BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI Đào Quang Bình ỨNG DỤNG CƠNG NGHỆ WIFI CHO HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN CHIẾU SÁNG TRONG NHÀ Chuyên ngành: Điều khiển tự động hóa LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Điều khiển tự động hóa NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS NGUYỄN QUỐC CƯỜNG Hà Nội – Năm 2016 LỜI CAM ĐOAN Sau thời gian nghiên cứu học tập Trường Đại học Bách khoa Hà Nội, với hướng dẫn giúp đỡ tận tình thầy giáo Viện điện Và đặc biệt bảo tận tình thầy giáo hướng dẫn PGS.TS.Nguyễn Quốc Cường giúp tơi hồn thành luận văn thời hạn đạt mục tiêu đề Tôi xin cam đoan tồn nội dung luận văn mà tơi thực thời gian vừa qua trung thực không chép Hà Nội, ngày tháng 10 năm 2016 Người cam đoan Đào Quang Bình LỜI CẢM ƠN Lời em xin gửi lời cảm ơn tới Ban Giám hiệu Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội tạo điều kiện tốt cho em nghiên cứu, thực luận văn Sau thời gian nghiên cứu làm việc miệt mài luận văn tốt nghiệp em đến hồn thành Có kết đó, ngồi cố gắng nỗ lực thân phải kể đến giúp đỡ lớn từ PGS.TS.Nguyễn Quốc Cường, người trực tiếp hướng dẫn, cung cấp tài liệu, kiến thức kinh nghiệm quý báu cho em suốt thời gian làm luận văn Qua em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới thầy, kính chúc thầy ln mạnh khoẻ cơng tác tốt Em xin chân thành cảm ơn thầy cô Viện Điện nhiệt tình truyền thụ cho em kiến thức chuyên môn mà kinh nghiệm quý báu Cuối em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới gia đình, bạn bè đồng nghiệp Chính gia đình, bạn bè đồng nghiệp nguồn động viên hỗ trợ vô to lớn giúp em có thêm động lực kích lệ để hồn thành luận văn Học viên Đào Quang Bình MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN LỜI CẢM ƠN MỤC LỤC DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT DANH MỤC BẢNG DANH MỤC HÌNH VẼ LỜI NĨI ĐẦU 12 Lý chọn đề tài 12 Mục đích đề tài 12 Bố cục đề tài 12 Phương pháp nghiên cứu 13 CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU VỀ ĐIỀU KHIỂN CHIẾU SÁNG TRONG NHÀ 14 1.1 Giới thiệu điều khiển chiếu sáng 14 1.2 Chuẩn chiếu sáng có dây 14 1.2.1 DALI 15 1.2.2 DMX512 16 1.3 Chuẩn chiếu sáng không dây 18 1.3.1 Giới thiệu Zigbee 18 1.3.2 Cấu trúc giao thức ZigBee 19 1.3.3 Những phần tử mạng ZigBee 20 1.3.4 Cấu trúc liên kết mạng 21 1.3.5 Địa 23 1.3.6 Truyền dẫn liệu 24 1.4 Kết luận 25 CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ WI-FI 26 2.1 Tổng quan Wi-Fi 26 2.1.1 Lịch sử đời 26 2.1.2 IEEE 802.11b 27 2.1.3 IEEE 802.11a 27 2.1.4 IEEE 802.11g 27 2.1.5 IEEE 802.11n 28 2.2 Bảo mật 28 2.2.1 Phương thức bảo mật WEP 28 2.2.2 Phương thức bảo mật WPA 29 2.2.3 Phương thức bảo mật WPA2 30 2.3 Bộ giao thức Wi-Fi 30 2.3.1 Giới thiệu mơ hình giao thức 30 2.3.2 Kiến trúc TCP/IP 31 CHƯƠNG 3: PHÂN TÍCH THIẾT KẾ WI-FI GATEWAY 36 3.1 Yêu