Tải bản đầy đủ

Thiết kế và điều khiển led RGB chuyển đổi 3 màu sử dụng ESP8266 bằng wifi

TRƯỜNG ĐẠI HỌC VĂN HIẾN
KHOA : KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ

BÁO CÁO ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH ĐIỆN TỬ VIỄN
THÔNG
ĐỀ TÀI : ĐIỀU KHIỂN LED RGB

GVHD ths: NGUYỄN THIỆN
THÔNG


HCM, NGÀY 27 THÁNG 04 NĂM 2018


MỤC LỤC
LỜI NÓI ĐẦU..................................................................................................................................................1
TÓM TẮT ĐỀ TÀI...........................................................................................................................................2
CHƯƠNG 1 :XÂY DỰNG Ý TƯỞNG...........................................................................................................3
1.1.Lý do chọn đề tài ...................................................................................................................................3
1.2. Mục đích nghiên cứu.............................................................................................................................4
1.3.Đối tượng nghiên cứu...........................................................................................................................4

1.4.Nhiệm vụ nghiên cứu...........................................................................................................................4
1.5.Phương pháp nghiên cứu....................................................................................................................4
1.6.Các kết quả đạt được của đề tài.........................................................................................................4
CHƯƠNG 2 : TỔNG QUAN VỀ ESP8266....................................................................................................5
2.1. Giới thiệu ESP8266...............................................................................................................................5
2.2. Cấu trúc phần cứng của dòng chip ESP82............................................................................................5
2.3. Cài dặt...................................................................................................................................................7
2.4. Sơ đồ chân và các chức năng..............................................................................................................10
2.5. Thông số kỹ thuật................................................................................................................................10
2.6. Sơ đồ...................................................................................................................................................11
2.7. Quá trình nạp code.............................................................................................................................11
2.8 Sơ đồ khối.............................................................................................................................................13
CHƯƠNG 3 TỔNG QUAN VỀ LED RGB..................................................................................................14
3.1. Giới thiệu về LED RGB........................................................................................................................14
3.2. Cơ sở sinh học.....................................................................................................................................15
3.3. RGB và hiển thị....................................................................................................................................15
3.4. Biểu diễn dạng số 24 bit......................................................................................................................15
CHƯƠNG 4 : THIẾT KẾ PHẦN CỨNG......................................................................................................16
4.1. ESP8266...............................................................................................................................................16
4.2. Kết nối..................................................................................................................................................17
4.3. Lưu đồ giải thuật................................................................................................................................18
CHƯƠNG 5 : THIẾT KẾ PHẦN MỀM ỨNG DỤNG.................................................................................19
5.1 Thiết kế giao diện.................................................................................................................................19
5.2. Code....................................................................................................................................................21
CHƯƠNG 6 : QUÁ TRÌNH THỰC HIỆN...................................................................................................31


6.1. Các linh kiện sử dụng.........................................................................................................................31
6.2. Sơ đồ kết nối dây thực tế...................................................................................................................32
CHƯƠNG 7 : KẾT LUẬN............................................................................................................................33
7.1 . Ưu điểm của đề tài:...........................................................................................................................33
7.2. Nhược điểm của đề tài:......................................................................................................................33
7.3. Hướng phát triển:................................................................................................................................33
Tài liệu kham khảo.........................................................................................................................................34


LỜI NÓI ĐẦU
Ngày nay, sự phát triển mạnh mẽ của khoa học công nghệ, cuộc sống của con người đã có
những thay đổi ngày càng tốt hơn, với những trang thiết bị hiện đại phục vụ công cuộc
công nghiệp hoá, hiện đại hoá đất nước. Đặc biệt góp phần vào sự phát triển đó thì ngành
kĩ thuật điện tử đã góp phần không nhỏ trong sự nghiệp xây dựng và phát triển đất nước.
Những thiết bị điện,điện tử được phát triển mạnh mẽ và được ứng dụng rỗng rãi trong đời
sống cũng như sản suất. Từ những thời gian đầu phát triển vi xử lý đã cho thấy sự ưu việt
của nó và cho tới ngày nay tính ưu việt đó ngày càng được khẳng định thêm.
Những thành tựu của nó đã có thể biến được những cái tưởng chừng như không thể thành
những cái có thể, góp phần nâng cao đời sống vật chất và tinh thần cho con người. Để
góp phần làm sáng tỏ hiệu quả của những ứng dụng trong thực tế của môn vi xử lý, sau
một thời gian học tập được các thầy cô trong khoa giảng dạy về các kiến thức chuyên
ngành, đồng thời được sự giúp đỡ nhiệt tình của các thầy cô trong khoa Điện tử -Viễn
thông, cùng với sự lỗ lực của bản thân, chúng emđã quyết định chọn đề tài “thiết kế và
điều khiển led RGB chuyển đổi 3 màu sử dụng ESP8266 bằng wifi”
Trong quá trình thực hiện đề tài này , dù rất cố gắng nhưng do thời gian, kiến thức và
kinh nghiệm của em còn có hạn nên sẽ không thể tránh khỏi những sai sót. Nhóm em rất
mong nhận được những đóng góp, phê bình,chia sẻ của thầy và các bạn để các đề tài tiếp
theo của nhóm sẽ hoàn thiện hơn .

