Thi công hệ thống điều khiển, giám sát thiết bị trong nhà sử dụng công nghệ LORA

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

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
NGÀNH KỸ THUẬT ÐIỆN TỬ TRUYỀN THÔNG

THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG HỆ THỐNG ÐIỀU KHIỂN,
GIÁM SÁT CÁC THIẾT BỊ TRONG NHÀ SỬ DỤNG CÔNG NGHỆ LORA

GVHD: TRẦN THU HÀ
SVTH : LÊ ÐẠI MINH
MSSV: 14141193
SVTH : TRƯƠNG ÐỨC HOÀNG LONG
MSSV: 14141175

SKL005426

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 12/2018


TRƯỜNG ĐH SPKT TP. HỒ CHÍ MINH

CỘNG HỊA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Họ tên sinh viên:

Chuyên ngành:

Hệ đào tạo:
Khóa:
I. TÊN ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN,
GIÁM SÁT CÁC THIẾT BỊ TRONG NHÀ SỬ DỤNG CÔNG NGHỆ LORA.
II. NHIỆM VỤ
1. Các số liệu ban đầu:


Module NodeMCU Esp8266.



Module Lora SX1278 AS32-TTL-100.



Arduino Uno.

2. Nội dung thực hiện:


Thiết kế giao diện để điều khiển và giám sát: Websever, WPF, Android.



Viết chương trình giao tiếp giữa các module để điều khiển các thiết bị điện.



Thi cơng mơ hình.



Viết báo cáo.

III. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ:

10/09/2018

IV. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ:

31/12/2018

V. HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: PGS.TS. Trần Thu Hà
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

BM. ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH

i


TRƯỜNG ĐH SPKT TP. HỒ CHÍ MINH

CỘNG HỊA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ

ĐỘC LẬP - TỰ DO - HẠNH PHÚC

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH

----o0o---Tp. HCM, ngày 20 tháng 12 năm 2018

LỊCH TRÌNH THỰC HIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Họ tên sinh viên 1: Lê Đại Minh
Lớp:

14141DT3B

MSSV: 14141193

Họ tên sinh viên 2: Trương Đức Hoàng Long
Lớp:

14141DT3A

MSSV: 14141175

Tên đề tài: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN, GIÁM SÁT
CÁC THIẾT BỊ TRONG NHÀ SỬ DỤNG CÔNG NGHỆ LORA
Tuần/ngày
Tuần 1
10/9 – 16/9
Tuần 2
17/9 – 23/9
Tuần 3
24/9 – 30/9
Tuần 4
7/10 – 13/10
Tuần 5

14/10 – 20/10
Tuần 6
21/10 – 27/10
Tuần 7
28/10 – 5/11
Tuần 8
6/11 – 12/11
Tuần 9
13/11 – 19/11
Tuần 10
20/11 – 26/11


Tuần 11
27/11 – 3/12


Tuần 12
4/12 – 10/12
Tuần 13-16
11/12 – 31/12

GV HƯỚNG DẪN
(Ký và ghi rõ họ và tên)


iii


LỜI CAM ĐOAN

Đề tài này là do nhóm em tự thực hiện dựa vào một số tài liệu trước đó và
khơng sao chép từ tài liệu hay cơng trình đã có trước đó.
Người thực hiện đề tài
Lê Đại Minh – Trương Đức Hoàng Long

iv


LỜI CẢM ƠN
Để hoàn thành đề tài nghiên cứu này, lời đầu tiên cho phép chúng em được gửi
lời cảm ơn chân thành đến tồn thể q thầy cơ Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ
Thuật TP.HCM nói chung và các thầy cơ trong Khoa Điện – Điện Tử nói riêng,
những người đã tận tình dạy dỗ, trang bị cho chúng tôi những kiến thức nền tảng và
kiến thức chuyên ngành quan trọng, giúp nhóm chúng em có được cơ sở lý thuyết
vững vàng và đã luôn tạo điều kiện giúp đỡ tốt nhất cho chúng em trong quá trình
học tập và nghiên cứu.
Đặc biệt, chúng em xin chân thành cảm ơn cơ Trần Thu Hà đã tận tình giúp
đỡ, đưa ra những định hướng nghiên cứu cũng như hướng giải quyết một số vấn đề
để chúng em có thể thực hiện tốt đề tài. Trong thời gian làm việc với cô, chúng em
đã không ngừng tiếp thu thêm nhiều kiến thức được chỉ dạy từ cô, luôn thể hiện một
thái độ nghiên cứu nghiêm túc, hiệu quả và đây cũng là điều rất cần thiết trong quá
trình học tập và làm việc sau này đối với chúng em.
Mặc dù đã cố gắng hết sức, song do điều kiện thời gian và kinh nghiệm thực tế
của nhóm nghiên cứu cịn ít, cho nên đề tài khơng thể tránh khỏi thiếu sót. Vì vậy,
chúng tơi rất mong nhận được sự đóng góp ý kiến của quý thầy, cô giáo.
Xin chân thành cảm ơn!

