Luận văn: Ứng dụng wifi cho hệ thống điều khiển chiếu sáng trong nhà - Gửi miễn phí qua zalo=> 0909232620

1
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
---------------------------------------
Đào Quang Bình
ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ WIFI CHO HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN
CHIẾU SÁNG TRONG NHÀ
Chuyên ngành: Điều khiển và tự động hóa
LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
Điều khiển và tự động hóa
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
1. PGS.TS. NGUYỄN QUỐC CƯỜNG
Hà Nội – Năm 2016

2
LỜI CAM ĐOAN
Sau thời gian nghiên cứu và học tập tại Trường Đại học Bách khoa Hà Nội,
với sự hướng dẫn và sự giúp đỡ tận tình của các thầy cô giáo trong Viện điện. Và
đặc biệt là sự chỉ bảo tận tình của thầy giáo hướng dẫn PGS.TS.Nguyễn Quốc
Cường đã giúp tôi hoàn thành luận văn đúng thời hạn và đạt được các mục tiêu đề
ra.
Tôi xin cam đoan toàn bộ nội dung của luận văn mà tôi thực hiện trong thời
gian vừa qua là trung thực và không sao chép của ai.
Hà Nội, ngày tháng 10 năm 2016
Người cam đoan
Đào Quang Bình

3
LỜI CẢM ƠN
Lời đầu tiên em xin được gửi lời cảm ơn tới Ban Giám hiệu Trường Đại học
Bách Khoa Hà Nội đã tạo mọi điều kiện tốt nhất cho em nghiên cứu, thực hiện luận
văn này. Sau thời gian nghiên cứu và làm việc miệt mài luận văn tốt nghiệp của em
đến nay cơ bản đã hoàn thành. Có được kết quả đó, ngoài sự cố gắng nỗ lực của bản
thân còn phải kể đến sự giúp đỡ rất lớn từ PGS.TS.Nguyễn Quốc Cường, người đã
trực tiếp hướng dẫn, cung cấp tài liệu, kiến thức cũng như kinh nghiệm quý báu cho
em trong suốt thời gian làm luận văn. Qua đây em xin được bày tỏ lòng biết ơn sâu
sắc tới thầy, kính chúc thầy luôn mạnh khoẻ và công tác tốt. Em xin chân thành cảm
ơn các thầy cô của Viện Điện đã hết sức nhiệt tình truyền thụ cho em không chỉ
những kiến thức chuyên môn mà cả những kinh nghiệm quý báu.
Cuối cùng em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới gia đình, bạn bè và đồng
nghiệp. Chính gia đình, bạn bè và đồng nghiệp là nguồn động viên hỗ trợ vô cùng to
lớn giúp em có thêm động lực và sự kích lệ để hoàn thành luận văn này.
Học viên
Đào Quang Bình

4
MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN ..............................................................................................................1
LỜI CẢM ƠN.....................................................................................................................3
MỤC LỤC ...........................................................................................................................4
DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT ............................................................................7
DANH MỤC BẢNG..........................................................................................................8
DANH MỤC HÌNH VẼ....................................................................................................9
LỜI NÓI ĐẦU................................................................................................................. 12
1. Lý do chọn đề tài ........................................................................................................ 12
2. Mục đích của đề tài.................................................................................................... 12
3. Bố cục của đề tài......................................................................................................... 12
4. Phương pháp nghiên cứu.......................................................................................... 13
CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU VỀ ĐIỀU KHIỂN CHIẾU SÁNG TRONG NHÀ14
1.1. Giới thiệu về 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 về Zigbee.............................................................................................. 18
1.3.2. Cấu trúc của giao thức ZigBee............................................................................. 19
1.3.3. Những phần tử cơ bản trong mạng ZigBee ........................................................ 20
1.3.4. Cấu trúc liên kết mạng .......................................................................................... 21
1.3.5. Địa chỉ ..................................................................................................................... 23
1.3.6. Truyền dẫn dữ liệu................................................................................................. 24
1.4. Kết luận ..................................................................................................................... 25
CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ WI-FI .................................................................... 26
2.1 Tổng quan về Wi-Fi................................................................................................. 26
2.1.1. Lịch sử ra đời.......................................................................................................... 26

5
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 của Wi-Fi.......................................................................................... 30
2.3.1. Giới thiệu mô 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 của hệ thống ............................................................................................. 36
3.2. Phân tích mô hình điều khiển .............................................................................. 36
3.2.1. Nguyên lý hoạt động ............................................................................................. 36
3.2.2 Mô hình tổng quát................................................................................................... 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 về các 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 của ESP8266 ................................................................................... 62
3.5. Thiết kế phần cứng................................................................................................. 64
3.5.1. Sơ đồ nguyên lý khối Wi-Fi Gateway................................................................. 64

6
3.6. Thiết kế phần mềm cho khối Wi-Fi Gateway................................................... 67
3.6.1. Thiết kế giao diện điều khiển trên Web .............................................................. 67
3.6.2. Thiết kế phần mềm cho Arduino ......................................................................... 71
3.6.3. Thiết kế phần mềm điều khiển trên điện thoại Android ................................... 72
CHƯƠNG 4: KIỂM NGHIỆM KẾT QUẢ VÀ ĐÁNH GIÁ................................ 81
4.1. Giới thiệu về 1 số chỉ tiêu đánh giá Wi-Fi Gateway........................................ 81
4.1.1. Chỉ tiêu về công suất phát của khối Wi-Fi Router ............................................ 81
4.1.2. Chỉ tiêu về độ nhạy thu của khối Wi-Fi Router................................................. 81
4.2. Kiểm nghiệm hoạt động đối với khối Wi-Fi Router........................................ 82
4.2.1. Kiểm tra khoảng cách trong môi trường không vật cản ................................... 82
4.2.2. Kiểm tra khoảng cách trong môi 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 đối với khối truyền thông Zigbee........................... 85
4.3.1. Kiểm tra khoảng cách trong môi trường không vật cản ................................... 85
4.3.2. Kiểm tra khoảng cách trong môi trường có vật cản.......................................... 86
4.4. Kiểm nghiệm hoạt động Wi-Fi Gateway ........................................................... 88
4.4.1. Thời gian đáp ứng của Wi-Fi Gateway............................................................... 88
4.4.2. Kiểm nghiệm đánh giá hoạt động của Wi-Fi Gateway..................................... 89
KẾT LUẬN ...................................................................................................................... 92
1. Kết quả đạt được........................................................................................................ 92
2. Hướng phát triển của đề tài..................................................................................... 92
TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................................ 93

7
DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT
Viết Tắt Diễn Giải
HVAC Heating, Ventilation and Air conditioning
IoT Internet of Things
DALI Digital Addressable Lighting Interface.
ZDO ZigBee Device Object
FFD Full Function Device
RFD Reduced Function Device
PAN Personal Area Network
APS Application Support Sublayer
IEEE Institute of Electrical and Electronics Engineers
SSID Service Set Identifier
WEP Wired Equivalent Privacy
WPA Wi-Fi Protected Access
TKIP Temporal Key Integrity Protocol
AES Advanced Encryption Standard
CCMP 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

8
DANH MỤC BẢNG
Bảng 3.1: So sánh các 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 của chip ESP8266EX ................................. 48
Bảng 3.5: Mô tả chân của module ESP-01.................................................................... 48
Bảng 3.6: So sánh máy ảo và Docker ............................................................................ 52
Bảng 3.7: Các phương thức có thể sử dụng cho HTTP request. ................................ 69
Bảng 3.8: So sánh phương thức GET và POST............................................................ 70
Bảng 4.1: Công suất phát của chip ESP8266EX.......................................................... 81
Bảng 4.2: Độ nhạy thu của chip ESP8266EX............................................................... 81
Bảng 4.3: Khoảng cách gửi dữ liệu qua Wi-Fi trong môi trường không vật cản..... 83
Bảng 4.4: Khoảng cách gửi dữ liệu qua Wi-Fi trong môi trường có vật cản............ 84
Bảng 4.5: Số lượng thiết bị kết nối và điều khiển tới khối Wi-Fi Router ................. 85
Bảng 4.6: Khoảng cách truyền Zigbee trong môi trường không vật cản .................. 86
Bảng 4.7: Khoảng cách truyền Zigbee trong môi trường có vật cản......................... 87
Bảng 4.8: Thời gian đáp ứng của Wi-Fi Gateway trong điều kiện tín hiệu tốt ........ 88
Bảng 4.9: Thời gian đáp ứng của nút điều khiển trong điều kiện tín hiệu kém........ 89
Bảng 4.10: Số lần điều khiển được Wi-Fi Gateway trong điều kiện tín hiệu tốt ..... 90
Bảng 4.11: Số lần điều khiển được Wi-Fi Router trong điều kiện tín hiệu kém ...... 91

9
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 của chuẩn ZigBee ........................................................................... 18
Hình 1.5. Cấu trúc giao thức ........................................................................................... 19
Hình 1.6. Cấu trúc mạng hình sao. ................................................................................. 22
Hình 1.7. Cấu trúc mạng hình lưới................................................................................. 22
Hình 1.8. Cấu trúc mạng hình cây.................................................................................. 23
Hình 1.9. Sơ đồ truyền dữ 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 của hệ thống ............................................................... 36
Hình 3.2: Sơ đồ hệ thống tổng quát................................................................................ 37
Hình 3.3: Sơ đồ khối của khối Wi-Fi Gateway ............................................................ 38
Hình 3.4: Intel Edison và board phát triển Arduino ..................................................... 39
Hình 3.5: Module Raspberry Pi 3................................................................................... 40
Hình 3.6: Module Arduino Mega 2560 ......................................................................... 41
Hình 3.7: Module Xbee Series 2..................................................................................... 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 trong 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 năng cần thiết cho module .................................................. 51

10
Hình 3.16: Thông 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 và lấy file firmware đã được 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: Thông báo thực hiện 5 bước chọn thông số cho firmware ..................... 58
Hình 3.27: Thông báo biên dịch thành công firmware ................................................ 58
Hình 3.28: Module USB-TTL và sơ đồ chân................................................................ 59
Hình 3.29: Kết nối giữa module ESP-01 và 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 đang diễn ra.......................................................... 61
Hình 3.33: Quá trình nạp firmware đã hoàn tất ............................................................ 62
Hình 3.34: Kết quả trả về với lệnh AT .......................................................................... 62
Hình 3.35: Sơ đồ khối của 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 bằng điện trở ........................................................................ 67
Hình 3.39: Mô hình Client-Server.................................................................................. 68
Hình 3.40: Lưu đồ thuật toán của khối xử lý trung tâm .............................................. 71
Hình 3.41: Cửa sổ làm việc Designer ............................................................................ 73
Hình 3.42: Cửa sổ Block của App Inventor .................................................................. 74
Hình 3.43: Cửa sổ Viewer của màn hình đăng nhập.................................................... 75
Hình 3.44: Lưu đồ thuật toán cho màn hình đăng nhập .............................................. 76

11
Hình 3.45: Liên kết khối lệnh màn hình đăng nhập..................................................... 76
Hình 3.46: Cửa sổ Viewer của màn hình điều khiển ................................................... 77
Hình 3.47: Sơ đồ nguyên lý của màn hình điều khiển................................................. 78
Hình 3.48: Đọc và hiển thị dữ liệu điều khiển từ nút bấm .......................................... 79
Hình 3.49: Đọc và hiển thị dữ liệu điều khiển từ Slider.............................................. 79
Hình 3.50: Gửi dữ liệu điều khiển thiết bị tới server ................................................... 80
Hình 4.1: Giao diện phần mềm điều khiển trên điện thoại.......................................... 82
Hình 4.2: Bố trí thử nghiệm khoảng cách Wi-Fi trong môi trường có vật cản......... 84
Hình 4.3: Bố trí thử nghiệm khoảng cách truyền Zigbee trong môi trường có vật cản
............................................................................................................................................. 87

