Hướng dẫn toàn tập là LED ma trận giá tiền ảo và đồng bộ dữ liệu Internet - Học STEM IoT

Đây là một bài viết toàn văn, đầy đủ các bước thực hiện, giải thích source code. Bạn không biết gì về lập trình mạng, IoT, cũng đừng lo lắng, bạn chỉ việc kéo thả các khối lệnh rất đơn giản mà thôi! Nói đơn giản là thế nhưng thực sự nó rất thú vị, bất cứ ai dù không biết gì về lập trình thì vẫn có thể làm được và làm tốt. Quan trọng hơn hết, chỉ cần bạn làm một thiết bị thì bạn có thể scale-out ra 10000 thiết bị ngay lập tức mà không cần tính toán gì ngoài việc tính toán tiền phần cứng! Điều mà một doanh nghiệp, công ty thực sự cần trong mọi dự án.

Nào, chúng ta cùng bắt đầu thôi!

Bạn sử dụng dây sạch Micro USB của Android hoặc xuống bước dưới nối dây như hình rồi thực hiện kết nối như video sau:

Cài đặt cho mạng (iNut_<con số>) (Password: inut12345)

#include <SPI.h>
#include <Adafruit_GFX.h>
#include <Max72xxPanel.h>
#include <Wire.h>
#include <ArduinoJson.h>
#include <EEPROM.h>

#define N_SENSOR  6
float sensors[N_SENSOR]; //biến lưu trữ danh sách cảm biến

int pinCS = 10; // Chọn chân SPI, các bạn có thể thay đổi số này trừ 11, 12, 13 (đối với Arduino Uno và Nano


byte numberOfHorizontalDisplays = 1; //số trong Hiển thị theo chiều ngang
byte numberOfVerticalDisplays = 4; // Số trong hiển thị theo chiều dọc. Bạn mua nhiều module hơn chỉ việc ghép nối tiếp lại và sửa số ở đây :D

Max72xxPanel matrix = Max72xxPanel(pinCS, numberOfHorizontalDisplays, numberOfVerticalDisplays); // cấu hình matrix

String tape = "<3 iNut xLED <3";
String newTape = "";


byte wait = 30; // thời gian chạy chữ.

byte spacer = 1; // khoảng cách cách chữ
byte width = 5 + spacer; // độ rộng của font là 5 fixel
byte intensity = 15;


//Tạo vùng nhớ lưu trữ các biến tiền tệ để dễ dàng truy xuất.
//Ví dụ: list["BTC=>USD"] = 6000 list["BTC=>EUR"] = 4999 
// Khi bạn muốn sửa giá trị của BTC=>USD chỉ cần làm phép gán list["BTC=>USD"] = 6666 (giá trị mới chẳng hạn...)
//Đây chỉ là một cách dùng, các bạn có thể thay thế BTC=>USD = giá tiền bằng một cặp key => value mà bạn thích.
// Ví dụ: Temp = 33.3 (nhiệt độ nhà nấm là 33.3 độ C), Humi = 69.6% (Độ ẩm hiện tại là 69.6%,...)
StaticJsonBuffer<234> jsonBuffer; //Đối với các bạn muốn lưu và hiển thị nhiều số hơn thì sửa số 234 này cho lớn hơn là được. Các bạn dùng Arduino Mega thì vô tư còn các bạn dùng Arduino thì như vầy là đủ rồi!
static JsonObject& list = jsonBuffer.createObject();
void setup()
{
    //Bật Serial ở baudrate 9600 cho thoải mái
    Serial.begin(9600);
    
    
    //Khởi tạo EEPROM để dùng lưu trữ các biến khi mất điện
    EEPROM.begin();
    
    //Để sử dụng iNut Cảm biến - bạn cần chạy lệnh này
    //... để Arduino của bạn ở thành một thiết bị I2C Slave với địa chỉ là 10 :D (hơi học thuật một xíu bạn có thể bỏ qua)
    Wire.begin(10);
    
    
    ////Đọc các giá trị lưu ở "ổ cứng epprom". Bản chất epprom không phải là ổ cứng, nó là một vùng nhớ sẽ không bị mất đi khi cúp điện (ROM)
    wait = EEPROM.read(0); // thời gian chạy chữ.
    Serial.print(F("Wait: "));
    Serial.println(wait);
    if (wait > 200)
        wait = 50;
    Serial.println(wait);
    spacer = EEPROM.read(1); // khoảng cách cách chữ
    Serial.print(F("spacer: "));
    Serial.println(spacer);
    if (spacer > 10)
        spacer = 1;
    Serial.println(spacer);
    width = EEPROM.read(2); // độ rộng của font là 5 fixel
    Serial.print(F("width: "));
    Serial.println(width);
    if (width > 20)
        width = spacer + 5;
    Serial.println(width);
    intensity = EEPROM.read(3);
    Serial.print(F("intensity: "));
    Serial.println(intensity);
    if (intensity == 0 || intensity > 15)
        intensity = 15;
    Serial.println(intensity);
    Wire.onReceive(receiveEvent);
    Wire.onRequest(i2cRequestEvent);
    matrix.setIntensity(intensity); // cài đặt giá trị độ tương phản từ 0 đến 15.

