ĐỒ ÁN MÔN HỌC: HỆ THỐNG TRUYỀN THÔNG

MẠCH ĐIỀU KHIỂN CÁC THIẾT BỊ TỪ XA
BẰNG WIFI ESP8266

Ngành:

Kỹ thuật Điện Tử - Viễn thông


MỤC LỤC
CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI .................................................................................................... 5
1.

Đặt vấn đề. ................................................................................................................................. 5

2.

Mục tiêu đề tài ........................................................................................................................... 6

3.

Nội dung đề tài........................................................................................................................... 6

4.

Phương pháp nghiên cứu .......................................................................................................... 7
4.1.

Các nguồn thông tin ........................................................................................................... 7

4.2.

Các phương pháp nghiên cứu, thu thập thông tin ............................................................ 7

Các phần mềm, công cụ được sử dụng ..................................................................................... 7

5.

5.1.1.

Proteus ............................................................................................................................ 7

5.1.2.

Visual Studio Code (PlatformIO) .................................................................................. 8

5.1.3.

Ngrok .............................................................................................................................. 8

CHƯƠNG 2 : CƠ SỞ LÝ THUYẾT .................................................................................................... 9
1.

Giao thức ................................................................................................................................... 9
1.1.

Tổng quan các giao thức của đề tài ................................................................................... 9

1.2.


Giao thức HTTP. ............................................................................................................... 9

1.3.

Giao thức TCP ................................................................................................................. 12

1.4.

Internet Protocol .............................................................................................................. 13

1.5.

Websocket ........................................................................................................................ 14

2.

Chuẩn Giao Tiếp ..................................................................................................................... 15
2.1.

GPIO ................................................................................................................................ 15

2.2.

OneWire ........................................................................................................................... 15

3.

Giới thiệu về các chuẩn giao tiếp wifi ..................................................................................... 16
3.1.


Khái niệm về wifi ............................................................................................................. 16

3.2.

Các chuẩn wifi.................................................................................................................. 16

CHƯƠNG 3: GIỚI THIỆU PHẦN CỨNG ........................................................................................ 18
2.

DHT22 ..................................................................................................................................... 19

3.

Thóa từ..................................................................................................................................... 20

4.

Transitor c1815........................................................................................................................ 20

5.

Role .......................................................................................................................................... 21

6.

Octo pc817 ............................................................................................................................... 23

CHƯƠNG 4: TÍNH TỐN VÀ THIẾT KẾ....................................................................................... 25
1.


Tổng quan về đề tài ................................................................................................................. 25

2.

Phần cứng ................................................................................................................................ 25

2.1.

Sơ đồ phần cứng .................................................................................................................. 25

2.2.

Sơ đồ khối phần cứng .......................................................................................................... 27

3.

Phần mềm ................................................................................................................................ 28

3.1.

Mơ hình kết nối mạng của hệ thống .................................................................................... 28

3.2.

ESP8266 Khởi tạo kết nối WI-FI ........................................................................................ 33

1


3.3.


Sơ đồ ESP8266 Web server ................................................................................................. 34

CHƯƠNG 5: KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC ............................................................................................... 35
1.

Vận hành website .................................................................................................................... 35

2.

Hình ảnh thực tế ...................................................................................................................... 38

CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN .................................................................... 40
1.

Kết luận ................................................................................................................................... 40

2.

Hướng phát triển đề tài ........................................................................................................... 40

TÀI LIỆU THAM KHẢO .................................................................................................................. 41

2


DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT
HTTP: Hypertext Transfer Protocol
PCB: printed circuit board
TCP: Transmission Control Protocol

IP: Internet Protocol
URL: Uniform Resource Locator
GPIO: General Purpose Input Output
I2C: Inter – Integrated Circuit
PC: Personal Computer
WEB: World Wide Web

3


DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hiǹ h 1. Hình minh họa hệ thống viễn thơng ................................................................................ 5
Hiǹ h 2. Hình minh họa Proteus ................................................................................................... 7
Hiǹ h 3. Hình minh họa PlatformIO ............................................................................................. 8
Hiǹ h 4:Sơ đồ tổng quát giao thức ................................................................................................ 9
Hiǹ h 5:Mơ hình Client – Server ................................................................................................ 10
Hiǹ h 6: Sơ đồ truyền giao thưc TCP.......................................................................................... 13
Hiǹ h 7: Sơ đồ chuyền tín hiệu của IP ........................................................................................ 14
Hiǹ h 8: Sơ đồ chuyền tín hiệu của Websocket ........................................................................... 14
Hiǹ h 9:Sơ đồ truyền nhận dữ liệu của 1 Master với nhiều Slave ............................................... 16
Hiǹ h 10: Sơ đồ Pin của ESP8266 .............................................................................................. 18
Hiǹ h 11: Sơ đồ chân và kích thước của DHT22 ......................................................................... 19
Hiǹ h 12:Khóa từ ....................................................................................................................... 20
Hiǹ h 13: Sơ đồ pin C1815 ......................................................................................................... 21
Hiǹ h 14:Module Relay .............................................................................................................. 22
Hiǹ h 15: Sơ đồ nguyên lí mạch roley ........................................................................................ 23
Hiǹ h 16: Sơ đồ pin PC817 ........................................................................................................ 24
Hình 17: Sơ đồ mạch di dây PC ................................................................................................ 25
Hiǹ h 18: Mô phỏng ảnh 3D mạch ............................................................................................. 26
Hiǹ h 19: Sơ đồ các khối linh kiện trong mạch ........................................................................... 26