12
LỜI NÓI ĐẦU
1. Lý do chọn đề tài
Trong bối cảnh ngày nay, với sự phát triển vượt bậc của công nghệ điện tử,
công nghệ thông tin và truyền thông, xu thế IoT (Internet of Things) đã tạo động lực
thúc đẩy mạnh mẽ cho việc chế tạo nhiều nền tảng phần cứng cho phép phát triển hệ
thống điều khiển, giám sát thông qua mạng hay mạng không dây.
Đối với các hệ thống điều khiển chiếu sáng trong nhà cũ sử dụng các chuẩn
truyền thông có dây như DALI, DMX512 có những nhược điểm như sơ đồ đi dây
phức tạp, khó khăn khi nâng cấp hệ thống cũ…v.v. Vì vậy công nghệ mới sử dụng
các chuẩn truyền thông không dây như Wifi, Zigbee, BLE, Z-wave với những ưu
điểm như tiết kiệm năng lượng, sự đơn giản về bố trí thiết bị được phát triển nhằm
khắc phục những nhược điểm của các chuẩn chiếu sáng cũ. Tuy nhiên với chuẩn Z-
wave và Zigbee được thiết kế hướng tới để các thiết bị giao tiếp với nhau chứ không
hướng tới giao tiếp với người sử dụng hay BLE là chuẩn Bluetooth mới tuy có
những ưu điểm như hướng tới người sử dụng, cực kì tiết kiệm năng lượng lại có
nhược điểm là mới được đưa vào, không tương thích với Bluetooth cũ nên ít có thiết
bị hỗ trợ. Cùng với xu hướng phát triển của smartphone và các tiện ích mà nó đem
lại chính vì vậy công nghệ không dây Wi-Fi với đặc điểm hướng tới người sử dụng,
sự tương thích giữa các chuẩn 802.11b/g/n, tốc độ cao…v.v là lựa chọn tối ưu làm
chuẩn không dây để giao tiếp với người dùng điều khiển hệ thống chiếu sáng.
2. Mục đích của đề tài
Thiết kế cầu Wi-Fi/Zigbee – tạm gọi là Wi-Fi Gateway. Thiết kế Wi-Fi
Gateway này đơn giản, hoạt động hiệu quả để nhận dữ liệu điều khiển từ người
dùng qua Wi-Fi sau đó truyền đi điều khiển thiết bị bằng các chuẩn không dây như
Zigbee. Bằng các kịch bản được chuẩn bị trước cho hoạt động của thiết bị sẽ giải
thích được nguyên lý làm việc, ưu và nhược điểm của bộ điều khiển chiếu sáng Wi-
Fi Gateway.
3. Bố cục của đề tài
Đề tài bao gồm 4 chương:

13
CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU VỀ ĐIỀU KHIỂN CHIẾU SÁNG TRONG NHÀ
Giới thiệu về các hệ thống điều khiển chiếu sáng trong nhà, công nghệ điều
khiển sử dụng các chuẩn có dây và không dây. Sau khi tìm hiểu về công nghệ điều
khiển chiếu sáng lựa chọn thiết kế Wi-Fi Gateway nhằm chuyển đổi từ tín hiệu điều
khiển ở công nghệ Wi-Fi thành tín hiệu điều khiển không dây Zigbee.
CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ WI-FI
Giới thiệu khái quát về lịch sử ra đời, các chuẩn Wi-Fi phổ biến, các phương
thức bảo mật và bộ giao thức của Wi-Fi.
CHƯƠNG 3: PHÂN TÍCH THIẾT KẾ WI-FI GATEWAY
Phân tích yêu cầu, từ đó đưa ra sơ đồ tổng quan và lựa chọn thiết bị sử dụng là
Arduino Mega2560, module ESP-01 và module Xbee S2.
Giới thiệu về module Wi-Fi ESP-01, giới thiệu phần cứng và gói phần mềm
SDK. Trình bày các phương pháp biên dịch firmware, nạp firmware và tập lệnh
điều khiển đối với module ESP-01.
Từ sơ đồ tổng quát thiết kế sơ đồ khối và thiết kế sơ đồ nguyên lý. Thiết kế
phần mềm cho Wi-Fi Gateway, đồng thời thiết kế phần mềm điều khiển trên điện
thoại.
CHƯƠNG 4: KIỂM NGHIỆM KẾT QUẢ VÀ ĐÁNH GIÁ
Đưa ra các kịch bản hoạt động đối với hệ thống điều khiển. Đo và đánh giá
cũng như đưa ra các giải pháp.
4. Phương pháp nghiên cứu
- Nghiên cứu lý luận: Tổng hợp các tài liệu kỹ thuật, công nghệ, phân tích và
đánh giá nội dung liên quan đến đề tài.
- Phương pháp thực nghiệm: Khảo sát, phân tích, thiết kế và đánh giá nội dung
nghiên cứu trong quá trình thiết kế bộ điều khiển sử dụng Wi-Fi Gateway. Từ đó
đưa ra phương án chế tạo bộ điều khiển phù hợp

14
CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU VỀ ĐIỀU KHIỂN CHIẾU SÁNG TRONG NHÀ
1.1. Giới thiệu về điều khiển chiếu sáng
Trong một tòa nhà, cùng với hệ thống điều hòa không khí và thông gió
(HVAC) thì hệ thống chiếu sáng luôn là một trong 2 hệ thống tiêu tốn nhiều năng
lượng nhất. Trung bình khoảng 20-40% năng lượng của một tòa nhà là giành cho
chiếu sáng. Ở Mỹ và nhiều nước phát triển, việc triển khai hệ thống lighting control
gần như là bắt buộc trong mọi tòa nhà thương mại. Quản lý năng lượng hiệu quả
trong chiếu sáng cùng với nhu cầu giải trí và thẩm mĩ của con người ngày càng tăng
đã đặt ra hai bài toán:
- Chiếu sáng hiệu quả và tiết kiệm năng lượng.
- Đòi hỏi áp dụng công nghệ kỹ thuật tiên tiến để ánh sáng trình diễn theo ý
muốn.
Để giải quyết hiệu quả hai bài toán trên người ta đang hướng đến việc quản lý
tập trung, liên kết các hệ thống riêng này thành một thể thống nhất. Chính vì thế
lighting control cũng được phát triển theo hướng ứng dụng thiết lập mạng và tích
hợp vào hệ thống quản lý tòa nhà cùng với nhiều hệ thống khác. Đây là một đặc
trưng hiện đại và cũng là ưu điểm của lighting control so với hệ thống thông
thường. Để thiết lập mạng điều khiển chiếu sáng có hai phương pháp là sử dụng các
chuẩn chiếu sáng có dây và các chuẩn chiếu sáng không dây.
1.2. Chuẩn chiếu sáng có dây
Trước những năm 90, phần lớn các chuẩn trong các hệ thống tự động hóa tòa
nhà nói chung và điều khiển chiếu sáng nói riêng đều dựa trên giao thức có bản
quyền của từng hãng sản xuất. Thậm chí, đến nay một số hãng có tên tuổi vẫn sử
dụng các chuẩn của riêng mình như JCI (N2-Metisys), Honeywell, Lutron, GE, PCI.
Dưới đây là các giao thức hỗ trợ của một số hãng sản xuất thiết bị chiếu sáng. Theo
tài liệu [1]
STT Tên hãng sản xuất Giao thức
1 ABB Control Inc Custom, BACnet, Modicon and LON
2 Advance Transformer 0-10VDC, 2-Wire

15
3 Agilent Technologies Inc LAN/WAN Ethernet
4 Douglas Lighting Controls
Inc
LONworks
5 MagneTek Lighting
Products Group
0-10VDC, DMX512, DALI
6 Siemens Building
Technologies Ltd
BACnet, MODbus, LONworkds, DMX512
7 IBECS 1-Wire
Phần dưới đây trình bày một số giao thức có dây thường gặp trong điều khiển
chiếu sáng.
1.2.1. DALI
a. Giới thiệu
DALI hay Digital Addressable Lighting Interface là một chuẩn chuẩn điều
khiển hệ thống chiếu sáng bằng kỹ thuật số. Với hệ thống điều khiển chiếu sáng
theo tín hiệu DALI, các bộ đèn có thể đánh địa chỉ và được điều khiển riêng rẽ.
Trong một hệ thống chiếu sáng bao gồm rất nhiều các bộ đèn khác nhau, hệ thống
DALI giúp điều khiển riêng rẽ từng bộ đèn, phân nhóm, và tạo lập các cảnh chiếu
sáng khác nhau, có thể tăng giảm độ sáng của các bộ đèn bằng tay qua công tắc
nhấn, màn hình cảm biến, qua remote hay được điều chỉnh tự động qua cảm biến
ánh sáng.
Ngoài ra, hệ thống DALI còn có thể điều khiển rèm cửa, tích hợp hệ thống an
ninh báo cháy, báo trộm. Từ một vị trí, nhưng ta có thể theo dõi được tình trạng
hoạt động của toàn bộ hệ thống điện và chiếu sáng.
b. Đặc điểm
Một số đặc điểm của mạng DALI theo tiêu chuẩn IEC60929:
- Số lượng thiết bị lớn nhất có thể: 64 thiết bị.
- Số nhóm: 16.
- Số địa điểm trên một nhóm: 16.
- Cáp dữ liệu: 2 dây.

16
- Phương pháp mã hóa dữ liệu: Manchester.
- Tốc độ truyền dữ liệu: 1200 bit/s.
- Nguồn cấp cho mạng 24VDC, 250mA.
- Khoảng cách 300m hoặc 2VDC điện áp rơi.
c. Sơ đồ kết nối
Hình 1.1: Sơ đồ kết nối giao thức DALI
Một hệ thống DALI có thể có một hay nhiều thiết bị chiếu sáng kết nối trên
DALI bus cùng với bộ điều khiển. Bộ điều khiển có thể giám sát và điều khiển ánh
sáng trên DALI bus nhờ dữ liệu trên DALI bus là 2 chiều và không đồng bộ.
1.2.2. DMX512
a. Giới thiệu
DMX là viết tắt của Digital Multiplex, là kỹ thuật truyền tín hiệu cho những
thiết bị kỹ thuật số có thể được truyền qua dây cáp. Nó chính là giao thức chung
dùng để điều khiển thiết bị đèn sân khấu hay các loại đèn kỹ xảo trên toàn thế giới.
DMX512 là 1 tiêu chuẩn truyền thông kỹ thuật số được sử dụng để kết nối những
bộ vi xử lý điều khiển ánh sáng. Nó sử dụng cáp truyền dữ liệu đặc biệt để truyền
thông tin đến các thiết bị chiếu sáng (Dimmers, thay đổi màu sắc, điều khiển
Spotlights từ xa,....)
DMX512 sử dụng connector gồm 5 chân là:
Chân 1: Signal Common

17
Chân 2: data 1-
Chân 3: data 1+
Chân 4: data 2-
Chân 5: data 2+
Hình 1.2: XLR5 connector
b. Đặc điểm
- Số lượng thiết bị không quá 32 thiết bị trên 1 bus.
- Số kênh: 512
- Tốc độ truyền dữ liệu: 250kbit/s.
- Điện áp làm việc 6VDC mỗi chân, 250mA.
- Khoảng cách không quá 1.200m
c. Sơ đồ kết nối
Hình 1.3: Sơ đồ kết nối giao thức DMX521
Mỗi một mạng lưới gồm một bộ điều khiển DMX512 – là master, ngoài ra nó
còn có một hay nhiều Slave Device. Mỗi một Slave Device có một cổng DMX512
IN và một OUT. Các bộ điều khiển chỉ có một kết nối OUT được kết nối với Slave
Device đầu tiên

18
1.3. Chuẩn chiếu sáng không dây
Các chuẩn không dây sử dụng trong chiếu sáng có thể kể đến như Insteon, Z-
wave, Zigbee. Tuy nhiên Zigbee là một chuẩn mở, còn Z-wave và Insteon không
phải. Với Z-wave, chuẩn giao thức và phần cứng để vận hành chuẩn giao thức này
hoàn toàn do Sigma Designs cung cấp, các công ty muốn sử dụng Z-wave chỉ có thể
mua các tài liệu, phần cứng từ 1 bên và chi phí này tương đối cao.
Trong khi đó, Zigbee với ưu thế là một chuẩn mở có thể mua phần cứng, phần
mềm, tài liệu từ nhiều hãng lớn trên thế giới như Texas Instrument, NXP, Silab,
AVR, Microchip…v.v. Ngoài ra còn có thể tìm các module Zigbee từ các hãng như
Atmel, CEL, Digi, Jennic, Lemos, và RFM. Nhờ tính mở đó, việc tiếp cận và phát
triển các sản phẩm Zigbee dễ dàng hơn nhiều so với Z-wave, đồng thời chi phí cũng
thấp hơn Z-wave nhiều do hãng phát triển có nhiều lựa chọn và cạnh tranh hơn.
Chính vì vậy trong nội dung luận văn này sẽ tập trung đi sâu vào việc sử dụng
chuẩn Zigbee.
1.3.1. Giới thiệu về Zigbee
Công nghệ ZigBee là công nghệ truyền tin sử dụng sóng vô tuyến ở dải tần
không đăng ký ISM (Industrial, scientific and medical) dành riêng cho các ứng
dụng công nghiệp, khoa học và y tế. Tần số 2.4GHz hầu hết các quốc gia trên thế
giới, tần số 915MHz ở Mỹ và Nhật, tần số 868MHz ở châu Âu. Tốc độ dữ liệu đạt
250Kbps ở 2.4GHz, 40kbps ở 915MHz và 20kbps ở 868MHz [2].
Hình 1.4: Băng tần của chuẩn ZigBee