cầu hệ thống 36 3.2 Phân tích mơ hình điều khiển 36 3.2.1 Ngun lý hoạt động 36 3.2.2 Mơ hình tổng qt 37 3.3 Phân tích sơ khối Wi-Fi Gateway 38 3.3.1 Khối xử lý 38 3.3.2 Khối Wi-Fi Router 42 3.3.3 Khối truyền thông Zigbee 43 3.3.4 Kết luận 46 3.4 Giới thiệu module Wi-Fi ESP-01 47 3.4.1 Giới thiệu phần cứng 47 3.4.2 Giới thiệu gói SDK 49 3.4.3 Các phương pháp xây dựng firmware cho module ESP8266 50 3.4.4 Nạp firmware cho module ESP8266 59 3.4.5 Tập lệnh AT ESP8266 62 3.5 Thiết kế phần cứng 64 3.5.1 Sơ đồ nguyên lý khối Wi-Fi Gateway 64 3.6 Thiết kế phần mềm cho khối Wi-Fi Gateway 67 3.6.1 Thiết kế giao diện điều khiển Web 67 3.6.2 Thiết kế phần mềm cho Arduino 71 3.6.3 Thiết kế phần mềm điều khiển điện thoại Android 72 CHƯƠNG 4: KIỂM NGHIỆM KẾT QUẢ VÀ ĐÁNH GIÁ 81 4.1 Giới thiệu số tiêu đánh giá Wi-Fi Gateway 81 4.1.1 Chỉ tiêu công suất phát khối Wi-Fi Router 81 4.1.2 Chỉ tiêu độ nhạy thu khối Wi-Fi Router 81 4.2 Kiểm nghiệm hoạt động khối Wi-Fi Router 82 4.2.1 Kiểm tra khoảng cách môi trường không vật cản 82 4.2.2 Kiểm tra khoảng cách mơi trường có vật cản 83 4.2.3 Kiểm tra số lượng thiết bị kết nối tới khối Wi-Fi Router 85 4.3 Kiểm nghiệm hoạt động khối truyền thông Zigbee 85 4.3.1 Kiểm tra khoảng cách môi trường không vật cản 85 4.3.2 Kiểm tra khoảng cách mơi trường có vật cản 86 4.4 Kiểm nghiệm hoạt động Wi-Fi Gateway 88 4.4.1 Thời gian đáp ứng Wi-Fi Gateway 88 4.4.2 Kiểm nghiệm đánh giá hoạt động Wi-Fi Gateway 89 KẾT LUẬN 92 Kết đạt 92 Hướng phát triển đề tài 92 TÀI LIỆU THAM KHẢO 93 Viết Tắt HVAC IoT DALI ZDO FFD RFD PAN APS IEEE SSID WEP WPA TKIP AES CCMP DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT Diễn Giải Heating, Ventilation and Air conditioning Internet of Things Digital Addressable Lighting Interface ZigBee Device Object Full Function Device Reduced Function Device Personal Area Network Application Support Sublayer Institute of Electrical and Electronics Engineers Service Set Identifier Wired Equivalent Privacy Wi-Fi Protected Access Temporal Key Integrity Protocol Advanced Encryption Standard Counter Mode Cipher Block Chaining Message Authentication Code Protocol AES Advanced Encryption Standard TCP Transmission Control Protocol IP Internet Protocol UDP User Datagram Protocol HTTP HyperText Transfer Protocol OUI Organizationally Unique Identifier OEM Original Equipment Manufacturing SDK Software Development Kits API Application Programming Interface HTML HyperText Markup Language HTTP HyperText Transfer Protocol DANH MỤC BẢNG Bảng 3.1: So sánh module Wi-Fi adapter 42 Bảng 3.2: Thông số kỹ thuật chip ESP8266EX 47 Bảng 3.3: Thông số kỹ thuật phần cứng chip ESP8266EX 47 Bảng 3.4: Thông số kỹ thuật phần mềm chip ESP8266EX 48 Bảng 3.5: Mô tả chân module ESP-01 48 Bảng 3.6: So sánh máy ảo Docker 52 Bảng 3.7: Các phương thức sử dụng cho HTTP request 