TÓM TẮT
Tên đề tài: Nghiên cứu thiết kế hệ thống tự động giám sát và điều khiển trạng thái đèn
qua điện thoại thông minh.
SVTH:

Nguyễn Văn Chung

MSSV: 106130010

Lớp:13DT1

Tóm tắt đề tài:
Em đã thực hiện xây dựng đề tài tự động giám sát và điều khiển trạng thái
của đèn qua điện thoại thông minh dựa trên kiến trúc IoT. Đèn sẽ tự động điều khiển
khi có người và cường độ ánh sáng không đủ và có thể được điều khiển bằng tay. Sản
phẩm của đề tài phù hợp với những nơi công cộng như hành lang, phòng khách. Với
mục đích xây dựng đề tài này, việc dụng đèn sẽ trở nên tiết kiệm điện năng cũng như
nhân lực và thời gian của người sử dụng.
Kết quả của quá trình xây dựng đề tài, em đã hoàn thành được tất cả các mục tiêu
đã đề ra, điều khiển và giám sát được trên điện thoại thông minh ở hai chế độ tự động
và bằng tay, có sản phẩm thực tế cho đề tài, Kết nối được bất kì wifi nào mà người
dùng muốn kết nối.

Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn Chung

Hướng dẫn: Thạc sĩ. Thái Văn Tiến


ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
KHOA ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG

CỘNG HÒA XÃ HÔI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
1. Tên đề tài đồ án:
Nghiên cứu, thiết kế hệ tự động điều khiển và giám sát trạng thái đèn qua điện thoại
thông minh.
2. Đề tài thuộc diện: ☐ Có ký kết thỏa thuận sở hữu trí tuệ đối với kết quả thực hiện
3. Các số liệu và dữ liệu ban đầu:
3.1 Nhu cầu về thông tin sử dụng đèn tiết kiệm hơn về thời gian sử dụng.
3.2 Mô hình IoT.
3.3 Thông tin các linh kiện, thiết bị.
4. Nội dung các phần thuyết minh và tính toán:
4.1. Khảo sát chọn đề tài.
4.2 Tìm hiểu mô hình IoT, vi điều khiển và các cảm biến.
4.3 Đồng bộ toàn hệ thống.
4.4 Khảo sát thực nghiệm cho hệ thống.
4.4.1 Điều khiển bằng tay và giám sát trạng thái đèn trên Blynk.
4.4.2 Điều khiển tự động( cảm biến chuyển động, cảm biến cường độ ánh sáng)
4.4.3

Đồng bộ dữ liệu phần cứng với website và Blynk.

Ngày giao nhiệm vụ đồ án:
……../……./2018
Ngày hoàn thành đồ án: ……../……./2018
Đà Nẵng, ngày
tháng 12 năm 2018

Trưởng Bộ môn……………………….
Người hướng dẫn

5
6

Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn Chung

Hướng dẫn: Thạc sĩ. Thái Văn Tiến


Cộng hòa xã hội chủ nghĩa Việt Nam
Độc lập – Tự do – Hạnh phúc
===========================

LỜI CAM ĐOAN
Kính gởi: Hội đồng bảo vệ đồ án tốt nghiệp Khoa Điện Tử - Viễn Thông, Trường
Đại Học Bách Khoa Đà Nẵng.
Em là NGUYỄN VĂN CHUNG. Hiện là sinh viên lớp 13DT1, khoa Điện Tử –
Viễn Thông, Trường Đại học Bách Khoa Đà Nẵng.
Em xin cam đoan đồ án này là kết quả do em tự tính toán, thiết kế và nghiên cứu,
không sao chép của ai, được thực hiên dưới sự hướng dẫn của Thạc sĩ. Thái Văn Tiến.
Nếu có bất kì sự vi phạm nào, nhóm chúng tôi xin chịu hoàn toàn trách nhiệm và chịu
mọi sự kỷ luật của khoa và nhà trường.
Xin chân thành cảm ơn.

Đà Nẵng, tháng 12 năm 2018
Sinh viên

Nguyễn Văn Chung


Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn Chung

Hướng dẫn: Thạc sĩ. Thái Văn Tiến


LỜI CẢM ƠN
Em xin trân trọng cám ơn quý Thầy cô trong khoa Điện tử - Viễn thông, Đại
học, trường Đại học Bách khoa – Đại học Đà Nẵng đã tận tình giảng dạy, truyền đạt
những kiến thức quý báu trong suốt năm năm học, những kiến thức em nhận được trên
giảng đường đại học là nền tảng để em có thể thực hiện đề tài tốt nghiệp “Nghiên cứu,
thiết kế hệ thống tự động giám sát và điều khiển trạng thái đèn qua điện thoại thông
minh” và cũng là hành trang giúp em vững bước trong tương lai. Đề tài “Nghiên cứu,
thiết kế hệ thống tự động giám sát và điều khiển trạng thái đèn qua điện thoại thông
minh” đã được triển khai thực hiện và hoàn thành với một số kết quả thu được có khả
năng ứng dụng trong thời gian tới với điều kiện thực tiễn hiện nay.
Em xin chân thành gửi lời cảm ơn sâu sắc nhất đến Thầy– Thạc sĩ.Thái Văn Tiến,
người đã tận tình hướng dẫn em trong suốt quá trình thực hiện đề tài.
Mặc dù em đã có nhiều cố gắng hoàn thiện đề tài này bằng tất cả sự nhiệt tình
và nổ lực của mình, tuy nhiên không thể tránh khỏi những thiếu sót, nhóm em rất
mong nhận được những ý kiến đóng góp quý báu của quý Thầy cô và các bạn!