Hiǹ h 20: Sơ đồ các khối ............................................................................................................ 27
Hiǹ h 21: Sơ đồ giải thích mơ hình mạng của hệ thống ............................................................... 28
Hiǹ h 22:Web server chạy trên Terminal .................................................................................... 29
Hiǹ h 23:Thiết lặp các đường dẫn tới page cho website .............................................................. 30
Hiǹ h 24: Sơ đồ các cây giao thức chuyền trong hệ thống ........................................................... 31
Hiǹ h 25: Code cập nhập sự thay đổi giá trị cho DHT22 ............................................................. 32
Hiǹ h 26: Sơ đồ cách ESP cập nhập dữ liệu cho client thông qua websocket .............................. 32
Hiǹ h 27: Giao diện thiết lập wifi ............................................................................................... 35
Hiǹ h 28:Giao diện login của Web Server .................................................................................. 37
Hiǹ h 29:Giao diện sau khi đăng nhập ........................................................................................ 37
Hiǹ h 30:Giao diện cài đặt.......................................................................................................... 38

4


CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI
1. Đặt vấn đề.
Từ xưa đến nay, con người ln tìm cách tốt nhất để có thể giao tiếp được với
nhau từ khoảng cách xa xôi, như từ thời cổ đại xa xưa, tổ tiên chúng ta đã biết sử
dụng các vật dụng như tù và hoặc đám khói để có thể giao tiếp cũng như báo hiệu
nguy hiểm từ xa, xi dịng thời gian phát triển của nhân loại, ta có các hình thức
giao tiếp mới như sử dụng bồ câu đưa thư, hệ thống bưu tín,... tiếp tục đến thời kì
cận đại cơng nghiệp hóa, ta có những chiếc điện thoại đầu tiên, cơng nghệ sóng
radio,... là nền tảng đầu tiên cho một viễn cảnh nơi khoảng cách vật lý khơng cịn là
rào cản đã khơng cịn xa. Và cuối cùng, ta đến với thời hiện đại, với sự bùng nổ của
công nghệ bán dẫn, các hệ thống viễn thông hiện đại và sự ra đời của Internet, chúng
ta đang sống trong một xã hội kết nối nơi mà khoảng cách vật lý khơng cịn là vấn
đề nữa.

Hình 1. Hình minh họa hệ thống viễn thơng


Có thể thấy, song song với sự phát triển của lồi người, việc giao tiếp, truyền
thơng đóng một vai trị hết sức quan trọng và khơng thể chối cãi. Các cơng nghệ
truyền thơng mà từ đó cũng phát triển theo từ hiệu quả kém, độ trễ cao đến hiệu quả
cao, độ trễ gần như bằng không.
Nhưng ngày nay, khi việc giao tiếp giữa người với người đã trở nên quá dễ
dàng, con người ta lại nghĩ đến một viễn cảnh nơi người và các đồ vật hay các thiết
bị có thể tương tác với nhau bất chấp khoảng cách, tương tự như giữa người với
người. Ví dụ như các hệ thống smart home, smart garden, smart factory,... được kết
nối với nhau thông qua một mạng lưới chặt chẽ không chỉ giữa người với thiết bị