69 Bảng 3.8: So sánh phương thức GET POST 70 Bảng 4.1: Công suất phát chip ESP8266EX 81 Bảng 4.2: Độ nhạy thu chip ESP8266EX 81 Bảng 4.3: Khoảng cách gửi liệu qua Wi-Fi môi trường không vật cản 83 Bảng 4.4: Khoảng cách gửi liệu qua Wi-Fi mơi trường có vật cản 84 Bảng 4.5: Số lượng thiết bị kết nối điều khiển tới khối Wi-Fi Router 85 Bảng 4.6: Khoảng cách truyền Zigbee môi trường không vật cản 86 Bảng 4.7: Khoảng cách truyền Zigbee môi trường có vật cản 87 Bảng 4.8: Thời gian đáp ứng Wi-Fi Gateway điều kiện tín hiệu tốt 88 Bảng 4.9: Thời gian đáp ứng nút điều khiển điều kiện tín hiệu 89 Bảng 4.10: Số lần điều khiển Wi-Fi Gateway điều kiện tín hiệu tốt 90 Bảng 4.11: Số lần điều khiển Wi-Fi Router điều kiện tín hiệu 91 DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1: Sơ đồ kết nối giao thức DALI 16 Hình 1.2: XLR5 connector 17 Hình 1.3: Sơ đồ kết nối giao thức DMX521 17 Hình 1.4: Băng tần chuẩn ZigBee 18 Hình 1.5 Cấu trúc giao thức 19 Hình 1.6 Cấu trúc mạng hình 22 Hình 1.7 Cấu trúc mạng hình lưới 22 Hình 1.8 Cấu trúc mạng hình 23 Hình 1.9 Sơ đồ truyền liệu quảng bá 24 Hình 1.10 Sơ đồ truyền unicast 24 Hình 2.1: Kiến trúc TCP/IP 32 Hình 2.2: Kiến trúc OSI 33 Hình 3.1: Nguyên lý hoạt động hệ thống 36 Hình 3.2: Sơ đồ hệ thống tổng quát 37 Hình 3.3: Sơ đồ khối khối Wi-Fi Gateway 38 Hình 3.4: Intel Edison board phát triển Arduino 39 Hình 3.5: Module Raspberry Pi 40 Hình 3.6: Module Arduino Mega 2560 41 Hình 3.7: Module Xbee Series 43 Hình 3.8: Xbee USB adapter 44 Hình 3.9: Giao diện X-CTU 6.3.2 44 Hình 3.10: Cấu hình Xbee thẻ Configuration 45 Hình 3.11: Thẻ Consoles 45 Hình 3.12: Thẻ Network 46 Hình 3.13: Sơ đồ chân module ESP-01 48 Hình 3.14: Đăng ký email để nhận firmware 50 Hình 3.15: Lựa chọn tính cần thiết cho module 51 Hình 3.16: Thơng báo xác nhận việc xây dựng firmware 51 Hình 3.17: Download firmware 52 Hình 3.18: Quá trình biên dịch Docker kết thúc 53 Hình 3.19: Kiểm tra lấy file firmware biên dịch 54 Hình 3.20: Chọn vị trí lưu trữ máy ảo 54 Hình 3.21: Nhập file máy ảo ESP8266_lubuntu_20141021 55 Hình 3.22: Chạy máy ảo 55 Hình 3.23: Đăng nhập vào máy ảo 56 Hình 3.24: Lựa chọn thư mục Shared 56 Hình 3.25: Chạy file gen_misc.sh 57 Hình 3.26: Thơng báo thực bước chọn thơng số cho firmware 58 Hình 3.27: Thơng báo biên dịch thành cơng firmware 58 Hình 3.28: Module USB-TTL sơ đồ chân 59 Hình 3.29: Kết nối module ESP-01 module USB-TTL 60 Hình 3.30: Giao diện phần mềm ESP8266Flasher 60 Hình 3.31: Lựa chọn firmware để nạp 61 Hình 3.32: Quá trình nạp firmware diễn 61 Hình 3.33: Quá trình nạp firmware hồn tất 62 Hình 3.34: Kết trả với lệnh AT 62 Hình 3.35: Sơ đồ khối khối Wi-Fi Gateway 65 Hình 3.36: Module ASM1117 65 Hình 3.37: Sơ đồ nguyên lý khối xử lý trung tâm 66 Hình 3.38: Mạch phân áp điện trở 67 Hình 3.39: Mơ hình Client-Server 68 Hình 3.40: Lưu đồ thuật tốn khối