Hệ thống Giám sát Nhiệt độ - Cảnh báo

Temperature Monitoring System with Alert

Dự án hệ thống giám sát nhiệt độ và độ ẩm sử dụng ESP32-C3 và FreeRTOS, thể hiện đầy đủ các tính năng của hệ điều hành thời gian thực.

📋 Mục lục

Tổng quan
Tính năng FreeRTOS
Tính năng hệ thống
Linh kiện phần cứng
Sơ đồ kết nối
Cài đặt
Cấu hình
Sử dụng
Kiến trúc hệ thống
Mở rộng

🎯 Tổng quan

Dự án xây dựng hệ thống giám sát nhiệt độ – độ ẩm sử dụng FreeRTOS và ESP32-C3. Hệ thống đọc dữ liệu từ cảm biến DHT22 theo chu kỳ 1 giây bằng Software Timer, hiển thị lên màn hình OLED SSD1306, cảnh báo qua buzzer khi nhiệt độ vượt ngưỡng, và cung cấp Web Dashboard để giám sát từ trình duyệt.

Đặc điểm nổi bật:

✅ Sử dụng đầy đủ các tính năng FreeRTOS
✅ Kiến trúc đa nhiệm, không gian đoạn
✅ Bảo vệ tài nguyên dùng chung với Mutex
✅ Quản lý trạng thái thông minh với Event Groups
✅ Tiết kiệm năng lượng với Software Timers
✅ Web Dashboard giám sát real-time từ trình duyệt
✅ REST API để lấy/cập nhật dữ liệu từ ứng dụng khác

🚀 Tính năng FreeRTOS

Dự án sử dụng đầy đủ các thành phần quan trọng của FreeRTOS:

✔ Tasks (Nhiệm vụ)

Tách chức năng thành nhiều nhiệm vụ chạy song song:

Task	Chức năng	Độ ưu tiên
SensorTask	Đọc dữ liệu từ DHT22	3
DisplayTask	Cập nhật OLED	2
AlertTask	Xử lý cảnh báo và buzzer	4

✔ Queues (Hàng đợi)

sensor_queue: Truyền dữ liệu nhiệt độ – độ ẩm từ SensorTask → DisplayTask
alert_queue: Gửi thông báo cảnh báo tới AlertTask
Giảm coupling, tăng tính module

✔ Software Timers (Bộ định thời)

sensor_timer: Định kỳ đọc dữ liệu mỗi 1 giây
buzzer_timer: Tự động tắt cảnh báo sau 5 giây
Tiết kiệm năng lượng, không cần polling

✔ Mutex (Loại trừ tương hỗ)

i2c_mutex: Bảo vệ giao tiếp I2C giữa DHT22 và OLED
Tránh xung đột khi nhiều task dùng chung bus I2C

✔ Semaphores (Tín hiệu)

data_ready_semaphore: Đồng bộ khi có dữ liệu mới
Binary semaphore để báo hiệu sự kiện

✔ Event Groups (Nhóm sự kiện)

Quản lý các trạng thái hệ thống:

Bit	Trạng thái	Mô tả
0	`NORMAL`	Nhiệt độ bình thường
1	`WARNING`	Nhiệt độ cao
2	`OVERHEAT`	Quá nhiệt
3	`NEW_DATA`	Có dữ liệu mới

✔ Task Notifications (Thông báo nhiệm vụ)

Đánh thức DisplayTask khi có dữ liệu mới từ cảm biến
Hiệu quả hơn semaphores cho notify 1-1

📦 Tính năng hệ thống

🌡️ Đọc nhiệt độ & độ ẩm

Cảm biến: DHT22 (AM2302)
Chu kỳ đọc: 1 giây
Lọc nhiễu, kiểm tra tính hợp lệ
Phạm vi: -40°C đến 80°C, 0-100% RH

📺 Hiển thị thông tin

Màn hình: OLED SSD1306 128x64
Giao diện:
- Nhiệt độ (số lớn + thanh tiến trình)
- Độ ẩm (số lớn + thanh tiến trình)
- Trạng thái hệ thống (NORMAL/WARNING/OVERHEAT)
Cập nhật realtime

