BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP. HỒ CHÍ MINH

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN QUA APP BLYNK
CHO NGÔI NHÀ THÔNG MINH SỬ DỤNG HỆ VI ĐIỀU
KHIỂN ARDUINO MEGA 2560 R3

Ngành: Kỹ Thuật Điện Tử Truyền Thông

Giảng viên hướng dẫn: Th.S Bùi Hữu Hiên.
Sinh viên thực hiện: Bùi Đức Bình
Mssv: 1411010147
Lớp: 14DDT01

TP. Hồ Chí Minh, ngày 01 tháng 12 năm 2021.


MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN ......................................................................................... 3
LỜI CẢM ƠN ............................................................................................... 4
MỤC LỤC .................................................................................................... 5
DANH SÁCH CÁC HÌNH ........................................................................... 7
Chương 1: ..................................................................................................... 9
MỞ ĐẦU ....................................................................................................... 9
1.1. Đặt vấn đề ............................................................................................................................... 9
1.2. Mục đích đề tài ........................................................................................................................ 9
1.3. Nội dung đề tài ...................................................................................................................... 10
1.4. Ý nghĩa đề tài ........................................................................................................................ 10

Chương 2: ................................................................................................... 11
TỔNG QUAN ............................................................................................. 11
2.1. Giới thiệu sơ lược về IoT ...................................................................................................... 11
2.1.1. Đặc tính cơ bản .................................................................................................................. 12
2.1.2. Ứng dụng............................................................................................................................ 12
2.1.3. Lịch sử hình thành và phát triển của Bluetooth ........................................................ 13
2.1.4. Khởi nguồn của Bluetooth ........................................................................................... 14
2.1.5. Tiêu chuẩn ban đầu...................................................................................................... 15
2.1.6. Sửa đổi và nâng cấp ..................................................................................................... 16
2.2. Lịch sử hình thành và phát triển của WiFi ............................................................................ 17
2.3. Giới thiệu phần mềm sử dụng ............................................................................................... 20
2.3.1. Phần mềm Arduino IDE .............................................................................................. 20
2.3.2. Phần mềm Blynk .......................................................................................................... 20

Chương 3: ................................................................................................... 25
NGHIÊN CỨU VÀ XÂY DỰNG HỆ THỐNG ......................................... 25
3.1. Hệ thống mơ hình .................................................................................................................. 25
3.1.1. Khối xử lý trung tâm.................................................................................................... 25
3.1.2. Khối xử lý Wifi ............................................................................................................. 27
3.2. Khối cảm biến ....................................................................................................................... 29
3.2.1. Cảm biến khí gas .......................................................................................................... 29
3.2.2. Cảm biến nhiệt độ, độ ẩm (DHT11)............................................................................ 30
3.3. Module đọc thẻ từ RC522 ..................................................................................................... 31
3.3.1. Thẻ RFID ...................................................................................................................... 32

5


3.4. Module điều khiển động cơ L298N ...................................................................................... 33
3.5. Khối động cơ ......................................................................................................................... 34

3.6. Khối relay .............................................................................................................................. 35

Chương 4: ................................................................................................... 36
SƠ ĐỒ KHỐI HỆ THỐNG VÀ LƯU ĐỒ THUẬT TOÁN ..................... 36
4.1. Sơ đồ khối của hệ thống ........................................................................................................ 36
4.2. Sơ đồ khối hệ thống khí gas .................................................................................................. 37
4.2.1. Lưu đồ thuật tốn hệ thống khí gas ............................................................................ 38
4.3. Sơ đồ khối hệ thống cửa RFID.............................................................................................. 38
4.3.1. Lưu đồ thuật toán hệ thống cửa RFID ....................................................................... 39
4.4. Sơ đồ khối hệ thống đo nhiệt độ, độ ẩm................................................................................ 40

Chương 5: ................................................................................................... 41
THI CƠNG ................................................................................................. 41
5.1. Giới thiệu .............................................................................................................................. 41
5.2. Thi cơng hệ thống ................................................................................................................. 41
5.2.1. Thi công mạch xử lý và thu phát wifi ......................................................................... 42
5.2.2. Danh sách linh kiện ...................................................................................................... 43
5.3. Lắp ráp và kiểm tra ............................................................................................................... 44
5.3.1. Lắp ráp mạch điều khiển ............................................................................................. 44
5.3.2. Lắp ráp mơ hình ........................................................................................................... 44
5.4. Viết tài liệu hướng dẫn sử dụng, thao tác  Điều khiển và giám sát trên App Blynk......... 45