Người thực hiện đề tài
Lê Đại Minh – Trương Đức Hoàng Long

v


MỤC LỤC
NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP........................................................................ i
LỊCH TRÌNH THỰC HIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP........................................... ii
LỜI CAM ĐOAN................................................................................................... iv
LỜI CẢM ƠN.......................................................................................................... v
MỤC LỤC.............................................................................................................. vi
LIỆT KÊ HÌNH ẢNH...................................................................................................................... x
LIỆT KÊ BẢNG.............................................................................................................................. xiv
TÓM TẮT.............................................................................................................. xv
Chương 1. GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI........................................................................... 1
1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ................................................................................................. 1
1.2 MỤC TIÊU...................................................................................................... 2
1.3 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU............................................................................ 2
1.4 GIỚI HẠN....................................................................................................... 2
1.5 BỐ CỤC.......................................................................................................... 3
CHƯƠNG 2. NỘI DUNG CHÍNH......................................................................... 4
2.1 TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ ĐÃ KHẢO SÁT............................................. 4
2.2 LÝ THUYẾT LIÊN QUAN........................................................................... 5
2.2.1 Module RF thu phát Wifi ESP8266 NodeMCU........................................ 5
2.2.2 Giới thiệu Arduino Uno R3...................................................................... 9
2.2.3 Công nghệ truyền thông không dây........................................................ 11
2.2.4 Tổng quan về công nghệ truyền thông Lora........................................... 13
a. Giới thiệu công nghệ truyền thông Lora............................................................. 13
b. Giới thiệu module RF LoRa.................................................................. 14
c. Chế độ hoạt động của module LoRa...................................................... 15
d. Giới thiệu chân AUX............................................................................. 17
e. Cấu hình thơng số cho module RF Lora................................................ 18

f. Chế độ truyền trong module RF LoRa.................................................. 19
g. Giới thiệu về IC SX1278 được dùng trong module LoRa.....................21
2.2.5 Chuẩn truyền thông UART..................................................................... 22
2.2.6 Tổng quan về giao thức MQTT.............................................................. 23
2.2.7 Cảm biến DHT11 và các phương pháp đo nhiệt độ................................24
vi


a. Giới thiệu cảm biến nhiệt độ, độ ẩm DHT11........................................ 24
b. Đo nhiệt độ bằng nhiệt điện trở............................................................ 25
c. Đo nhiệt độ bằng cặp nhiệt ngẫu........................................................... 25
d. IC cảm biến nhiệt độ............................................................................. 26
e. Đo nhiệt độ bằng phương pháp không tiếp xúc..................................... 26
2.2.8 Cảm biến DHT11 và các phương pháp đo độ ẩm.................................... 26
a. Giới thiệu cảm biến nhiệt độ, độ ẩm DHT11........................................ 26
b. Đo độ ẩm dựa trên điện trở................................................................... 26
c. Đo độ ẩm dựa trên điện dung................................................................ 26
d. Đo độ ẩm dựa trên độ dẫn nhiệt............................................................ 26
2.2.9 Cảm biến MQ-2 và các phương pháp đo khí gas...................................26
a. Giới thiệu cảm biến khí gas MQ-2........................................................ 26
b. Đo nồng độ khí gas bằng tia hồng ngoại............................................... 28
c. Đo nồng độ khí gas bằng cảm biến điện hóa học và rắn.......................28
2.2.10 Module cảm biến chuyển động PIR HC-SR501.................................... 28
2.2.11 LCD hiển thị.......................................................................................... 29
2.2.12 Module Relay 4 kênh............................................................................ 31
2.2.13 Module buzzer....................................................................................... 32
2.2.14 Động cơ DC.......................................................................................... 32
2.2.15 Giới thiệu Web sever, ngôn ngữ lập trình HTML và PHP.......................... 32
a. Khái niệm Web sever........................................................................... 32
b. Nguyên lí hoạt động của Web sever..................................................... 33