Chúng em chân thành cảm ơn thầy !

1


TÓM TẮT ĐỀ TÀI
Đề tài là điều khiểm LED RGB làm chuyển đổi 3 màu sử dụng ESP8266 thông qua wifi.
Đề tài này sẽ được thực hiện theo đúng quy trình thiết kế kĩ thuật gồm 9 bước:
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.

Xây dựng ý tưởng
Mô tả sản phẩm
Lập kế hoạch
Thiết kế sơ đồ khối
Thiết kế chi tiết từng khối
Lựa chọn phương án tối ưu
Kiểm tra
Chế tạo sản phẩm
Bàn giao sản phẩm

2


CHƯƠNG 1 :XÂY DỰNG Ý TƯỞNG
1.1.Lý do chọn đề tài .
Ngày nay, khoa học kỹ thuật đã và đang phát triển một cách vô cùng mạnh mẽ.
Cùng với đó là những đòi hỏi, yêu cầu ngày càng cao từ phía người sử dụng. Để xã hội
văn minh, phát triển và hiện đại hơn thì đòi hỏi cần phải có nhiều thiết bị thông minh ra
đời. Một thiết bị thông minh có thể hoạt động độc lập, người dùng có thể giám sát, điều
khiển được chúng ở bất kỳ đâu và chúng có thể kết nối với nhau để trở thành một hệ
thống hoàn chỉnh. Là một sinh viên ngành kỹ thuật điện tử truyền thông cần phải biết
được nhu cầu của người sử dụng, nắm bắt và vận dụng được các công nghệ kỹ thuật tiên
tiến để áp dụng vào đời sống, góp phần làm cho xã hội phát triển hơn.
Như chúng ta đã biết, sự ra đời của Internet mang lại cho chúng ta rất nhiều lợi ích
và nó luôn đóng một vai trò quan trọng trong xã hội. Nó tác động đến mọi mặt, lĩnh vực
trong đời sống. Internet là công cụ tiện lợi nhất để truyền tải một lượng thông tin lớn với
tốc độ nhanh đến hàng triệu người trên thế giới. Chỉ với một cái máy tính hoặc điện thoại
được kết nối Internet thì chúng ta đã có trong tay một quyền bách khoa toàn thư, có thể
tiềm kiếm được những thông tin mà mình cần, dễ dàng trao đổi dữ liệu với tất cả mọi
người. Nói tóm lại, Internet mang lại cho chúng ta rất nhiều lợi ích và thật thiếu xót khi
không vận dụng được những ưu điểm của nó trong ngành kỹ thuật điện tử.
Trong ngành kỹ thuật, chúng ta thể kết hợp Internet với các loại vi điều khiển,
board phát triển. Từ đó, ta có thế kết nối, giám sát, điều khiển được chúng ở bất kỳ đâu
mà không cần phải thao tác trực tiếp như trước đây. Nhận thấy được tiềm năng, một lĩnh
vực mới đã được ra đời đó là Internet of Things- một lĩnh vực đang phát triển, được biết
đến với các thiết bị thông minh và nó còn được ví là “cuộc cách mạng công nghiệp kế
tiếp”, “thế giới kết nối tương lai”.
Hiện nay nhu cầu sử dụng ánh sáng ngày càng lớn,nên việc sản xuất các con led
điều khiển màu là rất phổ biến và LED RGB nằm trong số đó.
Thường các loại bóng này dùng để trang trí trong quán bar, phòng hát karaoke, hội
trường,... Lý do là khả năng nháy theo nhạc một cách chuẩn xác cùng các hiệu ứng tuyệt
đẹp khiến người nhìn cảm thấy thích thú và yêu mến.

