Fakulti Pendidikan Teknikal dan Vokasional (FPTV), Universiti Tun Hussein Othman Malaysia (UTHM)dengan ikhlas merakamkan ucapan setinggi-tinggi penghargaan dan terima kasih kepada:Kolej Vokasional Batu Pahat (KVBP)sertamereka yang terlibat secara langsung atau tidak langsung dalam penulisanBahan Pengajaran Modul Hand-On IOT Rekabentuk Sistem Berasaskan ESP32-BlynkbersempenaProgram Perkongsian Ilmu: \"Hand-On IoT Rekabentuk Sistem Berasaskan ESP32-Blynk Siri 1,2&3\"Bersama Pelajar Diploma Vokasional Malaysia.
Jadual Tentatif ProgramHari Pertama IoT & Asas Pengaturcaraan09.00 - 09.15 Pengenalan kepada IoT dan Revolusi Industri 4.009.15 - 10.00 Aplikasi IoT dalam kehidupan seharian dan industri10.00 - 11. 00 Elemen utama IoT11.00 - 12.00 Kaedah komunikasi IoT(MQTT, HTTP, CoAP)12.00 - 13.00 Pengenalan kepada peranti ESP3214.00 - 15.00 Teknik kawalan digital output (current sinking/sourcing, optocoupler…)15.00 - 16.00 Asas pengaturcaraan digital output (LED, Buzzer)16.00 - 16.30 Kawalan voltan tinggi menggunakan relay module16.30 - 17.00 Mini projek: Kawalan lampu isyarat dan running light* Tentatif tertakluk kepada pindaan bergantung keada aperjalanan sesi.
Jadual Tentatif ProgramHari Kedua Pengenalan kepada Blynk09.00 - 09.15 Recap hari pertama09.15 - 10.00 Konsep kawalan digital input (Active High/Low)10.00 - 11. 00 Asas pengaturcaraan digital input (push button, IR sensor, PIR)11.00 - 12.00 Konsep asas analog input Dalam ESP3212.00 - 13.00 Asas pengaturcaraan analog (variable resistor, LDR)14.00 - 15.00 Penggunaan library OLED dan DHT1115.00 - 16.00 Pengenalan asas kepada Blynk16.00 - 16.30 Mengawal LED melalui dashboard Blynk16.30 - 17.00 Membina dashboard pada peranti telefon pintar* Tentatif tertakluk kepada pindaan bergantung keada aperjalanan sesi.
Jadual Tentatif ProgramHari Ketiga Platform Blynk09.00 - 09.15 Recap hari kedua09.15 - 10.00 PWM dalam mengawal kecerahan LED melalui dashboard Blynk10.00 - 11. 00 Pengenalan kepada task scheduling menggunakan BlynkTimer11.00 - 12.00 Nilai analog pada paparan dashboard Blynk12.00 - 13.00 Menghantar data kepada Google Sheet melalui Google Service Account14.00 - 15.00 Automation dalam Blynk15.00 - 16.00 Wi-Fi provisioning dalam Blynk menggunakan Blynk Edgent 16.00 - 16.30 Konsep OTA menggunakan Blynk Air16.30 - 17.00 Mini projek: Kawalan Tangki Air Automatik* Tentatif tertakluk kepada pindaan bergantung keada aperjalanan sesi.
Hari PertamaIoT dan Asas Pengaturcaraan
Revolusi IoT
Pengenalan kepada IoT
Kenapa belajar IoT?1. Peluang kerjaya2. Kemahiran menyelesaikan masalah4. Kolaborasi antara bidang3. Celik teknologi5. Meningkatkan produktiviti
Sejarah Ringkas Istilah IoT• Pernah bekerja dalam pengoptimuman rantaian bekalan (Procter & Gamble)• Berminat dengan teknologi RFID (mudah untuk menjejak item)• Ketika itu, internet merupakan trend baharu dan beliau menamakanpembentangannya sebagai Internet of Things (IoT)
Definisi IoT• IoT ialah konsep sambungan antara peranti fizikal ke internetuntuk menghantar, menerima, dan bertindak balas terhadapdata.• Peranti-peranti ini boleh termasuk sensor, aktuator, pengawalmikro (seperti ESP32), dan lain-lain.
