Thiết kế mạch đo nhiệt độ truyền thông về máy tính qua wifi hiển thị thời gian

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
VIỆN ĐIỆN

ĐỒ ÁN THIẾT KẾ
ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ MẠCH ĐO NHIỆT ĐỘ TRUYỀN THÔNG VỀ MÁY TÍNH QUA WIFI VÀ HIỂN THỊ THỜI
GIAN THỰC


Nội dung báo cáo

I. TỔNG QUAN VỀ WEB SERVER

II. CẤU HÌNH HỆ THỐNG

III. THIẾT KẾ HỆ THỐNG

IV. KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM

V. KẾT LUẬN


I. Tổng quan về Web Server

1

2

Khái niệm

Chức năng

3

Cấu trúc
hệ thống


1. Khái niệm



Web server là phần mềm máy chủ, hoặc phần cứng dành riêng để chạy các phần mềm hoặc trang web trên máy chủ, để từ đó có thể
cung cấp các dịch vụ World Wide Web.



Web server xử lí các yêu cầu (request) từ các client (trong mơ hình server - client) thông qua giao thức HTTP và một số giao thức
liên quan khác.


2. Chức năng



Chức năng cơ bản nhất của Web server là lưu trữ, xử lí và phân phối nội dung các trang web đến client; cụ thể ở đây là máy tính người dùng,
hay cịn gọi là client trong mơ 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 Web server 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.


3. Cấu trúc hệ thống




Hệ thống đo thu nhập dữ liệu nhiệt độ môi trường dựa trên mạng truyền thông không dây Wifi.

Cấu trúc hệ thống giám sát nhiệt độ môi trường :


II. Cấu hình hệ thống

1

2

3

3

Giới thiệu về cơng
nghệ khơng dây Wifi

Giao thức HTTP

Giao thức NTP

Asynchronous HTTP
Server


1. Giới thiệu về công nghệ Wifi
1.1. Khái niệm



Wi-Fi là một họ các giao thức mạng không dây, dựa trên các tiêu chuẩn của họ IEEE 802.11, được sử dụng rộng rãi trong việc kết nối không dây
của thiết bị trong mạng nội bộ và việc kết nối Internet, cho phép các thiết bị điện tử trong phạm vi ngắn chia sẻ dữ liệu thơng qua sóng vô tuyến.



Trong các công nghệ như: Bluetooth, Bluetooth Low Energy, WiFi và ZigBee, Wifi là một công nghệ mạng không dây được đề xuất như một giải
pháp cơ sở hạ tầng thích hợp trong việc xây dựng mạng cảm biến cho các ứng dụng.


1. Giới thiệu về công nghệ Wifi
1.2. Các ứng dụng điển hình



Ngày nay, WiFi được sử dụng phổ biến trong các hệ thống mạng máy tính trên thế giới, như trong các hộ gia đình, văn phịng làm việc cho việc
kết nối các máy tính bàn, laptop, tablet, điện thoại thông minh, máy in,... mà không cần đến cáp mạng, cũng như việc kết nối Internet cho các
thiết bị này.



Các địa điểm công cộng như như sân bay, quán café, thư viện hoặc khách sạn cũng được bố trí WiFi để phục vụ nhu cầu kết nối Internet cho các
thiết bị di động, khi các thiết bị đó nằm trong khu vực có sóng của những hệ thống WiFi này.


2. Giao thức HTTP



HTTP (HyperText Transfer Protocol - Giao thức truyền tải siêu văn bản) là một giao thức lớp ứng dụng cho các hệ thống thông tin siêu phương
tiện phân tán, cộng tác. 



HTTP là nền tảng của truyền thông dữ liệu cho World Wide Web, nơi siêu văn bản tài liệu bao gồm các siêu liên kết đến các tài nguyên khác mà
người dùng có thể dễ dàng truy cập, ví dụ bằng một con chuột nhấp chuột hoặc bằng cách chạm vào màn hình trong một trình duyệt web.



HTTP Request Method chỉ phương thức được nhận diện bởi Request-URI đã cung cấp. Khi nhận và phiên dịch một HTTP Request, Server sẽ gửi tín
hiệu phản hồi là một HTTP Response


3. Giao thức NTP



NTP (Network Time Protocol - Giao thức đồng bộ thời gian mạng) là một giao thức để đồng bộ đồng hồ của các hệ thống máy tính thơng qua mạng
dữ liệu chuyển mạch gói với độ trễ biến đổi.



NTP sử dụng kiến trúc phân cấp, phân lớp cho các cấp nguồn đồng bộ, mỗi một cấp trong phân cấp này được gọi là một "statum' và được gán một số
của cấp bắt đầu từ 0 là cấp cao nhất. Cấp stratum chỉ ra nó đã qua bao nhiêu trung gian để đến được cấp tham chiếu và cấp stratum cũng giúp tránh
tham chiếu vòng trong phân cấp.


4. Asynchronous HTTP Server



Các ứng dụng web cũ có tính chất đồng bộ. Người dùng tương tác với giao diện web được trình bày trong trình duyệt, trình duyệt tạo yêu cầu trở lại
server dựa trên tương tác của người dùng đó và server đáp ứng các yêu cầu đó bằng bản trình bày mới cho người dùng - về cơ bản là một q trình
đồng bộ.



