ứng dụng của khoa học kỹ thuật tiên tiến, thế giới chúng ta đã và đang ngày một thay
đổi, văn minh và hiện đại hơn. Sự phát triển của kỹ thuật điện tử đã tạo ra hàng loạt
những thiết bị với các đặc điểm nổi bật như sự chính xác cao, tốc độ nhanh, gọn nhẹ
là những yếu tố rất cần thiết cho hoạt động của con người đạt hiệu quả cao. Một trong

những ứng dụng quan trọng trong công nghệ điện tử là kỹ thuật điều khiển từ xa. Nó
đã góp phần rất lớn trong việc điều khiển các thiết bị từ xa hay những thiết bị mà con
người không thể trực tiếp chạm vào để vận hành điều khiển.
Nhìn chung các năm trước, đề tài điều khiển thông minh được các sinh viên
thực hiện xoay quanh các nội dung như: Điều khiển qua tin nhắn điện thoại và điều
khiển bằng tần số vô tuyến, bằng tia hồng ngoại nhưng các phương pháp này phụ
thuộc khoảng cách, chỉ có tác dụng trong một phạm vi hẹp, dễ bị nhiễu trong khi sử
dụng. Do đó “Hệ thống điều khiển và giám sát thiết bị qua Internet” là một nhu cầu
hết sức cần thiết và đây chính là lý do mà nhóm nghiên cứu quyết định chọn đề tài
này. Đề tài này không những là một thực tại khách quan mà nó còn đóng vai trò đặc
biệt quan trọng thực sự ở hiện tại cũng như trong tương lai sau này.

xiii


CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN

Chương 1. TỔNG QUAN
1.1.

ĐẶT VẤN ĐỀ
Hiện nay đất nước ta đang chuyển mình theo sư phát triển chung của thế giới và

khu vực bằng nền sản xuất đa dạng và đầy tiềm năng. Trong đó việc ứng dụng máy tính
vào kỹ thuật điều khiển đã đem lại những kết quả đầy tính ưu việc. Các thiết bị, hệ thống
đo lường và điều khiển ghép nối với máy tính có độ chính xác cao, thời gian thu thập số
liệu ngắn. Và với sự phát triển vượt bậc của cơng nghệ truyền thơng Internet thì việc
ứng dụng các kỹ thuật đó ngày càng phát triển khơng ngừng.
Nhìn chung các năm trước, đề tài điều khiển thiết bị qua internet thực hiện xoay
quanh ngơi nhà thơng minh. Do đó “Hệ thống điều khiển và giám sát thiết bị qua

Internet” của chúng em sẽ được ứng dụng ở trạm xe buýt để cho thấy sự mới mẻ cũng
như ứng dụng rộng rãi của Internet đến đời sống hàng ngày. Đề tài này khơng những là
một thực tại khách quan mà nó còn đóng vai trò đặc biệt quan trọng thực sự ở hiện tại
cũng như trong tương lai sau này.

1.2.

MỤC TIÊU
Mục tiêu mà nhóm thực hiện sẽ bao gồm các nội dung chính là thiết kế và thi cơng

được mơ hình trạm xe buýt thông minh điều khiển và giám sát các thiết bị, cảm biến qua
internet, quan sát hình ảnh qua camera giám sát trên webserver. thiết kế và thi công bảng
quảng cáo trong trạm chờ xe buýt.

1.3.

NỘi DUNG NGHIÊN CỨU

 NỘI DUNG 1: Tìm hiểu ngơn ngữ html và cách tạo webserver.
 NỘI DUNG 2: Viết chương trình vi điều khiển nhận tín hiệu điều khiển qua web.
 NỘI DUNG 3: Kết nối phần cứng giữa vi điều khiển với module ESP8266, đèn và
động cơ.
 NỘI DUNG 4: Thiết kế, thi cơng, lập trình các cảm biến.
 NỘI DUNG 5: Thiết kế, thi cơng mơ hình trạm chờ xe buýt.
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP

1


CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN

 NỘI DUNG 6: Chạy thử nghiệm và cân chỉnh hệ thống.
 NỘI DUNG 7: Viết báo cáo đề tài.

1.4.