Chương 6: ................................................................................................... 46
ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ, KẾT LUẬN .......................................................... 46
6.1. Kết quả đạt được ................................................................................................................... 46
6.2. Đánh giá kết quả thực tế........................................................................................................ 46
6.3. Nhận xét ................................................................................................................................ 47
6.3.1. Ưu điểm ......................................................................................................................... 47
6.3.2. Nhược điểm ................................................................................................................... 47
6.4 Định hướng phát triển ............................................................................................................ 48


TÀI LIỆU THAM KHẢO.......................................................................... 49
I. Tài liệu từ sách.......................................................................................................................... 49
II. Tài liệu từ nguồn từ Internet .................................................................................................... 49

PHỤ LỤC.................................................................................................... 49
1. Code lập trình Arduino ............................................................................................................ 49
2. Code lập trình Node MCU ESP8266 ....................................................................................... 58

6


DANH SÁCH CÁC HÌNH
Hình 2.1. Biểu tượng Internet of Thing
Hình 2.2. Biểu tượng Bluetooth.
Hình 2.3. Điện thoại đầu tiên có Bluetooth
Hình 2.4. Các phiên bản của Bluetooth
Hình 2.5. Những năm đầu phát triển Wifi
Hình 2.6. Các chuẩn mạng Wifi
Hình 2.7. Sự kết nối Wifi giữa các thiết bị
Hình 2.8. Phần mềm Arduino IDE
Hình 2.9. Biểu tượng phần mềm Blynk
Hình 2.10. Cấu trúc phần mềm Blynk
Hình 2.11. Giao diện Log in và tạo Project của Blynk
Hình 2.12. Giao diện tạo các thành phần trong Project của Blynk
Hình 2.13. Giao diện cấu hình thành phần trong Project của Blynk
Hình 3.1. Mơ hình nhà thơng minh.
Hình 3.2. Board Arduino Mega 2560 R3
Hình 3.3. Board NodeMCU (ESP8266)
Hình 3.4. Cảm biến khí gas MQ2.

Hình 3.5. Cảm biến nhiệt độ, độ ẩm (DHT11)
Hình 3.6. Module đọc thẻ từ RC522
Hình 3.7. Thẻ RFID.
Hình 3.8. Module điều khiển ĐC (L298N).
Hình 3.9. Động cơ giảm tốc.
Hình 3.10. Module relay 6 kênh (5VDC).
Hình 4.1. Sơ đồ khối của hệ thống
Hình 4.2. Sơ đồ khối hệ thống khí gas
Hình 4.3. Lưu đồ thuật tốn hệ thống gas
Hình 4.4. Sơ đồ khối hệ thống cửa RFID
Hình 4.5. Lưu đồ thuật tốn hệ thống cửa RFID
Hình 4.6. Sơ đồ khối hệ thống đo nhiệt độ, độ ẩm

7


Hình 5.1. Sơ đồ nguyên lý mạch xử lý trung tâm và thu phát Wifi
Hình 5.2. Sơ đồ mạch PCB Layout
Hình 5.3. Sơ đồ bố trí linh kiện 3D
Hình 5.4. Mạch thực tế sau khi lắp ráp
Hình 5.5. Thi cơng ráp mơ hình
Hình 5.6. Mơ hình khi lắp hồn thiện
Hình 5.7. Màn hình giao diện Blynk
Hình 6.1. Mơ hình hoạt động thực tế