1.2. Mục đích nghiên cứu
3


Với đề tài “điều khiển màu led ”, em có thể tạo ra một thiết bị làm cho việc theo
dõi thông số màu led trong mọi môi trường dễ dàng hơn cho mọi người .
Vận dụng được những kiến thức đã học ở trường để bắt tay vào làm một sản phẩm
thực tế có thể đáp ứng được những yêu cầu của người sử dụng góp phần làm cho xã hội
phát triển ngày một văn minh, hiện đại hơn.

1.3.Đối tượng nghiên cứu
Những người muốn có thiết bị giám sát ánh sáng chuyển đổi qua Internet có thể
thuận tiện hơn
1.4.Nhiệm vụ nghiên cứu
Nhiệm vụ của đề tài:
-

Tạo ra một thiết bị nhận dữ liệu ánh sáng từ môi trường sau đó truyền lên một
server trên Internet.

-

Có thể quan sát các thông số ánh sáng mọi lúc mọi nơi khi kết nối với Internet.

1.5.Phương pháp nghiên cứu
Đề tài này chủ yếu sử dụng các phương pháp nghiên cứu sau:
-

Phương pháp quan sát

-

Phương pháp thực nghiệm khoa học

-

Phương pháp phân tích và tổng kết kinh nghiệm

1.6.Các kết quả đạt được của đề tài
Sau gần một tháng nghiên cứu, đề tài đã đạt được một số mục tiêu đề ra:
-

Có thể điều khiển được màu led RGB qua web server.

1.7.Tính tối ưu của đề tài
- Tạo tính tư duy cho sinh viên trong quá trình nghiên cứu.
- Có tính linh động và mở rộng cho sinh viên thiết kế mô hình dựa trên cơ sỡ thực
tế.
- Mô hình đơn giản nhưng rất hữu ích.
4


CHƯƠNG 2 : TỔNG QUAN VỀ ESP8266
2.1. Giới thiệu ESP8266
Hiện nay, nhu cầu nghiên cứu ESP8266 và điều khiển từ xa qua Internet ngày càng
lớn. Có rất nhiều cách để kêt nối ESP8266 vào Internet, và mình sẽ chọn phương pháp
giao tiếp qua Socket để hướng dẫn mọi người cách tiếp cận vào thế giới Internet Of
Things. Đây là phương pháp theo mình đánh giá là dễ dàng nhất. Tất cả đều hướng theo
sự kiện, nghĩa là bạn có thể bắt (catch) và xử lý nó một cách dễ dàng .
ESP8266 là một chip tích hợp cao - System on Chip (SoC), có khả năng xử lý và
lưu trữ tốt, cung cấp khả năng vượt trội để trang bị thêm tính năng wifi cho các hệ thống
khác hoặc đóng vai trò như một giải pháp độc lập. ESP8266 cung cấp khả năng kết nối
mạng wifi đầy đủ và khép kín, bạn có thể sử dụng nó để tạo một web server đơn giản
hoặc sử dụng như một access point.
ESP8266 là một mạch vi điều khiển có thể giúp chúng ta điều khiển các thiết bị
điện tử . Điều đặc biệt của nó , đó là sự kết hợp của module Wifi tích hợp sẵn bên trong
con vi điều khiển chính, nhưng lại được tích hợp sẵn Wifi, bộ nhớ flash 8Mb.

2.2. Cấu trúc phần cứng của dòng chip ESP82
. Sử dụng 66 32-bit MCU core có tên là Tensilica
. Tốc độ system clock có thể set ở 80MHz hoặc 160MHz
. Không tích hợp bộ nhớ Flash để lưu chương trình
. Tích hợp 50KB RAM để lưu dữ liệu ứng dụng khi chạy
. Có đầy đủ các ngoại vi chuẩn đê giao tiếp như 17 GPIO, 1 Slave SDIO, 3 SPI, 1
I2C, 1 I2S, 2 UART, 2 PWM
. Tích hợp các mạch RF để truyền nhận dữ liệu ở tần số 2.4GHz

5


NodeMCU 0.9

Thông số kỹ thuật ESP8266:

Điện áp

3.3 V

Dòng điện

10uA-170mA

Flash

Tối đa 16 MB (thưởng là 512K)

Vi xử lý

Tensilica L106 32 bit

6


Tốc độ

80-160MHz

RAM

32K+80K

GPIO

17

A/D

1

802.11

b/g/n/d/e/i/k/r

Số kết nối TCP max

5

2.3. Cài dặt
Vào File→ Preferences, vào textbox Additional Board Manager URLs thêm đường
link sau vào http://arduino.esp8266.com/stable/package_esp8266com_index.json
Click OK để chấp nhận.