GIỚI HẠN

 Mơ hình được xây dựng chủ yếu từ foam và sắt.
 Kích thước: 50cm*30cm.
 Sử dụng một board Arduino Mega 2560 để làm khối điều khiển trung tâm cho mỗi
trạm.
 Điều khiển các thiết bị qua mạng Internet (tại những nơi có kết nối internet hoặc
3G).
 Sử dụng hai động cơ để chạy bảng quảng cáo.
 Sử dụng hai cảm biến là DHT11 và cảm biến ánh sáng dùng quang trở.

1.5.

BỐ CỤC
Với đề tài: “Hệ thống điều khiển và giám sát thiết bị qua Internet” thì bố cục đồ án

như sau:
 Chương 1: Tổng Quan.
Chương này trình bày đặt vấn đề dẫn nhập lý do chọn đề tài, mục tiêu của đề tài,
nội dung nghiên cứu, các giới hạn thông số và bố cục đề tài.
 Chương 2: Cơ Sở Lý Thuyết.
Chương này trình bày giới thiệu phần cứng của hệ thống điều khiển, các chuẩn
giao tiếp trong quá trình truyền – nhận dữ liệu.
 Chương 3: Tính Tốn Thiết Kế.
Chương này trình bày về cách tính tốn, sơ đồ khối, sơ đồ ngun lý của các bo

mạnh của hệ thống: mạch điều khiển trung tâm, mạch nguồn cung cấp điện áp – dòng
điện cho cả hệ thống.
 Chương 4: Thi Cơng Hệ Thống

BỘ MƠN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP

2


CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN
Chương này trình bày về sơ đồ mạch in PCB, cách lập trình, cách kiểm tra các
mạch của tồn bộ hệ thống. Bên cạnh đó là hình ảnh thực tế, cũng như các kết quả mà
hệ thống có tính đến thời điểm hiện tại
 Chương 5: Kết Quả, Nhận Xét và Đánh Giá
Chương này trình bày các kiến thức, cũng như các kỹ năng mà nhóm có được sau
khi thực hiện đề tài như: sử dụng các cảm biến, truyền – nhận thông tin qua wifi, điều
khiển các thiết bị bằng bo Arduino Mega 2560 và giám sát – điều khiển trên website.
 Chương 6: Kết Luận và Hướng Phát Triển
Chương này trình bày những kết quả mà đề tài đạt được, đồng thời đưa ra hướng
phát triển để có được một đề tài hồn thiện và đáp ứng được nhu cầu cho cuộc sống hiện
đại như ngày nay.

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP

3


CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT

Chương 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT

2.1

GIỚI THIỆU CÁC THIẾT BỊ VÀO RA SỬ DỤNG VÀO ĐỀ TÀI

 Thiết bị điều khiển trung tâm: Arduino Mega 2560.
 Các chuẩn truyền dữ liệu: UART, SPI.
 Thiết bị đầu vào: cảm biến ánh sáng dùng quang trở, DHT11, camera.
 Thiết bị đầu ra: LM298n; thiết bị công suất: động cơ DC, đèn 220V; thiết bị giao
tiếp công suất: transistor, relay.
 Thiết bị giao diện điều khiển: Laptop.
 Web sever – giao diện người dùng.

2.2

GIỚI THIỆU PHẦN CỨNG

2.2.1 Giới thiệu về ARDUINO MEGA 2560
Trong những năm gần đây, sự phát triển mạnh mẽ của Arduino đã cho thấy tầm
ảnh hưởng rất nhiều tới thế giới hiện tại, với cộng đồng mạng hỗ trợ, thư viện hỗ trợ hầu
hết các Module, các sản phẩm thiết bị ngoại vi khác, thấy được sự quan trọng và phù
hợp yêu cầu trong đề tài này, nên chọn ARDUINO.
Arduino Mega 2560 sử dụng vi điều khiển Atmega 2560 cho số ngoại vi, các chuẩn
giao tiếp và số chân nhiều nhất, bộ nhớ rất lớn (256kb) có thể mở rộng thêm số chân.
Board có cấu trúc tương thích với các board mạch như Uno.Và sử dụng điện áp 5VDC.