Đà Nẵng, Ngày tháng 12 năm 2018
Sinh viên thực hiện

Nguyễn Văn Chung

Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn Chung

Hướng dẫn: Thạc sĩ. Thái Văn Tiến



MỤC LỤC
MỤC LỤC
DANH SÁCH HÌNH ẢNH
DANH SÁCH BẢNG BIỂU
DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT
TÓM TẮT ......................................................................................................................1
MỤC LỤC ......................................................................................................................5
DANH SÁCH HÌNH ẢNH ............................................................................................ 7
DANH SÁCH BẢNG BIỂU .......................................................................................... 8
DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT ........................................................................................9
LỜI MỞ ĐẦU ................................................................................................................1
Chương 1: TỔNG QUAN ĐỀ TÀI...............................................................................3
1.1 Giới thiệu chương ..................................................................................................3
1.2 Sự cần thiết của đề tài ............................................................................................ 3
1.3 Hệ thống IoT ..........................................................................................................3
1.3.1 Giới thiệu về IoT.............................................................................................. 3
1.3.2 Mô hình của một hệ thống IoT ........................................................................3
1.4

Đề xuất ý tưởng ..................................................................................................4

1.4.1 Ý tưởng chung của đề tài .................................................................................4
1.4.2 Mô hình IoT và Kiến trúc tham chiếu của hệ thống ........................................5
1.4.3 Nguyên tắc hoạt động .....................................................................................6
1.4.4 Nguyên lý giám sát trạng thái đèn ..................................................................7
1.4.5 Thiết kế nguyên lý điều khiển trạng thái đèn ở chế độ tự động ..................7
1.4.6 Thiết kế nguyên lý điều khiển trạng thái đèn ở chế độ bằng tay .....................9
1.4.7 Hoạt động trong chế độ station và access point..............................................9

1.5

Các thiết bị đã có trên thị trường .......................................................................9

1.6 Kết luận chương ...................................................................................................10
CHƯƠNG 2: GIỚI THIỆU PHẦN CỨNG VÀ PHẦN MỀM ĐƯỢC DÙNG
TRONG HỆ THỐNG ..................................................................................................11
2.1 Giới thiệu chương ................................................................................................ 11
2.2 Thông số kỹ thuật và chức năng của các thiết bị có trong hệ thống ....................11
2.2.1 Module NodeMCU ESP8266 ........................................................................11
2.2.2 Module cảm biến ánh sáng ............................................................................12
Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn Chung

Hướng dẫn: Thạc sĩ. Thái Văn Tiến


2.2.3 Module cảm biến quang trở ..........................................................................13
2.2.4 Cảm biến chuyển động HC – SR501 ............................................................. 14
2.2.5 Module 1 relay 5Volts ..................................................................................15
2.2.6 Mạch nguồn 5v .............................................................................................. 16
2.2.7 Đèn led 5W ....................................................................................................17
2.2.8 Các linh kiện khác ........................................................................................ 17
2.3 Phần mềm .............................................................................................................18
2.2.1 Trình biên dịch arduino IDE ..........................................................................18
2.4 Kết luận chương ...................................................................................................19
Chương 3: THIẾT KẾ VÀ XÂY DỰNG ĐỀ TÀI ....................................................20
3.1 Giới thiệu chương ................................................................................................ 20
3.2

Thiết kế và xây dựng phần cứng ......................................................................20


3.2.1 Thiết kế sơ đồ khối của phần cứng ................................................................ 20
3.2.2 Sơ đồ nguyên lý mạch tổng quát ...................................................................20
3.3 Thiết kế và xây dựng thuật toán của hệ thống .....................................................23
3.3.1 Sơ đồ khối thuật toán tổng quát .....................................................................23
3.3.1 Thuật toán kết nối wifi. ..................................................................................24
3.3.2 Thuật toán chọn chế độ điều khiển tự động hoặc bằng tay ........................... 25
3.3.3 Điều khiển đèn ở chế độ tự động ...................................................................26
3.3.4 Điều khiển đèn ở chế độ bằng tay ................................................................ 27
3.5 Kết luận chương ...................................................................................................27
Chương 4: KẾT QUẢ THI CÔNG VÀ ĐÁNH GIÁ ĐỀ TÀI .................................28
4.1. Giới thiệu chương ............................................................................................... 28
4.2 Kết quả thi công phần cứng .................................................................................28
4.3. Kết quả thi công phần mềm .............................................................................29
4.4 Đánh giá thiết bị của đề tài...................................................................................30
4.4.1 Tiêu chí đánh giá và kết quả đạt được ........................................................... 30
4.5 Kết luận chương ...................................................................................................32
KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN .................................................................33
TÀI LIỆU THAM KHẢO........................................................................................... 34

Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn Chung

Hướng dẫn: Thạc sĩ. Thái Văn Tiến


DANH SÁCH HÌNH ẢNH

Hình 1.1 Mô hình hệ thống IoT . ................................................................................................ 4
Hình 1.2 Mô hình ý tưởng. ......................................................................................................... 5
Hình 1.3 Mô hình IoT chung của hệ thống. ............................................................................... 6