7


Tiếp theo vào Tool→Board→Boards Manager

đợi một lát để chương trình tìm kiếm. Ta kéo xuống và click vào ESP8266 by ESP8266
Community, click vào Install. Chờ phần mềm tự động download và cài đặt

8


Chọn Board để lập trình cho ESP8266:
Vào Tool→Board→Node MCU 0.9 chọn cổng COM tương ứng với module NodeMCU
tương ứng. Đối với các mạch khác như WeMos mini thì ta chọn WeMos D1 R2 & mini.

9


Đến bước này là chúng ta đã có thể lập trình ESP8266.

10


2.4. Sơ đồ chân và các chức năng

Hình 1:Sơ đồ chân
 URXD(RX) — dùng để nhận tín hiệu trong giao tiếp UART với vi điều khiển
 VCC

— đầu vào 3.3V

 GPIO 0

— kéo xuống thấp cho chế độ upload bootloader

 RST

— chân reset cứng của module, kéo xuống mass để reset

 GPIO 2
debug lỗi

— thường được dùng như một cổng TX trong giao tiếp UART để

 CH_PD
— kích hoạt chip, sử dụng cho Flash Boot và updating lại
module, nối với mức cao
 GND

— nối với mass

 UTXD (TX) — dùng để truyền tín hiệu trong giao tiếp UART với vi điều khiển
2.5. Thông số kỹ thuật
 Wifi 802.11 b/g/n

11


 Wifi 2.4 GHz, hỗ trợ WPA/WPA2
 Chuẩn điện áp hoạt động 3.3V
 Chuẩn giao tiếp nối tiếp UART với tốc độ Baud lên đến 115200
 Có 3 chế độ hoạt động: Client, Access Point, Both Client and Access Point
 Hỗ trợ các chuẩn bảo mật như: OPEN, WEP, WPA_PSK, WPA2_PSK,
WPA_WPA2_PSK
 Hỗ trợ cả 2 giao tiếp TCP và UDP
 Tích hợp công suất thấp 32-bit CPU có thể được sử dụng như là bộ vi xử lý ứng
dụng
 SDIO 1.1 / 2.0, SPI, UART
 Làm việc như các máy chủ có thể kết nối với 5 máy con
2.6. Sơ đồ

2.7. Quá trình nạp code
Để nạp được code cần có 1 board USB sang COM TTL (COM hoạt động ở mức
12


3.3v hoặc 5v).

Hình 2: Board USD sang COM TTL

Cắm FT232RL vào máy tính thông qua cổng usb, cài đặt driver (driver này có thể tìm
trên internet). Trên windows có thể kiểm tra xem cổng com đã được cài đặt chưa bằng
cách vào Control Panel > Device Manager > Ports (COM & LPT) sẽ thấy tên cổng
COMxx xuất hiện. Nhớ tên cổng COM này để thiết lập cho Arduino IDE khi nạp code.
Kết nối:
–Chuyển jumper của FT232RL sang chế độ 3.3v
– Nối GND của FT232RL vào GND của mạch esp8266 ở trên.
– Nối VCC của FT232RL vào 3.3v của mạch esp8266 ở trên.
– Nối Tx của FT232RL vào Rx của mạch esp8266 ở trên.
– Nối Rx của FT232RL vào Tx của mạch esp8266 ở trên.
Nạp code
Đoạn code sau sẽ dùng để nhấp nháy đèn LED D1. Đèn led D1 được nối với GPIO2
void setup() {
pinMode(2, OUTPUT);
}
void loop() {
digitalWrite(2, HIGH);
delay(1000);
digitalWrite(2, LOW);
13


delay(1000);
}

1. Mở Arduino IDE chọn File > New. Nhập vào đoạn code ở trên, lưu file.
2. Vào Tools > Board:… chọn Generic ESP8266 Module.
3. Vào Tools > Port chọn cổng COM của USB TTL
4. Đóng công tắc S1, nhấn nút B1.
5. Chọn Sketch > Upload và chờ Arduino nạp code. Xong

2.8 Sơ đồ khối

14


Hình 3: Sơ đồ khối

15


CHƯƠNG 3 TỔNG QUAN VỀ LED RGB
3.1. Giới thiệu về LED RGB
Mô hình màu RGB sử dụng mô hình bổ sung, trong đó ánh sáng đỏ, xanh lá cây và
xanh lam được tổ hợp với nhau theo nhiều phương thức khác nhau để tạo thành các màu
khác.