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP

4

CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT

Hình 2.1: Board mạch ARDUINO.
Arduino được sử dụng trong đề tài này là Arduino Mega 2560 với thiết kế phần
cứng bao gồm 54 chân digital (15 chân có thể sử dụng như các chân PWM), 16 đầu vào
analog, 4 UARTs (Cổng nối tiếp phần cứng), 1 thạch anh 16 MHz, 1 cổng kết nối USB,
1 jack cắm điện, 1 đầu ICSP, 1 nút reset.
Ngoài ra Arduino Mega 2560 cơ bản là giống với Arduino Uno R3 mà ta vẫn
thường hay sử dụng, chỉ khác về số chân và tính năng, do đó ta có thể lập trình tương tự
như lập trình cho Arduino Uno R3.

Hình 2.2: Sơ đồ linh kiện trong Arduino Mega 2560.

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP

5


CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT

2.2.2 Cảm biến ánh sáng
Cảm biến ánh sáng sử dụng quang trở có khả năng thay đổi điện trở theo cường độ
ánh sáng chiếu vào. Thiết kế đơn giản nhưng hiệu quả và độ tin cậy cao, độ nhiễu thấp
do được thiết kế mạch lọc tín hiệu trước khi so sánh với ngưỡng.

Hình 2.3: Hình ảnh thực tế của cảm

Hình 2.4: Sơ đồ kết nối cảm biến ánh

biến ánh sáng.

sáng với Arduino Mega 2560.

2.2.3 Cảm biến nhiệt độ - độ ẩm DHT11
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. Nguyên lý hoạt động cảm biến nhiệt độ dựa trên mối quan hệ giữa vật liệu kim
loại và nhiệt độ. Khi nhiệt độ là 0 độ C thì điện trở là 100Ω, điện trở của kim loại tăng
khi nhiệt độ tăng lên và ngược lại. Ưu điểm của cảm biến nhiệt độ là sử dụng đầu dò
bằng bạch kim, không bị ăn mòn, rất nhạy với nhiệt độ, hoạt động ổn định.
Trong đề tày này, nhóm thực hiện đã chọn loại cảm biến nhiệt độ, độ ẩm DHT11,
đây là 1 trong những module đo nhiệt độ - độ ẩm được sử dụng khá rộng rãi hiện nay
bởi giá trị đo được khá chính xác, sai số cho phép nhỏ và giá thành thấp.

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP

6


CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT

Hình 2.5: Hình ảnh thực tế của module

Hình 2.6: Sơ đồ kết nối DHT11 với

DHT11.

Arduino Mega 2560.

2.2.4 Module L298N

Mạch điều khiển động cơ DC L298N có khả năng điều khiển hai động cơ DC,
dịng tối đa 2A mỗi động cơ, mạch tích hợp diode bảo vệ và IC nguồn 7805 giúp cấp
nguồn 5VDC cho các module khác sử dụng

Hình 2.7 Hình ảnh thực tế của module
L298n.

Hình 2.8: Sơ đồ kết nối L298n với
Arduino.

2.2.5 Động cơ giảm tốc GA12-N20
Động cơ giảm tốc GA12-N20 với kích thước và trọng lượng nhỏ, gọn thuận tiện
cho việc mô phỏng được dùng trong các mạch mô phỏng điều khiển tốc độ động cơ,
điều khiển quay thuận nghịch,… Động cơ giảm tốc GA12-N20 là loại động cơ cho phép
điều khiển một cách khá chính xác.

BỘ MƠN ĐIỆN TỬ CƠNG NGHIỆP

7


CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT

Hình 2.9: Hình ảnh thực tế của động

Hình 2.10: Sơ đồ kết nối động cơ ,L298 với
arduino.

cơ giảm tốc GA12-N20.

2.2.6 Đèn Led thanh 5050
Led thanh 5050 sử dụng loại led SMD 5050 nên rất sáng và thật với cơng śt chỉ
có 12W, sử dụng chất liệu nhơm nên lượng nhiệt tỏa ra ít làm tăng độ bền cho bóng,
khơng phát ra bức xạ tia cực tím, hồng ngoại có hại, thân thiện với mơi trường, được
làm từ nhôm nên tản nhiệt tốt, gọn nhẹ dể vận chuyển.

Hình 2.11: Hình ảnh thực tế của led

Hình 2.12: Sơ đồ kết nối led thanh 5050

thanh 5050

với Arduino Mega 2560.