5


mà cịn giữa các thiết bị với nhau, góp phần nâng cao năng suất công việc cũng như
chất lượng cuộc sống của chúng ta hơn rất nhiều.
Vậy để thực hiện được viễn cảnh trên thì bài tốn đầu tiên ta cần phải giải
quyết đó là: “Làm thế nào để có thể điều khiển, giám sát được các thiết bị khi khơng
có mặt ở đó ??”
Với sự phát triển của ngành Điện tử - Viễn thơng, viễn cảnh nói trên thật ra
chúng ta có thể thực hiện được dựa trên các cơng nghệ hiện có và dựa trên ý tưởng
đó, chúng em xin phép được thực hiện đề tài “MẠCH ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ TỪ
XA BẰNG WIFI ESP8266” để giải quyết bài toán đã nêu trên, chắc chắn rằng đề tài
sẽ khơng hồn hảo như viễn cảnh trên nhưng chúng em sẽ cố gắng hết sức để hồn
thiện nó một cách tốt nhất có thể.
2. Mục tiêu đề tài
Đề tài “MẠCH ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ TỪ XA BẰNG WIFI ESP8266” của
chúng em hướng tới mục tiêu xây dựng một mạch điều khiển cho phép người dùng
có thể dễ dàng điều khiển thiết bị từ xa thông qua web server cũng như quan trắc
các chỉ số như nhiệt độ, độ ẩm. Tiếp tục phát triển thêm nhiều tính năng giúp người

dùng dễ dàng sử dụng, đơn giản hóa giao diện người dùng, tăng cường tính năng
bảo mật cho web server, giảm tải điện năng tiêu thụ của mạch, thiết kế rút gọn nhỏ
nhẹ, giảm chi phí làm mạch, tối ưu phần mềm,...
Mục đích chính và kết quả cuối cùng chúng em hướng tới của đồ án này là có
thể nghiên cứu, hiểu sâu hơn về các giao thức truyền thông thông dụng, hiểu về cách
thức hoạt động, cốt lõi của giao thức cũng như nâng cao tay nghề làm mạch in PCB,
tư duy lập trình, làm việc nhóm,...
3. Nội dung đề tài
-

Nghiên cứu về các công nghệ, giao thức như HTTP, Websocket, Hosting,Wifi,.

-

Tính tốn các giá trị linh kiện

-

Thực hiện thiết kế, vẽ sơ đồ nguyên lý, mạch in PCB trên phần mềm Proteus

-

Thực hiện mô phỏng sơ đồ nguyên lý trên phần mềm Proteus

-

Mua linh kiện cần thiết, test linh kiện trên breadboard

-


Thực hiện làm mạch in, lắp linh kiện, hàn mạch.

-

Lập trình cho vi điều khiển ESP8266 thơng qua mơi trường PlatformIO

-

Thực hiện host server thông qua công cụ Ngrok
6


-

Chạy thử mạch, tìm lỗi và sửa lỗi

-

Thực hiện viết báo cáo, hoàn thành đồ án

4. Phương pháp nghiên cứu
4.1. Các nguồn thông tin
-

Sách, tài liệu

-

Tài liệu online


-

Nguồn thông tin chọn lọc trên Internet,...

-

Những người đi trước đã có kinh nghiệm

4.2. Các phương pháp nghiên cứu, thu thập thơng tin
-

Tìm kiếm các thông tin liên quan thông qua các nguồn nêu trên

-

Phân tích và tổng hợp các thơng tin đã có để chọn lọc ra những thơng tin quan
trọng và chính xác.

-

Tìm kiếm những thành tựu lý thuyết đã đạt được có liên quan đến chủ đề đang
nghiên cứu.

-

Theo dõi, lắng nghe các cá nhân, tổ chức có làm việc trong lĩnh vực đang
nghiên cứu.

-


Sử dụng phương pháp Sandbox để tự tìm ra giải pháp hợp lý để giải quyết vấn
đề theo cách riêng.

5. Các phần mềm, công cụ được sử dụng
5.1.1. Proteus
Proteus là phần mềm được nhóm chúng em sử
dụng để vẽ sơ đồ nguyên lý, vẽ mạch in và mô phỏng.
Đây là một phần mềm thường được sử dụng vào việc
thiết kế mạch điện tử, vẽ sơ đồ nguyên lý và thiết kế
mạch in, với ưu thế dễ dàng sử dụng, thích hợp cho
sinh viên sử dụng trong các đồ án.
Ngồi ra Proteus cịn có một số tính năng
như mơ phỏng vi điều khiển,...

7

Hình 2. Hình minh họa Proteus


5.1.2. Visual Studio Code (PlatformIO)
Visual Studio Code (VSC) là một trình soạn thảo
code vơ cùng thơng dụng và được sử dụng rộng rãi
nhờ tính tiện dụng cũng như giao diện thân thiện,
ngồi ra VSC cịn hỗ trợ cửa hàng extension vơ cùng
lớn với rất nhiều addon hữu ích trong q trình phát
triển phần mềm và trong đó có extension tên là
PlatformIO với chức năng tương tự như Arduino
IDE cho phép người dùng biên dịch code, upload

Hình 3. Hình minh họa

PlatformIO

binary lên VĐK, debugger và auto complete (thứ mà Arduino IDE khơng có) và
một số tính năng khác. Cho nên nhóm em sẽ sử dụng PlatformIO cho việc phát triển
phần mềm trong đồ án lần này.
5.1.3. Ngrok
Ngrok là công cụ tạo đường hầm (tunnel) giữa localhost của bạn và internet.
Giúp người khác mạng có thể truy cập được localhost của bạn thơng qua custom
domain của ngrok ví dụ:
mydomain.ngrok.io => localhost:80
Ưu điểm: Dễ sử dụng với giá thành miễn phí, phù hợp để test các dự án nhỏ
Nhược điểm: Hỗ trợ ít các giao thức, giới hạn 40 yêu cầu/phút.