19
Qua hình 1.4 có thể thấy với tần số là 868MHz thì có 1 kênh truyền, ở tần số
900 MHz có 10 kênh truyền và ở tần số 2.4GHz có 16 kênh truyền.
ZigBee là một tiêu chuẩn mở toàn cầu được xây dựng trên chuẩn IEEE
802.15.4 MAC/PHY. ZigBee định nghĩa một lớp mạng ở trên những lớp của
802.15.4 để hỗ trợ khả năng nâng cao định tuyến mạng lưới. Chuẩn ZigBee 1.0
được phê chuẩn vào ngày 14 tháng 12 năm 2004 và trở thành thành viên của ZigBee
Alliance. Đến nay thì các đặc tính kỹ thuật của ZigBee thì vẫn được bổ sung thêm.
ZigBee ra đời và được phát triển ứng dụng trong các lĩnh vực: nhà tự động (home
automation), năng lượng thông minh (smart energy) các ứng dụng viễn thông và
giám sát y tế.
1.3.2. Cấu trúc của giao thức ZigBee
IEEE 802.15.4 và liên minh ZigBee đã liên kết chặt chẽ để xác định một bộ
giao thức stack. IEEE 802.15.4 tập trung vào các đặc điểm kỹ thuật của hai lớp thấp
hơn (lớp vật lý và lớp dữ liệu) dành cho các ứng dụng WPAN tốc độ thấp. IEEE
802.15.4 đi sâu phần chi tiết về đặc điểm kỹ thuật của lớp PHY và MAC bằng cách
xây dựng các kiến trúc khối cho các loại mô hình mạng khác nhau như sao, cây và
hình lưới. Các kỹ thuật định tuyến trong mạng được thiết kế sao cho phải đảm bảo
duy trì được nguồn năng lượng lâu dài, độ trễ thấp.
Hình 1.5. Cấu trúc giao thức

20
Ngăn xếp ZigBee bao gồm nhiều lớp gồm PHY, MAC, Mạng, lớp ứng dụng
mạng (APS), và lớp đối tượng thiết bị ZigBee (ZDO). Lớp ZigBee thì được thể hiện
trong bản bên dưới.
Lớp ZigBee Miêu tả
PHY Định nghĩa hoạt động lớp vật lý của thiết bị ZigBee bao gồm cả
nhận độ nhạy, từ chối kênh, công suất đầu ra, số kênh, điều chế
chip, và thông số tốc độ truyền. Hầu hết các ứng dụng ZigBee hoạt
động trên băng tần ISM 2.4 GHz, với tốc độ dữ liệu 250 kbps.
MAC Quản lý truyền dữ liệu RF giữa những thiết bị gần nhau (point to
point). MAC bao gồm các dịch vụ như thử lại truyền dẫn, quản lý
xác nhận và kỹ thuật tránh va chạm (CSMA-CA).
Network Có khả năng định tuyến, lớp này cho phép gói tin dữ liệu RF đi qua
nhiều thiết bị (nhiều bước nhảy) để tuyến đường dữ liệu từ nguồn
tới đích (peer to peer).
APS Lớp ứng dụng này định nghĩa đối tượng định địa chỉ khác nhau bao
gồm: cá nhân, cụm, và điểm cuối.
ZDO Lớp ứng dụng này cung cấp thiết bị và chức năng tìm ra dịch vụ và
khả năng quản lý mạng nâng cao.
1.3.3. Những phần tử cơ bản trong mạng ZigBee
Một mạng Zigbee gồm nhiều thành phần tạo nên. Phần cơ bản nhất tạo nên
một mạng là thiết bị có tên FFD (full function device), thiết bị này đảm nhận tất cả
các chức năng trong mạng và hoạt động như một điều phối mạng PAN (personal
area network), ngoài ra còn một thiết bị đảm nhận một số chức năng hạn chế có tên
RFD (reduced function device). Một mạng tối thiểu phải có một thiết bị FFD, thiết
bị này hoạt động như một bộ điều phối mạng PAN
FFD có thể hoạt động trong ba trạng thái: là điều phối viên toàn mạng PAN,
điều phối viên một mạng con, hoặc đơn giản chỉ là một thành viên trong mạng.
RFD được dùng cho các ứng dụng đơn giản, không yêu cầu gửi lượng lớn dữ liệu.

21
Một FFD có thể làm việc với nhiều RFD hay nhiều FFD nhưng một RFD chỉ làm
việc với một FFD
- ZigBee Coordinator (ZC): Mạng ZigBee luôn luôn chỉ có duy nhất một
thiết bị Coordinator. Nó lựa chọn một kênh và PAN ID (cả 64 bit và 16 bit) để bắt
đầu mạng, có thể cho phép những router và end device tham gia vào mạng, hỗ trợ
trong việc định tuyến dữ liệu. Không ngủ nên là sử dụng nguồn chính.
- ZigBee Router (ZR): Router là một nút ZigBee có đầy đủ tính năng, gửi
thông tin, nhận thông tin, định tuyến thông tin, cho phép các thiết bị khác gia vào
mạng, hỗ trợ trong việc định tuyến dữ liệu. Router phải luôn luôn hoạt động, vì vậy
nó phải được cấp nguồn chính. Một mạng có thể có nhiều router.
- ZigBee End Device (ZED): Nó phải tham gia một ZigBee PAN trước khi nó
có thể truyền hoặc nhận dữ liệu, không thể cho phép các thiết bị khác tham gia vào
mạng. ZED phải luôn luôn truyền và nhận dữ liệu RF qua phụ huynh của nó, không
thể định tuyến dữ liệu. ZED có kết cấu đơn giản và thường ở trạng thái ngủ (sleep
mode) để tiết kiệm năng lượng. Chúng chỉ được "đánh thức" khi cần nhận hoặc gửi
một thông điệp nào đó và có thể cấp nguồn pin.
1.3.4. Cấu trúc liên kết mạng
Trong truyền thông dùng giao thức ZigBee thường hỗ trợ 3 mô hình mạng
chính: mạng hình sao, mạng hình cây và mạng hình lưới.
a. Mạng hình sao (Star Network)
Đối với loại mạng này, một kết nối được thành lập bởi các thiết bị với một
thiết bị điều khiển trung tâm gọi là bộ điều phối mạng PAN. Sau khi FFD được kích
hoạt lần đầu tiên nó có thể tạo nên một mạng độc lập và trở thành một bộ điều phối
mạng Pan. Mỗi mạng hình sao đều phải có một chỉ số nhận dạng cá nhân của riêng
mình được gọi là PAN ID, nó cho phép mạng này có thể hoạt động một cách độc
lập. Khi đó cả FFD và RFD đều có thể kết nối tới bộ điều phối mạng PAN. Tất cả
các mạng trong tầm phủ sóng đều phản có một PAN ID duy nhất

22
Hình 1.6. Cấu trúc mạng hình sao.
b. Mạng hình lưới (Mesh Network)
Đối với loại mạng này cũng có một bộ điều phối mạng PAN (PAN
coordinator). Thực chất đây là kết hợp của 2 kiểu cấu trúc mạng hình sao và mạng
ngang hàng. Ở cấu trúc mạng này thì một thiết bị A có thể tạo kết nối với bất kì
thiết bị nào khác miễn là thiết bị đó nằm trọng phạm vi phủ sóng của thiết bị A. Các
ứng dụng của cấu trúc này khá rộng, có thể áp dụng cho các mạch đo lường và điều
khiển, mạng cảm biến không dây, theo dõi cảnh báo và kiểm kê ( cảnh báo cháy
rừng…). Mạng hình lưới có ưu điểm cho phép truyền thông liên tục và có khả năng
tự xác định lại cấu hình xung quanh đường đi bị che chắn bằng cách nhảy từ nút này
sang nút khác cho đến khi thiết lập được kết nối. Mỗi nút trong mạng lưới đều có
khả năng kết nối và định tuyến với các nút lân cận. Cũng chính khả năng chuyển
tiếp và định tuyến gói tin đã làm cho khoảng cách truyền giữa hai điểm không còn
là trở ngại.
Hình 1.7. Cấu trúc mạng hình lưới.
c. Mạng hình cây (Cluster Tree Topology)
Cấu trúc này là một dạng đặc biệt của cấu trúc mạng lưới, trong đó đa số thiết
bị là FFD và những RFD có thể kết nối vào mạng hình cây như một nút rời rạc ở

23
điểm cuối của nhánh cây. Bất kỳ một FFD nào cũng có thể hoạt động như là một
coordinator và cung cấp tín hiệu đồng bộ cho các thiết bị và các coordinator khác
vì thế mà cấu trúc mạng kiểu này có quy mô phủ sóng và khả năng mở rộng cao.
Trong loại cấu hình này mặc dù có thể có nhiều coordinator nhưng chỉ có duy
nhất PAN coordinator.
Hình 1.8. Cấu trúc mạng hình cây.
1.3.5. Địa chỉ
Tất các thiết bị ZigBee có hai chế độ địa chỉ khác nhau, chế độ địa chỉ 64 bit
và chế độ địa chỉ 16 bit. Đặc trưng của mỗi chế độ địa chỉ được miêu tả như sau:
a. Địa chỉ thiết bị 16 bit
Kiểu dữ liệu này phù hợp với mạng nhỏ, số lượng nút cố định. 16 bit địa chỉ
sử dụng một số hex 16 bit để xác định từng nguồn radio và địa chỉ đích.
b. Địa chỉ thiết bị 64 bit
Địa chỉ 64 bit là một địa chỉ thiết bị duy nhất được ấn định trong lúc sản xuất.
Địa chỉ này là duy nhất cho mỗi thiết bị vật lý. Địa chỉ 64 bit bao gồm 3byte nhận
diện duy nhất (OUI) ấn định bởi IEEE. 5byte còn lại quản lý bởi OEM - tổ chức
quản lý sản xuất. Địa chỉ 64 bit cũng được gọi là địa chỉ mở rộng.
Kiểu dữ liệu này phù hợp với mạng lớn, số lượng nút mở và có thể được thêm
trong tương lai.

24
1.3.6. Truyền dẫn dữ liệu
Gói tin dữ liệu ZigBee có thể được truyền kiểu Unicast hoặc truyền quảng bá.
Truyền dẫn Unicast gửi dữ liệu từ một thiết bị nguồn đến một thiết bị đích, trong
khi truyền quảng bá là gửi đến nhiều hoặc tất cả những thiết bị trong mạng [3].
a. Truyền dữ liệu quảng bá
Truyền quảng bá trong các giao thức ZigBee có xu hướng được truyền bá khắp
toàn bộ mạng lưới như vậy tất cả các nút nhận được gói tin. Để quảng bá trong
mạng IEEE 802.15.4 chế độ địa chỉ ngắn được sử dụng và địa chỉ đích được đặt là
0xffff. Địa chỉ này được chấp nhận bởi tất cả các thiết bị mà nhận gói như địa chỉ
của chúng. Định danh PAN cũng có thể được đặt là 0xffff. Thiết bị nhận sẽ chấp
nhận 0xffff như là một định danh PAN hợp lệ. Địa chỉ MAC 0xffff được biết như là
địa chỉ quảng bá.
Hình 1.9. Sơ đồ truyền dữ liệu quảng bá.
b. Truyền dẫn Unicast
Truyền Unicast được gửi từ thiết bị nguồn đến thiết bị đích khác. Thiết bị đích
có thể là một láng giềng trực tiếp của nguồn, hoặc nó có thể là một vài bước nhảy.
Truyền unicast này được gửi cùng một đường nhiều bước nhảy yêu cầu một số
phương tiện thiết lập một tuyến đường đến thiết bị đích.
Hình 1.10. Sơ đồ truyền unicast.