Hình 1.4 Sơ đồ khối giám sát trạng thái đèn. ............................................................................. 7
Hình 1.5 Điều kiện bật đèn và nội dung hiển thị. ....................................................................... 8
Hình 1.6 Điều khiển tắt đèn và nội dung hiển thị khi ánh sáng tốt. ........................................... 8
Hình 1.7 Điều kiện tắt đèn và nội dung hiển thị khi ánh sáng kém. ........................................... 9
Hình 1.8 Điều khiển đèn ở chế độ bằng tay…. .......................................................................... 9
Hình 2.1 Module NodeMCU ESP8266…………………………….…………………………11
Hình 2.2 Trở quang. ................................................................................................................. 13
Hình 2.3 Module cảm biến ánh sáng. ....................................................................................... 13
Hình 2.4 Module cảm biến chuyển động. ................................................................................. 14
Hình 2.5 Module 1 relay 5Volts. ............................................................................................. 16
Hình 2.6 Mạch nguồn cho hệ thống. ........................................................................................ 16
Hình 2.7 Đèn led 5W. ............................................................................................................... 17
Hình 2.8 Transistor c1815. ....................................................................................................... 17
Hình 2.9 Điện trở 2K2. ............................................................................................................. 18
Hình 2.10 Giao diện trình biên dịch arduino IDE. ................................................................... 18
Hình 3.1 Sơ đồ khối của phần cứng…………………………………………….…………….20
Hình 3.2 Sơ đồ nguyên lý mạch tổng quát. .............................................................................. 21
Hình 3.3 Sơ đồ nguyên lý phần cứng giám sát trạng thái đèn. ................................................. 21
Hình 3.4 Sơ đồ nguyên lý điều khiển trạng thái đèn. ............................................................... 22
Hình 3.5 Sơ đồ nguyên lý đầu vào điều khiển trạng thái đèn. .................................................. 22
Hình 3.6 Sơ đồ nguyên lý đầu ra điều khiển trạng thái đèn. .................................................... 23
Hình 3.7 Sơ đồ thuật toán tổng quát. ........................................................................................ 24
Hình 3.8 Sơ đồ khối hàm setup. ............................................................................................... 25
Hình 3.9 Điều khiển chọn chế độ tự động hoặc bằng tay trên Blynk. ...................................... 25
Hình 3.10 Điều khiển đèn ở chế độ tự động. ............................................................................ 26
Hình 3.11 Điều khiển đèn ở chế độ bằng tay trên Blynk. ........................................................ 27
Hình 4.1 Mạch in……………………………………………………………………………..28
Hình 4.2 Sản phẩm hoàn thiện. ................................................................................................ 29
Hình 4.3 Giao diện giám sát và điều khiển trên Blynk. ........................................................... 30


Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn Chung

Hướng dẫn: Thạc sĩ. Thái Văn Tiến


DANH SÁCH BẢNG BIỂU
Bảng 4.1 Các chỉ tiêu đánh giá hệ thống……………………………………………………...31
Bảng 4.2 Tổng các chi phí sản
xuất…………………………………….…………………….324

Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn Chung

Hướng dẫn: Thạc sĩ. Thái Văn Tiến


DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT
TỪ VIẾT TẮT

NỘI DUNG

ADC

Analog-to-digital converter

HW

Hardware

IBM


International Business Machines

IC

Integrated circuit

IoT

Internet Of Things

IT

Information Technology

LWT

Last Will And Testament

MCU

Micro Controller Unit

MQTT

Message Queuing Telemetry Transport

PCB

Printed circuit board


PWM

Pulse Width Modulation

QoS

Qualities Of Service

REST

REpresentational State Transfer

SDK

Software Development Kit

SPI

Serial Peripheral Interface

TCP

Transmission Control Protocol

TRNSP Mode

Transparent mode

UDP


User Datagram Protocol

VM

Virtual Machine

SCL

Serial Clock

SDA

Serial Data

Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn Chung

Hướng dẫn: Thạc sĩ. Thái Văn Tiến


LỜI MỞ ĐẦU

Phần này trình bày các nhu cầu thực tiễn là tiền đề cho ý tưởng của đồ án, nội
dung đồ án, hình thức trình bày, phương pháp nghiên cứu và kết quả đạt được của đồ
án.
Việt Nam đang trong giai đoạn hội nhập quốc tế, với nền kinh tế và khoa học kỹ
thuật ngày càng phát triển cùng với đời sống người dân không ngừng được nâng cao.
Trong bối cảnh đó, việc không ngừng sáng tạo và áp dụng công nghệ cao, kỹ thuật tiên
tiến vào sản xuất là hướng đi tất yếu để xây dựng một nền nông nghệ hiện đại, thu hẹp
khoảng cách với các nước tiên tiến trên thế giới, đáp ứng nhu cầu về khoa học kỹ
thuật, cạnh tranh với các nền công nghệ mới trên thế giới. Các hệ thống tự động, các