Khác với LED bình thường, led RGB có 4 chân, trong đó có 1 chân dương (hoặc
âm) chung và 3 chân âm riêng cho từng màu (R - red - đỏ, G - Green - Xanh lá, B - Blue Xanh dương). LED RGB thực chất là 3 con diode led bình thường dính chụm thành 1
khối (vì độ sáng của LED RGB khá sáng cộng với hiệu ứng lưu ảnh của mắt người mà
mình thấy được các màu sắc khác nhau). Để thay màu sắc của LED RGB, ta chỉ việc thay
đổi độ sáng của từng diode (led) trong led rgb. Để thay đổi độ sáng của một con LED ta
chỉ việc điều chỉnh điện áp xuất ra LED.

Hình 4: hình ảnh RGB
16


Ânodo comum (chung cực dương)
Cátodo comum (chung cực âm )
3.2. Cơ sở sinh học
Các màu gốc có liên quan đến các khái niệm sinh học hơn là vật lí, nó dựa trên cơ
sở phản ứng sinh lí học của mắt người đối với ánh sáng. Mắt người có các tế bào cảm
quang, các tế bào này thông thường có phản ứng cực đại với ánh sáng vàng –xanh lá
cây(L), xanh lá cây (M), xanh lam (S) tương ứng với các bước sóng khoảng 564nm,
534nm và 420nm.
3.3. RGB và hiển thị
Một trong những ứng dụng phổ biến nhất của mô hình màu RGB là việc
hiển thị màu sắc trong các ống tia âm cực, màn hình tinh thể lỏng hay màn hình plasma,
chẳng hạn như màn hình máy tính hay ti vi. Mỗi điểm ảnh trên màn hình có thể được thể
hiện trong bộ nhớ máy tính như là các giá trị độc lập của màu đỏ, xanh lá cây và xanh
lam. Các giá trị này được chuyển đổi thành các cường độ và gửi tới màn hình. Bằng việc
sử dụng các tổ hợp thích hợp của các cường độ ánh sáng đỏ, xanh lá cây và xanh lam,
màn hình có thể tái tạo lại phần lớn các màu trong khoảng đen và trắng. Các phần cứng
hiển thị điển hình được sử dụng cho các màn hình máy tính trong năm 2003 sử dụng tổng
cộng 24 bit thông tin cho mỗi điểm ảnh (trong tiếng Anh thông thường được biết đến như
bits per pixel hay bpp). Nó tương ứng với mỗi 8 bit cho màu đỏ, xanh lá cây và xanh lam,
tạo thành một tổ hợp 256 các giá trị có thể, hay 256 mức cường độ cho mỗi màu. Với hệ
thống như thế, khoảng 16,7 triệu màu rời rạc có thể tái tạo
3.4. Biểu diễn dạng số 24 bit
Khi biểu diễn dưới dạng số, các giá trị RGB trong mô hình 24 bpp thông thường
được ghi bằng cặp ba số nguyên giữa 0 và 255, mỗi số đại diện cho cường độ của màu
đỏ, xanh lá cây, xanh lam trong trật tự như thế.
Ví dụ:
(0, 0, 0) là màu đen
(255, 255, 255) là màu trắng
(255, 0, 0) là màu đỏ
(0, 255, 0) là màu xanh lá cây
(0, 0, 255) là màu xanh lam
(255, 255, 0) là màu vàng
(0, 255, 255) là màu xanh ngọc
(255, 0, 255) là màu hồng sẫm
17


CHƯƠNG 4 : THIẾT KẾ PHẦN CỨNG
4.1. ESP8266

Hình 6 : Sơ đồ ESP8266

18


4.2. Kết nối

Hình 7 :Sơ đồ kết nối

19


4.3. Lưu đồ giải thuật

20


CHƯƠNG 5 : THIẾT KẾ PHẦN MỀM ỨNG DỤNG

5.1 Thiết kế giao diện

21


Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về

Tải bản đầy đủ ngay

×

×