Microsoft Word 24d9 1682 1d54 2913 THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT Tp Hồ Chí Minh, tháng 20 SKL 0 0 7 1 9 7 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM K[.]
Trang 1THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
Trang 2BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO
-
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Đề tài:
Tp Hồ Chí Minh, tháng 8 năm 2020
THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG HỆ THỐNG GIÁM SÁT ĐỘ MẶN, ĐỘ ĐỤC VÀ MỰC NƯỚC
14119128
QUÁCH GIA HƯNG
SVTH : NGUYỄN TRUNG TRIỂN MSSV :
SVTH :
MSSV : 14119086 Khóa : 2014
Trang 3BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO
-
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Đề tài:
THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG HỆ THỐNG GIÁM SÁT ĐỘ MẶN, ĐỘ ĐỤC VÀ MỰC NƯỚC
SVTH : NGUYỄN TRUNG TRIỂN MSSV : 14119128
SVTH : QUÁCH GIA HƯNG MSSV : 14119086
Khóa : 2014
Ngành : CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT MÁY TÍNH GVHD: ThS NGUYỄN NGÔ LÂM
Trang 4Tp Hồ Chí Minh, ngày 14 tháng 8 năm 2020
NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Họ và tên sinh viên: Nguyễn Trung Triển MSSV: 14119128 Quách Gia Hưng MSSV: 14119086Ngành: Công nghệ kỹ thuật máy tính Lớp: 14119CL2Giảng viên hướng dẫn: ThS Nguyễn Ngơ Lâm ĐT: 0908434763
Ngày nhận đề tài: 27/3/2020 Ngày nộp đề tài: 14/8/2020 1 Tên đề tài: Thiết kế và thi công hệ thống giám sát độ mặn, độ đục và mực nước 2 Các số liệu, tài liệu ban đầu: Đồ án môn học 2, đồ án mơn học 2; đồ án tốt nghiệp
khóa trước: Thiết kế và thi công hệ thống vườn lan kết nối Web Server, thiết kế và xây dựng hệ thống hồ nuôi tôm
3 Nội dung thực hiện đề tài: Thiết kế và xây dựng hệ thống đo khoảng cách mực nước, đô mặn, độ đục Giám sát các thơng số của hệ thống qua màn hình hiển thị và Web Server Hệ thống có phần cài đặt cảnh báo trên phần cứng
4 Sản phẩm: Mơ hình hệ thống đo độ mặn, độ đục, mực nước được giám sát và cảnh báo qua mạng
GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN
Trang 5PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN
Họ và tên Sinh viên: Nguyễn Trung Triển MSSV: 14119128 Quách Gia Hưng MSSV: 14119086Ngành: Công nghệ kỹ thuật máy tính
Tên đề tài: Thiết kế và thi công hệ thống giám sát độ mặn, độ đục và mực nước Họ và tên Giáo viên hướng dẫn: ThS Nguyễn Ngô Lâm
NHẬN XÉT
1 Về nội dung đề tài & khối lượng thực hiện:
2 Ưu điểm: 3 Khuyết điểm:
4 Đề nghị cho bảo vệ hay không?
5 Đánh giá loại:
6 Điểm:……………….(Bằng chữ: )
Trang 6
*** PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN
Họ và tên Sinh viên: Nguyễn Trung Triển MSSV: 14119128 Quách Gia Hưng MSSV: 14119086Ngành: Cơng nghệ kỹ thuật máy tính
Tên đề tài: Thiết kế và thi công hệ thống giám sát độ mặn, độ đục và mực nước
Họ và tên Giáo viên phản biện:
NHẬN XÉT 1 Về nội dung đề tài & khối lượng thực hiện: 2 Ưu điểm: 3 Khuyết điểm:
4 Đề nghị cho bảo vệ hay không?