xử lý trung tâm 71 Hình 3.41: Cửa sổ làm việc Designer 73 Hình 3.42: Cửa sổ Block App Inventor 74 Hình 3.43: Cửa sổ Viewer hình đăng nhập 75 Hình 3.44: Lưu đồ thuật tốn cho hình đăng nhập 76 Hình 3.45: Liên kết khối lệnh hình đăng nhập 76 10 b Màn hình điều khiển - Các thành phần chính: Màn hình đăng nhập cần thành phần sau đây: + Slider: Thanh trượt, sử dụng để thay đổi giá trị điều khiển đèn + Button: Sử dụng nút bấm để thoát, nút bấm để điều khiển thiết bị + Web: Để truy cập đến địa URL chứa giá trị điều khiển đèn nhằm gửi tin HTTP request tới server + Label: Nhãn dán để hiển thị đoạn văn mong muốn + TinyDB: Lưu trữ, ta địa mặc định server + Hình ảnh trang trí cho hình điều khiển Hình 3.46: Cửa sổ Viewer hình điều khiển 77 - Nguyên lý hoạt động: Slider nút bấm công cụ điều khiển trực quan, người dùng thông qua Slider nút bấm để gửi tín hiệu điều khiển thiết bị thông qua phần mềm Sau người dùng click vào nút điều khiển phần mềm truy cập tới URL để gửi tin HTTP request theo phương thức GET có chứa giá trị điều khiển thiết bị tới server (giá trị đọc từ Slider) Ví dụ dạng URL http://192.168.4.1/?Den1=100&Den2=1 Hình 3.47: Sơ đồ ngun lý hình điều khiển Sau có nguyên lý hoạt động ta đến với cửa sổ Viewer để liên kết khối lệnh phần mềm 78 Hình 3.48: Đọc hiển thị liệu điều khiển từ nút bấm Ta khởi tạo biến logic nhận giá trị true false Biến logic true nút bấm trạng thái ON, logic false nút bấm trạng thái OFF Mỗi người sử dụng bấm nút ta đảo trạng thái biến logic thay đổi biến giá trị điều khiển đèn nút bấm 0, tùy vào trạng thái nút bấm Hình 3.49: Đọc hiển thị liệu điều khiển từ Slider Đối với Slider ta lấy giá trị Slider từ 0-100 ứng với tỉ lệ điều khiển độ sáng tối đèn phần Designer Sau ta lưu giá trị điều khiển độ sáng tối đèn cách lấy giá trị vị trí Slider lưu vào kho lưu trữ TinyDB 79 Dữ liệu điều khiển thiết bị ta lưu vào kho lưu trữ - TinyDB nút điều khiển ấn ta điều hướng Web đến URL có chứa liệu hình 3.49 Hình 3.50: Gửi liệu điều khiển thiết bị tới server 80 CHƯƠNG 4: KIỂM NGHIỆM KẾT QUẢ VÀ ĐÁNH GIÁ 4.1 Giới thiệu số tiêu đánh giá Wi-Fi Gateway 4.1.1 Chỉ tiêu công suất phát khối Wi-Fi Router Công suất phát thiết bị: + Đơn vị tính dBm Con số cao nghĩa công suất phát thiết bị lớn + Giảm dần theo khoảng cách + Có quy định khác quốc gia khu vực Ở Việt Nam, công suất phát tối đa cho phép 20dBm tần số 2.4GHz, từ 17dBm tới 30dBm tần số 5GHz Theo tài liệu tham khảo [11] Theo thông số kỹ thuật chip ESP8266EX, chip có cơng suất phát: Bảng 4.1: Công suất phát chip ESP8266EX 802.11 b: + 20dBm Công suất phát 802.11 g: + 17dBm 802.11 n: + 14dBm 4.1.2 Chỉ tiêu độ nhạy thu khối Wi-Fi Router Là giá trị tín hiệu nhỏ thu mà máy thu làm việc bình thường (khơng bị mất, méo tín hiệu) Theo thơng số kỹ thuật chip ESP8266EX, chip có độ nhạy thu: Độ nhạy thu Bảng 4.2: Độ nhạy thu chip