25
1.4. Kết luận
Để chuyển các dữ liệu lên Internet hay nhận dữ liệu điều khiển ngược trở lại
các cảm biến/thiết bị chấp hành phải có địa chỉ. Trong lĩnh vực công nghệ thông tin
dự đoán 50 tỉ thiết bị sẽ có trong không gian IoT vào năm 2020 – theo tài liệu [10] ,
và điều đó sẽ trờ thành cực kỳ tốn kém chi phí để gán địa chỉ IP cho mỗi cảm biến
và quản lý mạng lưới liên quan đến IP. Thay vào đó, cảm biến/thiết bị chấp hành có
thể được nối mạng bằng cách sử dụng các tiêu chuẩn không dây, như ZigBee. Lần
lượt, các mạng Zigbee đó dựa vào các cổng giao tiếp với Wi-Fi (Wi-Fi Router) để
chuyển tiếp thông tin lên mạng hoặc tới người sử dụng. Chính vì vậy bài toán trong
luận văn đặt ra là thiết kế cầu Wi-Fi/Zigbee hay tạm gọi là Wi-Fi Gateway.

26
CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ WI-FI
2.1 Tổng quan về Wi-Fi
Wi-Fi (Wireless Fidelity) hay IEEE 802.11 là một tập các chuẩn của tổ chức
IEEE (Institute of Electrical and Electronic Engineers) bao gồm các đặc tả kỹ thuật
liên quan đến hệ thống mạng không dây. Chuẩn IEEE 802.11 mô tả một giao tiếp
"truyền qua không khí" (over-the-air) sử dụng sóng vô tuyến để truyền nhận tín hiệu
giữa một thiết bị không dây và tổng đài hoặc điểm truy cập (access point), hoặc
giữa 2 hay nhiều thiết bị không dây với nhau (mô hình ad-hoc)
2.1.1. Lịch sử ra đời
Năm 1985, Ủy ban Liên lạc Liên bang Mỹ FCC (Federal Communications
Commission) quyết định "mở cửa" một số băng tần của giải sóng không dây, cho
phép sử dụng chúng mà không cần giấy phép của chính phủ. Các giải sóng này, gọi
là các "băng tần rác" (900 MHz, 2.4 GHz, 5.8 GHz), được phân bổ cho các thiết bị
sử dụng vào các mục đích ngoài liên lạc.
Năm 1988, công ty NCR, vì muốn sử dụng dải tần "rác" để liên thông các máy
rút tiền qua kết nối không dây, đã yêu cầu một kỹ sư của họ có tên Victor Hayes tìm
hiểu việc thiết lập chuẩn chung. Ông này cùng với chuyên gia Bruce Tuch của
Trung tâm nghiên cứu Bell Labs đã tiếp cận với Tổ chức IEEE, nơi mà một tiểu ban
có tên 802.3 đã xác lập ra chuẩn mạng cục bộ Ethernet phổ biến hiện nay. Một tiểu
ban mới có tên 802.11 đã ra đời và quá trình thương lượng hợp nhất các chuẩn bắt
đầu.
Năm 1997, tiểu ban này đã phê chuẩn một bộ tiêu chí cơ bản, cho phép mức
truyền dữ liệu 2Mbps, sử dụng một trong 2 công nghệ dải tần rộng tránh nhiễu bằng
cách chuyển đổi liên tục giữa các tần số radio và phát tín hiệu trên một dải gồm
nhiều tần số. Chuẩn mới chính thức được ban hành năm 1997 và các kỹ sư ngay lập
tức bắt đầu nghiên cứu một thiết bị mẫu tương thích với nó và liên tục cải tiến và
tạo ra các chuẩn Wi-Fi mới như 802.11b/a/g/n/ac…v.v. Chi tiết về một số chuẩn
Wi-Fi như 802.11b/a/g tham khảo tại tài liệu [8].

27
2.1.2. IEEE 802.11b
IEEE đã mở rộng trên chuẩn 802.11 gốc vào tháng 7 năm 1999, đó chính là
chuẩn 802.11b. Chuẩn này hỗ trợ băng thông lên đến 11Mbps, tương quan với
Ethernet truyền thống.
802.11b sử dụng tần số vô tuyến 2.4 Ghz giống như chuẩn ban đầu 802.11.
Các thiết bị 802.11b có thể bị xuyên nhiễu từ các thiết bị điện thoại không dây (kéo
dài), hoặc các module Zigbee sử dụng tần số 2.4Ghz – theo tài liệu [9]. Mặc dù vậy,
bằng cách cài đặt các thiết bị 802.11b cách xa các thiết bị như vậy có thể giảm được
hiện tượng xuyên nhiễu này.
- Ưu điểm của 802.11b – giá thành thấp nhất; phạm vi tín hiệu lớn.
- Nhược điểm của 802.11b – tốc độ tối đa thấp nhất; các ứng dụng gia đình có
thể xuyên nhiễu.
2.1.3. IEEE 802.11a
Trong khi 802.11b vẫn đang được phát triển, IEEE đã tạo một mở rộng thứ
cấp cho chuẩn 802.11 có tên gọi 802.11a. Do giá thành cao hơn nên 802.11a chỉ
được sử dụng trong các mạng doanh nghiệp còn 802.11b thích hợp hơn với thị
trường mạng gia đình.
802.11a hỗ trợ băng thông lên đến 54 Mbps và sử dụng tần số vô tuyến 5GHz.
Tần số của 802.11a cao hơn so với 802.11b chính vì vậy đã làm cho phạm vi của hệ
thống này hẹp hơn so với các mạng 802.11b do độ suy hao lớn hơn.
- Ưu điểm của 802.11a – tốc độ cao; tần số 5Ghz tránh được sự xuyên nhiễu từ
các thiết bị khác.
- Nhược điểm của 802.11a – giá thành đắt; phạm vi hẹp
2.1.4. IEEE 802.11g
Năm 2003, chuẩn Wi-Fi thế hệ thứ 3 ra đời được đặt là chuẩn 802.11g. Chuẩn
802.11g được xem là kết hợp giữa chuẩn a và b trước kia, với giá thành khá rẻ (tuy
có phần đắt hơn chuẩn b).
Chuẩn 802.11g hỗ trợ tốc độ đến 54 Mpbs như chuẩn a nhưng sử dụng băng
tần 2.4 GHz như chuẩn b, vì vậy chuẩn này có tốc độ cao, phạm vi tín hiệu tốt. Tuy

28
nhiên nhiên chuẩn này cũng có nhược điểm như chuẩn b là dễ bị nhiễu từ các thiết
bị phát sóng khác. Do sự giống nhau về nhiều thông số, chuẩn kết nối 802.11g có
khả năng tương thích ngược với chuẩn 802.11b và ngược lại.
- Ưu điểm của 802.11g: tốc độ cao, phạm vi tín hiệu lớn.
- Nhược điểm của 802.11g: giá thành đắt hơn 802.11b; các thiết bị có thể bị
xuyên nhiễu từ nhiều thiết bị khác sử dụng cùng băng tần 2.4Ghz.
2.1.5. IEEE 802.11n
Đây là chuẩn được thiết kế để cải thiện cho 802.11g trong tổng số băng thông
được hỗ trợ bằng cách tận dụng nhiều tín hiệu không dây và các anten (công nghệ
MIMO).
Khi chuẩn này được đưa ra, các kết nối 802.11n sẽ hỗ trợ tốc độ dữ liệu lên
đến 100 Mbps. 802.11n cũng cung cấp phạm vi bao phủ tốt hơn so với các chuẩn
Wi-Fi trước nó nhờ cường độ tín hiệu mạnh của nó. Thiết bị 802.11n tương thích
với các thiết bị 802.11g.
- Ưu điểm của 802.11n là tốc độ nhanh hơn chuẩn b, g. vùng phủ sóng tốt
nhất; trở kháng lớn hơn để chống nhiễu từ các tác động của môi trường.
- Nhược điểm của 802.11n là giá cao hơn 802.11g, sử dụng nhiều luồng tín
hiệu có thể gây nhiễu với các thiết bị 802.11b/g kế cận.
2.2. Bảo mật
Không giống như mạng có dây, đối với mạng không dây đặc biệt là Wi-Fi vấn
đề bảo mật là vấn đề hết sức quan trọng khi mà dữ liệu hay thông tin được phát ra
môi trường và bất cứ ai trong vùng phủ sóng cũng có khả năng truy cập được thông
tin.
2.2.1. Phương thức bảo mật WEP
WEP (Wired Equivalent Privacy) nghĩa là bảo mật tương đương với mạng có
dây (Wired LAN). Khái niệm này là một phần trong chuẩn IEEE 802.11. Theo định
nghĩa, WEP được thiết kế để đảm bảo tính bảo mật cho mạng không dây đạt mức độ
như mạng nối cáp truyền thống.

29
WEP cung cấp bảo mật cho dữ liệu trên mạng không dây qua phương thức mã
hóa sử dụng thuật toán đối xứng RC4, được Ron Rivest - thuộc hãng RSA Security
Inc phát triển. Thuật toán RC4 cho phép chiều dài của khóa thay đổi và có thể lên
đến 256 bit. Chuẩn 802.11 đòi hỏi bắt buộc các thiết bị WEP phải hỗ đượ chiều dài
khóa tối thiểu là 40 bit, đồng thời đảm bảo tùy chọn hỗ trợ cho các khóa dài hơn. Đa
số các thiết bị không dây hỗ trợ WEP vói ba chiều dài khóa: 40 bit, 64 bit và 128
bit.
Nhược điểm lớn nhất của WEP là sử dụng các khoá mã hoá tĩnh. Khi thiết lập
cơ chế WEP cho router, một khoá được dùng cho mọi thiết bị trên mạng để mã hoá
tất cả gói tin truyền tải. Nhưng các gói đã mã hoá này không tránh được hiện tượng
bị chặn lại, nếu có thể chặn đủ số lượng gói tin đã mã hoá sẽ tìm ra được khoá giải
mã là gì.
2.2.2. Phương thức bảo mật WPA
Nhận thấy được những nhược điểm không thể khắc phục của WEP, Wi-Fi
Alliance đã đưa ra giải pháp khác gọi là Wi-Fi Protected Access (WPA) vào năm
2003, một năm trước khi WEP bị loại bỏ.
Một trong những thay đổi lớn được tích hợp vào WPA bao gồm khả năng
kiểm tra tính toàn vẹn của gói tin (message integrity check) để xem liệu gói tin có bị
thu thập hay thay đổi gói tin chuyền qua lại giữa điểm truy cập và thiết bị dùng Wi-
Fi hay không. Ngoài ra còn có giao thức khóa toàn vẹn thời gian (Temporal Key
Integrity Protocol – TKIP). TKIP sử dụng hệ thống mã hóa thay đổi cho từng gói,
an toàn hơn rất nhiều so với mã hóa tĩnh – một khóa cho tất cả các gói của WEP.
WPA cũng sử dụng thuật toán RC4 như WEP, nhưng mã hoá đầy đủ 128 bit.
Có một lỗ hổng trong WPA và lỗi này chỉ xảy ra với WPA Personal. Khi mà
sử dụng hàm thay đổi khoá TKIP được sử dụng để tạo ra các khoá mã hoá bị phát
hiện, nếu hacker có thể đoán được khoá khởi tạo hoặc một phần của mật khẩu, họ
có thể xác định được toàn bộ mật khẩu, do đó có thể giải mã được dữ liệu. Tuy
nhiên, lỗ hổng này cũng sẽ bị loại bỏ bằng cách sử dụng những khoá khỏi tạo không
dễ đoán (ví dụ như "PASSWORD" hoặc “12345678”).