5 Đánh giá loại:
6 Điểm:……………….(Bằng chữ: )
Trang 7
*** i
LỜI CẢM ƠN
Nhóm thực hiện xin chân thành cảm ơn thầy Nguyễn Ngơ Lâm đã tận tình chỉ dẫn, trực tiếp tạo mọi điều kiện thuận lợi cho chúng em trong khi thực hiện đồ án tốt nghiệp này Tất cả những gì thầy chỉ bảo và sự nhiệt thành trong công việc giảng dạy của thầy luôn là tấm gương sáng cho chúng em noi theo
Nhóm cũng xin chân thành cảm ơn đến quý thầy/cô, giảng viên trường Đại Học Sư Phạm Kĩ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh và Khoa đào tạo chất lượng cao, quý vị đã nhiệt tâm truyền đạt những kiến thức chuyên môn quý báu, cùng những kinh nghiệm hết sức cần thiết, những điều này là nền tảng và cơ sở để nhóm có thể thực hiện hồn thành đồ án tốt nghiệp này Đó cũng là cơ sở giúp chúng em có thể định hướng cho nghề nghiệp tương lai mai này
Bên cạnh đó, nhóm cũng xin gửi lời cảm ơn các bậc phụ huynh, các bạn sinh viên cùng khóa, các anh chị sinh viên đi trước, đã yêu thương, tận tình giúp đỡ và chia sẻ với nhóm cả về vật chất và tinh thần
Sau cùng, dù đồ án đã hồn thành nhưng chắc chắn cịn nhiều thiếu sót, mong q thầy/cơ, các anh chị và các bạn cùng nhận xét và góp ý thêm
Trang 8ii
LỜI NÓI ĐẦU
Hiện nay, các hiện tượng biến đổi khí hậu, thiên tai xảy ra thường xuyên, cùng với sự ô nhiễm môi trường nước là mối nguy đáng lo ngại của ngành nông nghiệp, các cơ quan chức năng và các kĩ sư nghiên cứu nông nghiệp, gây ra nhiều hậu quả nghiêm trọng nếu khơng phát hiện kịp thời và khơng có biện pháp phòng chống hiệu quả Với sự phát triển của nghành cơng nghệ và thế giới số, vi xử lí Việc ứng dụng các công nghệ vào nông nghiệp là hết sức cần thiết và thiết thực
Nắm được sự cần thiết đó, nhóm đã lựa chọn và thực hiện nghiên cứu đề tài
THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG HỆ THỐNG GIÁM SÁT ĐỘ MẶN, ĐỘ ĐỤC VÀ MỰC NƯỚC nhằm tìm hiểu thêm về tầm quan trọng của vi xử lí, mạng truyền thơng
và IoT
Trang 9iii
MỤC LỤC
NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 7
PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN 8
PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN 9
LỜI CẢM ƠN i
LỜI NÓI ĐẦU ii
MỤC LỤC iii
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT v
DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU vi
DANH MỤC CÁC BIỂU ĐỒ VÀ HÌNH ẢNH vii
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1
1.1 GIỚI THIỆU TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU HIỆN NAY 1
1.2 TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI 1
1.3 MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU 1
1.4 NHIỆM VỤ NGHIÊN CỨU 2
1.5 ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU 2
1.5.1 Đối tượng nghiên cứu 2
1.5.2 Phạm vi nghiên cứu 2
1.6 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2
1.7 BỐ CỤC ĐỒ ÁN 3
CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 4
2.1 GIỚI THIỆU MÁY TÍNH NHÚNG RASPBERRY PI 4