c. Khái niệm ngơn ngữ lập trình HTML.................................................. 33
d. Ngơn ngữ lập trình PHP....................................................................... 33
2.2.16 Hệ quản trị cơ sở dữ liệu MySQL........................................................ 35
Chương 3. TÍNH TỐN VÀ THIẾT KẾ............................................................. 36
3.1 MƠ HÌNH HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN, GIÁM SÁT CÁC THIẾT BỊ
TRONG NHÀ SỬ DỤNG CÔNG NGHỆ LORA............................................... 36
3.1.1 Sơ đồ khối của hệ thống điều khiển, giám sát các thiết bị trong nhà sử
dụng cơng nghệ Lora............................................................................................... 36
3.1.2 Tính tốn và thiết kế mạch – Trung tâm xử lý........................................ 38
a. Khối RF – chuyển tiếp dữ liệu............................................................... 38
b. Khối trung tâm xử lý............................................................................. 39
vii


c. Khối hiển thị 1....................................................................................... 41
d. Khối điều khiển và hiển thị qua internet................................................ 41
3.1.3 Tính tốn và thiết kế mạch – Trạm xử lý................................................ 42
a. Khối RF – chuyển tiếp dữ liệu............................................................... 42
b. Khối trạm xử lý..................................................................................... 42
c. Khối cảm biến........................................................................................ 43
d. Khối hiển thị 2....................................................................................... 43
e. Khối relay điều khiển thiết bị................................................................. 44
f. Khối buzzer báo động............................................................................. 45
g Khối nút nhấn......................................................................................... 45
h. Khối nguồn............................................................................................ 45
3.2 SƠ ĐỒ NGUYÊN LÍ TỒN BỘ HỆ THỐNG............................................. 46
Chương 4. THI CƠNG HỆ THỐNG................................................................... 50
4.1 GIỚI THIỆU................................................................................................. 50
4.2 THI CÔNG HỆ THỐNG............................................................................... 50
4.2.1 Bộ trung tâm xử lý.................................................................................. 50

4.2.2 Bộ trạm xử lý.......................................................................................... 50
4.3

ĐĨNG GĨI VÀ THI CƠNG MƠ HÌNH................................................. 51

4.4

LẬP TRÌNH HỆ THỐNG........................................................................ 53

4.4.1 Lưu đồ giải thuật.................................................................................... 53
a. Lưu đồ giải thuật cho bộ trung tâm xử lý............................................... 53
b. Lưu đồ giải thuật cho trạm xử lý........................................................... 55
4.4.2 Thiết kế giao diện Web........................................................................... 57
4.4.3 Thiết kế giao diện trên app Android....................................................... 61
4.4.4 Thiết kế giao diện WPF.......................................................................... 62
4.4.5 Mơ hình hệ thống................................................................................... 63
4.5

KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM................................................................... 64

4.5.1 Web sever............................................................................................... 64
a. Giám sát................................................................................................. 64
b. Điều khiển............................................................................................. 64
c. Giám sát an ninh, cháy nổ...................................................................... 68
4.5.2 Điều khiển, giám sát trên WPF............................................................... 70
a. Giám sát................................................................................................. 70
viii


b. Điều khiển............................................................................................. 71

c. Giám sát an ninh, cháy nổ...................................................................... 71
4.5.3 Điều khiển trên Android......................................................................... 73
4.5.4 Hiển thị màn hình LCD.......................................................................... 74
Chương 5. KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN......................................... 77
5.1

KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC CỦA ĐỀ TÀI.................................................... 77

5.2

HƯỚNG PHÁT TRIỂN........................................................................... 78

TÀI LIỆU THAM KHẢO.................................................................................... 79
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT....................................................................... 80
PHỤ LỤC............................................................................................................... 81

ix


LIỆT KÊ HÌNH ẢNH
Hình 2.1: Sơ đồ chân NodeMCU.............................................................................. 5
Hình 2.2: Wifi ESP8266............................................................................................ 7
Hình 2.3: ARDUINO UNO R3.................................................................................. 9
Hình 2.4: Nghe nhạc qua tai nghe Bluetooth.......................................................... 11
Hình 2.5: Truyền khơng dây qua Zigbee................................................................. 11
Hình 2.6: Truyền NFC giữa 2 thiết bị di động........................................................ 12
Hình 2.7: Các thiết bị kết nối qua Wifi................................................................... 12
Hình 2.8: Mơ hình mạng Lora................................................................................ 13
Hình 2.9: Phạm vi ứng dụng của công nghệ truyền thông RF LoRa......................14
Hình 2.10: Hình ảnh thực tế Module LoRa............................................................ 14