chương trình nghiên cứu kỹ thuật cao, ngày càng phát triển trên thế giới, tuy nhiên,
vẫn chưa đi sâu vào thực tiễn. Nhiều công nghệ chỉ có ở sản phẩm demo, nhưng chưa
áp dụng được vào thị trường, chưa tận dụng được hết các ứng dụng khoa học kỹ thuật
vào cuộc sống.
Công nghệ và Internet thực sự đã tác động và có sức ảnh hưởng lớn tới mọi ngóc
ngách cuộc sống cũng như hoạt động của con người. Những tác động này ngày càng
mạnh mẽ hơn bao giờ hết và trực tiếp thay đổi không chỉ cuộc sống, công việc và giải
trí mà còn cả những thứ nhiều năm nay vốn dường như chẳng mấy liên quan tới web
hay văn hoá Internet. Nổi bật hiện nay chính là các ứng dụng IoT trong đa số lĩnh vực
của cuộc sống, và là một đề tài nóng hổi cho các nhà sản xuất, nghiên cứu hiện nay.
Từ những tìm hiểu đã có về IoT, em đã quyết định mang ứng dụng Đèn thông
minh do em tự nghiên cứu và sáng chế. Mong muốn góp một phần nào đó vào sự phát
triển công nghệ của Việt Nam.
Nội dung đồ án:
Nội dung của đồ án là thiết kế mô hình Đèn thông minh sử dụng công nghệ IoT
với những chức năng chính sau: tự động bật tắt khi có người, có thể điều khiển phần
mềm Blynk trên điện thoại thông minh ở 2 chế độ bằng tay và tự động. Hệ thống này
giúp chúng ta tiết kiệm được thời gian, tiết kiệm hệ thống điện năng, chống lãng phí
đồng thời đảm bảo mắt khi sử dụng.
Trình bày đồ án:
Nội dung đồ án gồm 4 chương:
Chương 1: Tổng quan đề tài
Chương 2: Giới thiệu phần cứng và phần mềm được dùng trong hệ thống
Chương 3: Thiết kế và xây dựng đề tài
Chương 4: Kết quả thi công và đánh giá đề tài
Kết luận và hướng phát triển
Phương pháp nghiên cứu:
1
Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn Chung


Hướng dẫn: Thạc sĩ. Thái Văn Tiến


Phương pháp nghiên cứu của đồ án là tìm hiểu, nghiên cứu, mô phỏng và xây
dựng mô hình trực quan.
Kết quả đạt được.
Sau quá trình nghiên cứu và thi công, em đã phát triển được hệ thống với những
kết quả đạt được như sau:
-

Điều khiển đèn tự động khi có người và ánh sáng dưới ngưỡng.

-

Điều khiển đèn bằng tay qua điện thoại thông minh.

-

Giám sát trạng thái thực của đèn.

-

Hệ thống đèn có thể kết nối với bất kỳ wifi nào mà người sử dụng muốn.

-

Áp dụng cho hành lang, phòng khách.

-


Hệ thống tiết kiệm điện năng.

-

Có thể thương mại hóa được.

Sau quá trình thiết kế và thi công cả phần cứng lẫn phần mềm, quá trình thử
nghiệm cho thấy hệ thống đã hoạt động đúng theo ý tưởng thiết kế ban đầu và giá
thành thực hiện thấp. Để hiểu chi tiết hơn về đề tài, tiếp tục thực hiện ở trong các
chương tiếp theo.

2
Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn Chung

Hướng dẫn: Thạc sĩ. Thái Văn Tiến


Chương 1: TỔNG QUAN ĐỀ TÀI

1.1 Giới thiệu chương
Như chúng ta đã biết, gần như các thiết bị điện xung quanh chúng ta ngày nay
đều hoạt động độc lập với nhau, mỗi thiết bị có một quy trình sử dụng khác nhau tùy
thuộc vào sự thiết lập, cài đặt của người sử dụng. Chúng chưa có một sự liên kết nào
với nhau về mặt dữ liệu. Nhưng đối với chiết đèn thông minh, chúng ta có thể điều
khiển, bật tắt tự động, các dữ liệu được kết nối với internet. Ở đây, các thiết bị được
kết nối với nhau thành một hệ thống hoàn chỉnh thông qua một thiết bị trung tâm và có
thể giao tiếp với nhau về mặt dữ liệu.
Trong chương mở đầu này sẽ giới thiệu tổng quan về hệ thống IoT và đề xuất
thiết kế hệ thống tự động giám sát và điều khiển trạng thái đèn qua điện thoại thông
minh có sử dụng hệ thống IoT.