🔔 Cảnh báo quá nhiệt

Buzzer kích hoạt khi nhiệt độ > ngưỡng
Tự động tắt sau 5 giây
LED nhấp nháy theo mức độ nghiêm trọng:
- Tắt: Bình thường
- Chậm (1Hz): Cảnh báo
- Nhanh (4Hz): Quá nhiệt

📊 Ghi log qua UART

Baudrate: 115200
Log chi tiết:
- Dữ liệu cảm biến
- Thay đổi trạng thái
- Thống kê hệ thống
- Debug information

🌐 Web Server & REST API

HTTP Server trên port 80
Web Dashboard HTML responsive
REST API endpoints để lấy/cập nhật dữ liệu:
- GET /api/sensor - Dữ liệu nhiệt độ & độ ẩm
- GET /api/buzzer - Trạng thái buzzer (ON/OFF)
- GET /api/config - Cấu hình hệ thống
- POST /api/config - Cập nhật ngưỡng cảnh báo
Real-time updates mỗi 2 giây từ trình duyệt
Giao diện tối (dark mode) dễ nhìn trên di động

🔄 Chuyển trạng thái tự động

T < 35°C  → NORMAL    (Bình thường)
T ≥ 35°C  → WARNING   (Cảnh báo)
T ≥ 45°C  → OVERHEAT  (Quá nhiệt)

🛠️ Linh kiện phần cứng

Danh sách linh kiện

STT	Linh kiện	Số lượng	Giá (VNĐ)	Ghi chú
1	ESP32-C3-DevKitM-1	1	~80,000	Vi điều khiển chính
2	DHT22 (AM2302)	1	~70,000	Cảm biến nhiệt độ & độ ẩm
3	OLED SSD1306 (I2C)	1	~50,000	Màn hình 0.96" 128x64
4	Buzzer 5V	1	~5,000	Cảnh báo âm thanh
5	LED	1	~1,000	Báo trạng thái (tùy chọn)
6	Breadboard	1	~15,000	Để kết nối
7	Dây jumper	10+	~20,000	Male-Male, Male-Female
8	Điện trở 220Ω	1	~500	Cho LED
9	USB Cable	1	Có sẵn	Cấp nguồn & lập trình

Tổng chi phí: ~240,000 VNĐ

Thông số kỹ thuật

ESP32-C3

CPU: RISC-V 32-bit, 160MHz
RAM: 400KB SRAM
Flash: 4MB
WiFi/Bluetooth: Có (không dùng trong project này)
GPIO: 22 pins
Điện áp: 3.3V

DHT22

Nhiệt độ: -40°C ~ 80°C (±0.5°C)
Độ ẩm: 0-100% RH (±2%)
Thời gian đọc: 2 giây
Giao tiếp: 1-Wire

OLED SSD1306

Kích thước: 0.96"
Độ phân giải: 128x64 pixels
Giao tiếp: I2C (0x3C)
Điện áp: 3.3V/5V

🔌 Sơ đồ kết nối

Bảng kết nối chi tiết

ESP32-C3 Pin	Linh kiện	Pin/Chân
GPIO 4	DHT22	DATA
GPIO 5	Buzzer	Signal (+)
GPIO 2	LED	Anode (+)
GPIO 8	OLED	SDA (I2C Data)
GPIO 9	OLED	SCL (I2C Clock)
3V3	DHT22, OLED	VCC/VDD
5V	Buzzer	VCC
GND	All	GND

Sơ đồ mạch

                        ESP32-C3
                     ┌─────────────┐
                     │             │
        DHT22        │  GPIO 4     │
          │          │             │
          ├──────────┤             │
          │          │             │
                     │  GPIO 8 ────├────── OLED SDA
        OLED         │             │
          │          │  GPIO 9 ────├────── OLED SCL
          │          │             │
                     │  GPIO 5 ────├────── Buzzer (+)
        Buzzer       │             │
          │          │  GPIO 2 ────├────── LED (+) ──[220Ω]── GND
          │          │             │
                     │  3V3   ─────├────── DHT22 VCC, OLED VCC
                     │             │
                     │  5V    ─────├────── Buzzer VCC
                     │             │
                     │  GND   ─────├────── Common GND
                     │             │
                     └─────────────┘

Lưu ý kết nối

DHT22: Nếu module có điện trở kéo lên (pull-up), không cần thêm. Nếu dùng sensor rời, cần điện trở 10kΩ giữa VCC và DATA.
OLED: Đảm bảo module hỗ trợ 3.3V. Một số module chỉ dùng 5V.
Buzzer: Nếu buzzer active (có mạch dao động), chỉ cần cấp nguồn. Nếu passive, cần PWM.
LED: Nhớ dùng điện trở hạn dòng 220Ω-1kΩ.