Hình 2.11: Mô tả hoạt động của chân AUX trong việc truyền dữ liệu....................17
Hình 2.12: Mơ tả hoạt động của chân AUX khi cấu hình....................................... 18
Hình 2.13: Phần mềm setting thơng số Lora.......................................................... 19
Hình 2.14: Chế độ truyền điểm-điểm......................................................................................... 19
Hình 2.15: Chế độ truyền cố định........................................................................... 19
Hình 2.16: Chọn chế độ truyền Target để truyền.................................................... 20
Hình 2.17: Mơ tả hình thức truyền Broadcast........................................................ 20
Hình 2.18: Chọn chế độ truyền transparent trong Transmit Mode.........................21
Hình 2.19: Sơ đồ khối IC SX1278........................................................................... 21
Hình 2.20: Số chân của IC SX1278............................................................................................ 22
Hình 2.21: Kiến trúc của giao thức MQTT............................................................................. 23
Hình 2.22: Một số loại cảm biến nhiệt độ............................................................... 24
Hình 2.23: Các chân của DHT11................................................................................................ 24
Hình 2.24: Ảnh thực tế của cảm biến MQ-2........................................................... 27
Hình 2.25: Sơ đồ cấu tạo MQ-2............................................................................. 27
Hình 2.26: Module cảm biến chuyển động HC SR501 và sơ đồ chân.....................29
x


Hình 2.27: LCD 20x4............................................................................................. 30
Hình 2.28: LCD 16x2....................................................................................................................... 30
Hình 2.29: Module giao tiếp I2C............................................................................ 30
Hình 2.30: Giao tiếp I2C........................................................................................ 31
Hình 2.31: Module Relay 4 kênh................................................................................................. 32
Hình 2.32: Module buzzer...................................................................................... 32
Hình 2.33: Động cơ DC F130................................................................................ 32

Hình 3.1: Sơ đồ khối của hệ thống......................................................................... 36
Hình 3.2: Sơ đồ nối dây Module Lora.................................................................... 39
Hình 3.3: Sơ đồ nối dây Module ESP8266 NodeMCU........................................... 40

Hình 3.4: Sơ đồ nối dây LCD I2C 16x2.................................................................. 41
Hình 3.5: Khối điều khiển và hiển thị qua Internet................................................. 41
Hình 3.6: Sơ đồ nối dây Arduino............................................................................ 42
Hình 3.7: Sơ đồ nối dây khối cảm biến................................................................... 43
Hình 3.8: Sơ đồ nối dây khối hiển thị 2.................................................................. 44
Hình 3.9: Sơ đồ nối dây khối relay......................................................................... 44
Hình 3.10: Sơ đồ nối dây khối buzzer..................................................................... 45
Hình 3.11: Sơ đồ ngun lí bộ trung tâm xử lý....................................................... 46
Hình 3.12: Sơ đồ ngun lí bộ trạm xử lý............................................................... 47
Hình 3.13: Sơ đồ ngun lí tồn bộ hệ thống......................................................... 47

Hình 4.1: Sơ đồ kiến trúc của hệ thống.................................................................. 51
Hình 4.2: Mơ hình trung tâm xử lý......................................................................... 52
Hình 4.3: Mơ hình trạm xử lý................................................................................. 52
Hình 4.4: Lưu đồ giải thuật của hệ thống bộ trung tâm xử lý.................................53
Hình 4.5: Lưu đồ giải thuật của chương trình con nhận dữ liệu............................54
Hình 4.6: Lưu đồ giải thuật của chương trình con gửi tín hiệu điều khiển.............54
xi


Hình 4.7: Lưu đồ giải thuật của hệ thống bộ trạm xử lý......................................... 55
Hình 4.8: Lưu đồ giải thuật của chương trình con đọc và xử lý dữ liệu cảm biến .. 56

Hình 4.9: Lưu đồ giải thuật của chương trình con đọc tín hiệu điều khiển từ trung
tâm xử lý.................................................................................................................. 57
Hình 4.10: Giao diện trang đăng nhập vào web..................................................... 58
Hình 4.11: Giao diện trang chủ của web................................................................ 59
Hình 4.12: Giao diện trang điều khiển của web..................................................... 59
Hình 4.13: Giao diện trang giám sát của web........................................................ 60
Hình 4.14: Giao diện trang về chúng tơi của web.................................................. 60