    //Cứ để nguyên các giá trị mặc định, và chạy :D, sau đó bạn thử thay thế thuộc tính để xem hiệu ứng nhé!
    // điều chỉnh hiển thị theo nhu câu của người dùng.
    //  matrix.setPosition(0, 1, 3);  // The first display is at <0, 0>
    //   matrix.setPosition(1, 1, 0);  // The second display is at <1, 0>
    //   matrix.setPosition(2, 2, 0);  // The third display is at <2, 0>
    //  matrix.setPosition(3, 3, 0);  // And the last display is at <3, 0>
    //  ...
    // matrix.setRotation(0, 2);    // Màn hình hiển thị đầu tiên là vị trí đảo ngược
    matrix.setRotation(3); // The same hold for the last display
}


//Gửi dữ liệu lên Internet - Các bạn chỉ cần thêm đoạn này vào chương trình và không cần hiểu sâu về nó
void i2cRequestEvent()
{
    //Buộc phải có nếu bạn muốn gửi dữ liệu
    char *data = (byte*)&sensors;
    Wire.write(data, sizeof(sensors));
    Serial.println(F("."));
}
//Bắt dữ liệu từ Internet trả về - Các bạn chỉ cần thêm đoạn này vào chương trình và không cần hiểu sâu về nó
volatile char buffer[33];
volatile boolean receiveFlag = false;
bool firstTimeInit = false;
void receiveEvent(int howMany)
{
    Wire.readBytes((byte *)buffer, howMany);
    buffer[howMany] = 0;
    receiveFlag = true;
    Serial.println(F("!"));
}

void loop()
{
    
    
    //Để đồng bộ các giá trị, ta chỉ việc gán các giá trị sensors[0] => sensors[5] là các giá trị thuộc tính của đèn led
    //iNut Cảm biến cho ta 8 thanh ghi để đồng bộ, tuy nhiên trong dự án này, ta chỉ cần 6 mà thôi.
    //Việc gán các giá trị rất đơn giản như sau 
    sensors[0] = wait;
    sensors[1] = spacer;
    sensors[2] = width;
    sensors[3] = intensity;
    sensors[4] = numberOfHorizontalDisplays;
    sensors[5] = numberOfVerticalDisplays;

    static unsigned long timer = 0;
    static unsigned long i = 0;
    
    //đoạn chương trình hiển thị led ma trận với hiệu ứng chữ chạy ngang
    //Thú thực với các bạn là mình cũng không quan tâm nó code gì trong này, chỉ cần biết là tốc độ nó hiển thị ra rất ổn
    //  và việc của chúng ta là thay đổi giá trị của biến chuỗi tape là xong!
    if (millis() - timer > (unsigned long)wait) {
        if (i < width * tape.length() + matrix.width() - 1 - spacer) {

            matrix.fillScreen(LOW);

            int letter = i / width;
            int x = (matrix.width() - 1) - i % width;
            int y = (matrix.height() - 8) / 2; // center the text vertically

            while (x + width - spacer >= 0 && letter >= 0) {
                if (letter < tape.length()) {
                    matrix.drawChar(x, y, tape[letter], HIGH, LOW, 1);
                }

                letter--;
                x -= width;
            }

            matrix.write(); // Send bitmap to display
            i++;
            timer = millis();
        } else {
            i = 0;
            if (newTape != "")
                tape = newTape;
        }

    }

    
    if (receiveFlag) { //khi có tín hiệu là đã nhận được lệnh và cần phải xử lý lệnh từ Internet

        String command = buffer; //chép lệnh vào biến String cho dễ xử lý


        Serial.print(command);// in ra lệnh
        Serial.print(' ');
        Serial.println(millis());//in ra thời gian theo millis tính từ lúc arduino chạy để debug
    
    
    //Các bạn xem quy ước lệnh ở phần tiếp theo trong bài viết
        StaticJsonBuffer<100> jsonBuffer;