8


Chương 1:
MỞ ĐẦU

1.1. Đặt vấn đề
Trong những năm gần đây các trường đại học, các viện nghiên cứu và phát triển
công nghệ đã đi sâu vào nghiên cứu ứng dụng điều khiển các thiết bị từ xa hay vạn
vật có thể kết nối với nhau việc kết nối có thể thực hiện qua Wifi, mạng viễn thông
(3G,4G) Bluetooth, hồng ngoại... trong thời đại cơng nghệ 4.0 hiện nay thì việc tự
động hóa điều khiển giám sát các thiết bị càng trở nên cần thiết, ngồi việc ứng dụng
trong cơng nghiệp sản xuất chế tạo thì nó có thể ứng dụng trong gia đình hoặc đời
sống hằng ngày, do đó một ngơi nhà thơng minh khơng cịn là mơ ước của con người
nữa mà nó đã trở thành hiện thực hóa, qua báo chí, các phương tiện truyền thơng hay
Internet chúng ta có thể thấy những mơ hình ngơi nhà thơng minh đã ra đời. Là một
sinh viên ngành Kỹ thuật Điện tử truyền thông trường Đại học Công Nghệ TP.HCM
cùng với những kiến thức đã học và với mong muốn thiết kế một ngơi nhà tự động
hóa đáp ứng được nhu cầu sinh hoạt hằng ngày nên chúng tôi đã chọn đề tài “Thiết
kế hệ thống điều khiển qua app Blynk cho ngôi nhà thông minh sử dụng hệ vi điều
khiển Arduino Mega 2560 R3” để làm đề tài tốt nghiệp cho mình.
1.2. Mục đích đề tài
Đề tài “Thiết kế hệ thống điều khiển qua app Blynk cho ngôi nhà thông minh sử
dụng hệ vi điều khiển Arduino Mega 2560 R3” được thực hiện với 3 mục đích chính:
+ Tổng hợp các kiến thức đã học, các lý thuyết về vi xử lý, về mở rộng xây dựng
trong giải thuật để có thể độc lập làm chủ cơng nghệ trong việc thiết kế một hệ thống
điều khiển các thiết bị trong gia đình một cách tự động và ổn định.
+ Với việc phát triển mạnh mẽ của IoT, kết nối và điều khiển các thiết bị với nhau
từ đó phát triển điều khiển các thiết bị điện trong gia đình.
+ Bên cạnh đó đề tài cịn được kết hợp các hệ thống bảo vệ cho gia đình như hệ
thống cảnh báo khí gas ngăn chặn nguy cơ cháy nổ, hệ thống giám sát nhiệt độ, độ
ẩm trong gia đình, hệ thống cửa tự động RFID.

9



1.3. Nội dung đề tài
- Tìm hiểu về vi xử lý Atmega 2560 và NodeMCU ESP8266.
- Tìm hiểu về các cảm biến, và cách xử lý tín hiệu.
- Tìm hiểu cách truyền nhận dữ liệu không dây (Bluetooth, Wifi).
- Thiết kế và viết chương trình cho phần mềm điều khiển trên điện thoại.
1.4. Ý nghĩa đề tài
Là nền tảng để ứng dụng việc tự động hóa vào ngơi nhà của chúng ta, điều khiển
và giám sát trạng thái của các thiết bị trong gia đình, góp phần phục vụ con người
trong thời đại công nghệ 4.0

10


Chương 2:
TỔNG QUAN
2.1. Giới thiệu sơ lược về IoT
Thuật ngữ “Internet of things” (viết tắt là IoT) trong thời gian gần đây xuất hiện
khá nhiều và thu hút khơng ít sự quan tâm chú ý của thế giới công nghệ. Vì sự bùng
nổ của IoT trong tương lai sẽ có tác động mãnh mẽ tới cuộc sống, công việc và xã hội
loài người.
Internet of Things là một mạng lưới các vật thể được gắn cảm biến hoặc hệ thống
điện tử đặc biệt cho phép chúng kết nối với nhau để thu thập và trao đổi dữ liệu. Các
vật thể trong mạng lưới này có thể được kết nối với mạng Internet cho mục đích điều
khiển từ xa.

Hình 2.1. Biểu tượng Internet of Thing

Mạng lưới vạn vật kết nối Internet hoặc là mạng lưới thiết bị kết nối Internet viết
tắt là 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, cơng 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

11


cơng việc nào đó.
Hay hiểu một cách đơn giản IOT là tất cả các thiết bị có thể kết nối với nhau. Việc
kết nối thì có thể thực hiện qua WiFi, mạng viễn thông băng rộng (3G, 4G), Bluetooth,
ZigBee, hồng ngoại… Các thiết bị có thể là điện thoại thơng minh, máy pha cafe,
máy giặt, tai nghe, bóng đèn và nhiều thiết bị khác.
2.1.1. Đặc tính cơ bản
Sự nhận diện: Nghĩa là các “Things” phải có ID riêng biệt, các kết nối được thiết
lập dựa trên định danh (ID) của mỗi vật nói riêng.
Tính kết nối liên thơng: với IoT, bất cứ điều gì cũng có thể kết nối với nhau thông
qua mạng lưới thông tin và cơ sở hạ tầng liên lạc tổng thể.
Tính điều khiển: Mọi “Things” liên kết trong IoT đều có thể điều khiển được, tại
bất kỳ đầu và tại bất cứ thời điểm nào.
Thay đổi linh hoạt: Trạng thái của mọi thiết đều được cập nhật một cách liên tục
và một cách tự động.
Khả năng cộng tác: Hệ thống IoT khả năng tương tác qua lại giữa các network và
Things.
Bảo mật: Vì có thể kết nối với nhau, việc bảo mật cũng được quan tâm đến, tránh
thông tin bị lộ, dữ liệu bị thay đổi hoặc làm giả.
Tính tiện lợi: Các Things phải được plug-and-play một cách dễ dàng và tiện dụng.
2.1.2. Ứng dụng
IoT mang đến khả năng ứng dụng cực kỳ rộng lớn, mở rộng hệ thống quản lý một
cách nhanh chóng. Các chuyên gia cho rằng với sự phổ biến của điện thoại thơng