2.1.1.Giới thiệu chung 4
2.1.2.Phần cứng Raspberry Pi 5
2.1.3.Hệ điều hành cho Raspberry Pi 6
2.2 Module HC-SR05 7
2.3 MODULE ĐỒNG HỒ THỜI GIAN THỰC RTC DS3231 10
2.4 MODULE LCD 11
2.5 MODULE UART-TDS-V1 13
2.6 CẢM BIẾN ĐỘ ĐỤC 16
Trang 10iv
2.8 CÁC CHUẨN TRUYỀN SỬ DỤNG TRONG ĐỀ TÀI 19
CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ VÀ XÂY DỰNG HỆ THỐNG 23
3.1 YÊU CẦU VÀ SƠ ĐỒ KHỐI HỆ THỐNG 23
3.1.1.Yêu cầu của hệ thống 23
3.1.2.Sơ đồ khối và chức năng mỗi khối 23
3.1.3.Hoạt động của hệ thống 24
3.2 THIẾT KẾ HỆ THỐNG PHẦN CỨNG 25
3.2.1.Khối thời gian thực 25
3.2.2.Khối cảm biến đo mực nước 25
3.2.3.Khối cảm biến mưa 26
3.2.4.Khối hiển thị 26
3.2.5.Khối cảm biến độ đục và ADC 27
3.2.6.Khối cảm biến độ mặn 28
3.2.7.Khối xử lí trung tâm 29
3.2.8.Khối nguồn 31
3.3 THIẾT KẾ PHẦN MỀM 31
3.3.1.Yêu cầu của phần mềm: 31
3.3.2.Lưu đồ giải thuật hệ thống chính 32
3.3.3.Lưu đồ giải thuật đọc giá trị cảm biến đo mực nước 33
3.3.4.Lưu đồ giải thuật đọc giá trị cảm biến đo độ mặn 34
3.3.5.Lưu đồ giải thuật đọc giá trị cảm biến đo độ đục 35
3.3.6.Lưu đồ giải thuật đọc giá trị cảm biến mưa 35
3.3.7.Thiết kế Web Server 36
3.3.8.Kết nối Board Raspberry pi với Dcom 3G 36
CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ THỰC HIỆN 39
4.1 KẾT QUẢ PHẦN CỨNG 39
4.2 KẾT QUẢ PHẦN MỀM 41
CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ PHẠM VI ỨNG DỤNG 43
5.1 KẾT LUẬN 43
5.2 HẠN CHẾ VÀ PHƯƠNG HƯỚNG PHÁT TRIỂN 43
Trang 11v
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
IC Integrated Circuit Mạch tích hợp
IoT Internet of Things Mạng lưới thông minh kết nối máy tính và mạng
GPIO General-purpose input/output Cổng đầu vào và ra với mục đích cơ bản
ADC hay A/D
Analog Digital Converter Chuyển đổi tín hiệu tương tự sang tín hiệu số
SPI Serial Peripheral Interface Giao diện ngoại vi nối tiếp I2C Inter-Integrated Circuit Vi mạch tích hợp truyền thơng
nối tiếp
PHP Hypertext Preprocessor Ngôn ngữ lập trình kịch bản
I/O Input/Output Ngõ vào/ngõ ra
MCU Microprocessor Control Unit Khối vi điều khiển
UART Universal Asynchronous Receiver
– Transmitter
Truyền dữ liệu nối tiếp bất đồng bộ
LCD Liquid Crystal Display Màn hình tinh thể lỏng
HTTP Hyper Text Transfer Protocol Giao thức truyền siêu văn bản ADC hay
A/D
Analog Digital Converter Chuyển đổi tín hiệu tương tự sang tín hiệu số
Trang 12vi
DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU
Bảng 2.1: Chức năng các chân LCD 12
Bảng 2.2: Một số lệnh AT cơ bản có sử dụng 15
Bảng 2.3 Kiểu nước mặn và hàm lượng 16
Trang 13vii
DANH MỤC CÁC BIỂU ĐỒ VÀ HÌNH ẢNH
Hình 2.1 Kit Raspberry pi 3 4
Hình 2.2 Cấu tạo Raspberry Pi 5
Hình 2.3 Sơ đồ chân GPIO của Raspberry Pi 5
Hình 2.4 Cảm biến HC-SR05 7
Hình 2.5 Biểu đồ thời gian của SR05 9
Hình 2.6 Module DS3231 10
Hình 2.7 LCD 20x4 11
Hình 2.8 module TDS-UART-V1 15
Hình 2.9 Cảm biến độ đục 17
Hình 2.10 Cảm biến mưa 18
Hình 2.11 Sơ đồ kết nối I2C 20