30
Điều này cũng có nghĩa rằng kĩ thuật TKIP của WPA chỉ là giải pháp tạm thời,
chưa cung cấp một phương thức bảo mật cao nhất. WPA chỉ thích hợp với những
công ty mà không truyền dữ liệu "mật" về thương mại, hay các thông tin nhạy
cảm... WPA cũng thích hợp với những hoạt động hàng ngày và mang tính thử
nghiệm công nghệ.
2.2.3. Phương thức bảo mật WPA2
Đến năm 2006, WPA được thay thế bằng chuẩn mới là WPA2. Những thay
đổi đáng kể nhất của WPA2 so với các phương thức bảo mật trước là WPA2 sử
dụng 1 thành phần mới thay thế cho TKIP là có tên CCMP, đồng WPA2 yêu cầu
phải sử dụng thuật toán mã hóa mạnh mẽ được gọi là chuẩn mã hóa nâng cao hay
AES. AES mã hóa đối xứng theo khối Rijindael, sử dụng khối mã hóa 128bit,
192bit hoặc 256 bit. Quá trình mã hóa được thực hiện trong các phần cứng.
Tuy nhiên TKIP vẫn còn lưu giữ trong WPA2 như một hệ thống dự phòng và
khả năng tương tác với WPA .
2.3. Bộ giao thức của Wi-Fi
Giao thức (protocols) là những quy tắc, luật lệ mà các quá trình truyền nhận
thông tin trên mạng phải tuân theo một cách triệt để. Các giao thức này được chia
thành nhiều tầng (layer), mối tầng giao thức giải quyết một nhiệm vụ cụ thể trong
quá trình truyền, nhận thông tin. Có 2 mô hình giao thức là mô hình OSI và mô hình
TCP/IP. Cũng giống như các kết nối Internet khác, Wi-Fi sử dụng mô hình giao
thức TCP/IP.
2.3.1. Giới thiệu mô hình giao thức
TCP/IP là tên chung cho một tập hợp giao thức được sử dụng để kết nối các
máy tính vào mạng, để tổ chức các máy tính và các thiết bị viễn thông trên một
mạng. Bộ giao thức này được đặt tên theo hai giao thức chính của nó là giao thức
điều khiển giao vận TCP và giao thức liên mạng IP.
Như nhiều bộ giao thức khác, bộ giao thức TCP/IP có thể được coi là một tập
hợp các tầng, mỗi tầng giải quyết một tập các vấn đề có liên quan đến việc truyền
dữ liệu, và cung cấp cho các giao thức tầng cấp trên một dịch vụ được định nghĩa rõ

31
ràng dựa trên việc sử dụng các dịch vụ của các tầng thấp hơn. Về mặt lôgic, các
tầng trên gần với người dùng hơn và làm việc với dữ liệu trừu tượng hơn, chúng
dựa vào các giao thức tầng cấp dưới để biến đổi dữ liệu thành các dạng mà cuối
cùng có thể được truyền đi một cách vật lý.
2.3.2. Kiến trúc TCP/IP
Trước khi xem xét các thành phần của TCP/IP, ta nên bắt đầu bằng cách tìm
hiểu qua nhiệm vụ của một hệ thống giao thức. Một hệ thống giao thức như TCP/IP
phải đảm bảo khả năng thực hiện những công việc sau:
- Cắt thông tin thành những gói dữ liệu để có thể dễ dàng đi qua bộ phận
truyền tải trung gian.
- Tương tác với phần cứng của adapter mạng.
- Xác định địa chỉ nguồn và đích: Máy tính gửi thông tin đi phải có thể xác
định được nơi gửi đến. Máy tính đích phải nhận ra đâu là thông tin gửi cho mình.
- Định tuyến: Hệ thống phải có khả năng hướng dữ liệu tới các tiểu mạng, cho
dù tiểu mạng nguồn và đích khác nhau về mặt vật lý.
- Kiểm tra lỗi, kiểm soát truyền và xác nhận: Đối với một phương tiện truyền
thông tin cậy, máy tính gửi và nhận phải xác định và có thể sửa chữa lỗi trong quá
trình vận chuyển dữ liệu.
- Chấp nhận dữ liệu từ ứng dụng và truyền nó tới mạng đích.
Để có thể thực hiện các công việc trên, TCP/IP được thành những phần riêng
biệt, theo lý thuyết, hoạt động độc lập với nhau. Mỗi thành phần chịu một trách
nhiệm riêng biệt trong hệ thống mạng. Lợi thế của cấu trúc tầng nằm ở chỗ nó cho
phép các nhà sản xuất dễ dàng áp dụng phần mềm giao thức cho các phần cứng và
hệ điều hành. Các tầng giao thức TCP/IP bao gồm:

32
Tầng ứng dụng
Tầng giao vận
Tầng mạng
Tầng liên kết
Hình 2.1: Kiến trúc TCP/IP
2.3.2.1. Tầng ứng dụng
Tầng ứng dụng là nơi các chương trình mạng thường dùng làm việc nhất nhằm
liên lạc giữa các nút trong một mạng. Giao tiếp xảy ra trong tầng này là tùy theo các
ứng dụng cụ thể và dữ liệu được truyền từ chương trình, trong định dạng được sử
dụng nội bộ bởi ứng dụng này, và được đóng gói theo một giao thức tầng giao vận.
Do kiến trúc TCP/IP không có tầng nào nằm giữa ứng dụng và các tầng giao
vận, tầng ứng dụng trong bộ TCP/IP phải bao gồm các giao thức hoạt động như các
giao thức tại tầng trình diễn và tầng phiên của mô hình OSI. Việc này thường được
thực hiện qua các thư viện lập trình.

33
Tầng ứng dụng
Tầng giao vận
Tầng mạng
Tầng liên kết dữ
liệu
Tầng trình diễn
Tầng phiên
Tầng vật lý
Hình 2.2: Kiến trúc OSI
Dữ liệu thực để gửi qua mạng được truyền cho tầng ứng dụng, nơi nó được
đóng gói theo giao thức tầng ứng dụng. Từ đó, dữ liệu được truyền xuống giao thức
tầng thấp tại tầng giao vận.
Hai giao thức tầng thấp thông dụng nhất là TCP và UDP. Mỗi ứng dụng sử
dụng dịch vụ của một trong hai giao thức trên đều cần có cổng. Hầu hết các ứng
dụng thông dụng có các cổng đặc biệt được cấp sẵn cho các chương trình phục vụ
(server) (HTTP - Giao thức truyền siêu văn bản dùng cổng 80; FTP - Giao thức
truyền tệp dùng cổng 21, v.v..) trong khi các trình khách (client) sử dụng các cổng
tạm thời (ephemeral port).
Các thiết bị định tuyến và thiết bị chuyển mạch không sử dụng tầng này nhưng
các ứng dụng điều chỉnh thông lượng (bandwidth throttling) thì có dùng.
2.3.3.2. Tầng giao vận
Trách nhiệm của tầng giao vận là kết hợp các khả năng truyền thông điệp trực
tiếp không phụ thuộc vào mạng bên dưới, kèm theo kiểm soát lỗi, phân mảnh và

34
điều khiển lưu lượng. Việc truyền thông điệp trực tiếp hay kết nối các ứng dụng tại
tầng giao vận có thể được phân loại như sau:
- Định hướng kết nối (connection-oriented), ví dụ TCP
- Phi kết nối (connectionless), ví dụ UDP
Tầng giao vận có thể được xem như một cơ chế vận chuyển thông thường,
nghĩa là trách nhiệm của một phương tiện vận tải là đảm bảo rằng hàng hóa/hành
khách của nó đến đích an toàn và đầy đủ. Tầng giao vận cung cấp dịch vụ kết nối
các ứng dụng với nhau thông qua việc sử dụng các cổng TCP và UDP. Do IP chỉ
cung cấp dịch vụ phát chuyển nỗ lực tối đa (best effort delivery), tầng giao vận là
tầng đâu tiên giải quyết vấn đề độ tin cậy.
- TCP là một trong các giao thức cốt lõi của bộ giao thức TCP/IP. Sử dụng
TCP, các ứng dụng trên các máy chủ được nối mạng có thể tạo các "kết nối" với
nhau, mà qua đó chúng có thể trao đổi dữ liệu hoặc các gói tin. Giao thức này đảm
bảo chuyển giao dữ liệu tới nơi nhận một cách đáng tin cậy và đúng thứ tự. TCP
còn phân biệt giữa dữ liệu của nhiều ứng dụng (chẳng hạn, dịch vụ Web và dịch vụ
thư điện tử) đồng thời chạy trên cùng một máy chủ.
- UDP là một trong những giao thức cốt lõi của giao thức TCP/IP. Dùng UDP,
chương trình trên mạng máy tính có thể gửi những dữ liệu ngắn được gọi là
datagram tới máy khác. UDP không cung cấp sự tin cậy và thứ tự truyền nhận mà
TCP làm; các gói dữ liệu có thể đến không đúng thứ tự hoặc bị mất mà không có
thông báo. Tuy nhiên UDP nhanh và hiệu quả hơn đối với các mục tiêu như kích
thước nhỏ và yêu cầu khắt khe về thời gian. Do bản chất không trạng thái của nó
nên nó hữu dụng đối với việc trả lời các truy vấn nhỏ với số lượng lớn người yêu
cầu.
- Cả TCP và UDP được dùng cho một số ứng dụng bậc cao (high-level). Các
ứng dụng tại các địa chỉ mạng cho trước được phân biệt bởi cổng TCP hay UDP của
nó.

35
2.3.3.3. Tầng mạng
Theo định nghĩa ban đầu, tầng mạng giải quyết các vấn đề dẫn các gói tin qua
một mạng đơn.
Với sự xuất hiện của khái niệm liên mạng, các chức năng mới đã được bổ
sung cho tầng này, đó là chức năng dẫn đường cho dữ liệu từ mạng nguồn đến
mạng đích. Nhiệm vụ này thường đòi hỏi việc định tuyến cho gói tin quan một
mạng lưới của các mạng máy tính, đó là liên mạng.
Trong bộ giao thức liên mạng, giao thức IP thực hiện nhiệm vụ dẫn đường dữ
liệu từ nguồn tới đích. IP có thể chuyển dữ liệu theo yêu cầu của nhiều giao thức
tầng trên khác nhau, mỗi giao thức trong đó được định danh bởi một số hiệu giao
thức duy nhất: giao thức ICMP (Internet Control Message Protocol) là giao thức 1
và giao thức IGMP (Internet Group Management Protocol) là giao thức 2.
2.3.3.4. Tầng liên kết
Tầng liên kết - phương pháp được sử dụng để chuyển các gói tin từ tầng mạng
tới các máy chủ (host) khác nhau. Các quá trình truyền các gói tin trên một liên kết
cho trước và nhận các gói tin từ một liên kết cho trước có thể được điều khiển cả
trong phần mềm điều vận thiết bị (device driver), cũng như trong phần mềm
(firmware) hay các chipset chuyên dụng. Các thành phần đó sẽ thực hiện các chức
năng liên kết dữ liệu chẳng hạn như bổ sung một tín đầu (packet header) để chuẩn
bị cho việc truyền gói tin đó, rồi thực sự truyền frame dữ liệu qua một môi trường
vật lý.
Tầng liên kết còn có thể được xem là bao gồm cả tầng vật lý - tầng là kết hợp
của các thành phần mạng vật lý thực sự (hub, các bộ lặp (repeater), cáp mạng, cáp
quang, cáp đồng trục (coaxial cable), cạc mạng, cạc HBA (Host Bus Adapter) và
các thiết bị nối mạng có liên quan: RJ-45, BNC …v.v), và các đặc tả mức thấp về
các tín hiệu (mức hiệu điện thế, tần số, …v.v).