minh thì việc ứng dụng IoT sẽ giúp cuộc sống chúng ta dễ dàng, tiện nghi hơn. Điều
này thể hiện rõ qua các thiết bị nhà bếp, mà nổi bật là tủ lạnh. Trước kia, chẳng ai
biết tủ lạnh còn gì khi chưa mở cửa ra. Nhưng hiện tại chỉ cần liếc qua màn hình
smartphone là biết ngay cịn sản phẩm nào, được đặt ở đâu nhờ tích hợp camera bên
trong kết nối đến ứng dụng di động.
Lĩnh vực y tế: IoT trong vấn đề sức khỏe luôn là chủ đề được quan tâm hàng đầu,
các thiết bị theo dõi sức khỏe luôn được kết nối để bất kỳ người thân đều có thể theo

12


dõi dù có ở bất kỳ nơi đâu. Những ứng dụng phổ biến hiện nay là theo dõi thể trạng,
nhịp tim, hay giấc ngủ của bạn và đưa ra lời khuyên hợp lý. Ví dụ như ứng dụng
“Sleep Better” của Runtastic giúp theo dõi giấc ngủ của các bạn và sẽ báo thức vào
thời điểm thích hợp để bạn thức dậy tỉnh táo nhất.
Nhà thông minh: Là hệ thống IoT được mọi người tìm kiếm nhiều hiện nay, đem
đến khả năng kiểm soát cũng như giám sát nơi ở một cách trực quan, tránh được các
rủi ro không cần thiết như kẻ trộm đột nhập, quên tắt các thiết bị khi đi công tác xa
qua việc liên kết các “Things” trên mạng lưới và điều khiển qua smartphone.
Quản lý môi trường: Nếu nói về ứng dụng về giúp tiết kiệm nước và khuyến khích
người dân đơ thị trồng cây thì không thể không nhắc đến Hachi, hệ thống tưới cây
hẹn giờ rất “hot” hiện nay do một nhóm bạn trẻ ở Hà Nội phát minh.
Bạn đang đi chơi nhưng thấy trời mưa? Khỏi lo, bạn dễ dàng tắt hệ thống tưới cây
qua ứng dụng trên smartphone của mình ở bất cứ đâu. Mà khỏi lo việc cây bị úng
nước nhé, tưới cây với liều lượng rất thích hợp. Vừa tiết kiệm nước, vừa có cây đẹp
trong nhà.
Ngồi ra, tác động của IoT rất đa dạng và đang phát triển một cách nhanh chóng,
trên các lĩnh vực khác như: Mua sắm thông minh, đồng hồ thông minh, vận tải thông
minh hay thông minh trong việc quản lý điện lưới. Trong một thế giới mở, IoT sẽ
mang tính chất phức tạp bởi nó bao gồm một lượng lớn các đường liên kết giữa những

thiết bị, máy móc, dịch vụ với nhau đang đợi con người khám phá.
2.1.3. Lịch sử hình thành và phát triển của Bluetooth
Ngày nay Bluethooth là một công nghệ không thể thiếu đối với đại đa số người
dùng điện thoại di động, phục vụ nhiều nhu cầu từ tai nghe đến loa không dây, thiết
bị chơi game cầm tay, bàn phím chia sẽ tập tin và ứng dụng trong IOT điều khiển
thiết bị.
Các tính năng của Bluetooth ngày càng hữu ích và đa dạng, là kết quả của q
trình hình thành, phát triển sau hơn 20 năm kể từ khi ra mắt.