2.2.7 Module ESP8266
Chip ESP8266 được phát triển bởi Espressif để cung cấp giải pháp giao tiếp Wifi
cho các thiết bị IoT. Điểm đặc biệt của dòng ESP8266 là nó được tích hợp các mạch RF
như balun, antenna switches, TX power amplifier và RX filter ngay bên trong chip với
kích thước rất nhỏ chỉ 5x5mm nên các board sử dụng ESP8266 khơng cần kích thước
board lớn cũng như khơng cần nhiều linh kiện xung quanh. Ngoài ra, giá thành của
ESP8266 cũng rất thấp đủ để hấp dẫn các nhà phát triển sản phẩm.
Cấu trúc phần cứng của dịng chip ESP8266 có thể tóm tắt như sau:
BỘ MƠN ĐIỆN TỬ CƠNG NGHIỆP

8


CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT


Sử dụng 32-bit MCU core có tên là Tensilica.



Tốc độ system clock có thể set ở 80MHz hoặc 160MHz.



Khơng tích hợp bộ nhớ Flash để lưu chương trình.



Tích hợp 50KB RAM để lưu dữ liệu ứng dụng khi chạy.



Có đầy đủ các ngoại vi chuẩn đê giao tiếp như 17 GPIO, 1 Slave SDIO, 3 SPI, 1
I2C, 1 I2S, 2 UART, 2 PWM.



Tích hợp các mạch RF để truyền nhận dữ liệu ở tần số 2.4GHz.



Hỗ trợ các hoạt động truyền nhận các IP packages ở mức hardware như
Acknowledgement, Fragmentation và Defragmentation, Aggregation, Frame
Encapsulation v.v… (và phần stack TCP/IP sẽ được thực hiện trên firmware của
ESP8266).

Hình 2.13: Hình ảnh thực tế của

Hình 2.14: Sơ đồ kết nối Esp8266 với

Esp8266.

Arduino Mega 2560.

2.2.8 Module Relay( rơ-le)
Một module rơ-le được tạo nên bởi 2 linh kiện thụ động cơ bản là rơ-le và transistor,
nên module rơ-le có những thơng số của chúng. Rơ-le bình thường gồm có 6 chân. Trong
đó có 3 chân để kích, 3 chân còn lại nối với đồ dùng điện công suất cao.
- Ba chân dùng để kích:
+ Chân (+): cấp hiệu điện thế kích tối ưu vào chân này.
+ Chân (-) : nối với cực âm.
+ Chân (S): chân tín hiệu, tùy vào loại module rơ-le mà nó sẽ làm nhiệm vụ kích rơ-le.
+ Nếu bạn đang dùng module rơ-le kích ở mức cao và chân S bạn cấp điện thế dương
vào thì module rơ-le của bạn sẽ được kích, ngược lại thì khơng. Tương tự với module
rơ-le kích ở mức thấp.
BỘ MƠN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP

9


CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT
- Ba chân còn lại nối với đồ dùng điện công suất cao:
+ Chân COM: chân nối với 1 chân bất kỳ của đồ dùng điện, nhưng mình khuyên bạn
nên mắc vào đây chân lửa (nóng) nếu dùng hiệu điện thế xoay chiều và cực dương nếu
là hiệu điện một chiều.
+ ON hoặc NO: chân này bạn sẽ nối với chân lửa (nóng) nếu dùng điện xoay chiều và

cực dương của nguồn nếu dòng điện một chiều.
+ OFF hoặc NC: chân này bạn sẽ nối chân lạnh (trung hòa) nếu dùng điện xoay chiều
và cực âm của nguồn nếu dùng điện một chiều.

Hình 2.15: Hình ảnh thực tế của module

Hình 2.16: Hình ảnh thực tế của module

rơ-le PNP 2 kênh.

rơ-le PNP 1 kênh.

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP

10


CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT

2.3

CÁC CHUẨN TRUYỀN DỮ LIỆU

2.3.1 Giao tiếp Serial – UART
UART là viết tắt của Universal Asynchronous Receiver – Transmitter Là kiểu
truyền thông tin nối tiếp khơng đồng bộ thường là một mạch tích hợp. Mục đích của
UART là để truyền tín hiệu qua lại lẫn nhau (ví dụ truyền tín hiệu từ Laptop vào Modem
hay ngược lại) hay truyền từ vi điều khiển tới vi điều khiển, từ laptop tới vi điều khiển.

Hình 2.17: Truyền dữ liệu qua lại giữa 2 vi điều khiển.