36
CHƯƠNG 3: PHÂN TÍCH THIẾT KẾ WI-FI GATEWAY
3.1. Yêu cầu của hệ thống
Bài toán đặt ra là thiết kế cầu Wi-Fi/Zigbee phục vụ điều khiển chiếu sáng
trong nhà. Vậy yêu cầu của đề tài là:
+ Người dùng sử dụng công nghệ Wi-Fi điều khiển, sau đó Wi-Fi Gateway
chuyển đổi thành tín hiệu điều khiển thiết bị bằng chuẩn Zigbee.
+ Thiết bị điều khiển phải điều chỉnh được độ sáng tối của bóng đèn.
+ Do điều khiển trong nhà nên khoảng cách điều khiển trong môi trường có
vật cản là lớn hơn 15m, khoảng cách truyền tín hiệu điều khiển tới Wi-Fi Gateway
cũng phải lớn hơn 15m.
+ Thiết lập được chế độ tự động theo kịch bản như tự động bật bóng đèn khi
có người trong phòng, có điều khiển từ xa để điều khiển khi cần thiết.
+ Đo được ánh sáng trong phòng để tăng giảm độ sáng của đèn trong phòng.
+ Chi phí thấp, tiêu hao năng lượng nhỏ, tính ổn định cao.
3.2. Phân tích mô hình điều khiển
3.2.1. Nguyên lý hoạt động
Hình 3.1: Nguyên lý hoạt động của hệ thống

37
Sơ đồ nguyên lý hệ thống bao gồm Lighting App (điện thoại, laptop…v.v) kết
nối với Wi-Fi Gateway. Dữ liệu điều khiển được gửi tới khối Wi-Fi Gateway. Khối
này có nhiệm vụ xử lý dữ liệu điều khiển thành thông tin và gửi tới thiết bị chấp
hành - Connected Lamps thông qua chuẩn không dây Zigbee để điều khiển bóng
đèn. Ngoài ra bóng đèn có thể được điều khiển trực tiếp thông qua Remote.
3.2.2 Mô hình tổng quát
Hệ thống
Khối Wi-Fi
Gateway
Khối điều khiểnKhối ứng dụng
Khối xử lý Khối truyền thông
Zigbee
Khối Wi-Fi
Router Khối xử lý Khối chấp hành
Khối truyền thông
Zigbee
Hình 3.2: Sơ đồ hệ thống tổng quát
- Khối ứng dụng: Khối ứng dụng chứa ứng dụng điều khiển thiết bị chiếu
sáng. Ứng dụng điều khiển chiếu sáng sẽ được cài đặt trên điện thoại, laptop, máy
tính bảng hoặc trên Remote để người sử dụng điều khiển chiếu sáng thông qua sóng
Wi-Fi.
- Khối Wi-Fi Gateway: Khối này có trách nhiệm nhận dữ liệu điều khiển từ
người sử dụng qua sóng Wi-Fi, sau đó xử lý chuyển đổi dữ liệu này thành các tín
hiệu điều khiển qua chuẩn truyền thông không dây Zigbee để truyền tới khối điều
khiển.
- Khối điều khiển: Nhận dữ liệu từ khối xử lý thông qua chuẩn truyền thông
không dây Zigbee sau đó xử lý tín hiệu điều khiển để điều khiển thiết bị chiếu sáng.

38
3.3. Phân tích sơ khối Wi-Fi Gateway
Khối này có nhiệm vụ nhận thông tin điều khiển từ khối ứng dụng qua Wi-Fi
sau đó chuyển đổi thành tín hiệu điều khiển gửi tới khối điều khiển bằng chuẩn
không dây Zigbee. Để thực hiện được nhiệm vụ đó khối Wi-Fi Gateway cần những
thành phần sau:
- Khối nguồn
- Khối Wi-Fi Router
- Khối xử lý
- Khối xử lý
Khối nguồn
Khối xử lý Khối truyền thông
Zigbee
Khối Wi-Fi
Router
Tín hiệu điều khiển
qua Wi-Fi
Tín hiệu điều khiển
qua Zigbee
Hình 3.3: Sơ đồ khối của khối Wi-Fi Gateway
3.3.1. Khối xử lý
Khối này có nhiệm vụ nhận dữ liệu từ khối Wi-Fi Router, xử lý tính toán dữ
liệu sau đó chuyển đổi thành tín hiệu phù hợp và gửi tới khối truyền thông Zigbee.
Một số phương án thiết bị có thể sử dụng cho khối xử lí được đưa ra như phần sau:
a. Intel Edison
Intel Edison là một máy tính nhúng có kích thước nhỏ, chỉ cỡ một ngón tay
cái, nhưng Intel Edison sở hữu gần như đầy đủ các thành phần cơ bản của một chiếc
máy tính: CPU, RAM, bộ nhớ flash, thậm chí có cả kết nối Wi-Fi, Bluetooth và
chân mở rộng để nối vào một bo mạch lớn hơn được phát hành bởi Intel nhằm
hướng đến các ứng dụng IoT. Được công bố vào tháng 1/2014.

39
Hình 3.4: Intel Edison và board phát triển Arduino
Cấu hình Intel Edison:
+ Intel Edison trang bị CPU Intel Atom 500MHz
+ RAM 1GB LPDDR3
+ Có bộ nhớ Flash 4GB, cổng USB và 70 chân vào ra số / tương tự.
+ Có khả năng giao tiếp Wi-Fi và Bluetooth
+ Thuộc nhóm CHIP SoC.
+ Hệ điều hành Yocto Linux có thể lập trình bằng rất nhiều ngôn ngữ như
Arduino IDE, Eclipse (C, C++, Python), Intel XDK (NodeJS, HTML5), và
Wolfram.
+ Kích thước: 35.5 x 25 x 3.9 mm.
+ Giá 84$ (Đi kèm với board phát triển Arduino)
b. Raspberry Pi
Raspberry Pi là một seri các máy tính có kích thước bằng một thẻ tín dụng,
được phát triển tại Anh bởi Raspberry Pi Foundation với mục đích thúc đẩy việc
giảng dạy về khoa học máy tính cơ bản trong các trường học và các nước đang phát
triển. Phần cứng Raspberry Pi qua nhiều phiên bản được trang bị nhiều cấu hình
khác nhau, dung lượng bộ nhớ, thiết bị ngoại vi... Từ biên bản Raspberry Pi 3 đã
tích hợp sẵn Wi-Fi và Bluetooth 4.1 thích hợp cho các dự án IoT

40
Hình 3.5: Module Raspberry Pi 3
Cấu hình của Raspberry Pi 3:
+ Nền tảng ARM Cortex-A53 64-bit quad-core tốc độ 1.2GHz
+ Hỗ trợ chuẩn Wireless LAN 802.11 b/g/n
+ Hỗ trợ Bluetooth 4.1 (Classic & Low Energy)
+ Chip xử lý đồng bộ đa phương tiện Dual core Videocore IV
+ Dung lượng RAM 1 GB LPDDR2
+ 1 cổng Ethernet 10/100
+ 4 cổng USB 2.0
+ Mở rộng đến 40-pins GPIO Header
+ Hỗ trợ Chip antenna
+ Hỗ trợ cổng kết nối DSI
+ 1 khe MicroSD card
+ 27 chân GPIO
+ Cổng UART
+ I2C bus
+ SPI bus
+ Nguồn yêu cầu: 5V @ 2.4A
+ Kích thước 85.6 x 56 x 21
+ Giá 53$ (bao gồm nguồn, vỏ)

41
c. Arduino
Arduino là một nền tảng phần cứng mã nguồn mở được ra đời vào năm 2005.
Nó bao gồm phần cứng lẫn phần mềm. Về phần cứng thì mỗi mạch Arduino bao
gồm một vi điều khiển AVR với nhiều linh kiện bổ sung giúp dễ dàng lập trình và
có thể mở rộng với các mạch khác. Phần mềm hay IDE của Arduino là một ứng
dụng được viết bằng Java, nó bao gồm 1 chương trình biên tập code, biên dịch,
upload chương trình lên phần cứng.
Phần cứng Arduino chia thành nhiều phiên bản phục vụ các mục đích khác
nhau. Đối với bài toán điều khiển chiếu sáng bằng công nghệ Wi-Fi thì phiên bản
thích hợp là Arduino Mega 2560.
Arduino Mega 2560 là board mạch điều khiển dựa vi điều khiển ATMega
2560. Nó có 54 chân I/O số (trong đó có 15 chân có thể được sử dụng là đầu ra
PWM), 16 đầu vào tương tự, 4 UART (cổng nối tiếp), sử dụng dao động thạch anh
16MHz, có kết nối USB và có đầu ra 3.3V để ghép nối với các IC hoặc hệ thống sử
dụng điện áp thấp.
Hình 3.6: Module Arduino Mega 2560
Thông số kỹ thuật Arduino Mega 2560:
+ Vi điều khiển: ATmega2560
+ Điện áp sử dụng: 5V
+ Điện áp vào (khuyên dùng): 7-12V
+ Điện áp vào chuẩn: 6-20V

42
+ Chân I/O số: 54 (Gồm 15 chân có thể là đầu ra PWM)
+ Chân tương tự: 16
+ Dòng ra tại các chân I/O: 40 mA
+ Dòng ra chân 3.3V: 50 mA
+ Flash Memory: 256 KB (Trong đó 8KB sử dụng cho Bootloader)
+ SRAM: 8 KB
+ EEPROM: 4 KB
+ Tần số dao động: 16 MHz
+ Giá: 10$
3.3.2. Khối Wi-Fi Router
Wi-Fi Router hay bộ định tuyến dùng để thực hiện được chức năng thiết lập
mạng nội bộ và chuyển các gói dữ liệu lên một mạng qua Modem. Ở đây do bài
toán đặt ra là điều khiển trong mạng nội bộ nên ta sẽ bỏ qua kết nối Internet. Một số
module thích hợp để sử dụng làm khối Wi-Fi Router:
Bảng 3.1: So sánh các module Wi-Fi adapter
Thông số
kỹ thuật
Intel Edison
Wi-Fi adapter
Raspberry Pi
Wi-Fi adapter
Arduino Wi-Fi
Shield
Module
ESP8266-01
Tích hợp Tích hợp sẵn Tích hợp sẵn Không
(Chỉ tương
thích với
Arduino)
Không
Chuẩn a/b/g/n n b/g b/g/n
Bảo mật WEP, WPA,
WPA2
WEP, WPA,
WPA2
WEP, WPA2 WEP, WPA,
WPA2
Chế độ AP, STA AP, STA AP, STA AP, STA
Băng tần 2.4 và 5GHz 2.4GHz 2.4Ghz 2.4Ghz
Giá - - 4-5$ 2$

43
3.3.3. Khối truyền thông Zigbee
Đối với khối truyền thông Zigbee lựa chọn sử dụng module Xbee S2. Đây là
module Zigbee do hãng Digi sản xuất.
3.3.3.1. Giới thiệu module Xbee S2
Hình 3.7: Module Xbee Series 2
Thông số kỹ thuật của module Xbee Series 2:
+ Cự ly truyền thông trong nhà lên tới 40m.
+ Cự ly truyền ngoài trời lên tới 120m.
+ Công suất truyền đi là 2mW.
+ Tốc độ truyền dữ liệu RF là 250.000 bps.
+ Tốc độ dữ liệu giao tiếp nhận nối tiếp lên tới 3500 bps.
+ Độ nhạy thu là -96dBm (1% tỷ lệ gói lỗi).
+ Nguồn cung cấp 2.1-3.6V. Dòng nhận 40mA – 3.3V.
+ Trạng thái nghỉ: 15 mA.
+ Băng tần: ISM 2.4 GHz.
+ Hỗ trợ cấu trúc liên kết mạng: Point to Point, Point to MultiPoint, peer to
peer, Mesh.
3.3.3.2. Cấu hình module Xbee S2
a. Mạch cấu hình
Để cấu hình được module Xbee S2 cần sử dụng module USB adapter. Trước
tiên ta gắn Xbee vào mạch cấu hình và chọn cổng đang kết nối với máy tính trên
phần mềm. Phần mềm sẽ nhận diện được thiết bị đang kết nối với mạch cấu hình.

44
Hình 3.8: Xbee USB adapter
b. Phần mềm X-CTU
Để làm việc với module Xbee S2 trước hết cần nạp firmware và cấu hình cho
module Xbee S2. Để nạp firmware cũng như cấu hình các thông số cho Xbee ta
dùng phần mềm X-CTU của hãng Digi. X-CTU có 3 thẻ làm việc chính là
Configuration, Consoles và Network.
Hình 3.9: Giao diện X-CTU 6.3.2
- Thẻ Configuration: Thẻ này có chức năng nạp firmware, thay đổi các thông
số về mạng, địa chỉ, bảo mật, giao tiếp, chế độ làm việc, chế độ ngủ, cấu hình
I/O…v.v cho từng module Xbee.