💻 Cài đặt

1. Yêu cầu hệ thống

VSCode với extension ESP-IDF
ESP-IDF v5.x (khuyến nghị v5.1 trở lên)
Python 3.8+
Git
Driver CH340 hoặc CP2102 (cho USB-UART)

2. Cài đặt ESP-IDF

Trên Linux/macOS:

# Cài đặt dependencies
sudo apt-get install git wget flex bison gperf python3 python3-pip python3-venv cmake ninja-build ccache libffi-dev libssl-dev dfu-util libusb-1.0-0

# Clone ESP-IDF
mkdir -p ~/esp
cd ~/esp
git clone -b v5.1.2 --recursive https://github.com/espressif/esp-idf.git

# Cài đặt tools
cd esp-idf
./install.sh esp32c3

# Thiết lập môi trường (thêm vào ~/.bashrc)
echo "alias get_idf='. $HOME/esp/esp-idf/export.sh'" >> ~/.bashrc
source ~/.bashrc

Trên Windows:

Tải ESP-IDF Windows Installer
Chạy installer và chọn ESP32-C3
Sử dụng ESP-IDF Command Prompt hoặc ESP-IDF PowerShell

3. Clone hoặc download project

# Clone với Git
git clone https://github.com/yourusername/temp-monitor-esp32c3.git
cd temp-monitor-esp32c3

# Hoặc download ZIP và giải nén

4. Thiết lập môi trường ESP-IDF

# Kích hoạt môi trường ESP-IDF
get_idf
# Hoặc
. ~/esp/esp-idf/export.sh

5. Cấu hình target và menuconfig

# Đặt target là ESP32-C3
idf.py set-target esp32c3

# Mở menuconfig để cấu hình (tùy chọn)
idf.py menuconfig

6. Build project

# Build toàn bộ project
idf.py build

7. Kết nối phần cứng

Kết nối theo sơ đồ trên.

8. Flash code vào ESP32-C3

# Flash với port mặc định
idf.py flash

# Hoặc chỉ định port cụ thể
idf.py -p /dev/ttyUSB0 flash        # Linux
idf.py -p /dev/tty.usbserial-* flash # macOS
idf.py -p COM3 flash                 # Windows

9. Mở Serial Monitor

# Monitor với port mặc định
idf.py monitor

# Hoặc chỉ định port
idf.py -p /dev/ttyUSB0 monitor

# Build, Flash và Monitor cùng lúc
idf.py -p /dev/ttyUSB0 flash monitor

Lưu ý: Nhấn Ctrl+] để thoát khỏi monitor.

⚙️ Cấu hình

Sử dụng menuconfig

idf.py menuconfig

Điều hướng đến Temperature Monitor Configuration để thay đổi cấu hình.

Chỉnh sửa ngưỡng nhiệt độ

Trong file main/config.h:

// Thay đổi các giá trị sau theo nhu cầu
#define TEMP_NORMAL     35.0    // Ngưỡng bình thường (°C)
#define TEMP_WARNING    35.0    // Ngưỡng cảnh báo (°C)
#define TEMP_OVERHEAT   45.0    // Ngưỡng quá nhiệt (°C)

Thay đổi chu kỳ đọc

#define SENSOR_READ_PERIOD_MS   1000    // Đọc cảm biến (ms)
#define DISPLAY_UPDATE_PERIOD   500     // Cập nhật màn hình (ms)
#define BUZZER_DURATION_MS      5000    // Thời gian buzzer (ms)