ESP8266EX 802.11 b: －91 dbm (11 Mbps) 802.11 g: －75 dbm (54 Mbps) 802.11 n: －72 dbm (MCS7) Công suất phát độ nhạy thu thông số định tới chất lượng tín hiệu khoảng cách truyền mạng Wi-Fi Zigbee Trong điều kiện tốn đặt sử dụng điện thoại, máy tính thiết bị thu Wi-Fi, nhiên thông số khơng phổ biến khó đo đạc Chính tốn đánh giá số thông số khoảng cách, số thiết bị kết nối, thời gian đáp ứng để đánh giá chất lượng Wi-Fi Gateway 4.2 Kiểm nghiệm hoạt động khối Wi-Fi Router 4.2.1 Kiểm tra khoảng cách môi trường không vật cản a Phương pháp thử nghiệm Điện thoại máy tính kết nối với Wi-Fi Gateway ngồi trời Sau gửi liệu điều khiển đèn qua Wi-Fi Gateway Di chuyển điện thoại xa 81 không điều khiển đèn kết nối Wi-Fi Hình 4.1: Giao diện phần mềm điều khiển điện thoại Khoảng cách xa điện thoại kết nối Wi-Fi điều khiển thiết bị lưu lại bảng 4.3 b Kết thử nghiệm - Tiến hành thực nghiệm 10 lần môi trường không vật cản Bảng 4.3: Khoảng cách gửi liệu qua Wi-Fi môi trường không vật cản Thứ tự lần thực Khoảng cách (m) 99.0 105.5 97.5 100.0 98.5 101.0 82 10 100.0 99.0 95.5 97.0 - Nhận xét: Lấy trung bình cộng 10 lần khoảng cách truyền/ nhận từ điện thoại đến Wi-Fi Gateway, ta thu kết khoảng cách điều khiển từ điện thoại qua Wi-Fi trung bình mơi trường khơng vật cản 99.3m Thí nghiệm thực khuôn viên trường Đại học Công nghệ Thông tin Truyền thông Thái Nguyên 4.2.2 Kiểm tra khoảng cách mơi trường có vật cản a Phương pháp thử nghiệm Điện thoại máy tính kết nối với Wi-Fi Gateway phòng kín có kích thước (3 x 3.5 m) Tường ngăn phòng có độ dày 10cm Sau gửi liệu điều khiển đèn qua Wi-Fi Gateway Di chuyển điện thoại xa dần Wi-Fi Gateway không điều khiển đèn kết nối Wi-Fi, lưu lại khoảng cách điều khiển tối đa bảng 4.4 b Bố trí thử nghiệm Hình 4.2: Bố trí thử nghiệm khoảng cách Wi-Fi mơi trường có vật cản c Kết thử nghiệm - Đo khoảng cách 10 lần với khơng gian truyền có vật cản: 83 Bảng 4.4: Khoảng cách gửi liệu qua Wi-Fi mơi trường có vật cản Thứ tự lần thực Khoảng cách (m) 30.0 28.0 25.5 27.0 22.5 27.5 27.5 29.0 26.5 10 28.5 - Nhận xét: Lấy trung bình cộng 10 lần khoảng cách truyền - nhận từ điện thoại đến Wi-Fi Gateway môi trường có vật cản, ta thu kết khoảng cách trung bình 27.2m 4.2.3 Kiểm tra số lượng thiết bị kết nối tới khối Wi-Fi Router a Phương pháp thử nghiệm Cấu hình Wi-Fi Gateway chế độ Acess Point, cài đặt số lượng kênh kết nối đa kết nối Sau cho thiết bị điện thoại máy tính kết nối điều khiển đèn kết nối thêm thiết bị không điều khiển Thử nghiệm thực điều kiện có sóng Wi-Fi nhiều sóng Wi-Fi để đánh giá ảnh hưởng nhiễu sóng Wi-Fi tác động lẫn b Kết thử nghiệm Bảng 4.5: Số lượng thiết bị kết nối điều khiển tới khối Wi-Fi Router Thứ tự Số thiết bị kết nối môi Số thiết bị kết nối môi lần thực trường có Wi-Fi ESP 4 4 trường nhiều sóng Wi-Fi 4 4 - Nhận xét: Kết luận có tối đa thiết bị kết nối