45
Hình 3.10: Cấu hình Xbee trong thẻ Configuration
- Thẻ Consoles: thẻ này cho phép giao tiếp với Xbee, ta có thể quan sát các gói
tin gửi đến và đi, tạo một gói tin để gửi đi số lần tùy ý, lưu lại các gói tin…v.v
Hình 3.11: Thẻ Consoles

46
- Thẻ Network: Thẻ này cho phép quan sát các module Xbee trong mạng, cấu
hình các module đó từ xa.
Hình 3.12: Thẻ Network
3.3.4. Kết luận
Sau khi so sánh có thể đưa ra 3 phương án chính là:
+ Sử dụng Intel Edison tích hợp sẵn Wi-Fi
+ Sử dụng Raspberry tích hợp sẵn Wi-Fi
+ Sử dụng Arduino Mega 2560 kết hợp với module Wi-Fi (ESP-01 hoặc
Arduino Wi-Fi Shield)
Có thể thấy phương án cho khối xử lý trung tâm là Arduino Mega kết hợp với
module ESP-01 và module Xbee là phương án tối ưu nhất. Đảm bảo yêu cầu kỹ
thuật cũng như giá thành. Do vậy trong khối xử lý trung tâm ta lựa chọn Arduino
Mega 2560 kết hợp với ESP-01 và module Xbee S2. Chi tiết về phần cứng và phần
mềm của module ESP-01 sẽ được trình bày ở mục 3.4.

47
3.4. Giới thiệu module Wi-Fi ESP-01
3.4.1 Giới thiệu phần cứng
Moule ESP8266-01 hay gọi tắt ESP-01 được xây dựng trên chip ESP8266EX,
cung cấp một giải pháp kết nối mạng Wi-Fi hoàn chỉnh và khép kín, nó có thể được
sử dụng để tạo ra ứng dụng mạng hoặc rút gọn chức năng kết nối mạng cho một bộ
xử lý khác.
- Khi ESP8266 tạo ra ứng dụng, nó khởi động trực tiếp từ bộ nhớ flash. Nó có
một bộ nhớ cache tích hợp để cải thiện hiệu suất của các ứng dụng đang chạy.
- Khi ESP8266 hoạt động như một Wi-Fi apdater cho bất kì vi điều khiển nào,
nó giao tiếp với vi điều khiển bằng giao thức UART, SPI hoặc I2C.
3.4.1.1 Giới thiệu về chip ESP8266EX
a. Thông số Wi-Fi của chip ESP8266EX theo tài liệu tham khảo [6]
Bảng 3.2: Thông số kỹ thuật chip ESP8266EX
STT Tên Thông số
1 Tiêu chuẩn CCC/FCC/CE/TELEC/SRRC
2 Chuẩn Wi-Fi 802.11 b/g/n
3 Băng tần 2.4Ghz ~ 2.5Ghz
4 Công suất phát
802.11 b: + 20dBm
802.11 g: + 17dBm
802.11 n: + 14dBm
5 Độ nhạy thu
802.11 b: －91 dbm (11 Mbps)
802.11 g: －75 dbm (54 Mbps)
802.11 n: －72 dbm (MCS7)
6 Ăng ten hỗ trợ PCB on-board, Ăng ten ngoài, IPEX, Chip ceramic
b. Thông số phần cứng của chip ESP8266EX
Bảng 3.3: Thông số kỹ thuật phần cứng chip ESP8266EX
1 Giao tiếp ngoại vi UART/SDIO/SPI/I2C/I2S/IR Remote Control

48
GPIO / PWM
2 Điện áp làm việc 3.0 V ~ 3.6 V
3 Dòng điện làm việc Trung bình 80mA
4 Nhiệt độ làm việc -40 ℃ ~ 125 ℃
5 Kích thước 5x5 (mm)
c. Thông số phần mềm của chip ESP8266EX
Bảng 3.4: Thông số kỹ thuật phần mềm của chip ESP8266EX
1 Wi-Fi mode station/ softAP/ SoftAP+station
2 Bảo mật WPA/WPA2
3 Mã hóa WEP/TKIP/AES
4 Firmware Upgrade UART Download / FOTA (qua mạng)
5 Giao thức mạng IPv4, TCP/UDP/HTTP/FTP
3.4.1.2. Giới thiệu sơ đồ chân module ESP-01
Module này được xây dựng bởi hãng Espresif. Moule ESP-01 có sơ đồ chân
như sau:
Hình 3.13: Sơ đồ chân module ESP-01
Bảng 3.5: Mô tả chân của module ESP-01
STT Tên chân Mô tả
1 TX Chân truyền dữ liệu.
2 CH_PD Chip power down. Chân này kéo lên mức cao khi tiến hành
nạp chip.

49
3 RST Chân reset. Chân này được nối với 1 công tắc và nối với đất
để reset module
4 VCC Chân cấp nguồn cho ESP-01 sử dụng nguồn cấp 3.3V và
dòng tiêu thụ 200 mA nên ta phải sử dụng nguồn cấp ngoài
5 GND Chân đất
6 GPIO2 Chân ngoại vi của module
7 GPIO0 Chân ngoại vi của module (khi nạp firmware chân này cần
nối xuống GND
8 RX Chân nhận dữ liệu
3.4.2. Giới thiệu về các gói SDK
Esp8266 SDK (Software Development Kits) là một nền tảng phát triển ứng
dụng IoT (Internet of Things) được phát triển bởi Espressif cho các nhà phát triển
bao gồm các nền tảng cơ bản và ví dụ ứng dụng phát triển ở mức cao. Tùy thuộc
vào việc có được phát triển dựa trên hệ điều hành mà nó được phân làm 2 phiên bản
là ESP8266_NON_OS_SDK và ESP_8266_RTOS_SDK
Các gói SDK có thể download tại địa chỉ:
http://www.espressif.com/en/support/download/sdks-demos
3.4.2.1. ESP8266 NON OS SDK
Gói SDK này không dựa trên hệ điều hành. Nó hỗ trợ biên dịch IOT_Demo và
AT commands. NON OS SDK sử dụng timer và callback như phương tiện chính để
thực hiện các chức năng khác nhau – sự kiện lồng nhau, chức năng kích hoạt bởi
các điều kiện nhất định. NON OS SDK sử dụng các giao diện mạng espconn. Người
dùng cần phát triển phần mềm của họ theo quy định sử dụng giao diện của espconn.
Một số nhóm API chính trong gói SDK ESP8266_NON_OS_SDK:
Application Programming Interface (APIs) , TCP/UDP APIs, Mesh APIs,
Application Related, Definitions & Structures, Peripheral Related Drivers,
Appendix…v.v. Trong quá trình xây dựng firmware ta chỉnh sửa các API này để có
firmware mong muốn. Chi tiết về các API tham khảo trong tài liệu [4]

50
3.4.2.2. ESP8266 RTOS SDK
ESP8266 RTOS SDK dựa trên FreeRTOS, một hệ điều hành đa nhiệm. Với
gói SDK này ta có thể sử dụng giao diện chuẩn để thực hiện quản lý tài nguyên,
delay, đồng bộ và gửi tin nhắn giữa các nhiệm vụ…v.v
RTOS SDK giới thiệu thư viện cJSON có chức năng phân tích gói dữ liệu
JSON dễ dàng hơn.
RTOS là tương thích với NON-OS SDK trong giao diện Wi-Fi, giao diện
Smart config, giao diện liên quan Sniffer, giao diện hệ thống, giao diện timer, giao
diện FOTA và giao diện điều khiển thiết bị ngoại vi, nhưng không hỗ trợ việc chế
độ AT.
Một số nhóm API chính trong gói ESP8266 RTOS SDK: Wi-Fi Related APIs,
SoftAP APIs, Station APIs, System APIs, Software timer APIs, Common APIs,
Mesh APIs, Driver APIs, PWM driver APIs, GPIO driver APIs…v.v. Ta cũng
chỉnh sửa các API trong gói SDK này để có được firmware mong muốn. Chi tiết về
các API tham khảo trong tài liệu [5]
3.4.3. Các phương pháp xây dựng firmware cho module ESP8266
3.4.3.1. Phương pháp xây dựng sử dụng đám mây
- Bước 1: Truy cập vào website: https://nodemcu-build.com/
Sau đó nhập email vào mục Your email và mục Repeat email. Bước này cần
thực hiện để nodemcu gửi firmware vào email mà ta đăng ký
Hình 3.14: Đăng ký email để nhận firmware

51
- Bước 2: Lựa chọn những tính năng cần thiết.
Đối với bước này cần lưu ý chỉ chọn những tính năng cần thiết để tối ưu hóa
dung lượng firmware.
Hình 3.15: Lựa chọn tính năng cần thiết cho module
Sau khi lựa chọn tính năng cần thiết bấm vào nút Star you build. Trang web
sẽ thông báo xác nhận việc xây dựng firmware.
Hình 3.16: Thông báo xác nhận việc xây dựng firmware
- Bước 3: Kiểm tra email
Ngay sau khi có trang web thông báo xác nhận việc xây dựng firmware ta có
thể kiểm tra email. Có 1 email thông báo việc xây dựng firmware đang được tiến
hành.

52
Sau bước này ta đợi từ 1-2 phút sẽ có email chứa link download 1 firmware
gửi vào mail đã đăng ký. Lưu ý là firmware này chỉ có thời hạn download trong thời
hạn 24h. Ta kích vào đường link trong mail để download firmware.
Hình 3.17: Download firmware
3.4.3.2. Phương pháp biên dịch sử dụng phần mềm Docker
a. Giới thiệu
Docker - đây là một công cụ tạo môi trường được "đóng gói" (còn gọi là
Container) trên máy tính mà không làm tác động tới hệ điều hành hiện tại của máy,
môi trường trong Docker sẽ chạy độc lập. Một số nhà phát triển thường tạo sẵn các
môi trường này, và upload lên mạng gọi là các Images.
b. So sánh Docker và máy ảo
Docker là công cụ tạo môi trường đóng gói, nó còn đóng gói cả hệ điều hành
trong đó. So sánh Docker với máy ảo.
Bảng 3.6: So sánh máy ảo và Docker
Máy ảo Docker
Mỗi máy ảo chứa ứng dụng, kèm
theo các thư viện và hệ điều hành,
mỗi ứng dụng như vậy chiếm hàng
chục GB.
Mỗi gói chứa ứng dụng gồm chứa các thư
viện riêng, nhưng kernel được chia sẻ với các
gói khác. Mỗi kernel được chạy trong các môi
trường độc lập với nhau. Docker
infrastructure chạy được trên mọi máy tính,

53
đám mây hay nền tảng nào. Vì vậy ta có thể
đưa ứng dụng đến bất cứ đâu và không cần
phải quan tâm đến môi trường phát triển hay
việc thiếu thư viện, ...
c. Các bước biên dịch firmware với docker
- Bước 1: Sao chép các bản lưu trữ NodeMCU
+ Tải NodeMCU firmware tại https://github.com/nodemcu/nodemcu-firmware
+ Bởi vì VirtualBox VM chạy với thiết lập mặc định nên phải sao chép
NodeMCU firmware đến thư mục: c:/Users/<”Tên user”>
+ Mở VirtualBox VM sau đó chạy lệnh:
git clone https://github.com/nodemcu/nodemcu-firmware.git
- Bước2 : Biên dịch. Mở docker chạy lệnh
cd <nodemcu-firmware>
docker run --rm -ti -v `pwd`:/opt/nodemcu-firmware marcelstoer/nodemcu-build
Sau khi biên dịch từ 3-5 phút, phần mềm sẽ thông báo như sau:
Hình 3.18: Quá trình biên dịch Docker kết thúc
Quá trình biên dịch kết thúc ta vào C/Users/”Tên user”/nodemcu-
firmware/bin kiểm tra. 2 file firmware (BIN file) đã được biên dịch thành công như
hình sau:

54
Hình 3.19: Kiểm tra và lấy file firmware đã được biên dịch
3.4.3.3. Phương pháp biên dịch sử dụng hệ điều hành Linux
a. Cài đặt máy ảo
- Bước 1: Chuẩn bị phần mềm.
+ Download VitualBox để chạy hệ điều hành Linux tại địa chỉ:
https://www.virtualbox.org/wiki/Downloads
+ Download máy ảo ESP8266_lubuntu_20141021.ova tại địa chỉ:
https://pan.baidu.com/share/init?shareid=3541602653&uk=190196792&third=15
- Bước 2: Cài đặt và cấu hình vị trí lưu trữ cho máy ảo VitualBox.
+ Cài đặt VitualBox như các phần mềm khác. Sau đó tạo thư mục shared.
Trong hệ điều hành Windown tạo 1 thư mục và thư mục con là VMshare trong ổ
đĩa C. Mở máy ảo, chọn File > Preferences > General. Cài đặt vị trí cho máy ảo
trong Default Machine Folder là thư mục VM như hình sau:
Hình 3.20: Chọn vị trí lưu trữ máy ảo