13


Hình 2.2. Biểu tượng Bluetooth

2.1.4. Khởi nguồn của Bluetooth
Bluetooth được tạo ra bởi Tiến sĩ Jaap Haartsen tại Ericsson vào năm 1994, đặt
theo tên vị vua nổi tiếng đã thống nhất Đan Mạch và Na Uy vào thế kỷ X. Bluetooth
ra đời để thay thế cáp viễn thông RS-232 (một chuẩn kết nối cũ được tạo ra vào năm
1960) bằng cách sử dụng sóng vơ tuyến UHF băng tần từ 2.4 đến 2.485 GHz. Dù tần
số này tương tự với Wi-Fi, Bluetooth được thiết kế để hoạt động trong phạm vi ngắn
và tiêu tốn ít điện năng hơn.
Đến năm 1998, tổ chức Bluetooth Special Interest Group (SIG) được thành lập
với mục đích đại diện chuẩn hóa và quảng bá phiên bản mới của Bluetooth. Bluetooth
SIG ban đầu chỉ bao gồm Ericsson, IBM, Intel, Nokia và Toshiba, nhưng đã đạt được
hơn 4.000 thành viên vào cuối năm đó. Hiện nay nhóm có hơn 30.000 cơng ty thành
viên với các mức độ ảnh hưởng khác nhau.
Phiên bản Bluetooth thương mại đầu tiên và nhắm vào người dùng phổ thông được
ra mắt năm 1999. Đó là chiếc điện thoại di động cầm tay đạt giải thưởng công nghệ
“Best of Show Technology Award” tại COMDEX. Bluetooth 1.0 cũng chính thức ra
mắt vào năm đó, kéo theo phong trào tích hợp Bluetooth vào các thiết bị như vi xử

lý, Dongles, chuột, card PC không dây và điện thoại nổ ra vào năm 2000.
Điện thoại di động thương mại có Bluetooth đầu tiên là Sony Ericsson T36, máy
có cấu hình gồm màn hình LCD đơn sắc 101 x 54 pixel, GSM 3 băng tần, kết nối

14


Internet WAP và bộ nhớ có thể lưu trữ tới 1000 danh bạ.

Hình 2.3. Điện thoại đầu tiên có Bluetooth

2.1.5. Tiêu chuẩn ban đầu
Vào thời điểm ra mắt, Bluetooth nhằm vào nhiều mục đích sử dụng. Chuẩn RS232 được sử dụng phổ biến như một cổng kết nối của máy tính, để cắm modem
internet, máy in, chuột, bộ nhớ ngồi và các thiết bị ngoại vi khác. RS-232 lại khá tốn
năng lượng cho việc kết nối vật lý, và Bluetooth được làm ra với yêu cầu tiêu thụ ít
điện năng nhất.
Vì là phiên bản đầu tiên, Bluetooth 1.0 vẫn có nhiều vấn đề phát sinh. Ẩn danh là
một các vấn đề do việc bắt buộc phát địa chỉ. Ngoài ra cịn có nhiều vấn đề liên quan
đến kết nối. Bản 1.0 cung cấp tốc độ truyền dữ liệu tối đa 721 kbps và kết nối không
thể xa hơn 10 mét. Thực tế khi sử dụng, tốc độ còn chậm hơn đáng kể so với con số
đó. Các tiêu chuẩn ban đầu đi kèm với cấu hình cho hội thoại khơng dây và tai nghe,
mạng Dial-up, Fax và truyền tập tin.
Với 721 Kbps, Bluetooth đáp ứng tốt cho các dữ liệu âm thanh đã được nén lại.
Việc này đủ để đáp ứng nhu cầu cho những sản phẩm âm thanh đơn giản chứ chưa
thể phục vụ cho việc truyền tải âm thanh chất lượng cao như từ đĩa CD tại thời điểm
đó.
Theo thơng số được cơng bố của cấu hình A2DP, Bluetooth 1.0 sử dụng codec tối

15



thiểu là SBC chứ không sử dụng trực tiếp các chuẩn âm thanh như mp3, wma hay
aac. Kết quả là âm thanh của Bluetooth có chất lượng rất kém.
2.1.6. Sửa đổi và nâng cấp
Cốt lõi của Bluetooth chưa được cải tổ hồn tồn để duy trì việc tương thích với
các nền tảng. Dù có nhiều bổ sung và cải tiến kỹ thuật qua nhiều lần sửa đổi, từ giao
thức kết nối mới và chế độ truyền tải, nhưng tốc độ truyền tải dữ liệu cốt lõi vẫn ở
mức 1 Mbps và phần lớn các cấu hình vẫn hoạt động.
Các tính năng nổi bật nhất theo thông số kỹ thuật bao gồm Enhanced Data Rate
lên đến 3 Mbps ở phiên bản 2.0, truyền tải tốc độ cao qua Wi-Fi dùng thiết bị ghép
nối Bluetooth tại phiên bản 3.0, và tiết kiệm năng lượng ở phiên bản 4.0. Bảng liệt kê
dưới đây cho thấy những tính năng chính đã ra mắt và các trường hợp sử dụng điển
hình cho tốc độ và phạm vi được phát triển theo thời gian.