8


CHƯƠNG 2 : CƠ SỞ LÝ THUYẾT
1. Giao thức
1.1. Tổng quan các giao thức của đề tài
Để hình thành nên một hệ thống điều khiển và đọc dữ liệu các thiết bị từ xa nhóm đã
dựa trên các cách thức hoạt động và tổng thể các giao thức sẵn có trên internet để đưa các
giao thức phục vụ cho việc điều khiển từ xa cho ESP8266 này đó là TCP/IP, HTTP và
Websocket.
Mơ hình tổng qt các giao thức sẽ đươc thực hiện như sau:

Hình 4:Sơ đồ tổng quát giao thức
1.2. Giao thức HTTP.
HTTP là gì?

HTTP (HyperText Transfer Protocol – Giao thức truyền tải siêu văn bản) là một

trong các giao thức chuẩn về mạng Internet, được dùng để liên hệ thông tin giữa máy chủ
cung cấp dịch vụ (Web Server) và máy sử dụng dịch vụ (Web Client) là giao thức
Client/Server dùng cho World Wide Web -WWW.
HTTP là một giao thức thuộc lớp ứng dụng trong mơ hình mạng 7 lớp OSI.
HTTP hoạt động như nào?

Giao thức HTTP hoạt động dựa trên mơ hình Client – Server. Trong mơ hình này,
các máy tính của người dùng sẽ đóng vai trị làm máy khách (Client). Client có thể gửi yêu
cầu đến máy chủ và chờ đợi phản hồi từ máy chủ.
9


Máy khách hay client muốn gửi yêu cầu đến một máy chủ cần phải tạo một HTTP
Request bên trong đó gồm có các phần Header và Body, sau đó yêu cầu của client sẽ được
gửi đi thông qua giao thức TCP/IP qua mạng Internet đến được máy chủ hay server, khi
yêu cầu này đến được server, server sẽ thực hiện xử lý yêu cầu đó và phản hồi lại cho client
một HTTP Responses, hồn tất một phiên HTTP.

Hình 5:Mơ hình Client – Server
 Cấu trúc một HTTP Request
Ví dụ một HTTP request line: GET /login HTTP/1.1
HTTP Request line gồm có 3 phần:
o

HTTP Method: Hành động đang được yêu cầu tới server.

o

URL Path: Xác định vị trí tài nguyên mà request áp dụng.


o

HTTP Versions: Phiên bản HTTP của client, server dựa trên version này để đưa
ra phản hồi thích ứng.

 HTTP Headers:
Là một HTTP Header có thể được sử dụng trong một HTTP request hoặc
response, chứa thông tin bổ sung của một HTTP giúp server có thể điều chỉnh phản
hồi dựa trên các thuộc tính được cung cấp.
Các thuộc tính thường gặp của HTTP headers:
o User-Agent: chứa 1 chuỗi xác định các thuộc tính bao gồm: giao thức
mạng, hệ điều hành, loại ứng dụng, nhà cung cấp và phiên bản của client.
o Host: Chỉ định tên domain của server.
o Accept: Cho phép loại nội dung nào được chấp nhận.
o Connection: Trạng thái của kết nối TCP có được mở sau khi một request
kết thúc.
o Set-Cookie: Giá trị của cookie được tạo bởi server và gửi tới client.
10


o Content-Type: Cho biết loại media type của resource để tiến hành mã hóa
nội dung trước khi gửi đến client.
o Content-Length: Giá trị kích thước của resource tính bằng bytes.
....
 HTTP Request methods
HTTP Request methods là tập hợp các phương thức để thực hiện một HTTP
Request, có chức năng riêng biệt, sử dụng cho các mục đích cụ thể.
o

Một số phương thức thường gặp:


GET
GET được sử dụng để lấy lại thông tin từ Server đã cung cấp bởi sử dụng một
URI đã cung cấp. Các yêu cầu sử dụng GET chỉ nhận dữ liệu và khơng có ảnh
hưởng gì tới dữ liệu.
HEAD
Tương tự như GET, nhưng nó truyền tải dịng trạng thái và khu vực Header.
POST
Một yêu cầu POST được sử dụng để gửi dữ liệu tới Server, ví dụ, thông tin khách
hàng, file tải lên, …, bởi sử dụng các mẫu HTML.
PUT
Thay đổi tất cả các đại diện hiện tại của nguồn mục tiêu với nội dung được tải
lên.
DELETE
Gỡ bỏ tất cả các đại diện hiện tại của nguồn mục tiêu bởi URI.
CONNECT
Thiết lập một tunnel tới Server được xác định bởi URI đã cung cấp.
OPTIONS
Miêu tả các chức năng giao tiếp cho nguồn mục tiêu.
TRACE
Trình bày một vịng lặp kiểm tra thông báo song song với path tới nguồn mục
tiêu.
 Cấu trúc HTTP Response

11


Cấu trúc một HTTP Response gần giống với HTTP Request, chỉ khác nhau là thay
vì Requesy-Line thì HTTP Response có Status-Line tương tự Request-Line cũng
có ba phần như sau:

o HTTP-Version: Phiên bản HTTP cao nhất mà server hỗ trợ
o Status-Code: mã kết quả trả về.
 Reason-Phrase: mô tả về Status-Code
 HTTP Status Code
Dưới đây là ý nghĩa của các mã kết quả trả về thông dụng:
1xx: Information – Server đã nhận được request.
2xx: Success – OK.
3xx: Redirection – Phải thực hiện những hành động khác để hoàn thành request.
4xx: Client Error – Request chứa những payload khơng chính xác so với quy định
của server hoặc server không thể xác thực ủy quyền trên client đó.
5xx: Server Error – Được trả ra khi server không thể thực hiện được request.
 HTTP Message Body:
Đây là phần chứa nội dung kết quả của request được trả về bởi server. Để
phản hồi một requesr success, thì nội dung chưa tài nguyên mà client đã yêu cầu
hoặc một số thông tin về trạng thái về hoạt động của client đã request. Đối với
request không thành cơng, nội dung có thể cung cấp thêm một số thông tin về lỗi
được trả về như lý do gây ra lỗi.
1.3. Giao thức TCP
Khái niệm
Transmission Control Protocol (TCP) là giao thức tiêu chuẩn trên Internet đảm bảo
trao đổi thành cơng các gói dữ liệu giữa các thiết bị qua mạng. TCP là giao thức truyền tải
cơ bản cho nhiều loại ứng dụng, bao gồm máy chủ web và trang web, ứng dụng email, FTP
và các ứng dụng ngang hàng.
TCP hoạt động với giao thức Internet (IP) để chỉ định cách dữ liệu được trao đổi
trực tuyến. IP chịu trách nhiệm gửi từng gói đến đích của nó, trong khi TCP đảm bảo

12


rằng các byte được truyền theo thứ tự mà chúng được gửi mà khơng có lỗi hoặc thiếu sót

nào.
Đây cũng là giao thức nền tảng cho các giao thức khác ở lớp ứng dụng như HTTP,
FTP, DNS,...
TCP hoạt động
TCP hoạt động theo tiến trình bắt tay 3 bước (3 way handshake). Tiến trình này
hoạt động như sau:

Hình 6: Sơ đồ truyền giao thưc TCP
 Máy khách gửi cho máy chủ một gói SYN — một yêu cầu kết nối từ port nguồn
của nó đến port đích đến của máy chủ.
 Máy chủ phản hồi bằng gói SYN/ACK, xác nhận việc nhận được yêu cầu kết nối.
 Máy khách nhận gói SYN/ACK và trả lời bằng gói ACK của chính nó.
Sau khi kết nối được thiết lập, TCP hoạt động bằng cách chia nhỏ dữ liệu đã truyền thành
các segment (phân đoạn), mỗi segment được đóng gói thành một gói dữ liệu và được gửi
đến đích của nó.
1.4. Internet Protocol
IP là giao thức chính trong lớp Internet của bộ giao thức mạng, là tập hợp các giao thức
truyền thông bao gồm bốn lớp trừu tượng: lớp liên kết (thấp nhất), lớp Internet, lớp vận
chuyển và lớp ứng dụng (cao nhất).
Mục đích và nhiệm vụ chính của IP là phân phối các datagram từ máy chủ nguồn (máy tính
nguồn) đến máy chủ đích (máy tính nhận) dựa trên địa chỉ của chúng. Để đạt được điều

13


này, IP bao gồm các phương thức và cấu trúc để đặt các thẻ (thông tin địa chỉ, là một phần
của siêu dữ liệu) trong các datagram.