Cấu hình GPIO

#define DHT_GPIO        GPIO_NUM_4      // GPIO cho DHT22
#define BUZZER_GPIO     GPIO_NUM_5      // GPIO cho Buzzer
#define LED_GPIO        GPIO_NUM_2      // GPIO cho LED
#define I2C_SDA_GPIO    GPIO_NUM_8      // GPIO cho I2C SDA
#define I2C_SCL_GPIO    GPIO_NUM_9      // GPIO cho I2C SCL

Điều chỉnh độ ưu tiên Tasks

#define PRIORITY_SENSOR_TASK    3
#define PRIORITY_DISPLAY_TASK   2
#define PRIORITY_ALERT_TASK     4

📖 Sử dụng

Khởi động hệ thống

Cấp nguồn cho ESP32-C3
Hệ thống tự động:
- Khởi tạo OLED → Hiển thị màn hình chào
- Khởi tạo DHT22 → Đọc thử
- Tạo Tasks, Queues, Timers
- Bắt đầu đọc dữ liệu

Quan sát hoạt động

Trên OLED:

== TEMP MONITOR ==
─────────────────
Status: NORMAL
  
25.3 C  [████████░░]
65.0 %  [██████░░░░]

Trên Serial Monitor:

I (325) MAIN: === Temperature Monitor System ===
I (330) MAIN: Initializing system...
I (335) DHT22: DHT22 initialized on GPIO 4
I (340) SSD1306: OLED initialized (128x64)
I (1345) SENSOR: T: 25.3°C, H: 65.0%
I (1350) DISPLAY: Updated: T=25.3, H=65.0, State=NORMAL
I (2345) SENSOR: T: 25.4°C, H: 64.8%

🌐 Giao diện Web Dashboard

Hệ thống cung cấp Web Dashboard để giám sát nhiệt độ từ trình duyệt.

Truy cập Dashboard

Kết nối ESP32-C3 với WiFi (SSID: "xxxx", mật khẩu: "xxxx")
Mở serial monitor để xem IP address (ví dụ: x.x.x.x)
Truy cập: http://x.x.x.x trong trình duyệt

Các phần trong Dashboard

1. 📊 Sensor Data (Dữ liệu Cảm biến)

Nhiệt độ (°C) - hiển thị real-time
Độ ẩm (%) - hiển thị real-time
Trạng thái hệ thống:
- 🟢 NORMAL: Nhiệt độ bình thường (màu xanh)
- 🟡 WARNING: Cảnh báo, cần theo dõi (màu vàng)
- 🔴 DANGER: Quá nhiệt, cần hành động (màu đỏ)

2. 📯 Buzzer Status (Trạng thái Buzzer)

Hiển thị trạng thái buzzer theo thời gian thực
🟢 OFF (màu xanh): Buzzer đang tắt
🔴 ON (màu đỏ): Buzzer đang phát âm thanh

3. ⚙️ Configuration (Cấu hình)

Hiển thị ngưỡng cảnh báo (Warning) và quá nhiệt (Overheat)
Cho phép điều chỉnh ngưỡng:
- Nhập giá trị mới vào các trường Warning và Overheat
- Nhấn nút "Update Config" để áp dụng
- Cấu hình được lưu trong NVS (Non-Volatile Storage)

REST API Endpoints

Endpoint	Phương thức	Mục đích	Phản hồi
`/`	GET	Trang dashboard HTML	HTML
`/api/sensor`	GET	Lấy dữ liệu sensor	`{"temperature": 25.3, "humidity": 65.0, "status": "NORMAL", ...}`
`/api/buzzer`	GET	Lấy trạng thái buzzer	`{"buzzer_status": "ON/OFF", "is_active": true/false}`
`/api/config`	GET	Lấy cấu hình hiện tại	`{"temp_warning": 20.0, "temp_overheat": 25.0, ...}`
`/api/config`	POST	Cập nhật cấu hình	JSON request body

Ví dụ cURL

# Lấy dữ liệu sensor
curl http://x.x.x.x/api/sensor

# Lấy trạng thái buzzer
curl http://x.x.x.x/api/buzzer

# Lấy cấu hình
curl http://x.x.x.x/api/config

# Cập nhật cấu hình
curl -X POST http://x.x.x.x/api/config \
  -H "Content-Type: application/json" \
  -d '{"temp_warning": 30.0, "temp_overheat": 40.0}'