Hình 4.15: Lưu đồ giải thuật cho app Android....................................................... 61
Hình 4.16: Giao diện đăng nhập cho app Android................................................. 62
Hình 4.17: Giao diện đăng nhập WPF................................................................... 62
Hình 4.18: Mơ hình hệ thống nhà phụ.................................................................... 63
Hình 4.19: Mơ hình hệ thống nhà chính................................................................. 63
Hình 4.20: Lưu đồ quy trình thao tác..................................................................... 64
Hình 4.21: Giao diện trang giám sát...................................................................... 65
Hình 4.22: Giao diện trang điều khiển................................................................... 65
Hình 4.23: Tất cả các thiết bị đều tắt..................................................................... 66
Hình 4.24: Giao diện bảng điều khiển.................................................................... 66
Hình 4.25: Đèn 1, đèn 2 được bật.......................................................................... 67
Hình 4.26: Trạng thái thiết bị đèn 1, 2 được cập nhật lên web...............................67
Hình 4.27: Bật tất cả các đèn và quạt.................................................................... 68
Hình 4.28: Trạng thái bật hết các thiết bị được cập nhật trên web........................ 68
Hình 4.29: Trạng thái chống trộm và cảnh báo trộm được bật..............................69
Hình 4.30: Dịng trạng thái cảnh báo có khí gas rị rỉ............................................ 69
Hình 4.31: Message báo kết nối thành cơng........................................................... 70
Hình 4.32: Giao diện giám sát WPF...................................................................... 70
Hình 4.33: Giao diện điều khiển WPF.................................................................... 71
Hình 4.34: Bật đèn 1, quạt 1, chống trộm trên WPF.............................................. 71
xii


Hình 4.35: Khí gas vượt ngưỡng cho phép............................................................. 72
Hình 4.36: Message cảnh báo khí gas.................................................................... 72
Hình 4.37: Cảm biến PIR phát hiện chuyển động................................................... 72
Hình 4.38: Message cảnh báo có trộm đột nhập.................................................... 72
Hình 4.39: Giao diện điều khiển app Android........................................................ 73
Hình 4.40: Bật tất cả thiết bị trên app Android...................................................... 73
Hình 4.41: Giám sát trên lcd của trung tâm xử lý.................................................. 74

Hình 4.42: Khí gas rị rỉ được hiển thị trên LCD................................................... 74
Hình 4.43: LCD trạm xử lý hiển thị các giá trị....................................................... 74
Hình 4.44: LCD hiển thị bật hết tất cả thiết bị....................................................... 75
Hình 4.45: Khí gas rị rỉ được hiển thị trên LCD trạm xử lý..................................75

xiii


LIỆT KÊ BẢNG
Bảng 2.1: Sơ lược về chức năng của các chân Module ESP8266 NodeMCU..............6
Bảng 2.2: Các thông số cơ bản về module ESP8266............................................................. 8
Bảng 2.3: Thông số của Mạch Arduino UNO R3.................................................................. 10
Bảng 2.4: Mô tả chức năng các chân của module................................................................ 15
Bảng 2.5: Các chế độ hoạt động của LoRa............................................................................. 16
Bảng 2.6: Kết nối RF với UART.................................................................................................. 18
Bảng 2.7: Các phiên bản của IC SX 1276/77/78/79............................................................ 22

Bảng 3.1: So sánh ESP8266 và Arduino................................................................................... 40
Bảng 3.2: Dòng tiêu thụ của các linh kiện............................................................................... 45

Bảng 4.1: Danh sách các linh kiện sử dụng trong bộ trung tâm xử lý..........................50
Bảng 4.2: Danh sách các linh kiện sử dụng trong bộ trạm xử lý.................................... 50
Bảng 4.3: Bảng số liệu thực nghiệm.......................................................................................... 75

xiv


TÓM TẮT
Hiện nay, việc phát triển của thế giới điện tử số phát triển một cách nhanh
chóng và mạnh mẽ, điện tử số cụ thể là vi xử lí ngày càng trở nên đa dạng và các

ứng dụng cũng gần gũi với chúng ta hơn. Cùng với sự phát triển đa dạng của ngành
cơng nghiệp vi xử lí nên tài nguyên của vi xử lý cũng được nâng cao để đáp ứng các
ứng dụng khác nhau trong thực tế. Mạng Internet, mạng truyền thông không dây
LoRa ngày càng ứng dụng rộng rãi trong mọi lĩnh vực của đời sống xã hội. Cơng
nghệ ngày càng phát triển địi hỏi nhu cầu ứng dụng vào ngành công nghiệp nhằm
giảm lao động, đảm bảo sức khỏe nhân công để không ảnh hưởng xấu đến chất
lượng sản phẩm… đem lại hiểu quả cao cho nền cơng nghiệp ngày càng tiên tiến.
Ở