với Wi-Fi Gateway Khi kết nối đủ thiết bị, thiết bị khác Limited access không kết nối với mạng Wi-Fi Wi-Fi Gateway 4.3 Kiểm nghiệm hoạt động khối truyền thông Zigbee 4.3.1 Kiểm tra khoảng cách môi trường không vật cản a Phương pháp thử nghiệm Dữ liệu điều khiển đèn gửi từ điện điện thoại qua Wi-Fi Gateway đến 84 nút điều khiển Di chuyển nút điều khiển thiết bị đến khơng điều khiển bóng đèn Khoảng cách xa điều khiển thiết bị qua Zigbee môi trường không vật cản lưu lại bảng 4.6 b Kết thử nghiệm - Tiến hành thực nghiệm 10 lần đo ta thu bảng kết sau: Bảng 4.6: Khoảng cách truyền Zigbee môi trường không vật cản Thứ tự lần thực Khoảng cách (m) 115.0 105.0 110.0 100.5 105.5 109.0 108.0 110.0 107.5 10 100.5 - Nhận xét: Lấy trung bình 10 lần đo khoảng cách truyền - nhận Zigbee môi trường không vật cản từ Wi-Fi Gateway tới nút điều khiển ta thu kết khoảng cách trung bình 107.1m 4.3.2 Kiểm tra khoảng cách mơi trường có vật cản a Phương pháp thử nghiệm Dữ liệu điều khiển đèn gửi từ điện điện thoại qua Wi-Fi Gateway đến nút điều khiển phòng có kích thước (3 x 3.5 m) Tường ngăn phòng có độ dày 10cm Di chuyển nút điều khiển thiết bị xa dần Wi-Fi Gateway đến khơng điều khiển đèn qua Zigbee b Bố trí thử nghiệm Thực bố trí thử nghiệm tương tự kiểm tra khoảng cách khối Wi-Fi Router mơi trường có vật cản Khoảng cách xa điều khiển thiết bị qua Zigbee mơi trường có vật cản lưu lại bảng 4.7 85 Hình 4.3: Bố trí thử nghiệm khoảng cách truyền Zigbee mơi trường có vật cản Bảng 4.7: Khoảng cách truyền Zigbee môi trường có vật cản Thứ tự lần thực Khoảng cách(m) 20.5 19.0 17.5 20.0 19.0 21.5 23.0 20.5 19.5 10 17.0 Nhận xét: Lấy trung bình 10 lần đo khoảng cách truyền - nhận Zigbee mơi trường có vật cản Wi-Fi Gateway tới nút điều khiển ta thu kết khoảng cách 19.75m 4.4 Kiểm nghiệm hoạt động Wi-Fi Gateway 4.4.1 Thời gian đáp ứng Wi-Fi Gateway a Phương pháp thử nghiệm Cấu hình Wi-Fi Gateway chế độ Acess Point, cài đặt số lượng kênh kết nối đa kết nối Sau cho thiết bị điện thoại máy tính kết nối điều khiển đèn với trường hợp 1, 2, thiết bị kết nối 86 b Kết thử nghiệm ● Trường hợp 1: - Với điều kiện điện thoại cách Wi-Fi Gateway khơng q 5m khơng có vật cản (cường độ tín hiệu Wi-Fi tốt nhất), khoảng cách từ Wi-Fi Gateway đến nút điều khiển đèn không 5m khơng có vật cản (chất lượng tín hiệu Zigbee tốt nhất) Trong trường hợp số lượng thiết bị kết nối khác nhau, điều kiện truyền khác ta lưu lại thời gian đáp ứng để đánh giá Đơn vị đo thời gian (s) Bảng 4.8: Thời gian đáp ứng Wi-Fi Gateway điều kiện tín hiệu tốt Thứ tự Mơi trường có sóng Wi-Fi Mơi trường nhiều sóng Wi-Fi thiết bị thiết bị thiết bị thiết bị thực Lần Lần Lần Lần Lần Lần Lần Lần Lần Lần 10 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 1.