1.2 Sự cần thiết của đề tài
Như chúng ta đã biết Điện là năng lượng được sử dụng thường xuyên, không thể
thiếu trong cuộc sống của chúng ta, xã hội càng phát triển, đời sống của nhân dân ngày
một đi lên thì nhu cầu sử dụng điện càng tăng, trong khi đó tài nguyên để sản xuất ra
điện ngày một cạn kiệt. Do nhu cầu sử dụng của con người ngày càng cao. Các thiết bị
sử dụng điện ngày càng nhiều, đặc biệt thiết bị chiếu sáng được sử dụng rộng rãi. Từ
việc sử dụng các thiết bị chiếu sáng trong gia đình, trong công nghiệp, đèn đường..v.v
Sự lãng phí khi sử dụng các thiết bị chiếu sáng ở thực tại được thể hiện rộng rãi ở
khắp mọi nơi. Có những nơi không cần thiết thì vẫn được bật, những đường dây rò rĩ,
hao phí điện có khắp nơi. Sửa chửa, bảo trì điện vẫn còn gặp nhiều khó khăn. Nhận
thức được điều đó, cùng với sự phát triển của khoa học và công ngệ, nhóm chúng em
quyết định tìm hiểu, nghiên cứu và phát triền thành đề tài “Nghiên cứu, thiết kế hệ
thống tự động giám sát và điều khiển trạng thái đèn qua điện thoại thông minh và
website” nhằm mục đích dễ kiểm soát chất lượng sáng, và tiết kiệm được một phần
điện năng nào đó cho xã hội.
1.3 Hệ thống IoT
1.3.1 Giới thiệu về IoT
Mạng lưới vạn vật kết nối Internet hoặc là Mạng lưới thiết bị kết nối Internet viết
tắt là IoT (tiếng Anh: Internet of Things), với 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, công 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
công việc nào đó.
1.3.2 Mô hình của một hệ thống IoT

3
Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn Chung


Hướng dẫn: Thạc sĩ. Thái Văn Tiến


Hình 1.1 Mô hình hệ thống IoT .
Trên đây là mô hình chuẩn mực của một hệ thống ứng dụng IoT. Với IoT hệ
thống luôn được chia làm 4 phần chính: Things, Local network, Internet và Back-end
services[6]
a. Sự vật (Things)
Sự vật thường gồm các cảm biến để thu nhận dữ liệu, vai trò của cảm biến nói lên
thuộc tính của sự vật. Sau khi sự vật thu nhận dữ liệu, nó thực hiện quá trình xử lý
thông qua vi điều khiển được kết nối internet.
b. Mạng cục bộ (Local network)
Server là broker cloudmqtt và server Blynk, các CPU là máy tính, điện thoại
thông minh và nodemcu. Các CPU của mạng local network trao đổi dữ liệu với nhau.
c. Mạng ngoại vi (Internet)
Là hệ thống các dây cáp đồng trục hay cáp quang của mạng internet, đây là phần
truyền dữ liệu từ mạng cục bộ để cập nhật vào phần cơ sở dữ liệu lưu trữ phục vụ cho
các ứng dụng IoT (Back - end services).
d. Thiết bị đầu cuối (Back - end services)
Có nhiệm vụ lưu trữ các dữ liệu của các sự vật có trong hệ thống IoT, gồm các
thuộc tính, tên định danh và phương thức của sự vật để cung cấp cho các ứng dụng
IoT.
1.4 Đề xuất ý tưởng
1.4.1 Ý tưởng chung của đề tài
Thực hiện trên mô hình mạng lưới IoTs.
Đối tượng: Đèn.
4
Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn Chung

Hướng dẫn: Thạc sĩ. Thái Văn Tiến



Tự động điều khiển bật tắt đèn khi có người và ánh sáng không đủ( sử dụng cảm
biến chuyển động và cảm biến ánh sáng).
Điều khiển bằng tay và giám sát qua điện thoại thông minh( ứng dụng Blynk).

Hình 1.2 Mô hình ý tưởng.
Mục đích: Tiết kiệm điện năng, thời gian cũng như nhân lực khi không có người
sử dụng điện năng, hệ thống của đề tài áp dụng cho những nơi công cộng như thư viện,
hành lang, phòng vệ sinh v.v…
1.4.2 Mô hình IoT và Kiến trúc tham chiếu của hệ thống
a. Mô hình IoT chung của hệ thống

5
Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn Chung

Hướng dẫn: Thạc sĩ. Thái Văn Tiến


Hình 1.3 Mô hình IoT chung của hệ thống.
b. Kiến trúc tham chiếu của hệ thống
Thiết bị
Các thiết bị của mô hình gồm:
-

Module NodeMCU ESP 8266.

-

Điện thoại thông minh.


-

Đèn huỳnh quang.

-

Wifi (phát từ điện thoại).

-

Và những thiết bị dùng để kết nối khác.

Giao thức truyền thông với internet giao tiếp trực tiếp với Internet qua wifi nhờ
module NodeMCU ESP8266.
1.4.3 Nguyên tắc hoạt động
Nguyên tắc chung:
-

Đồng bộ dữ liệu hiển thị trên điện thoại thông minh.

-

Trạng thái đèn phải thực, không phải là trạng thái của môi trường.
6

Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn Chung

Hướng dẫn: Thạc sĩ. Thái Văn Tiến



-

Chế độ bằng tay và tự động hoàn toàn độc lập nhau.

Phần hiển thị gồm:
-

Hiển thị trạng thái đèn.

-

Chế độ tự động hay bằng tay.

-

Trạng thái người hoặc trạng thái ánh sáng môi trường.

1.4.4 Nguyên lý giám sát trạng thái đèn
Dùng cảm biến ánh sáng để đọc trạng thái của đèn.

Hình 1.4 Sơ đồ khối giám sát trạng thái đèn.
Nguyên tắc thiết kế:
-

Cảm biến ánh sáng đọc trạng thái ánh sáng của môi trường.

-

Áp ra của nodeMCU ESP8266 đủ để cảm biến ánh sáng hoạt động.


Ý nghĩa:
-

Đánh giá đúng trạng thái của đèn.