55
- Bước 3: Nhập vào file máy ảo.
Mở VitualBox, chọn File > Import Appliance. Chọn tập tin máy ảo đã down
về như hình sau. Sau đó nhấp vào Next và Import để hoàn tất.
Hình 3.21: Nhập file máy ảo ESP8266_lubuntu_20141021
- Bước 4: Chạy máy ảo
+ Sau khi nhập máy ảo ở bước 3 máy ảo có tên ESP8266_lubuntu sẽ xuất
hiện. Mở VitualBox , nhấp đúp vào ESP8266_lubuntu hoặc chọn Start để chạy
máy ảo.
Hình 3.22: Chạy máy ảo

56
+ Hệ thống sẽ xuất hiện máy ảo. Nếu xuất hiện hộp thoại yêu cầu mật khẩu ta
nhập mật khẩu espressif
Hình 3.23: Đăng nhập vào máy ảo
- Bước 5: Tạo thư mục shared.
Khởi động VitualBox. Chọn Machine > Settings > Shared Folders. Lựa
chọn thư mục shared trong mục Machine Folders như hình sau:
Hình 3.24: Lựa chọn thư mục Shared
b. Thiết lập
Trong phần này sẽ trình cách để biên dịch SDK bằng cách sử dụng 1 thư mục
trong phần examples: ESP8266_NONOS_SDK/examples/IoT_Demo. IoT_Demo
cung cấp 3 thiết bị Smart Light, Smart Plug, Sensor được khai báo trong
examples>IoT_Demo/include/user_config.h. Ta chỉ có thể thực thi một thiết bị tại
mộ thời điểm, thiết bị được mặc định sử dụng là Smart Light

57
- Bước 1: Khởi động hệ điều hành Linux
- Bước 2: Chạy LXTerminal trên màn hình của hệ điều hành Linux
- Bước 3: Copy gói SDK vào máy ảo
Copy thư mục ESP8266_NONOS_SDK vào thư mục shared của máy ảo (ở
đây là thư mục C:VMshare). Copy thư mục IoT_Demo đến
C:VMshareESP8266_NONOS_SDK
- Bước 4: Download thư mục shared
+ Thực thi lệnh:
./mount.sh
+ Nhập mật khẩu: esspressif
+ Mở thư mục ESP8266_NONOS_SDK trong máy ảo. Nếu lệnh được thực
thi, thư mục ESP8266_NONOS_SDK sẽ có các file. Nếu không thành công thư
mục trống
- Bước 5: Thiết lập giá trị PATH
Thiết lập giá trị PATH để chỉ tới thư mục SDK và file .bin
export SDK_PATH=~/share/ESP8266_NONOS_SDK
export BIN_PATH=~/share/ESP8266_NONOS_SDK/bin
c. Biên dịch
Chuyển tới thư mục /share/ESP8266_NONOS_SDK/app trên màn hình và
gõ lệnh sau:
cd /home/esp8266/Share/ESP8266_NONOS_SDK/IoT_Demo
./gen_misc.sh
Hệ thống sẽ hiển thị thông tin:
Hình 3.25: Chạy file gen_misc.sh

58
Thực hiện các bước từ 1 đến 5 như trong hướng dẫn
Hình 3.26: Thông báo thực hiện 5 bước chọn thông số cho firmware
Sau khi quá trình biên dịch kết thúc, file mã hóa firmware được tạo, hệ thống
thông báo như hình sau:
Hình 3.27: Thông báo biên dịch thành công firmware
Thư mục /home/esp8266/Share/ESP8266_NONOS_SDK/bin/upgrade chứa
firmware đã được biên dịch. Ta vào và lấy file firmware vừa được tạo.

59
3.4.4. Nạp firmware cho module ESP8266
3.4.4.1. Thiết bị sử dụng, sơ đồ kết nối
Các thiết bị sử dụng để nạp firmware cho module ESP8266 bao gồm module
ESP-01, module ASM1117, module USB-TTL PL2303. Ngoại trừ module module
USB-TTL PL2303 các module khác đã được giới thiệu ở phần trước
- Giới thiệu module USB-TTL PL2303:
Module này sử dụng chip PL2303HX chuyển đổi USB – UART để kết nối với
máy tính. Module này được sử dụng để nghiên cứu các module khác bằng cách gửi
lệnh trực tiếp từ máy tính và phân tích dữ liệu nhận được lên màn hình của máy tính
mà không cần thông qua chương trình biên dịch của vi điều khiển.
Hình 3.28: Module USB-TTL và sơ đồ chân
- Một vài thông số kỹ thuật của module USB-TTL:
+ Điện áp 5V cấp trực tiếp từ cổng USB.
+ Ngõ ra dạng UART gồm 2 chân TX, RX.
+ Sử dụng chuẩn USB 2.0
+ Các chân trên module GND, TX, RX, VCC, 3.3V
+ 3 led chỉ thị: led báo nguồn, led RX, led TX.
3.5.4.2 Sơ đồ kết nối
Ta kết nối chân VCC và CH_PD của ESP-01 với chân Vout của module
nguồn 3.3V. Chân GND và GPIO_0 của ESP-01 kết nối với GND. Chân TxD của
ESP-01 nối với RxD của module USB-TTL, Chân RxD của ESP-01 nối với TxD

60
của module USB-TTL. Chân RST của ESP-01 nối với 1 nút bấm và nối xuống đất.
Sau khi kết nối xong ta có sơ đồ kết nối như hình bên dưới.
Hình 3.29: Kết nối giữa module ESP-01 và module USB-TTL
3.4.4.3. Các bước nạp firmware cho module ESP8266
- Bước 1: Chuẩn bị phần mềm
+Tải phần mềm “ESP8266Flasher”
+ Chuẩn bị firmware cho ESP8266.
- Bước 2: Sau khi kết nối phần cứng như ở mục 3.4.2. Ta khởi động phần mềm
ESP8266Flasher.
Hình 3.30: Giao diện phần mềm ESP8266Flasher

61
Trong bước này ta chọn firmware để nạp bằng cách chọn thẻ Config, sau đó
chọn đến thư mục chứa firmware đã biên dịch ở các phần trước. Phần này ta lựa
chọn firmware user1.512.new đã biên dịch bằng Linux. Chú ý cần lưu ý phải nạp
cả file boot_v1.3 và firmware user1.512.new với địa chỉ lần lượt là 0x0000 và
0x01000 trong thẻ Config.
Hình 3.31: Lựa chọn firmware để nạp
Sau đó ta click vào Flash trong thẻ Operation. Lưu ý nếu trong quá trình nạp
phần mềm không nhận địa chỉ của module thì ta ấn nút nhấn gắn chân RST với
GND của ESP-01.
Hình 3.32: Quá trình nạp firmware đang diễn ra

62
Hình 3.33: Quá trình nạp firmware đã hoàn tất
3.4.5. Tập lệnh AT của ESP8266
Sau khi nạp firmware cho ESP8266 ta ngắt kết nối GPIO0 với GND và có thể
dùng phần mềm ESPlorer để làm việc. Đây là phần mềm lập trình cho ESP, đồng
thời điều khiển ESP bằng tập lệnh AT. Khởi động phần mềm, lựa chọn cổng kết nối
và tốc độ làm việc của module và sử dụng lệnh AT. Tập lệnh AT tham khảo theo tài
liệu [7].
3.4.5.1. Các lệnh AT dùng chung
a. AT
Kiểm tra thiết bị, nếu có thiết bị và cài đặt đúng tốc độ làm việc của module
thì lệnh trả về kết quả OK
Hình 3.34: Kết quả trả về với lệnh AT
b. AT+ RST
Khởi động lại module, khởi động thành công trả về kết quả OK
c. AT+GMR
Kiểm tra phiên bản firmware

63
3.4.5.2. Các lệnh AT cấu hình module Wi-Fi
a. AT+CWMODE =?
Truy vấn các chế độ có thể cài đặt
b. AT+CWMODE = <mode>
Cài đặt chế độ. Trong đó mode có thể nhận 1 trong 3 giá trị:
1 = Station
2 =Acess Point
3 = Both
c. AT+CWMODE ?
Truy vấn chế độ đã cài đặt
d. AT+CIPMUX = <mode>
Cài đặt số lượng kênh kết nối. Trong đó mode có thể có những giá trị:
0 = một kênh kết nối
1 = đa kết nối
e. AT+CIPMODE = <mode>
Cài đặt chế độ dữ liệu. Trong đó mode có thể có những giá trị:
0 = transparent
1 = data
f. AT+CIPMODE?
Truy vấn chế độ dữ liệu đã cài đặt
g. AT+CIPSERVER=1,port
Tạo server với port được khai báo trong câu lệnh
h. AT+CIPSERVER=0
Xóa server đã tạo
3.6.5.3. Các lệnh AT với Module Wi-Fi cấu hình là Access Point
a. AT+CWSAP=”SSID”,”password”,chan,enc
Cài đặt các thông số cho Access Point. Trong đó:
SSID:Tên mạng
password: Mật khẩu mạng Wi-Fi

64
chan: Kênh. Có các kênh từ 1-13
enc: Mã hóa
(0 = Open 1= WEP 2= WPA_PSK 3= WPA2_PSK 4=WPA_WPA2_PSK)
AT+CWSAP?
b. AT+CWSAP?
Truy vấn cài đặt hiện tại của Access Point
c. AT+CWLIF
Danh sách các station đang kết nối
d. AT+CIPAP="IP"
Cài đặt IP cho Access Point
3.4.5.4. Các lệnh AT với Module Wi-Fi cấu hình là Station
a. AT+CWLAP
Truy vấn các mạng Wi-Fi có thể kết nối
b. AT+CWJAP="SSID","password"
Kết nối tới 1 mạng Wi-Fi với SSID và password trong lệnh
c. AT+CWJAP?
Truy vấn mạng Wi-Fi đang kết nối
d. AT+CWQAP
Đóng kế nối Wi-Fi với một Access Point
e. AT+CIPSTA="IP"
Cài đặt IP cho Station
f. AT+CIFSR
Xem địa chỉ IP của module
3.5. Thiết kế phần cứng
3.5.1. Sơ đồ nguyên lý khối Wi-Fi Gateway
3.5.1.1. Sơ đồ khối
Sau khi phân tích khối xử lý trung tâm cũng như lựa chọn các phương án ta
đưa ra sơ đồ khối cho khối xử lý trung tâm như sau:

65
Arduino Mega 2560
ESP-01Xbee S2
Khối nguồn
Khối hạ áp
3.3V
Dòng điện Dữ liệu điều khiển
Hình 3.35: Sơ đồ khối của khối Wi-Fi Gateway
- Khối nguồn: Cấp nguồn 5V trực tiếp cho Arduino và khối hạ áp 3.3V
- Khối hạ áp 3.3V: Vì module ESP8266, Xbee S2 hoạt động với điện áp 3.3V
nên cần khối này để hạ điện áp từ 5V về điện áp 3.3V tiêu chuẩn. Ở đây ta sử dụng
module ASM1117. Một vài thông số của module ASM1117
+ Module nguồn ổn áp 3.3V.
+ Nguồn vào 4.5 - 7 Vdc
+ Ngõ ra 3.3V ổn áp, sai số 0.05%. Dòng tải max 800mA
Hình 3.36: Module ASM1117

Luận văn: Ứng dụng wifi cho hệ thống điều khiển chiếu sáng trong nhà - Gửi miễn phí qua zalo=> 0909232620

Luận văn: Ứng dụng wifi cho hệ thống điều khiển chiếu sáng trong nhà - Gửi miễn phí qua zalo=> 0909232620

Recommended

Recommended

More Related Content

What's hot

What's hot (20)

Similar to Luận văn: Ứng dụng wifi cho hệ thống điều khiển chiếu sáng trong nhà - Gửi miễn phí qua zalo=> 0909232620

Similar to Luận văn: Ứng dụng wifi cho hệ thống điều khiển chiếu sáng trong nhà - Gửi miễn phí qua zalo=> 0909232620 (20)

More from Dịch vụ viết bài trọn gói ZALO: 0909232620

More from Dịch vụ viết bài trọn gói ZALO: 0909232620 (20)

Recently uploaded

Recently uploaded (20)

Luận văn: Ứng dụng wifi cho hệ thống điều khiển chiếu sáng trong nhà - Gửi miễn phí qua zalo=> 0909232620