Hình 7: Sơ đồ chuyền tín hiệu của IP
1.5. Websocket

Khái niệm
WebSoket là cơng nghệ hỗ trợ giao tiếp hai chiều giữa client và server bằng cách sử
dụng một TCP socket để tạo một kết nối hiệu quả và ít tốn kém. Với tốc độ truyền nhận vô
cùng nhanh, gần như ngay lập tức, websocket rất thích hợp cho các ứng dụng cần độ chính
xác cao về thời gian, phụ thuộc thời gian thực như: Các sàn tiền ảo, video game, chat, video
call,...

Hình 8: Sơ đồ chuyền tín hiệu của Websocket
14


Ưu Điểm
 Đây là một công nghệ được phát triển nhằm mục đích khắc phục độ trễ của HTTP.
Vì vậy WebSocket có độ trễ thấp.
 Hỗ trợ giảm header xuống mức tối đa (xuống còn 2 byte).
 Truyền và nhận dữ liệu trực tiếp, không cần thông qua các tầng bổ sung.
Nhược Điểm
 Truyền tải dữ liệu bằng WebSoket tiềm ẩn rủi ro bảo mật cao hơn so với HTTP.
 Cơng nghệ cịn mới, chưa tương thích với tồn bộ trình duyệt web.
2. Chuẩn Giao Tiếp
2.1. GPIO

GPIO là một chân tín hiệu kỹ thuật số trên mạch tích hợp mà hành vi của nó (đầu
vào hoặc đầu ra) được điều khiển bởi phần mềm ứng dụng. GPIO về cơ bản là một chân
có thể được cấu hình làm đầu vào hoặc đầu ra. Nếu chúng ta cấu hình chân như một
đầu ra, chúng ta có thể ghi 0 (LOW) hoặc 3,3 / 5 V (VDD) vào chân đó. Khi được cấu
hình làm đầu vào, chúng ta có thể đọc tín hiệu trên chân đó. GPIO là giao diện tiêu
chuẩn mà qua đó vi điều khiển có thể giao tiếp với thế giới bên ngồi. Nó có thể được
sử dụng để đọc các giá trị từ cảm biến analog hoặc kỹ thuật số, điều khiển đèn LED,
điều khiển đồng hồ cho giao tiếp I2C,.

2.2. OneWire

OneWire là hệ thống bus giao tiếp được thiết kế bởi Dallas Semiconductor Corp.
Giống như tên gọi, hệ thống bus này chỉ sử dụng 1 dây để truyền nhận dữ liệu.
Chính vì chỉ sử dụng 1 dây nên giao tiếp này có tốc độ truyền thấp nhưng dữ liệu
lại truyền được khoảng cách xa hơn.
OneWire chủ yếu sử dụng để giao tiếp với các thiết bị nhỏ, thu thập và truyền nhận
dữ liệu thời tiết, nhiệt độ,… các công việc không yêu cầu tốc độ cao.
Giống như các chuẩn giao tiếp khác, 1-Wire cho phép truyền nhận dữ liệu với nhiều
Slave trên đường truyền. Tuy nhiên chỉ có thể có 1 Master.

15


Hình 9:Sơ đồ truyền nhận dữ liệu của 1 Master với nhiều Slave
3. Giới thiệu về các chuẩn giao tiếp wifi
3.1. Khái niệm về wifi

Wi-Fi viết tắt từ Wireless Fidelity hay mạng 802.11 là hệ thống mạng không dây sử
dụng sóng vơ tuyến, giống như điện thoại di động, truyền hình và radio. Sóng wifi
truyền và phát tín hiệu ở tần số 2.4 GHz hoặc 5 GHz. Tần số này cao hơn so với các
tần số sử dụng cho điện thoại di động, các thiết bị cầm tay và truyền hình. Tần số cao
hơn cho phép tín hiệu mang theo nhiều dữ liệu hơn.
3.2. Các chuẩn wifi

Wifi hay mạng 802.11 có 6 chuẩn thơng dụng nhất đó là 802.11a, 802.11 , 802.11g,
802.11n, 802.11ac, 802.11ad.
-

Chuẩn 802.11 : Đây là phiên bản đầu tiên trên thị trƣờng. Chuẩn này có tốc độ

truyền chậm và ít phổ biến hơn so với các chuẩn khác. Chuẩn 802.11 phát tín hiệu
ở tần số 2.4 GHz, nó có thể xử lý đến 11 Mbit/s và sử dụng mã CCK (complimentary
code keying).

-

Chuẩn 802.11g: Cũng phát ở tần số 2.4 GHz, nhƣng nhanh hơn so với chuẩn 802.11
, tốc độ xử lý đạt 54 Mbit/s. Chuẩn 802.11g nhanh hơn vì nó sử dụng mã OFDM
(orthogonal frequency-division multiplexing), một cơng nghệ mã hóa hiệu quả hơn.