-

Nếu trạng thái của đèn và trạng thái điều khiển đèn không giống nhau thì,
phần giám sát trạng thái đèn giúp người sử dụng phát hiện lỗi phần cứng( chui
lỏng) hoặc bóng đèn đã hỏng.

1.4.5 Thiết kế nguyên lý điều khiển trạng thái đèn ở chế độ tự động
Nguyên lý thiết kế:
- Độc lập với chế độ bằng tay.
- Đồng bộ dữ liệu trên điện thoại thông minh.
a. Điều khiển trạng thái bật
Điều kiện duy nhất để bật đèn ở chế độ tự động là khi có người và ánh sáng bé
hơn ngưỡng.

7
Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn Chung

Hướng dẫn: Thạc sĩ. Thái Văn Tiến


Hình 1.5 Điều kiện bật đèn và nội dung hiển thị.
b. Điều khiển trạng thái tắt
Có hai trường hợp tự động tắt đèn:
-


Cường độ ánh sáng môi trường đủ.

Hình 1.6 Điều khiển tắt đèn và nội dung hiển thị khi cường độ ánh sáng tốt.
-

Cường độ ánh sáng kém dù có người hay không có người.

8
Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn Chung

Hướng dẫn: Thạc sĩ. Thái Văn Tiến


Hình 1.7 Điều kiện tắt đèn và nội dung hiển thị khi cường độ ánh sáng kém.
1.4.6 Thiết kế nguyên lý điều khiển trạng thái đèn ở chế độ bằng tay
Nguyên tắc điều khiển ở chế độ bằng tay:
-

Chế độ tự động vô hiệu.

-

Đồng bộ dữ liệu trên điện thoại thông minh.

-

hiển thị giá trị cường độ sáng, hiển thị trạng thái có người hoặc không có
người.


Điều khiển đèn được biểu diễn qua sơ đồ sau:

Hình 1.8 Điều khiển đèn ở chế độ bằng tay.
1.4.7 Hoạt động trong chế độ station và access point
-

Hệ thống chỉ hoạt động một trong 2 chế độ station và access point.

-

Khi hệ thống kết nối đúng tên mạng wifi thì sẽ hoạt động ở chế độ station,
ngược lại sẽ chuyển qua chế độ access point, cho phép người dùng nhập địa chỉ
mạng wifi đúng.

2 chế độ này sẽ được trình bày cụ thể hơn ở mục thuật toán cùng chương.
1.5 Các thiết bị đã có trên thị trường
Hiện nay, trên thị trường đã có rất nhiều sản phẩm ứng dụng mô hình IoT tương
tự như:
9
Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn Chung

Hướng dẫn: Thạc sĩ. Thái Văn Tiến


-

Bóng đèn tự động bật tắt khi có người.
Đèn hẹn giờ.
Đèn điều khiển từ xa.
Đèn led tiết kiệm v.v…


Tuy nhiên, các thiêt bị này chưa tối ưu trong việc tích hợp nhiều chức năng trong
hệ thống của một thiết bị. Mỗi thiết bị, chỉ có những tính năng riêng do đó chưa đáp
ứng được nhu cầu sử dụng của người dùng.
1.6 Kết luận chương
Qua chương này, giúp chúng ta hiểu được về tình hình sử dụng các thiết bị hiện
tại, tổng quan được mô hình, ý tưởng thực hiện đề tài. Giúp chúng ta nhận định rõ hơn
về IoT cũng như các giao thức được sử dụng.

10
Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn Chung

Hướng dẫn: Thạc sĩ. Thái Văn Tiến


CHƯƠNG 2: GIỚI THIỆU PHẦN CỨNG VÀ PHẦN MỀM ĐƯỢC DÙNG
TRONG HỆ THỐNG

2.1 Giới thiệu chương
Trước khi thực hiện một đề tài, phần tìm hiểu cũng như lựa chọn các Module cho
từng chức năng trong hệ thống là rất quan trọng. Nếu các Module không tương thích
hoặc không đáp ứng yêu cầu của hệ thống thì sẽ ảnh hưởng trực tiếp đến sự ổn định
cũng như hiệu quả hệ thống. Vì vậy, chương này chúng ta sẽ tìm hiểu về vai trò các
Module trong hệ thống cũng như nguyên lý hoạt động, hiệu quả của chúng và cách lập
trình.
2.2 Thông số kỹ thuật và chức năng của các thiết bị có trong hệ thống
2.2.1 Module NodeMCU ESP8266
a. Giới thiệu

Hình 2.1 Module NodeMCU ESP8266.

Dòng chip ESP8266-01 có tích hợp Wi-Fi 2.4Ghz có thể lập trình được, rẻ tiền
được sản xuất bởi một công ty bán dẫn Trung Quốc: Espressif Systems.
Được phát hành đầu tiên vào tháng 8 năm 2014, đóng gói đưa ra thị trường dạng
module ESP-01, được sản xuất bởi bên thứ 3: AI-Thinker. Có khả năng kết nối
Internet qua mạng Wi-Fi một cách nhanh chóng và sử dụng rất ít linh kiện đi kèm. Với
giá cả có thể nói là rất rẻ so với tính năng và khả năng ESP8266 có thể làm được.
ESP8266 có một cộng đồng các nhà phát triển trên thế giới rất lớn, cung cấp
nhiều Module lập trình mã mở giúp nhiều người có thể tiếp cận và xây dựng ứng dụng
rất nhanh.
Hiện nay tất cả các dòng chip ESP8266 trên thị trường đều mang nhãn
ESP8266EX, là phiên bản nâng cấp của ESP8266.
b. Thông số kỹ thuật
11
Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn Chung

Hướng dẫn: Thạc sĩ. Thái Văn Tiến


-

32-bit RISC CPU : Tensilica Xtensa LX106 running at 80 MHz.