Hình 2.4. Các phiên bản của Bluetooth

Tuy nhiên, Bluetooth không thực sự phù hợp với tiêu chí được hướng đến trong
vài năm qua. Thay vì phát triển theo hướng tập trung vào cải thiện tốc độ truyền tải
và phạm vi kết nối, tiêu chuẩn đang dần phân mảnh qua 2 hướng riêng. Đó là Low
Energy (tiết kiệm điện năng) kể từ phiên bản 4.0 và Classic (truyền thống).
Low Energy được điều chỉnh để sử dụng cho các thiết bị phục vụ cộng đồng như
theo dõi hoạt động cơ thể, Internet of Things (IoT). Classic thì tiếp tục cung cấp tốc
độ truyền dữ liệu cao hơn cho các sản phẩm đòi hỏi việc kết nối liên tục.
Phiên bản Bluetooth 5.0 mới nhất tiếp tục đi theo con đường này, chia những cải

16


tiến cho Classic và Low Energy. Nâng cấp này đặt trọng tâm vào việc tăng phạm vi
và tốc độ truyền tải dữ liệu của lựa chọn năng lượng thấp và phạm vi kết nối xa.

2.2. Lịch sử hình thành và phát triển của WiFi
Hiện nay gần như khơng ai cịn xa lạ với mạng kết nối không dây sử dụng sóng
vơ tuyến, hay cịn có tên gọi khác là Wifi, đây là công cụ cho phép các thiết bị điện
tử có khả năng kết nối, truy cập nhanh chóng và dễ dàng mà không cần đến cáp truyền
dẫn
Cuộc cách mạng của Wifi chỉ đơn giản ra đời từ một quyết định của chính phủ
Hoa Kỳ năm 1985, nhưng nó lại trở thành làn sóng lan rộng và mạnh mẽ cho đến tận
thế kỉ 21 này.

Hình 2.5. Những năm đầu phát triển Wifi

Nếu như bạn để ý khi mua một chiếc máy tính hoặc một chiếc smartphone, hay
bất kỳ thiết bị nào có thể kết nối được với Wifi bạn đều thấy thông số kết nối wifi
thuộc chuẩn IEEE 802.11, và kèm thêm các chữ cái phía sau đó, IEEE là viết tắt của
Institute of Electrical and Electronics Engineers có thể tạm hiểu đây là Hiệp hội các
kỹ sư điện và điện tử, đây là cơ quan phê duyệt củng như nghiên cứu thúc đẩy sự phát

17


triển của Wifi.
Từ suốt những năm 1999 cho đến nay, lần lượt các chuẩn mạng Wifi đã ra đời
rộng rãi:

Hình 2.6. Các chuẩn mạng Wifi

Ngày nay có rất nhiều các thiết bị có cơng nghệ kết nối với Wifi như máy tính,
Smartphone, máy nghe nhạc, tivi, máy chơi game… và hiện nay cũng có rất nhiều
khu vực cũng như vị trí được lắp đặt Wifi như các điểm cơng cộng, bệnh viện, trường
học, trên xe buýt... thậm chí các thành phố lớn cịn sử dụng Wifi bao phủ tồn bộ

thành phố để phục vụ cho khách du lịch cũng như các thiết bị quản lý giao thông, và
sự xuất hiện của Wifi đã tạo ra một cuộc cách mạng về cơng nghệ đóng vai trị vơ

18


cùng quan trọng trong cuộc sống hôm nay và sự ứng dụng của Wifi ngày càng trở
nên nhiều và phổ biến ngồi việc cho phép truy cập internet Wifi cịn phục vụ nâng
cao chất lượng cuộc sống và góp phần rất lớn trong thời đại công nghệ 4.0 và vạn vật
có thể kết nối với nhau (IOT).