Kenapa IoT?Dynamic control of Industry and daily lifeFlexible configurationP&PAccessibility and UsabilityUniversal transport & internetworking
Revolusi Industri 4.0• Revolusi Industri Keempat (IR4.0) adalah transformasi industrimelalui digitalisasi dan integrasi teknologi pintar, seperti:• IoT (Internet of Things) – Peranti bersambung internet.• AI & Machine Learning – Sistem boleh belajar & buat keputusan.• Big Data & Cloud Computing – Analisis big data secara real-time.• Robotik & Automasi – Mesin boleh bekerja dengan minima pengawasanmanusia.• 5G & Jaringan Pantas – Sambungan lebih laju dan stabil.
Tonggak IR4.0Sumber: Diadaptasi daripada Forum Ekonomi DuniaTeknologiSektor dan subsektor
Peranan IoT dalam IR4.0• IoT ialah tulang belakang IR4.0 kerana:• Sambungan Peranti – Sensor & alat boleh \"bercakap\" antara satu samalain (cth: kilang, rumah pintar).• Real Time Data – IoT kumpul & hantar data terus ke cloud untukanalisis pantas.• Automasi Lebih Bijak – Mesin boleh bertindak sendiri berdasarkan dataIoT (cth: pembetulan masalah sebelum rosak).• Efisiensi & Penjimatan – Penggunaan tenaga, kos, dan masa lebihoptimum.
Perkembangan Awal dan Pencapaian Penting dalam Teknologi IoT1982: The first internet-connected device A modified Coca-Cola machine at Carnegie Mellon University was the first internet-connected device1982: The first internet-connected deviceA modified Coca-Cola machine atCarnegie Mellon University was the firstinternet-connected device2008: The First IoT Conference The International Conference on the Internet of Things (IoT) began in 2008 to attract researchers and practitioners from around the world at Switzerland2008: The First IoT ConferenceThe International Conference on theInternet of Things (IoT) began in 2008 toattract researchers and practitioners fromaround the world at Switzerland1994: The first example of an IoT device The first example of an IoT device was a Trojan Room coffee pot in the Cambridge University Computer Science Department1994: The first example of an IoT deviceThe first example of an IoT device was aTrojan Room coffee pot in the CambridgeUniversity Computer Science Department2010: The start of Smart Home Technology Major tech companies started to invest in smart home products and systems2010: The start of Smart Home TechnologyMajor tech companies started to invest insmart home products and systems
Mengapa IoT kini menjadi trend?Perkakasan semakin murah+ ↓Internet Meluas+ Pembangunan Mudah+ Hukum Moore+
Jumlah peranti IoT tersambung
Aplikasi IoT dalam kehidupan• Rumah pintar : Kawalan lampu, AC, sistem keselamatan, pintuautomatik, dan peralatan dapur melalui telefon pintar.• Kenderaan Pintar : Pemantauan enjin, navigasi pintar, bantuanpemanduan, dan pengesanan lokasi secara langsung (GPS).• Kesihatan Pintar : Jam tangan kesihatan, alat pemantau kadardenyutan jantung, tekanan darah, dan peringatan ubat.• Bandar Pintar : Pengurusan trafik, pemantauan pencemaran,sistem lampu jalan automatik, dan tong sampah pintar.
Aplikasi IoT dalam industriRemote Equipment Monitoring + Predictive Maintenance+ Automation and Smart Robotics+ Supply Chain Tracking+ Inventory Management+ Site Safe Monitoring+ Cyber Physical System+ Smart Energy Management+ IIoT
Aplikasi
Elemen utama IoTPeranti(Device)Perisian Tengah(Middleware)Aplikasi
Elemen utama IoT• Peranti (Devices): Merujuk kepada semua peranti fizikal yangdilengkapi dengan sensor, pemproses, dan/atau actuator.• Perisian Tengah (Middleware): Bertindak sebagai penghubungantara peranti dan aplikasi.• Kesambungan (Connectivity):• Protokol & teknologi rangkaian seperti Wi-Fi, Bluetooth, Zigbee, LoRa, Ethernet.• Awan (Cloud):• Platform untuk pemprosesan data, simpanan, analitik, dan kawalan peranti darijauh.• Contoh: Blynk Cloud, AWS IoT, Google Cloud, ThingsBoard.