Asynchronous Web, có thể cung cấp các thay đổi trình bày tự phát cho người dùng khi trạng thái của một hệ thống động thay đổi, mà không cần
người dùng tương tác với giao diện.



Để đạt được Asynchronous Web, cần có khả năng gửi phản hồi trở lại trình duyệt một cách tự nhiên, cần phải thao tác cơ chế yêu cầu / phản hồi để
đạt được hiệu quả mong muốn.


III. Thiết kế hệ thống

1

Phần
cứng

2

Phần mềm


1. Phần cứng



Mạch cảm biến là thiết bị giao tiếp với cảm biến được lắp đặt tại các vị trí làm việc ở xa để thu nhập dữ liệu và truyền dữ liệu thu nhập được đến
máy tính. Phần cứng bao gồm: Khối nguồn, Module thu phát Wifi ESP8266, cảm biến nhiệt độ.



Sơ đồ khối mạch cảm biến :


1. Phần cứng
1.1. Thiết kế khối nguồn



Trong thiết kế, một adapter nguồn 

5V-1A cung cấp nguồn cho toàn bộ mạch
 điều khiển.



Trên board mạch điều khiển, nguồn 3.3V cấp cho module ESP8266 và
cảm biến nhiệt độ TCN75A. 



NCP1117ST33T3G: IC nguồn LDO

điều chỉnh điện áp ra 3,3V DC.

•

Dải áp đầu vào: 5-9V

•

Điện áp đầu ra: 3,3V

•

Dịng điện đầu ra:800 mA

•

Dải nhiệt độ hoạt động: 0C - 125ºC.


1. Phần cứng

1.2. Thiết kế khối cảm biến nhiệt độ



Với u cầu đo nhiệt độ trong mơi trường khơng khí, cảm biến nhiệt độ TCN75A được lựa chọn sử dụng cho Mạch cảm biến.



TCN75A có kích thước vơ cùng nhỏ gọn, thời gian phản hồi nhanh chóng, chính xác.
Thơng số kỹ thuật:

•

Nguồn: 2,7 – 5,5 VDC.

•

Dịng sử dụng: 200uA max 

(khi truyền dữ liệu).

•

Đo tốt ở nhiệt độ -40 - 125°C sai số ±1°C.


1. Phần cứng
1.3. Thiết kế khối Module thu phát Wifi ESP8266





Modul Wifi ESP8266:
ESP8266, hay gọi đầy đủ là ESP8266EX là một vi mạch Wi-Fi giá rẻ, có hỗ trợ bộ giao thức TCP/IP và có thể tích hợp vào thành phần của vi
điều khiển.



Bộ xử lý: Lõi vi xử lý L106 32-bit RISC dựa trên Tiêu chuẩn Tensilica Xtensa Diamond, hoạt động ở tần số 80 MHz



IEEE 802.11 b/g/n Wi-Fi


1. Phần cứng
1.3. Thiết kế khối Module thu phát Wifi ESP8266



Chức năng: Khối module ESP8266 có nhiệm vụ giao tiếp với cảm biến đọc giá trị nhiệt độ sau đó thiết lập Web Server hiển thị giá trị
nhiệt độ theo thời gian thực.


1. Phần cứng
1.4. Thiết kế khối phụ trợ



Khối mạch nạp: Vi xử lý được nạp chương trình bằng mạch nạp USB CH340. Khi nạp code cho ESP8266 chỉ cần 4 chân là nRST ,

FLASH, RXD, TXD.



Khối reset: Dùng để khởi động lại vi xử lý khi cần thiết


2. Phần mềm
2.1. Lập trình cho ESP8266



ESP8266 được lập trình bằng phần mềm “Arduino IDE” version 1.8.16, thư viện lập
trình là ESP8266. Nạp code và debug mạch sử dụng mạch nạp USB CH340.



Mạch nạp tích hợp chip chính PL2303HX cho phép nạp và debug qua UART và có đầy
đủ tính năng giao tiếp USB với máy tính.


2. Phần mềm
2.2. Xây dựng Web Page





Trang web hiển thị một Heading và 3 Paragraph, có một Paragraph để hiển thị nhiệt độ và 2 Paragraph khác để hiển thị ngày giờ.
Ngồi ra cịn có 3 biểu tượng để tạo kiểu cho trang.

Chọn icon từ Font Awesome Icons website, sau đó coppy HTML vào code.


IV. Kết quả thực nghiệm

1

Kết quả thiết kế
trên phần mềm
Altium

2

Kết quả vận
hành thực tế


1. Kết quả thiết kế trên phần mềm Altium

Mạch mạch nguyên lý và mạch in PCB của sản phẩm được thiết kế trên phần mềm Altium Designer version 15.0.14. Mạch in PCB được thiết kế 2 lớp.


2. Kết quả vận hành thực tế

•

Đo được các thơng số nhiệt độ.

•

Hiển thị được thơng tin lên Web Page.

•

Hệ thống cập nhật thông số đều đặn.


2. Kết quả vận hành thực tế

Dưới đây là một số hình ảnh của sản phẩm do chúng em lắp đặt thử nghiệm.