Hình 2.7. Sự kết nối Wifi giữa các thiết bị

19


2.3. Giới thiệu phần mềm sử dụng
2.3.1. Phần mềm Arduino IDE

Hình 2.8. Phần mềm Arduino IDE

Arduino IDE là phần mềm được sử dụng rộng rãi và phổ biến hiện nay giúp ta lập
trình cho các dịng sản phẩm của Arduino như Arduino Uno, Arduino Mega, Nano.
Lập trình trên Arduino IDE là cách tiếp cận đơn giản cho những người đam mê
điện tử và muốn tạo ra những sản phẩm nhúng ấn tượng mà không cần quá nhiều kiến
thức chuyên sâu về điện tử.
Là phần mềm được sử dụng trong việc lập trình cho board xử lý về Internet
(NodeMCU Esp8266).
2.3.2. Phần mềm Blynk


Hình 2.9. Biểu tượng phần mềm Blynk

Blynk là một nền tảng cho ứng dụng IOS, Android cho phép điều khiển Arduino,

20


Raspberry Pi, ESP8266, bạn có thể xây dựng ứng dụng điều khiển bằng cách kéo thả
các Widget.
Blynk được thiết kế cho IOT nó có thể điều khiển phần cứng từ xa, hiển thị dữ
liệu cảm biến, lưu trữ dữ liệu và có thể làm được nhiều điều khác thú vị, Blynk có thể
điều khiển các I/O analog hoặc Digital trên vi điều khiển một cách trực tiếp, Blynk
còn được thiết kế thêm Virtual pin (chân I/O ảo). Virtual pin được sử dụng gởi dữ
liệu từ bộ vi điều khiển đến Blynk app và ngược lại, điều này mang lại lợi ích là tất
cả những thứ kết nối với vi điều khiển có thể làm việc với Blynk, bạn có thể gởi dữ
liệu từ Blynk app đến Virtual pin, ở vi điều khiển nhận dữ liệu xử lý thực hiện yêu
cầu sau đó phản hồi lại Smartphone.

Hình 2.10. Cấu trúc phần mềm Blynk

Blynk gồm 3 phần:
Blynk App: cho phép tạo các giao diện từ Widget có sẵn trên điện thoại hệ điều
hành IOS hoặc Android.
Blynk Server: truyền tải thông tin giữa Smartphone và thiết bị, Blynk server có
thể là một đám mây của Blynk hoặc có thể cài đặt trên máy tính cá nhân, hoặc trên
Raspberry Pi.

21



Blynk Libraries: Thư viện cung cấp kết nối phần cứng với server để xử lý tín
hiệu đến và đi.
Blynk khơng bị ràng buộc với những phần cứng cụ thể nào cả, thay vào đó nó hỗ
trợ phần cứng cho bạn có thể lựa chọn như Arduino, Raspberry Pi, ESP8266 hay
nhiều module phần cứng phổ biến khác.
Những lý do nên sử dụng Blynk:
- Dễ dàng sử dụng việc cài ứng dụng và đăng ký tài khoản trên điện thoại di động
rất đơn giản cho cả IOS và Android.
- Chức năng phong phú: Blynk hỗ trợ rất nhiều chức năng với giao diện đẹp và
thân thiện, bạn chỉ cần kéo thả đối tượng và sử dụng nó.
- Điều khiển, giám sát thiết bị ở bất kì nơi đâu thơng qua internet với khả năng
đồng bộ hóa trạng thái và thiết bị.
 Các bước thực hiện một project:
1. Tải ứng dụng Blynk trên cửa hàng App store hoặc CH play của điện thoại
smartphone.
2. Cấu hình app Blynk và lấy mã Auth Token.
Để kết nối ứng dụng Blynk với phần cứng cần có một mã Token xác thực.
-

Tạo một tài khoản hoặc dùng tài khoản Facebook.

-

Tạo một project, hiểu giống như một ứng dụng sắp được thiết kế.

-

Sau khi tạo dự án thành công, cần sao chép hay gởi mã xác thực Auth Token
qua tài khoản email.


-

Kiểm tra email trong hộp thư đến và tìm mã xác thực Auth Token.

22


Hình 2.11. Giao diện Log in và tạo Project của Blynk

Mỗi project, Blynk sẽ gởi 1 mã Auth Token riêng biệt để nhập trong code của
Board mạch điều khiển NodeMCU, có thể lựa chọn nhiều chức năng như nút nhấn,
thanh trược, hẹn giờ, đồng hồ, màn hình LCD... mỗi đơn vị sẽ tốn một lượng Energy
nhất định tùy từng đối tượng.

Hình 2.12. Giao diện tạo các thành phần trong Project của Blynk

23


Sau khi chọn xong đối tượng nhấp vào đối tượng để cài đặt và cấu hình chân và
mức logic cho chân, cấu hình này sẽ tác động đến chân của board phần cứng.
Ví dụ như nhấn nút nhấn thì chân GP16 sẽ chuyển từ trạng thái logic 1 sang logic
0 hoặc có thể ngược lại theo u cầu, ngồi ra có thể đặt tên, kích thướt, hình dạng
của đối tượng theo mong muốn.