ĐATN này nhóm em thiết kế, thi cơng mơ hình với 1 trạm xử lý và 1 trạm

trung tâm xử lý cho phép điều khiển và giám sát hệ thống. Trạm xử lý sẽ gửi tín
hiệu, các thơng số mơi trường về cho trung tâm xử lý, các thông số này sẽ được
giám sát tại trung tâm. Người sử dụng có thể điều khiển thiết bị điện ở khoảng cách
xa, ở bất cứ nơi nào có Internet, Wifi, 3G, 4G trên Website được thiết kế hoặc có thể
điều khiển trên WPF, android. Các giá trị nhiệt độ, độ ẩm, khí gas của mơ hình cũng
được cập nhật lên giao diện này. Hệ thống tích hợp hệ thống chuông báo động trong
các sự cố như: có khí gas rị rỉ, có trộm đột nhập.

xv


CHƯƠNG 1. GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI

Chương 1. GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI
1.1

ĐẶT VẤN ĐỀ

Ngày nay với sự phát triển không ngừng của khoa học và công nghệ với những

ứng dụng của khoa học kĩ thuật tiên tiến, thế giới chúng ta đã và đang ngày một
thay đổi, văn minh và hiện đại hơn. Sự phát triển của kĩ thuật điện tử đã tạo ra hàng
loạt những thiết bị với 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 nhằm đáp ứng
nhu cầu của con người, giúp tiết kiệm được thời gian và quản lý dễ dàng.
Bắt nguồn từ những nhu cầu cần thiết đó và lấy cảm hứng từ các dự án như:
“Thiết kế và thi công hệ thống giám sát và điều khiển thiết bị trong nhà kết hợp Wifi và
Lora [1]”, “Điều khiển thiết bị qua mạng Internet [2]” đã điều khiển thiết bị trong nhà
thông qua công nghệ Zigbee, Lora hay Wifi nhưng cũng chỉ dừng lại ở một vài thiết bị
điện. Vì thế nhóm em đã quyết định chọn đề tài “Thiết kế và thi công hệ

thống điều khiển, giám sát các thiết bị trong nhà sử dụng công nghệ Lora” để
cải thiện thêm chức năng điều khiển được nhiều thiết bị và giám sát các cảm biến
thông qua chuẩn truyền không dây Lora và Wifi.
Nội dung chính của đề tài:

 Sử dụng module WiFi ESP8266 NodeMCU làm board trung tâm cho
mạch trung tâm xử lý.
 Sử dụng module Arduino làm board trung tâm cho mạch trạm xử lý.
 Điều khiển các thiết bị bằng Websever, WPF, Android kết hợp WiFi
và sóng Lora.

 Giám sát trạng thái hoạt động của các thiết bị và giá trị cảm biến qua
Websever, WPF, Android hoặc LCD.
 Cảnh báo khi các giá trị cảm biến vượt ngưỡng cho phép.
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH

CHƯƠNG 1. GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI

1.2

MỤC TIÊU

Đề tài: “Thiết kế và thi công hệ thống điều khiển, giám sát các thiết bị trong
nhà sử dụng công nghệ Lora” bao gồm các vấn đề chính sau:
- Thiết kế và thi cơng mạch điều khiển bao gồm: mạch trung tâm xử
lý và mạch trạm xử lý.
-

Thiết kế hệ thống giám sát và điều khiển trên Webserver, WPF,

Android.
-

1.3

Thiết kế và thi công mô hình ngơi nhà, chạy thử nghiệm.

NỘI DUNG NGHIÊN CỨU

 NỘI DUNG 1: Tìm hiểu và tham khảo các tài liệu, giáo trình, nghiên cứu
các chủ đề, các nội dung liên quan đến đề tài.
 NỘI DUNG 2: Thiết kế sơ đồ khối và sơ đồ nguyên lý cho hệ thống.
 NỘI DUNG 3: Thiết kế và thi công mạch trạm xử lý với cảm biến nhiệt độ
- độ ẩm, cảm biến gas, cảm biến chuyển động, màn hình hiển thị LCD,
module Lora SX1278, và điều khiển thiết bị công suất.
 NỘI DUNG 4: Thiết kế và thi công mạch trung tâm xử lý giao tiếp giữa

module Wifi ESP8266 NodeMCU với màn hình hiển thị LCD , module Lora
SX1278.