-

Chuẩn 802.11a: Phát ở tần số 5 GHz và có thể đạt đến 54 Mbit/s. Nó cũng sử dụng
mã OFDM. Chuẩn 802.11n: Phát ở tần số 2.4 GHz, nhƣng nhanh hơn so với chuẩn
802.11a, tốc độ xử lý đạt 300 Mbit/s.

-

Chuẩn 802.11ac: phát ở tần số 5 GHz

-

Chuẩn 802.11ad: phát ở tần số 60 GHz.

16


WiFi có thể hoạt động trên cả ba tần số và có thể nhảy qua lại giữa các tần số khác nhau
một cách nhanh chóng. Việc nhảy qua lại giữa các tần số giúp giảm thiểu sự nhiễu sóng và
cho phép nhiều thiết bị kết nối không dây cùng một lúc.


17


CHƯƠNG 3: GIỚI THIỆU PHẦN CỨNG
1. ESP8266
Khối điều khiển trung tâm của dự án này sử dụng module ESP-12E NodeMCU.
NodeMCU là một nền tảng IoT mở, được phát triển dựa trên Chip Wifi ESP8266 bên trong
của Module ESP-12E giúp dễ dàng kết nối với vài thao tác. Với kích thước nhỏ gọn, linh
hoạt module có thể dễ dàng kết nối với các thiết bị ngoại vi, hoàn thiện các dự án hay sản
phẩm một cách đơn giản nhất.
Các tính năng chính:
-

Có thể qt và kết nối đến một mạng WiFi bất kỳ để thực hiện các tác vụ như lưu
trữ, truy cập dữ liệu từ server.

-

Tạo điểm truy cập WiFi cho phép các thiết bị khác kết nối, giao tiếp và điều khiển.

-

Là một server để xử lý dữ liệu từ các thiết bị sử dụng Internet khác.

Hình 10: Sơ đồ Pin của ESP8266
Thông số kỹ thuật:
-

Chip: CP2102


-

Wifi: 2.4GHz hỗ trợ chuẩn 802.11 b/g/n

-

Điện áp hoạt động: 3.3V

-

Điện áp vào: 5V thông qua cổng USB.
18


-

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 (tương đương cap sạc điện thoại) , TX-RX Hỗ trợ
bảo mật: WPA/WPA2

-

Tích hợp giao thức TCP/IP

-

Lập trình trên các ngôn ngữ: C/C++, Micropython, NodeMCU – Lua

2. DHT22
Cảm biến nhiệt độ DHT22 là một loại cảm biến trả về tín hiệu số rất hay được ứng dụng
trong các ứng dụng đo nhiệt độ thời gian thực. Vì nó hoạt động khá chính xác và sai số
nhỏ, đồng thời với kích thước nhỏ và giá thành rẻ là một trong những ưu điểm của nó. Cảm
biến có kiểu chân TO-92 với chỉ 3 chân rất dễ giao tiếp và sử dụng.

Hình 11: Sơ đồ chân và kích thước của DHT22
Thơng số kỹ thuật:


Nguồn sử dụng: 3~5VDC.



Dòng sử dụng: 2.5mA max (khi truyền dữ liệu).
19





Đo tốt ở độ ẩm 0100%RH với sai số 2-5%.



Đo tốt ở nhiệt độ -40 to 80°C sai số ±0.5°C.



Tần số lấy mẫu tối đa 0.5Hz (2 giây 1 lần)



Kích thước 27mm x 59mm x 13.5mm (1.05" x 2.32" x 0.53")



4 chân, khoảng cách chân 0.1''.

3. Thóa từ
Khóa chốt điện từ LY-03 đi kèm gá chốt, có chức năng hoạt động như một ổ khóa cửa
sử dụng Solenoid để kích đóng mở bằng điện, được sử dụng nhiều trong nhà thơng minh
hoặc các loại tủ, cửa phịng, cửa kho,… khóa sử dụng điện áp 12VDC, là loại thường đóng
(cửa đóng) với chất lượng tốt, độ bền cao. Khóa chốt điện từ này có thể sử dụng chung với
các mạch chức năng tạo thành một hệ thống thơng minh.

Hình 12:Khóa từ
Thơng số kỹ Thuật:
-


Vật liệu: Thép khơng gỉ

-

Nguồn điện: 12V DC

-

Dịng điện làm việc: 0.8A

-

Cơng suất: 9.6W

-

u cầu nguồn cấp: 12VDC/1A

-

Kích thước: L54 x D38 x H28

-

Thời gian cấp nguồn: Nhỏ hơn 10s

-

Trọng lượng: 150g


4. Transitor c1815

20


Transistor C1815 là một bóng bán dẫn được sử dụng rộng rãi, nó được sử dụng trong
các dự án thương mại và giáo dục. Nó được thiết kế để khuếch đại tần số âm thanh và
OSC tần số cao. Điện áp cơ sở thu của bóng bán dẫn là 50V do đó nó có thể dễ dàng
được sử dụng trong các mạch sử dụng dưới 50V DC. Dòng thu của bóng bán dẫn là
150mA do đó nó có thể điều khiển bất kỳ tải nào dưới giới hạn 150mA. Công suất tiêu
tán của bộ thu và giá trị khuếch đại dịng DC của bóng bán dẫn khá tốt do sử dụng lý
tưởng cho mục đích khuếch đại âm thanh và khuếch đại tín hiệu điện tử. Ngồi ra, nó
cũng có thể được sử dụng như một công tắc để điều khiển tải dưới 150mA.