Elemen utama IoT• Aplikasi (Applications)• Antaramuka untuk pengguna akhir berinteraksi dengan sistem IoT.• Boleh dalam bentuk:• Aplikasi mudah alih (mobile app)• Antaramuka web (web dashboard)• Sistem pemantauan atau automasi
Elemen IoT: PerantiRaspberry Pi 5 NodeMCU ESP8266 NodeMCU ESP32Raspberry Pi Pico 2and many more….Uno based ESP32
MiddlewareType: Cloud + AppFeatures: Drag-and-drop mobile dashboard, device control, data loggingPros: Beginner-friendly, works with ESP32, ESP8266, ArduinoLimitation: Paid plans for full featuresType: Cloud + IDE integrationFeatures: Real-time dashboard, variable sync, OTA updatesPros: Integrated with Arduino IDE, secureLimitation: Device and variable limits on free planType: Open-source platformFeatures: Dashboard, rule engine, device managementPros: Can self-host (Community Edition), good for learning industry-level IoTThingsBoard Limitation: Installation setup required
MiddlewareType: Flow-based middlewareFeatures: Visual programming, MQTT/HTTP support, dashboardPros: Great for local gateway or edge computing, flexibleLimitation: Needs separate hosting (e.g., Raspberry Pi, PC)Type: Cloud IoT platformFeatures: Data logging, MATLAB analyticsPros: Great for sensor data + analysisLimitation: Limited updates per channel on free planType: Cloud backend by GoogleFeatures: Real-time data sync, secure loginPros: Can be integrated with IoT devices for custom appsFirebase Limitation: Requires custom coding (not IoT-specific)
AplikasiPlatform Difficulty Target Platform Coding Required Key Features & NotesBlynk Easy Android / iOS No (drag & drop) Fast dashboard, great for ESP32/ESP8266, cloudbasedArduino IoT Cloud Easy Android / iOS No (Arduino IDE only) Built-in app (Arduino IoT Remote), limited devicesNode-RED Dashboard Medium Web (any device) Low (flow logic) Runs locally/cloud, visual flow, custom dashboardsMIT App Inventor Medium Android Block-based visual Custom UI, uses Bluetooth/MQTT/HTTPThunkable Medium Android / iOS Block-based visual MIT App Inventor alternative, more UI optionsAndroid Studio Hard Android Yes (Java/Kotlin) Full control, needs advanced programming
Kaedah Komunikasi IoT• Tiga protokol komunikasi utama dalam IoT:Protokol Model Komunikasi Kelebihan Kegunaan BiasaMQTT Publish/Subscribe Ringan, real-time, low bandwidth Sensor ke broker, automasiHTTP Request/Response Universal, mudah debug REST API, web dashboardCoAP Request/Response Sangat ringan, sesuai untuk constrained device Sensor mesh, aplikasi rendah tenaga
Kaedah Komunikasi IoT• MQTT (Message Queuing Telemetry Transport)• Kaedah: Publish / Subscribe• Memerlukan broker (contoh: Mosquitto)• Peranti “publish” data → Broker → Pelanggan “subscribe”• Sesuai untuk komunikasi berkala atau real-time (contoh: suhu, kawalan lampu)• HTTP (HyperText Transfer Protocol)• Kaedah : Request / Response• Contoh: ESP32 menghantar data melalui HTTP POST ke server• Senang digunakan dengan API seperti Blynk atau Firebase• CoAP (Constrained Application Protocol)• Kaedah : Mirip HTTP tetapi lebih ringan• Dicipta khas untuk peranti berkuasa rendah• Sokong UDP (bukan TCP), boleh multicast• Digunakan dalam sistem mesh atau Zigbee-likeAnalogi MudahProtokol Analogi KomunikasiMQTT Majalah – Langgan & terima isu terbaruHTTP Tanya kaunter – Dapat jawapan terusCoAP Tanya rakan melalui walkie-talkie
Kaedah Komunikasi IoT• MQTT paling popular dalam projek IoT kerana ringan &realtime.• HTTP bagus sekiranya menggunakan web API atau sambunganinternet tradisional.• CoAP lebih niche, digunakan dalam sistem IoT industri atau lowenergy.