-

Hổ trợ Flash ngoài từ 512KiB đến 4MiB.

-

64KBytes RAM thực thi lệnh.


-

96KBytes RAM dữ liệu.

-

64KBytes boot ROM.

-

Chuẩn wifi EEE 802.11 b/g/n, Wi-Fi 2.4 GHz Tích hợp TR switch, balun,
LNA, khuếch đại công suất và matching network Hổ trợ WEP,
WPA/WPA2, Open network.

-

Tích hợp giao thức TCP/IP.

-

Hổ trợ nhiều loại anten.

-

16 chân GPIO.

-

Hổ trợ SDIO 2.0, UART, SPI, I²C, PWM,I²S với DMA


-

1 ADC 10-bit.

-

Dải nhiệt độ hoạt động rộng : -40C ~ 125C.

-

Nguồn vào: 5V.

-

Nguồn ra: 3.3V.

c .Các đặc điểm chức năng
Module NodeMCU ESP8266 ở dạng module nên sẽ tối ưu trong việc thiết kế
phần cứng nhỏ gọn cũng như tiết kiệm chi phí và quan trọng là có khả năng giảm
nhiễu hơn là tự làm thủ công.
Có tích hợp 4 chế độ:
-

STA(station mode): NodeMCU kết nối với một wifi.
AP(access point ): Phát wifi để các thiết bị có thể kết nối.
STA và AP.
Wifi off: Không kết nối wifi.
Nên ESP 8266 rất phù hợp là vi điều khiển cho mô hình IoT.
Lập trình vi điều khiển trên Aduino IDE được hỗ trợ trên window.


Có khả năng hoạt động độc lập với 2 chân I/O (cho phép module kết nối trực tiếp
với cảm biến, thiết bị ngoại vi hoặc điều khiển máy chủ thông qua Wifi) và có khả
năng lưu trữ với bộ nhớ Flash 1MB.
Hai chân I/O cho mức điện áp ra tối đa 3.6V nên cần một bộ chuyển đổi mức
điện áp đối với các thiết bị điện áp cao hơn như Arduino (5V).
2.2.2 Module cảm biến ánh sáng
a. Khái niệm điện trở quang

12
Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn Chung

Hướng dẫn: Thạc sĩ. Thái Văn Tiến


Điện trở quang hay quang trở, photoresistor, LDR (Light-dependent resistor,
tiếng Anh còn dùng cả từ photocell), là một linh kiện điện tử có điện trở thay đổi giảm
theo ánh sáng chiếu vào. Đó là điện trở phi tuyến.
Quang trở được dùng làm cảm biến nhạy sáng trong các mạch dò, như trong
mạch đóng cắt đèn chiếu bằng kích hoạt của sáng tối.

Hình 2.2 Trở quang.
b. Nguyên lý hoạt động
Quang trở làm bằng chất bán dẫn trở kháng cao, và không có tiếp giáp nào.Trong
bóng tối, quang trở có điện trở đến vài MΩ. Khi có ánh sáng, điện trở giảm xuống mức
một vài trăm Ω.
Hoạt động của quang trở dựa trên hiệu ứng quang điện trong khối vật chất.
Khi photon có năng lượng đủ lớn đập vào, sẽ làm bật electron khỏi phân tử, trở thành
tự do trong khối chất và làm chất bán dẫn thành dẫn điện. Mức độ dẫn điện tuỳ thuộc
số photon được hấp thụ.
Tuỳ thuộc chất bán dẫn mà quang trở phản ứng khác nhau với bước

sóng photon khác nhau. Quang trở phản ứng trễ hơn điốt quang, cỡ 10 ms, nên nó
tránh được thay đổi nhanh của nguồn sáng.
2.2.3 Module cảm biến quang trở

Hình 2.3 Module cảm biến ánh sáng.
-

Thông số kỹ thuật
-

Nguồn: 3.3 -> 5VDC
Sử dụng Photo Transistor cho độ nhạy, chính xác và ổn đinh cao
hơn so với quang trở.
Kích thước nhỏ gọn: 36x16mm
Xuất tín hiệu ra cả hai dạng là Digital (có biến trở chỉnh mức và led
báo hiệu) và Analog.
13

Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn Chung

Hướng dẫn: Thạc sĩ. Thái Văn Tiến


-

Chức năng: Cảm biến ánh sáng quang trở có tích hợp sẵn opamp và biến
trở so sánh mức tín hiệu giúp cho việc nhận biết tín hiệu trở nên dễ dàng,
sử dụng để nhận biết hay bật tắt thiết bị theo cường độ ánh sáng môi
trường.


2.2.4 Cảm biến chuyển động HC – SR501
a. Thông số kỹ thuật

Hình 2.4 Module cảm biến chuyển động.
-

Điện áp hoạt động : DC 4.5V – 20V.