 NỘI DUNG 5: Thiết kế giao diện Websever, WPF, Android giám sát và
điều khiển các thiết bị và cảm biến.
 NỘI DUNG 6: Viết được các chương trình để giao tiếp giữa
Websever/WPF/ Android, Module Wifi, Arduino Uno và Lora SX1278.
 NỘI DUNG 7: Thiết kế và thi cơng mơ hình hồn thiện.
 NỘI DUNG 8: Chạy thử nghiệm và cân chỉnh hệ thống.
 NỘI DUNG 9: Viết quyển báo cáo đồ án tốt nghiệp.
 NỘI DUNG 10: Báo cáo đồ án tốt nghiệp.

1.4

GIỚI HẠN

 Sử dụng mudule Arduino Uno, NodeMCU Esp8266, Lora SX1278.


BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH


CHƯƠNG 1. GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI
 Điều khiển và giám sát các thiết bị, cảm biến qua Websever, WPF hoặc trên
Android.
 Chỉ sử dụng các cảm biến đơn giản như nhiệt độ - độ ẩm, khí gas, chuyển
động với độ chính xác chưa cao.
 Mơ hình chỉ ứng dụng bật tắt cho các thiết bị công suất nhỏ như đèn,
quạt…

1.5

BỐ CỤC

 Chương 1: Giới thiệu đề tài
Chương này trình bày đặt vấn đề dẫn nhập lý do chọn đề tài, mục tiêu, nôi
dung nghiên cứu, các giới hạn thông số và bố cục đồ án.
 Chương 2: Nội dung chính
Chương này trình bày về các lý thuyết có liên quan đến các vấn đề mà đề tài
sẽ dùng để thực hiện thiết kế, thi công cho đề tài.
 Chương 3: Thiết Kế và Tính Tốn
Chương này giới thiệu tổng quan về các yêu cầu của đề tài mà mình thiết kế và
các tính tốn, thiết kế gồm những phần nào.
 Chương 4: Thi cơng hệ thống
Trình bày các mạch đã thiết kế và trình tự lắp ráp thi cơng mơ hình, hướng dẫn
cách cài đặt, sử dụng các phần mềm lập trình và trình bày các thao tác hướng dẫn sử
dụng hệ thống.
 Chương 5: Kết Luận và Hướng phát triển
Chương này trình bày về những kết quả đã được mục tiêu đề ra sau q trình
nghiên cứu thi cơng. Từ những kết quả đạt được, những hạn chế, từ đó rút ra kết
luận và hướng phát triển để giải quyết các vấn đề tồn đọng để đồ án hoàn thiện hơn.

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH


CHƯƠNG 2. NỘI DUNG CHÍNH

Chương 2. NỘI DUNG CHÍNH
2.1

TỔNG QUAN VỀ CÁC VẤN ĐỀ ĐÃ KHẢO SÁT



Đề tài: “Thiết kế và thi công hệ thống giám sát và điều khiển
thiết bị trong nhà kết hợp Wifi và Lora”.



Sinh viên thực hiện: Nguyễn Đức Dũy, Đại học Sư Phạm Kỹ
Thuật TP.HCM.




Nội dung thực hiện: Điều khiển thiết bị trong nhà thông qua
Lora nhưng chỉ dừng lại ở 4 thiết bị đèn.
Đề tài: “Điều khiển thiết bị qua mạng Internet”.



Sinh viên thực hiện: Nguyễn Phước Hiện, Đại học Bách
Khoa TP.HCM.




Nội dung thực hiện: Điều khiển thiết bị trong nhà thông qua
Zigbee nhưng chỉ dừng lại ở 1 vài thiết bị điện.
Đề tài: “Thiết kế và thi công hệ thống thiết bị điều khiển nhà thông

minh”.



Sinh viên thực hiện: Trần Minh Luân – Lâm Thành Đạt, Đại
học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM.