Tính năng JavaScript

🔄 Cập nhật dữ liệu mỗi 2 giây từ /api/sensor
🔄 Cập nhật trạng thái buzzer mỗi 2 giây từ /api/buzzer
⚡ HTML được tối ưu (minified) để giảm kích thước truyền
📱 Responsive design hoạt động tốt trên di động
🎨 Giao diện tối (dark mode) dễ nhìn

Khi nhiệt độ tăng

T ≥ 35°C (WARNING):
- Màn hình: "Status: WARNING" (đảo màu)
- LED nhấp nháy chậm (1Hz)
- Buzzer kêu 5 giây
T ≥ 45°C (OVERHEAT):
- Màn hình: "Status: OVERHEAT" (đảo màu)
- LED nhấp nháy nhanh (4Hz)
- Buzzer:
  - Kêu ngay khi T ≥ 45°C
  - Tự động tắt sau 10 giây
  - Ví dụ: Kêu lần 1 → tắt → lần 2 T vẫn ≥ 45°C → kêu lại → tắt → ...
  - Nếu T < 45°C trước khi hết 10 giây: Buzzer sẽ dừng lại (không kêu tiếp)
  - Nếu T lại ≥ 45°C sau khi hạ xuống: Sẽ kêu lại từ đầu (chu kỳ mới)

Result

Debug & Monitoring

Mở Serial Monitor (115200 baud) để xem:

Thống kê mỗi 10 giây
Chi tiết từng lần đọc
Thông báo lỗi (nếu có)

🏗️ Kiến trúc hệ thống

Cấu trúc thư mục

project/
├── CMakeLists.txt          # CMake chính của project
├── sdkconfig               # Cấu hình ESP-IDF
├── sdkconfig.defaults      # Cấu hình mặc định
├── Kconfig.projbuild       # Menu cấu hình tùy chỉnh
├── main/
│   ├── CMakeLists.txt      # CMake của component main
│   ├── main.c              # Entry point - app_main()
│   ├── config.h            # Cấu hình pins, thresholds
│   ├── dht22.c             # Driver DHT22
│   ├── dht22.h
│   ├── ssd1306.c           # Driver OLED SSD1306
│   └── ssd1306.h
└── docs/
    └── freertos_tutorial.md

Luồng dữ liệu

        [Software Timer]
               │
               ↓ (1s period)
        ┌──────────────┐
        │ Sensor Task  │
        │  (Read DHT22)│
        └──────┬───────┘
               │
               ↓ (Queue: sensor_data)
        ┌──────────────┐
        │ Display Task │
        │ (Update OLED)│
        └──────┬───────┘
               │
               ↓ (Check Temperature)
        ┌──────────────┐
        │  Alert Task  │
        │ (Buzzer/LED) │
        └──────────────┘

FreeRTOS Objects Diagram

┌─────────────────────────────────────────┐
│         FreeRTOS Scheduler              │
└─────────────────────────────────────────┘
            │     │     │
     ┌──────┘     │     └──────┐
     ↓            ↓            ↓
┌────────┐  ┌────────┐  ┌────────┐
│Sensor  │  │Display │  │ Alert  │
│ Task   │  │  Task  │  │  Task  │
└────┬───┘  └───┬────┘  └───┬────┘
     │          │            │
     └──→ [Queue] ──→────────┘
            │
     ┌──────┴──────┬──────────┐
     │             │          │
[I2C Mutex] [Event Group] [Semaphore]
     │             │          │
     └─────────────┴──────────┘

Task State Machine

SensorTask:
  IDLE → [Timer Notify] → READ → [Queue Send] → IDLE

DisplayTask:
  WAITING → [Notification] → [Queue Receive] → UPDATE → WAITING

AlertTask:
  LISTENING → [Queue Receive] → ACTIVATE → [Timer] → DEACTIVATE → LISTENING