        JsonObject& root = jsonBuffer.parseObject(command.c_str());

        if (root.containsKey("c")) {
            byte command_code = root.get<byte>(F("c"));
            byte value = root.get<byte>(F("v"));
            Serial.print(F("COMMAND CODE: "));
            Serial.println(command_code);
            switch (command_code) {
                case 0: //setup wait
                    Serial.println(F("Cap nhap wait"));
                    wait = value;
                    EEPROM.write(0, wait);
                    break;
                case 1: //setup spacer
                    Serial.println(F("Cap nhap spacer"));

                    spacer = value;
                    EEPROM.update(1, spacer);
                    break;
                case 2: //setup width
                    Serial.println(F("Cap nhap width"));

                    width = value;
                    EEPROM.update(2, width);
                    break;
                case 3: //setup intensity
                    Serial.println(F("Cap nhap intensity"));

                    intensity = value;
                    EEPROM.update(3, intensity);
                    matrix.setIntensity(intensity);
                    break;
            }
        } else if (root.containsKey("k")) {
            Serial.print(F("add key "));
            Serial.println(getMemoryFree());
            const char * key = root.get<const char *>(F("k"));

            const char * value = root.get<const char *>(F("v"));
            Serial.println(key);
            Serial.println(value);
            if (strlen(key) > 1 && strlen(value) > 1) {
                
                list.set(String(key),  String(value));
                newTape = "";
                // using C++11 syntax (preferred):
                int idx = 0;
                for (auto kv : list) {
                    idx++;


                    //Serial.println(kv.key);
                    //Serial.println(kv.value.as<char*>());
                    newTape += idx;
                    newTape += ".";
                    newTape += String(kv.key);
                    newTape += " ";
                    newTape += String(kv.value.as<const char*>());
                    newTape += ", ";
                    
                }

                if (!firstTimeInit) {
                    tape = newTape;
                    firstTimeInit = true;
                    i = 0;
                }
                tape = newTape;


                Serial.println(newTape);
            }
        }

        receiveFlag = false; //đánh dấu đã xử lý xong lệnh, không cần đọc nữa
    }
    
    //Cứ mỗi 1s là in ra số RAM còn dư của Arduino :D
    static unsigned long timer3 = 0;
    if (millis() - timer3 > 1000UL) {
        timer3 = millis();
        Serial.print(F("RAM: "));
        Serial.println(getMemoryFree());
    }
}

//Bạn xem bài viết này nếu muốn hiểu rõ hơn: http://arduino.vn/bai-viet/356-tiet-kiem-ram-trong-arduino
int getMemoryFree() {
    // Trong trường hợp này, ta có thể hiểu extern sẽ khai báo một biến toàn cục trong chương trình (nếu chưa có) hoặc include một biến toàn cục đã được extern trước đó
    extern int __heap_start;
    extern int *__brkval; 
    
    //Dấu & phía trước tên biến / tên con trỏ sẽ cho ta biết vị trí ô nhớ mà nó đang đứng
    //Lưu ý: bài viết này không dành cho beginner và bạn cần tưởng tượng một chút để có thể mườn tượng vấn đề
    return (int) SP - (__brkval == 0 ? (int) &__heap_start : (int) __brkval); 
}

Các bạn chỉ việc nạp chương trình vào Arduino là xong! Nếu bạn chưa biết cách nạp chương trình, thì xem hướng dẫn nạp chương trình cho Arduino nhé.

Để biên dịch chương trình trên thành công, bạn cần 3 thư viện sau: Adafruit_GFX, ArduinoJson, Max72xxPanel. Các bạn có thể tải ngay 3 thư viện này tại đây.

Tại sao nên sử dụng iNut Platform?

Trước tiên, chúng ta phải liệt kê ra một số bạn bè, anh chị đồng nghiệp trên thị trường để thấy rõ những điểm hay sáng tạo và những vấn đề cố hữu xung quanh nó.

Những anh chị nối tiếng ở thị trường Việt Nam (về marketing)

BKAV SMARTHOME, LUMI là hai thương hiệu về thiết bị nhà thông minh nổi tiếng nhất Việt Nam. Giải pháp của BKAV và LUMI hướng đến đối tượng toàn bộ một toàn nhà, văn phòng, căn hộ với giải pháp trọn gói. Bên cạnh đó, họ cũng phát triển hệ thống bán lẻ, bán buôn khắp các tỉnh thành Việt Nam.

Phân khúc khách hàng của nhóm đối tượng này rất rõ ràng: người dùng có nhu cầu sống trong nhà thông minh với thu nhập cao. Tuy nhiên lại không tùy biến cao vì chi phí một bộ thường khá đắt và chi phí lắp đặt cao. Ngoài ra, bị giới hạn bởi sự sáng tạo của công ty BKAV và LUMI. Người dùng chỉ được dùng những sản phẩm dịch vụ cho một bên đối tác BKAV LUMI cung cấp.