Hình 13: Sơ đồ pin C1815
Thông số kỹ thuật


Loại gói: TO-92



Loại bóng bán dẫn: NPN



Bộ IC dịng điện tối đa (I C ): 150mA




Điện áp cực đại Collector-Emitter (V CE ): 50V



Điện áp cực đại Collector-Base (V CB ): 60V



Điện áp cực đại cực phát (VEBO): 5V



Max Collector Dissestion (Pc): 400 miliWatt



Tần số chuyển đổi tối đa (fT): 80 MHz



Mức tăng dòng DC tối thiểu và tối đa (h FE ): 70 – 700



Lưu trữ tối đa và nhiệt độ hoạt động phải là: -55 đến +150 C.

5. Role
Một module rơ-le được tạo nên bởi 2 linh kiện thụ động cơ bản là rơ-le và transistor.
Nhận tín hiệu từ vi điều khiển: 8051, AVR, PIC, Arduino,... để điều khiển các thiết bị.


21


Hình 14:Module Relay
Thông số kỹ thuật:
 Điện áp hoạt động: 5VDC
 Dịng tiêu thụ: 200mA/1Relay
 Tín hiệu kích: High (5V) hoặc Low (0V) chọn bằng Jumper
 Kích thước: 72mm * 55mm * 19mm.
 Đầu vào:
-

Có 6 chân (VCC, 4 chân IN, GND)

 Đầu ra:
-

COM: chân chung của Relay

-

NC: tiếp điểm thường đóng

-

NO: tiếp điểm thường mở

 Relay trên mạch:
-


Nguồn ni: 5VDC

-

Tiếp điểm đóng ngắt max: 250VAC-10A hoặc 30VDC-10A

Sơ đồ nguyên lý cơ bản nhất của module relay:

22


Hình 15: Sơ đồ nguyên lí mạch roley
Nguyên lý hoạt động:
Module Relay 4 kênh sử dụng chân kích mức thấp (0V), khi có tín hiệu 0V vào chân
IN (S1) thì cuộn dây có điện và hút tiếp điểm lại, lúc này tiếp điểm thường đóng của relay
sẽ chuyển sang thường mở, tiếp điểm thường mở của relay chuyển sang thường đóng. Khi
ngắt tín hiệu vào chân IN, cuộn dây mất điện relay trở lại trạng thái ban đầu.
6. Octo pc817
PC817 là một opto được sử dụng rất phổ biến, nó chứa một LED hồng ngoại và một
transistor quang trong một gói. Opto hay cịn được gọi là cách ly quang là những linh kiện
dạng IC có từ 4 chân đến nhiều chân, chủ yếu được sử dụng để cách ly hai mạch với nhau.
Hoạt động của nó rất đơn giản, khi một điện áp được đặt vào LED hồng ngoại được nối
trên chân 1 và 2, LED sẽ được kích hoạt và ánh sáng được nhận bởi transistor quang bên
trong làm cho nó ở trạng thái bão hịa từ đó nối chân 3 và 4 với nhau. PC817 là một opto
được sử dụng rộng rãi và hoạt động trong mạch điện tử chỉ với nhiệm vụ cách ly. Nếu bạn
cần nhiều tác vụ cách ly hơn cùng lúc thì bạn cũng có thể sử dụng các opto khác có chứa
vài LED hồng ngoại và transistor quang trong một gói duy nhất.

23



Hình 16: Sơ đồ pin PC817
Thông số kỹ thuật
 Loại gói: Dip 4 chân và SMT
 Loại transistor: NPN
 Dịng cực góp tối đa (IC): 50mA
 Điện áp cực góp - cực phát tối đa (VCEO): 80V
 Điện áp bão hịa cực góp - cực phát: 0,1 đến 0,2
 Điện áp cực phát - cực gốc tối đa (VEBO): 6V
 Cơng suất tiêu tán cực góp tối đa (Pc): 200 mW
 Nhiệt độ lưu trữ và hoạt động phải là: -55 đến +120 độ C để lưu trữ và -30 đến
+100 để hoạt động.

24