Pengenalan kepada ESP32ESP32 ialah platform mikropengawal sumber terbuka yang berkuasa dan serba boleh, dibina dengan keupayaan sambungan Wi-Fi dan Bluetooth terbina dalam. Ia direka untuk jurutera, makers, pendidik, penggemar hobi, dan sesiapa sahaja yang berminat untuk membina projek IoT serta aplikasi elektronik interaktif.
Pengenalan kepada ESP32• Single or Dual-Core 32-bit LX6 Microprocessor with clock frequency up to 240 MHz.• 520 KB of SRAM, 448 KB of ROM and 16 KB of RTC SRAM.• Supports 802.11 b/g/n Wi-Fi connectivity with speeds up to 150 Mbps.• Support for both Classic Bluetooth v4.2 and BLE specifications.• 34 Programmable GPIOs (depending on the ESP32 versions).• Up to 18 channels of 12-bit SAR ADC and 2 channels of 8-bit DAC• Serial Connectivity include 4 x SPI, 2 x I2C, 2 x I2S, 3 x UART.• Ethernet MAC for physical LAN Communication (requires external PHY).• 1 Host controller for SD/SDIO/MMC and 1 Slave controller for SDIO/SPI.• Motor PWM and up to 16 channels of LED PWM.NodeMCU ESP32
Mengapa bukan ESP8266?1. Prestasi Lebih Tinggi: ESP32 mempunyai dual-core processor dan clockspeed yang lebih tinggi, memberikan prestasi yang lebih baik berbandingESP8266.2. Lebih Banyak Pin GPIO: ESP32 menawarkan lebih banyak pin GPIO,menjadikannya lebih fleksibel untuk projek yang kompleks.3. Built-in Bluetooth: ESP32 menyokong Bluetooth, satu ciri yang tiadapada ESP8266.4. Pengurusan Kuasa Lebih Baik: ESP32 mempunyai lebih banyak pilihanpower management, sesuai untuk projek yang menggunakan bateri.5. Periferal Tambahan: ESP32 menyertakan touch sensors, DAC, dan lebihbanyak ADC channels, menjadikannya lebih berkuasa dan serba boleh.NodeMCU ESP32
Pin Terbaik untuk I/O
Spesifikasi Pin ESP32• Pin Input Sahaja (4 pin):• GPIO 34, 35, 36 & 39• GPIO Sentuhan Kapasitif (9 pin):- T0 (GPIO 4) - T6 (GPIO 14)- T1 (GPIO 0) - T7 (GPIO 27)- T2 (GPIO 2) - T8 (GPIO 33)- T3 (GPIO 15) - T9 (GPIO 32)- T5 (GPIO 12)
Spesifikasi Pin ESP32• Saluran Input ADC – 12-bit (16 pin):- ADC1_CH0 (GPIO 36) - ADC2_CH0 (GPIO 4)- ADC1_CH3 (GPIO 39) - ADC2_CH1 (GPIO 0)- ADC1_CH4 (GPIO 32) - ADC2_CH2 (GPIO 2)- ADC1_CH5 (GPIO 33) - ADC2_CH3 (GPIO 15)- ADC1_CH6 (GPIO 34) - ADC2_CH4 (GPIO 13)- ADC1_CH7 (GPIO 35) - ADC2_CH5 (GPIO 12)- ADC2_CH6 (GPIO 14)- ADC2_CH7 (GPIO 27)- ADC2_CH8 (GPIO 25)- ADC2_CH9 (GPIO 26)
Spesifikasi Pin ESP32• Bacaan analog bermula dari 0 hingga 4095, di mana 0 mewakili0V dan 4095 mewakili 3.3V.• Pin ADC ESP32 tidak mempunyai tindak balas yang linear. Andamungkin tidak dapat membezakan antara 0 dan 0.1V, atau antara3.2 dan 3.3V.• Sila rujuk graf untuk penjanaan formula linear yang lebih tepat.