Sản phẩm rất đẹp và thể hiện được nhu cầu thể hiện bản thân của gia chủ.

Những công ty cung cấp giải pháp IoT cho các đối tượng công nghiệp

Spente là công ty thành công trong việc cung cấp giải pháp monitoring cho các ứng dụng máy chủ và server. Họ làm tốt trong việc tập trung đến các khách hàng trong ngành công nghiệp máy chủ.

Tuy nhiên, cũng như BKAV hay Limi, các công ty chỉ cho người dùng được dùng phần mềm của họ và từ họ. Không có cơ chế để cho bên thứ 3 vào và phát triển chung.

Trên thế giới, chuyện này đã có

Xively, Koor.io, Blynk,… có rất nhiều platform làm việc trực tiếp với nhà phát triển. Họ cung cấp giải pháp có phí và miễn phí để chạy dự án… Tuy nhiên, có những điều gọi là “gót chân asin” của những nền tảng này, đó là việc người lập trình phải chịu mọi rủi ro tại dự án của họ.

Các ví dụ kể đến:

• Khách hàng đổi tên mạng wifi, đổi mật khẩu wifi. Và lập trình viên phải ngồi nạp code lại hết cho toàn bộ thiết bị. Nếu có cơ chế OTA và cơ chế đó bị lộ ra ngoài thì hacker có thể sử dụng để tạo thành một mạng ddos mạnh nhất.
• Mỗi thiết bị có một key và key này phải gắn cứng khi cài đặt. Người dùng có thể tự lập trình cơ chế này (khó và mỗi người lại tự làm một kiểu khác nhau – thật khó để thống nhất).
• Mỗi node thường bị hạn chế bởi thư viện. Phù hợp với những dự án nhỏ và không quá phức tạp. Chương trình người dùng bị hạn chế bởi khả năng lập trình mạng và lập trình ứng dụng sử dụng thư viện mạng. Nếu chương trình ứng dụng bị deadlock có thể gây lỗi cho chương trình IoT vì 2 chương trình này chạy song song trong cùng một vi điều khiển.

Vậy iNut có gì để chơi trong ngành công nghiệp hàng trăm tỉ đô la Trump này?

iNut tập trung vào một bộ công cụ, một IoT Platform để kết nối mọi thiết bị lại với nhau. Ở đó, người dùng ngoài việc sử dụng những sản phẩm của iNut team như BKAV, LUMI. Họ còn có thể lập trình được. Người dùng không phải là sử dụng thư viện của iNut để lập trình truyền thống, họ sử dụng một bo phát triển, gọi là iNut – Cảm biến, board này sẽ giao tiếp với Arduino qua chuẩn I2C. Người dùng sẽ lập trình ứng dụng của họ trên nền tảng quen thuộc là Arduino mà không cần phải tối ưu hóa chương trình của họ[1]. Arduino có thể làm mọi thứ[2], vì vậy iNut platform tích hợp được với Arduino thì có thể làm được tất cả mọi thứ. Với mô hình này, iNut không cần phải lo lắng và phát triển thư viện tổng quát như Blynk, Koor.io, Xively,… iNut có thể đóng lại để có cái gọi là tập trung gọi và ra các API để cho các lập trình viên ở Internet Side và Arduino Side phát triển ứng dụng.

Như vậy, iNut không tranh giành thị trường của các anh lớn và cạnh tranh với người khổng lồ open source, open service, iNut bản thân nó là đóng vai trò như một công cụ để phát triển ứng dụng thương mại và công nghiệp. Nền kinh tế chia sẻ là hệ thống tinh thần của iNut. Nơi mà các nhà phát triển, người dùng đều được hưởng lợi theo cơ chế tập trung và dân chủ. iNut Platform không đơn thuần bị bó hẹp trong một công ty như BKAV, LUMI hay Spenta, nó còn là một sản phẩm mang hình thái chủ nghĩa xã hội vạn vật. Nơi mọi vật có 2 quyền cơ bản: quyền được làm việc (gọi lệnh) và quyền được gửi dữ liệu về cho chủ nhân (trả về dữ liệu) như Koor,IO, Xively, Blynk. Với cơ chế này, iNut có thể được phát triển bởi rất nhiều bên và không bị hạn chế bởi một bên bất kỳ. Nơi đó, những nhà phát triển platform được xem là người đại diện cho người dùng để phát triển những tính năng cốt lõi mới. Còn người dùng và nhà phát triển ứng dụng là những người tương hỗ và đem lại lợi ích lẫn nhau.