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 2 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 2.5 - Nhận xét: Thời gian đáp ứng hay độ trễ điều khiển tương tự hay nhiều thiết bị kết nối, nhiên độ trễ điều khiển nhỏ Wi-Fi Gateway hoạt động điều kiện mơi trường có sóng Wi-Fi Trong q trình thử nghiệm nhận thấy với điều kiện mơi trường có nhiều sóng Wi-Fi, khoảng thời gian lần gửi liệu điều khiển ngắn (nhỏ 2s) Wi-Fi Gateway xử lý không kịp, đáp ứng chậm không đáp ứng ● Trường hợp 2: - Với điều kiện cường độ tín hiệu Wi-Fi thấp nhất, chất lượng tín hiệu Zigbee tới nút điều khiển đèn thấp Với số lượng thiết bị kết nối khác ta lưu lại thời gian đáp ứng trường hợp Đơn vị đo thời gian (s) Bảng 4.9: Thời gian đáp ứng nút điều khiển điều kiện tín hiệu Thứ tự Mơi trường nhiều sóng Wi-Fi Mơi trường có sóng Wi-Fi thiết bị thiết bị thiết bị thiết bị thực Lần Lần Lần 0.5 0.5 1 0.5 0.5 0.5 87 0.5 0.5 0.5 Lần Lần Lần Lần Lần Lần Lần 10 2 0.5 0.5 0.5 2.5 2.5 1.5 0.5 1 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 1 0.5 - Nhận xét: Độ trễ điều khiển trường hợp không chênh lệch nhiều so với trường hợp Cũng giống trường hợp 1, ảnh hưởng nhiễu sóng WiFi khác làm tăng thời gian đáp ứng với tín hiệu điều khiển 4.4.2 Kiểm nghiệm đánh giá hoạt động Wi-Fi Gateway a Phương pháp thử nghiệm Do tính ổn định có nhiều yếu tố đánh tính ổn định điều kiện nhiệt độ độ ẩm đặc biệt, tính ổn định điều kiện nhiễu, luận văn đánh giá khả làm việc Wi-Fi Gateway điều kiện chất lượng tín hiệu tốt để so sánh Dữ liệu điều khiển đèn gửi từ điện điện thoại qua Wi-Fi Gateway đến nút điều khiển Thực điều khiển thiết bị nút điều khiển qua Wi-Fi Gateway 100 lần, lưu lại kết số lần điều khiển số lần không điều khiển bảng 4.10 để kiểm tra hoạt động hệ thống b Kết thử nghiệm ● Trường hợp 1: - Với điều kiện cường độ tín hiệu Wi-Fi, Zigbee tốt Trong lần thử nghiệm ta lưu lại số lần gửi liệu thành công không thành công để đánh giá Bảng 4.10: Số lần điều khiển Wi-Fi Gateway điều kiện tín hiệu tốt Thứ tự lần thử nghiệm Số lần điều khiển Số lần không điều khiển 99 98 98 97 98 99 98 98 97 10 99 88 - Nhận xét: Tỉ lệ điều khiển thành công tương đối cao, nhiên thử nghiệm thực điều kiện khoảng thời gian lần gửi tín hiệu điều khiển lớn 3s Nếu khoảng thời gian lần gửi tín hiệu điều khiển nhỏ xảy lỗi – độ trễ điều khiển lớn Wi-Fi Gateway không đáp ứng với tín hiệu điều khiển ● Trường hợp 2: - Với điều kiện chất lượng tín hiệu Wi-Fi thấp nhất, chất lượng tín hiệu Zigbee thấp thực việc điều khiển 100 lần Lưu lại kết số lần điều khiển số lần không điều khiển bảng 4.11 để đánh giá Bảng 4.11: Số lần điều khiển Wi-Fi Router điều kiện tín hiệu Thứ tự lần thử nghiệm Số lần điều khiển Số lần không điều khiển 96 97 3 96 4 94 98 96 97 97 92 10 96 - Nhận xét: Số lần không điều khiển tương đương với trường hợp mà chất lượng tín hiệu thấp Tuy nhiên biên Wi-Fi Zigbee số lần khơng điều khiển lớn kết nối Vì thử nghiệm khơng thực