Nội dung thực hiện: Điều khiển thiết bị trong nhà thơng qua
sóng hồng ngoại, điều khiển thiết bị bằng giọng nói, giám sát nhiệt độ.
Trong đề tài đồ án tốt nghiệp của nhóm em:“Thiết kế và thi cơng hệ thống
điều khiển, giám sát các thiết bị trong nhà sử dụng công nghệ Lora” thì hệ
thống sẽ được thiết kế bao gồm 1 trung tâm xử lý và 1 trạm xử lý. Trạm xử lý sử
dụng board Arduino để điều khiển kết hợp với các cảm biến nhiệt độ, độ ẩm, khí
gas, chuyển động. Trung tâm xử lý sử dụng module WiFi ESP8266 NodeMCU để
điều khiển, truyền nhận dữ liệu với trạm xử lý thơng qua module Lora UART
SX1278. Người dùng có thể điều khiển thiết bị điện bằng cách truy cập vào trang
web điều khiển, bất cứ nơi nào có Internet, WiFi hoặc có thể điều khiển bằng WPF,
Android. Đặc biệt hệ thống có khả năng giám sát trạng thái hoạt động của thiết bị và
giá trị cảm biến trên Websever, WPF, Android hoặc trên LCD, có khả năng báo
động khi có khí gas rị rỉ hoặc trộm đột nhập qua chng báo, cảnh báo trên web.
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH


CHƯƠNG 2. NỘI DUNG CHÍNH

2.2

LÝ THUYẾT LIÊN QUAN

2.2.1 Module RF thu phát Wifi ESP8266 NodeMCU
Module ESP8266 node MCU tích hợp sẵn chíp CP2102 cao cấp. Giúp người
sử dụng có thể lập trình sẵn trên bo mạch mà khơng cần bất cứ một công cụ nào
khác, tất cả chân của ESP8266 được đưa ra ngồi để linh động trong q trình thiết
kế và chạy thử. Module ESP8266 là Module phát triển dựa trên nền chip Wifi SOC
ESP8266 với thiết kế dễ dàng sử dụng vì tích hợp sẵn mạch nạp sử dụng chip 2102
trên board, bên trong ESP8266 có sẵn một lõi vi xử lí vì thể có thể trực tiếp lập trình
trên nó mà khơng cần một con vi xử lí gián tiếp nào khác.
Nhìn chung thì Module ESP8266 node MCU cũng có các chân GPIO như vi
điều khiển, cũng có bộ nhớ SRAM, thanh ghi lưu trữ, các chân giao tiếp theo chuẩn
SDIO, SPI, GPIO, I2C, tích hợp ADC 10 bit nên ở đây nhóm chúng em sử dụng
Module ESP8266 NodeMCU để làm khối điều khiển trung tâm.



Thông số kỹ thuật Module RF thu phát Wifi ESP8266 NODEMCU






IC chính ESP8266 Wifi SoC.
Chip nạp CP2102.
Nguồn cấp 5VDC.
GPIO giao tiếp mức logic 3.3V.

Nguyên lí: Để truyền dẫn dữ liệu qua Wifi chúng cần kết nối module Wifi

ESP8266. Nguyên lý hoạt động cấp nguồn 3.3v cho cả hai chân EN và VCC để
module vào chế độ hoạt động. Để gửi dữ liệu qua Wifi ta cần kết nối module với hai
chân TxD, RxD của module UART hoặc IC có giao tiếp UART để nhận lệnh AT từ
IC hoặc module UART.



Sơ đồ chân:

Hình 2.1: Sơ đồ chân NodeMCU.
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH


CHƯƠNG 2. NỘI DUNG CHÍNH
Bảng 2.1: Sơ lược về chức năng của các chân Module ESP8266 NodeMCU.
Pin
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14

15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30



Chức năng
ADC 10 bit
RESERVED
RESERVED
Chân I/O GPIO10
Chân I/O GPIO09
MOSI
Chân Mass (GND)
MISO
SCLK
Chân Mass (GND)

Chân VCC (3.3V)
EN
Reset hệ thống
Chân Mass (GND)
Cấp nguồn cho ESP (5V)
Chân I/O GPIO16
Chân I/O GPIO05
Chân I/O GPIO04
Chân I/O GPIO0
Chân I/O GPIO02
Chân VCC (3.3V)
Chân Mass (GND)
Chân I/O GPIO14
Chân I/O GPIO12
Chân I/O GPIO13
Chân I/O GPIO15
Chân UART
Chân UART
Chân Mass (GND)
Chân VCC (3.3V)

Giới thiệu về ESP8266 V12E

ESP8266 là một module SOC với bộ xử lý 32 bit, dựa trên giao thức TCP/IP, có
thể lưu trữ ứng dụng hoặc xử lý các kết nối WiFi từ bộ xử lý tích hợp trên chip, có

BỘ MƠN ĐIỆN TỬ CƠNG NGHIỆP – Y SINH