Spesifikasi Pin ESP32
Spesifikasi Pin ESP32• Penukar Digital ke Analog (DAC) (2 pin):• DAC1 (GPIO25)• DAC2 (GPIO26)• PWM (Semua pin GPIO kecuali 34 hingga 39):• I2C • GPIO 21 (SDA)• GPIO 22 (SCL)
Spesifikasi Pin ESP32• SPI (2 port)• .• Interrupts (Semua GPIO)• Built-In Hall Effect Sensor
Teknik Kawalan Output Digital CS1. Current Sourcing vs Current Sinking• Asas arus keluar masuk dari GPIO• Kenapa sesetengah beban lebih sesuai disambung ke VCC atau GND
Teknik Kawalan Output Digital CS1. Had Arus GPIO• Kebanyakan GPIO hanya boleh menghantar arus kecil (ESP32: 20 mA)• Sesetengah mikropengawal lebih kuat sinking daripada sourcing• Jadi, current sinking kebiasaannya lebih stabil dan selamat2. Kesesuaian dengan Reka Bentuk Litar / Peranti• Sesetengah peranti (seperti relay atau modul industri) direka untukdikawal melalui low-side switching (current sinking) kerana:• Ground sharing lebih stabil• Lebih senang mengawal banyak beban dari satu VCC
Teknik Kawalan Output Digital OP2. Penggunaan Optocoupler• Pengasingan elektrik (isolation)• Kawalan beban luaran (relay, motor) dengan perlindungan mikropengawal
Teknik Kawalan Output Digital OP• Optocoupler tidak direka untuk menanggung arus tinggi secara langsung.Komponen Tujuan Maksimum Arus (Tipikal)Optocoupler Hantar isyarat & pengasingan elektrik Beberapa miliampere (mA) sahaja pada output (phototransistor)Relay Putus/sambung litar beban secara fizikal Ampere tinggi (contoh: 5A, 10A, 30A) bergantung pada spesifikasi
Teknik Kawalan Output Digital RL3. Driving Relay / Beban Induktif• Perlu transistor (NPN/PNP/MOSFET) + flyback diode• Kenapa perlu transistor?• Kebanyakan GPIO (seperti ESP32, Arduino) hanya boleh beri maksimum 12–20 mA• Tapi relay perlukan 70–100 mA (atau lebih) untuk menggerakkan gegelungnya• Kenapa perlu flywheel diode?• Relay mempunyai gegulung (coil) yang menyimpan tenaga berbentuk medan magnet• Bila relay dimatikan secara tiba-tiba, medan magnet runtuh dan menghasilkan arusback EMF yang boleh mencecah ratusan volt!
Teknik Kawalan Output Digital TR4. Penggunaan Transistor sebagai Switch• Contoh: kawalan LED berkuasa tinggi, motor kecil• NPN vs PNP• Gunakan NPN atau N-MOS (Low-Side Switching)• Paling sesuai dengan output digital mikropengawal kerana:• GPIO beri voltan positif (3.3V/5V) → boleh \"ON-kan\" NPN dengan mudah• Beban disambung ke VCC• Transistor disambung ke GND• Transistor aktif bila pin GPIO HIGH
Teknik Kawalan Output Digital TR
Teknik Kawalan Output Digital PWM• Pulse Width Modulation ialah satu teknik untuk menghasilkanoutput yang menyerupai isyarat analog.• Ini berbeza dengan output digital yang hanya memberikan nilaiHIGH atau LOW sahaja.• Contoh penggunaan PWM:• Kadar kecerahan LED• Kawalan kelajuan motor DC dan sebagainya
Teknik Kawalan Output Digital PWM• Voltan purata ini dikawal supaya berada dalam julat 0V hingga3.3V dengan mengawal kitar tugas (duty cycle).• Duty cycle ialah tempoh masa denyutan berada pada tahapHIGH berbanding dengan tempoh keseluruhan denyutan,dinyatakan dalam peratus (%).