Hình 2.13. Giao diện cấu hình thành phần trong Project của Blynk

Sau khi cài đặt và thiết kế xong phần ứng dụng điện thoại thì tiếp tục đến bước
tiếp theo mở phần mềm Arduino IDE và cài đặt thư viện.
3. Cài đặt thư viện và code.

-

Sau khi cài đặt xong thư viện có thể vào File -> Example -> Blynk -> Board
Wifi và chọn code tham khảo.

-

Tiến hành nạp code cho Board và chạy.

24


Chương 3:
NGHIÊN CỨU VÀ XÂY DỰNG HỆ THỐNG
3.1. Hệ thống mơ hình

Hình 3.1. Mơ hình nhà thơng minh

Hệ thống bao gồm vi xử lý trung tâm (Aduino Mega 2560 R3 ) được coi là đầu
não của hệ thống, là nơi tập trung dữ liệu đầu vào/ra để xử lý, đọc giá trị cảm biến
nhiệt độ, độ ẩm, khí gas, thẻ RFID... để thực hiện yêu cầu của người dùng thông qua
điện thoại thông minh.
3.1.1. Khối xử lý trung tâm
Xử dụng board Arduino Mega 2560 R3 là một board vi xử lý có nhiều cải tiến
hơn so với Arduino Uno, đặc biệt là bộ nhớ Flash của Mega được tăng lên một cách

25


đáng kể, gấp 4 lần so với những phiên bản cũ của Uno R3, điều này cùng với việc

trang bị 3 timer và 6 cổng interrupt khiến bo mạch Mega hồn tồn có thể giải quyết
được nhiều bài tốn hóc búa, cần điều khiển nhiều loại động cơ và xử lý song song
nhiều luồng dữ liệu số cũng như tương tự.
Ngoài việc phát triển được ưu tiên, việc kế thừa củng được đặc biệt lưu ý, ngoài
ra ở phiên bản này các nhà thiết kế đã mạnh dạn thay đổi thiết kế để có thêm được
nhiều vùng nhớ và nhiều chân I/O hơn, do vậy Arduino Mega 2560 đã ra đời.

Hình 3.2. Board Arduino Mega 2560 R3

 Thơng số kĩ thuật:
Vi điều khiển: ATmega2560.
Điện áp hoạt động: 5V.
Điện áp đầu vào (được đề nghị): 7-12V.
Điện áp đầu vào (giới hạn): 6-20V.
Số lượng chân I /O: 54 (trong đó có 15 ngõ vào PWM).
Số lượng chân Input Analog: 16.
Dòng điện DC mỗi I/O: 20 mA.
Dòng điện DC với chân 3.3V: 50 mA.

26


3.1.2. Khối xử lý Wifi

Hình 3.3. Board NodeMCU (ESP8266)

NodeMCU V1.0 được phát triển dựa trên Chip WIFI ESP8266EX bên trong
Module ESP-12E dễ dàng kết nối Wifi với một vài thao tác. Board cịn tích hợp IC
CP2120, giúp dễ dàng giao tiếp với máy tính thơng qua Micro USB để thao tác với
board, với kích thước nhỏ gọn, linh hoạt, board dễ dàng liên kết với các thiết bị ngoại

vi để tạo thành một project, sản phẩm một cách nhanh chóng, với kích thước nhỏ gọn
và khả năng kết nối mạng tốt nên board Node MCU V1.0 là sự lựa chọn của nhiều đề
tài về IoT điều khiển và giám sát thiết bị qua Internet.
Board có thể là một trạm (station) phát Wifi để các Client kết nối vào hoặc củng
có thể là một Client kết nối vào mạng Wifi nhà và được lập trình bằng phần mềm IDE
của Arduino.
 Thơng số kỹ thuật:

27


Chip: ESP8266EX.
WiFi: 2.4 GHz hỗ trợ chuẩn 802.11 b/g/n.
Điện áp hoạt động: 3.3V.
Điện áp vào: 5V thông qua cổng USB.
Số chân I/O: 11 (tất cả các chân I/O đều có Interrupt/PWM/I2C/One-wire, trừ
chân D0).
Số chân Analog Input: 1 (điện áp vào tối đa 3.3V).
Bộ nhớ Flash: 4MB.
Giao tiếp: Cable Micro USB.
Hỗ trợ bảo mật: WPA/WPA2.
Tích hợp giao thức TCP/IP.
Lập trình trên các ngôn ngữ: C/C++, Micropython, NodeMCU – Lua.

28