biên mà thực khoảng cách gần (đối với trường hợp ngồi trời khoảng cách thử nghiệm nhỏ biên 10m) 89 KẾT LUẬN Kết đạt Trong trình thực luận văn em thu kết sau đây: + Hiểu công nghệ Wi-Fi, Zigbee + Xây dựng thành cơng Wi-Fi Gateway + Tìm hiểu module Wi-Fi ESP-01, phương pháp biên dịch firmware, nạp firmware, tập lệnh AT làm việc với module ESP-01 + Xây dựng thành công phần mềm điều khiển điện thoại Android phục vụ điều khiển thiết bị qua Wi-Fi Gateway + Xây dựng kịch mơ từ đánh giá khả làm việc hệ thống Hướng phát triển đề tài Do hạn chế thời gian thực nên đề tài thực xong đáp ứng phần nhỏ hệ thống hồn chỉnh Vì vậy, để đề tài thêm phong phú hơn, mang nhiều tính thực tế nữa, có khả ứng dụng cao đề tài cần đưa thêm vào yêu cầu sau: + Nút điều khiển tích hợp thêm điều khiển chiếu sáng điều khiển bật/tắt độ sáng tối thiết bị chiếu sáng + Với xu hướng Internet of Things kết hợp với mạng cảm biến không dây để từ phát triển ứng dụng giám sát tảng Web, Android hay IOS để tương tác với người dùng smartphone, máy tính qua kết nối internet Hy vọng với hướng phát triển với ý tưởng, góp ý thầy bạn Đề tài phát triển sớm ứng dụng tương lai 90 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Trần Văn Tuấn, 2008, Nghiên cứu xây dựng hệ thống tiết kiệm điện chiếu sáng ứng dụng mạng sensor không dây, Đề tài KH&CN cấp Bộ, pp.1-20 [2] Sinem Coleri Ergen 2004, “ZigBee/IEEE 802.15.4 Summary” [3] Digi International, 2012, "Xbee ZB User Manual", pp.1-155 [4] Espressif Inc, 2016, ESP8266 NON-OS SDK API Reference, pp.1-212 [5] Espressif Inc, 2016, ESP8266 RTOS-OS SDK API Reference, pp.1-180 [6] Espressif Inc, 2016, ESP8266EX Datasheet, pp 1-27 [7] Espressif Inc, 2016, Espressif ESP8266EX: AT Instruction Set, pp.1-76 [8] PGS.TS Tơ Đăng Hải, 2007, Giáo trình thơng tin di động, pp.163-180 [9] Peizhong Yi, 2011, Developing ZigBee Deployment Guideline Under WiFi Interference for Smart Grid Applications, IEEE, pp.110-120 [10] Dave Evans, 2011, The Internet of Things: How the next evolution of the Internet is changing everything, pp.1-11 [11] Bộ Thông tin Truyền thông, 2011, Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia thiết bị thu phát vô tuyến sử dụng kỹ thuật điều chế trải phổ băng tần 2,4Ghz, pp.1-26 91 ... GIỚI THIỆU VỀ ĐIỀU KHIỂN CHIẾU SÁNG TRONG NHÀ 1.1 Giới thiệu điều khiển chiếu sáng Trong tòa nhà, với hệ thống điều hòa khơng khí thơng gió (HVAC) hệ thống chiếu sáng hệ thống tiêu tốn nhiều lượng... KHIỂN CHIẾU SÁNG TRONG NHÀ Giới thiệu hệ thống điều khiển chiếu sáng nhà, công nghệ điều 12 khiển sử dụng chuẩn có dây khơng dây Sau tìm hiểu cơng nghệ điều khiển chiếu sáng lựa chọn thiết kế... riêng rẽ Trong hệ thống chiếu sáng bao gồm nhiều đèn khác nhau, hệ thống DALI giúp điều khiển riêng rẽ đèn, phân nhóm, tạo lập cảnh chiếu sáng khác nhau, tăng giảm độ sáng đèn tay qua công tắc