Tự Học IoT Bài 03: Điều khiển đèn 220V bằng ESP32 qua Web/App (Phần 1: Phần cứng)

Giới thiệu

Trong bài viết này (thuộc series Sinh viên nghèo tự học IoT), chúng ta sẽ cùng tìm hiểu cách thiết lập phần cứng để giám sát và điều khiển một bóng đèn điện AC 220V từ xa thông qua Web và App.

Trọng tâm của phần này là cách sử dụng mạch giảm áp LM2596 để cấp nguồn ổn định, cách đấu nối Relay, và đặc biệt là kiến thức an toàn điện cực kỳ quan trọng khi làm việc với dòng điện xoay chiều.

Linh kiện cần chuẩn bị

Dưới đây là danh sách các linh kiện bạn cần có. Nên sử dụng thêm đế ra chân (Terminal Adapter) cho ESP32 để việc đấu nối bằng tua vít dễ dàng và chắc chắn hơn.

• Mạch ESP32 (loại 30 chân) kèm đế ra chân Terminal Adapter
• Module Relay 5V (có thể chọn mức kích High/Low)
• Mạch giảm áp DC LM2596
• Bộ nguồn (Adapter) 12V
• Jack cắm nguồn DC 5.5x2.1mm (để hàn nối với LM2596)
• Phích cắm điện AC, dây điện và bóng đèn 220V
• Dây cắm test board (đực - đực)
• Tua vít, mỏ hàn, đồng hồ vạn năng (VOM)

An toàn điện: Vì sao phải ngắt dây nóng (L)?

Trước khi đấu nối, bạn cần hiểu rõ nguyên lý hoạt động của Relay đối với dòng điện 220V để đảm bảo an toàn tính mạng.

Relay hoạt động giống hệt như một công tắc điện cơ học. Nó có thể ngắt dòng điện ở bất kỳ vị trí nào trên mạch.

Nguy hiểm chết người: Nếu bạn ngắt dây nguội (N), dòng điện không khép kín mạch nên đèn sẽ tắt. Tuy nhiên, dây nóng (L) vẫn đang nối trực tiếp vào bóng đèn. Nếu bạn chạm vào phần dẫn điện của bóng đèn lúc này, bạn sẽ bị điện giật dù đèn đang tắt!

Do đó, nguyên tắc bắt buộc khi dùng Relay (hoặc công tắc) điều khiển thiết bị 220V là phải đóng/ngắt trên dây nóng (L).

Sử dụng bút thử điện hoặc đồng hồ VOM để xác định chính xác đâu là dây nóng (L) của nguồn điện nhà bạn trước khi đấu nối vào Relay.

Hướng dẫn đấu nối chi tiết

1. Chuẩn bị nguồn cấp (Mạch giảm áp LM2596)

ESP32 và Relay trong dự án này đều sử dụng nguồn 5V. Chúng ta sẽ dùng adapter 12V qua mạch LM2596 để hạ áp xuống 5V.

1. Hàn 2 chân của Jack DC 5.5x2.1mm vào đầu IN của mạch LM2596 (Chân giữa của Jack nối với IN+, vỏ ngoài nối với IN-).
2. Cắm nguồn 12V vào Jack DC.
3. Dùng tua vít vặn biến trở trên mạch LM2596, đồng thời dùng đồng hồ vạn năng đo ở 2 chân OUT+ và OUT-.

Bắt buộc: Phải điều chỉnh biến trở sao cho điện áp đầu ra đạt đúng 5.0V TRƯỚC KHI cắm vào ESP32. Nếu để áp quá cao sẽ làm cháy board.

2. Cấp nguồn và tín hiệu cho ESP32 và Relay

Khi đã có nguồn 5V ổn định từ OUT của LM2596, ta tiến hành chia nguồn cho các module:

Đấu nối tín hiệu điều khiển: Chúng ta sẽ sử dụng chân GPIO 13 trên ESP32 để xuất tín hiệu kích Relay.

• Nối chân GPIO 13 (G13) của ESP32 với chân IN của Relay.

// Khai báo chân tín hiệu trong code (Sẽ dùng ở phần 2)
#define RELAY_PIN 13 

3. Đấu nối mạch tải 220V vào Relay

Đây là bước cần sự cẩn thận tuyệt đối. Hãy đảm bảo phích cắm điện AC CHƯA ĐƯỢC CẮM vào ổ điện trong suốt quá trình này.

Dây nguồn AC 220V (từ phích cắm) sẽ có 2 sợi: Dây nóng (L) và Dây nguội (N).

1. Tách đôi một đoạn dây nguồn.
2. Dây nguội (N) nối trực tiếp vào một đầu của bóng đèn.
3. Dây nóng (L) cắt đứt làm hai.
   • Một đầu (hướng về phích cắm) đưa vào chân COM (Chân chung) của Relay.
   • Đầu còn lại (hướng về bóng đèn) đưa vào chân NO (Thường mở - Normally Open) của Relay.

Việc dùng chân NO (Normally Open) có nghĩa là: Khi ESP32 chưa cấp tín hiệu, Relay sẽ ngắt mạch (đèn tắt). Khi cấp tín hiệu kích, công tắc bên trong Relay sẽ đóng lại nối COM với NO (đèn sáng).

Kết luận

Như vậy bạn đã hoàn thành việc đấu nối phần cứng an toàn và chuẩn xác. Hãy kiểm tra lại toàn bộ các mối nối, đảm bảo không có dây đồng nào bị tưa chạm vào nhau gây chập cháy.

Ở Phần 2 của bài viết, chúng ta sẽ tiến hành cấu hình phần mềm, cài đặt thư viện và viết code để đưa thiết bị lên hệ thống nền tảng IoT.