-

Đầu ra : High 3.3V/ Low 0V.

-

Có 2 chế độ hoạt động:
-

L không lặp lại kích hoạt.
H lặp lại kích hoạt.

-

Thời gian trễ: 5 – 200s có thể điều chỉnh từ 0,xx đến hàng chục giây.

-

Thời gian khóa: 2.5s (mặc định).

-


Góc quét < 100 độ.

-

Kích thước ống cảm biến: 23mm (mặc định).

-

Nhiệt độ hoạt động: -15oC - 70oC.

-

Kích thước board: 32mm*24mm.

-

Khối lượng: 6g.

b. Chức năng và nguyên tắc hoạt động
Chức năng: Cơ chế hoạt động của cảm biến hồng ngoại PIR : là cảm biến thu tia
hồng ngoại được phát ra từ các vật thể phát ra tia hồng ngoại như thân thể con
người(hay nguồn nhiệt bất kì). Nhờ vậy mà HC-SR501có thể phát hiện người.
Nguyên lý hoạt động:
-

Các cảm biến PIR luôn có sensor (mắt cảm biến) với 2 đơn vị (element).
Chắn trước mắt sensor là một lăng kính (thường làm bằng plastic), chế tạo
theo kiểu lăng kính fresnel. Lăng kính fresnel này có tác dụng chặn lại và
14


Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn Chung

Hướng dẫn: Thạc sĩ. Thái Văn Tiến


phân thành nhiều vùng (zone) cho phép tia hồng ngoại đi vào mắt sensor.
2 đơn vị của mắt sensor có tác dụng phân thành 2 điện cực. Một cái là điện
cực dương (+) và cái kia là âm (-). Khi 2 đơn vị này được tuần tự kích hoạt
(cái này xong rồi mới đến cái kia) thì sẽ sinh ra một xung điện, xung điện
này kích hoạt sensor.
-

Kiểm soát ánh sáng (tùy chọn): Bạn có thể lắp thêm quang trở, khi có
quang trở, sẽ thiết lặp module hoạt động ban ngày hoặc ban đêm.

-

Chân VCC : nguồn hoạt động của cảm biến cấpvào từ 4.5V đến 20V.

-

Chân OUT : Output kết nối với chân I/O của vi điều khiển hoặc relay. Khi
cho tín hiệu:
-

-

+ 3,3V có vật thể chuyển động qua.
+ 0V không có vật thể qua.
Chân GND : chân đất nối GND.

Chế độ H: Điện áp ra V_out tự động giữ nguyên 3.3V cho đến khi
không còn chuyển động.
Chế độ L: Điện áp ra V_out tự động chuyển về 0 khi hết thời gian
trễ.

Lưu ý sử dụng
-

-

Cài đặt: Khi khởi tạo, module cần thời gian khởi tạo khoảng 1 phút.
Trong thời gian này, moudle tạo ra điện áp cao từ 1-3 lần sau đó
vào chế độ chờ.
Điện áp ra 1.5-3.3V, nếu sử dụng I/O 4.5-5.5V bạn nên lắp thêm
tran.
Nên cố gắng tránh ánh sáng trực tiếp và nguồn nhiễu gần với bề
mặt lăng kính của các module, để tránh đưa ra tín hiệu nhiễu, tránh
sử dụng môi trường nhiều gió.

2.2.5 Module 1 relay 5Volts
a. Giới thiệu
Module 1 relay 5V gồm 1 rơ le hoạt động tại điện áp 5VDC, chịu được hiệu điện
thế lên đến 250VAC 10A. Module relay 1 kênh được thiết kế chắc chắn, khả năng
cách điện tốt. Trên module đã có sẵn mạch kích relay sử dụng transistor và IC cách ly
quang giúp cách ly hoàn toàn mạch điều khiển (vi điều khiển) với rơ le bảo đảm vi
điều khiển hoạt động ổn định. Có sẵn header rất tiện dụng khi kết nối với vi điều
khiển.
Module 1 relay 5V sử dụng chân kịch mức Thấp (0V), khi có tín hiệu 0V vào
chân IN thì relay sẽ nhảy qua thường Hở của Relay. Ứng dụng với relay module khá
nhiều bao gồm cả điện DC hay AC.


15
Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn Chung

Hướng dẫn: Thạc sĩ. Thái Văn Tiến


Hình 2.5 Module 1 relay 5Volts.
b. Thông số kỹ thuật
-

Sử dụng điện áp nuôi DC 5V.

-

Relay mỗi Relay tiêu thụ dòng khoảng 80mA.

-

Điện thế đóng ngắt tối đa: AC250V ~ 10A hoặc DC30V ~ 10A.

-

Có đèn báo đóng ngắt trên mỗi Relay.

-

Có thể chọn mức tín hiệu kích 0 hoặc 1 qua jumper.

-


Kích thước: 1.97 in x 1.02 in x 0.75 in (5.0 cm x 2.6 cm x 1.9 cm)

-

Weight: 0.60 oz (17 g).

2.2.6 Mạch nguồn 5v

Hình 2.6 Mạch nguồn cho hệ thống.

16
Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn Chung

Hướng dẫn: Thạc sĩ. Thái Văn Tiến