2.3.2 Chuẩn truyền thông SPI
SPI (Serial Peripheral Bus) là một chuẩn truyền thông nối tiếp tốc độ cao do hang
Motorola đề xuất. Đây là kiểu truyền thơng Master-Slave, trong đó có một chip Master
điều phối q trình tuyền thơng và các chip Slaves được điều khiển bởi Master vì thế
truyền thơng chỉ xảy ra giữa Master và Slave. SPI là một cách truyền song công (full
duplex) nghĩa là tại cùng một thời điểm q trình truyền và nhận có thể xảy ra đồng thời.
SPI đôi khi được gọi là chuẩn truyền thông “4 dây” vì có bốn đường giao tiếp trong
chuẩn này đó là SCK (Serial Clock), MISO (Master Input Slave Output), MOSI (Master
Ouput Slave Input) và SS (Slave Select).
SCK: Xung giữ nhịp cho giao tiếp SPI, vì SPI là chuẩn truyền đồng bộ nên cần
một 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 q 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.

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP

11


CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT
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.
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 một

đường SS trên mỗi Slave nhưng có thể có nhiều đường điều khiển SS trên Master, tùy
thuộc vào thiết kế của người dùng.

Hình 2.18: Chuẩn truyền thông SPI trên Arduino Mega 2560.

2.4

TỔNG QUAN VỀ INTERNET

2.4.1 Giới thiệu về internet
Internet là “một hệ thống thông tin tồn cầu” có thể được truy cập cơng cộng giữa
các máy tính được liên kết với nhau. TCP/IP là toàn bộ giao thức cho phép kết nối các
hệ thống mạng không đồng nhất với nhau. Ngày nay TCP/IP được sử dụng rộng rãi
trong mạng cục bộ cũng như mạng tồn cầu. TCP/IP được xem như giản lược của mơ
hình tham chiếu OSI với 4 tầng như sau:
 Tầng liên kết (Datalink Layer).
 Tầng mạng (Internet Layer).
 Tầng giao vận (Transport Layer).
 Tầng ứng dụng (Application Layer).

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP

12


CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT
Phương thức hoạt động của TCP/IP:
Khi truyền dữ liệu, quá trình tiến hành từ tầng trên xuống tầng dưới (tầng ứng dụng
truyền xuống tầng liên kết), qua mỗi tầng dữ liệu được thêm vào thông tin điều khiển
Header. Khi nhận dữ liệu thì qua trình này sẽ xảy ra ngược lại. Dữ liệu được truyền từ

tầng dưới lên tầng trên (tầng liên kết truyền lên tầng ứng dụng) và qua mỗi tầng thì phân
Header tương ứng se được lấy đi và khi đến tầng cuối cùng thì dữ liệu khơng cịn phần
Header nữa.

2.4.2 Ngơn ngữ HTML
HTML là chữ viết tắt của cụm từ Hyper Text Markup Language (Ngôn ngữ đánh
dấu siêu văn bản) được sử dụng để tạo một trang web, trên một website có thể sẽ chứa
nhiều trang và mỗi trang được quy ra là một tài liệu HTML .
Một tài liệu HTML được hình thành bởi các phần tử HTML (HTML Elements)
được quy định bằng các cặp thẻ (tag), các cặp thẻ này được bao bọc bởi một dấu ngoặc
ngọn (ví dụ <html>) và thường là sẽ được khai báo thành một cặp, bao gồm thẻ mở và
thẻ đóng (ví <strong> dụ </strong> và ). Các văn bản muốn được đánh dấu bằng HTML
sẽ được khai báo bên trong cặp thẻ (ví dụ <strong>Đây là chữ in đậm</strong>). Nhưng
một số thẻ đặc biệt lại khơng có thẻ đóng và dữ liệu được khai báo sẽ nằm trong các
thuộc tính (ví dụ như thẻ <img>).
Một tập tin HTML sẽ bao gồm các phần tử HTML và được lưu lại dưới đuôi mở
rộng là .html hoặc .htm.
Dưới đây là cấu trúc cơ bản của đoạn văn bản HTML:
<html>
<head>
<title>Đây là thẻ đánh dấu tiêu đề trang web</title>
<!-- Comment: Các thông tin khai báo, các thông tin ẩn -->
</head>
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP

13