🔧 Lệnh ESP-IDF thường dùng

Build & Flash

# Build project
idf.py build

# Flash vào board
idf.py flash

# Monitor serial output
idf.py monitor

# Build, flash và monitor cùng lúc
idf.py flash monitor

# Chỉ định port
idf.py -p /dev/ttyUSB0 flash monitor

Cấu hình

# Mở menu cấu hình
idf.py menuconfig

# Đặt target chip
idf.py set-target esp32c3

# Xem cấu hình hiện tại
idf.py size
idf.py size-components

Dọn dẹp

# Xóa build files
idf.py clean

# Xóa hoàn toàn (bao gồm cả sdkconfig)
idf.py fullclean

Debug

# Mở GDB debug
idf.py gdb

# OpenOCD debug
idf.py openocd

🔧 Mở rộng

1. Thêm WiFi/MQTT

#include "esp_wifi.h"
#include "mqtt_client.h"

// Gửi dữ liệu lên cloud
void mqtt_publish_task(void *pvParameters) {
    sensor_data_t data;
    while(1) {
        if (xQueueReceive(sensor_queue, &data, portMAX_DELAY)) {
            char payload[64];
            snprintf(payload, sizeof(payload), 
                     "{\"temp\":%.1f,\"hum\":%.1f}", 
                     data.temperature, data.humidity);
            esp_mqtt_client_publish(client, "sensor/data", payload, 0, 1, 0);
        }
    }
}

2. Lưu log vào SD Card

#include "esp_vfs_fat.h"
#include "sdmmc_cmd.h"

// Ghi log vào file
void sd_log_task(void *pvParameters) {
    FILE *f = fopen("/sdcard/log.txt", "a");
    fprintf(f, "%.1f,%.1f\n", temp, hum);
    fclose(f);
}

3. Thêm cảm biến khác

// Ví dụ: Cảm biến ánh sáng BH1750
#include "bh1750.h"

float lux;
bh1750_read(&dev, &lux);
ESP_LOGI(TAG, "Light: %.1f lux", lux);

📊 Hiệu năng

Tài nguyên FreeRTOS

Task	Stack Size	Priority	CPU Usage
Sensor	2KB	3	~5%
Display	4KB	2	~10%
Alert	2KB	4	~2%
IDLE	-	0	~83%

Memory Usage

# Xem memory usage
idf.py size
idf.py size-components

Total RAM: 400KB
Used: ~60KB
Free: ~340KB
Stack Safety: OK (no overflow)

Power Consumption

Active: ~80mA @ 3.3V
Light Sleep: ~0.8mA
Deep Sleep: ~5µA

🐛 Troubleshooting

Vấn đề thường gặp

1. OLED không hiển thị

# Chạy I2C scanner để kiểm tra địa chỉ
# Trong main_i2c_scanner.c

Kiểm tra địa chỉ I2C (thường là 0x3C hoặc 0x3D)
Đảm bảo SDA/SCL đúng pin
Kiểm tra nguồn 3.3V

2. DHT22 đọc lỗi

Đợi 2 giây sau khi khởi động
Kiểm tra pull-up resistor (10kΩ)
Thử GPIO khác

3. Buzzer không kêu

Kiểm tra loại buzzer (active/passive)
Đảm bảo nguồn 5V đủ dòng
Test với gpio_set_level() trực tiếp

4. Lỗi build/compile

# Xóa cache và build lại
idf.py fullclean
idf.py build

5. Upload failed

# Kiểm tra port
ls /dev/ttyUSB*   # Linux
ls /dev/tty.*     # macOS

# Giữ nút BOOT khi flash
idf.py -p /dev/ttyUSB0 flash

6. Monitor không hiển thị

# Kiểm tra baudrate (mặc định 115200)
idf.py -p /dev/ttyUSB0 monitor -b 115200

📚 Tài liệu tham khảo

👥 Tác giả

Nhóm Mephisto
Học kỳ 9 - 2025
Trường: Đại học Bách khoa - Đại học Đà Nẵng

Name		Name	Last commit message	Last commit date
Latest commit History 6 Commits
docs		docs
main		main
CMakeLists.txt		CMakeLists.txt
Kconfig.projbuild		Kconfig.projbuild
README.md		README.md
sdkconfig		sdkconfig
sdkconfig.defaults		sdkconfig.defaults
sdkconfig.old		sdkconfig.old

Folders and files

Latest commit

History

Repository files navigation