Hình 2.12 Thiết bị chủ tớ 21
Hình 2.13 Giao tiếp UART 21
Hình 3.1 Sơ đồ khối của hệ thống 24
Hình 3.2 Kết nối Raspberry Pi với DS3231 25
Hình 3.3 Sơ đồ kết nối SRF05 với Raspberry pi 3 26
Hình 3.4 Sơ đồ kết nối cảm biến mưa với Raspberry pi 3 26
Hình 3.5: Sơ đồ kết nối LCD với Raspberry pi 3 27
Hình 3.6 Sơ đồ kết nối cảm biến độ đuc, ADC và raspberry pi 3 27
Hình 3.7 Sơ đồ kết nối cảm biến độ mặn với Raspberry pi 3 28
Hình 3.8 Lưu đồ giải thuật chương trình chính 32
Hình 3.9 Lưu đồ giải thuật đọc giá trị cảm biến 33
Hình 3.10 Lưu đồ giải thuật đọc giá trị cảm biến độ mặn 34
Hình 3-0.11 Lưu đồ giải thuật đọc giá trị cảm biến độ đục 35
Hình 3.12 Lưu đồ giải thuật đọc giá trị cảm biến mưa 35
Hình 3.13 Lưu đồ giải thuật gửi dữ liệu lên thingspeak 36
Hình 3.14 kiểm tra cổng USB kết nối với USB3G 37
Hình 3.15 Bảng lựa chọn 37
Hình 3.16 kết nối thành cơng 38
Hình 4.1: Sản phẩm hồn thành 39
Hình 4.2 Dữ liệu các cảm biến hiển thị trên LCD 40
Hình 4.3 Menu lựa chọn trên LCD 40
Hình 4.4 Hiển thị trên thingspeak 41
Trang 141
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
1.1 GIỚI THIỆU TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU HIỆN NAY
Thế giới hiện nay đang ngày càng hiện đại với những công nghệ tiên tiến giúp cho cuộc sống thuận tiện hơn cùng với sự phát triển của khoa học và công nghệ, các thiết bị điện tử thông minh đã, đang và sẽ tiếp tục ứng dụng ngày càng rộng rãi, mang
lại hiệu quả trong hầu hết các lĩnh vực khoa học kỹ thuật cũng như đời sống xã hội
Các công nghệ dùng để quan sát từ xa ngày càng được mở rộng và sử dụng phổ biến trên thế giới Ở Việt Nam, với nhu cầu có thể giám sát được các hiện tượng xảy ra từ xa và đưa ra cảnh báo để có những giải pháp cấp thiết và thích hợp, đặc biệt là trong lĩnh vực nơng nghiệp ngày càng tăng Ngày nay hạn hán, lũ lụt xảy ta ở nhiều nơi, hiện tượng ngập mặn ở Đồng Bằng song Cửu Long đang được mọi người quan tâm và nhắc đến, hiện tượng này gây khơng ít thiệt hại cho người dân miền Tây Để có thể góp phần cho các chun gia nơng nghiệp có thể nhận được cảnh báo và đem ra những giải pháp kịp thời cho các hiện tượng trên, nhóm sinh viên thực hiện xin
thực hiện đề tài “ Xây dựng hệ thống giám sát độ mặn, độ đục và mực nước” 1.2 TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI
Hiện nay, các đập thủy điện được xây trên lưu vực sông Mekong đã giữ lại hầu hết phù sa trên thượng nguồn, không cho lũ mang phù sa về bồi đắp cho đồng bằng gây ra sụt lún Ngoài ra, nhu cầu sử dụng nước ngày càng gia tăng khiến tốc độ khai thác nước ngầm quá lớn khi nước ngầm rút khiến lũ gia tăng gây ngập lụt
Bên cạnh đó, việc lượng mưa trên tồn lưu vực sơng Mekong rất ít vì bị ảnh hưởng bởi hiện tượng El Nino dẫn đến việc nước đổ về hạ nguồn không nhiều thêm với việc do nước biển dâng làm cho hạn mặn ngày càng nghiêm trọng
Với những tình trạng trên, nhóm đã nảy ra ý tưởng để thực hiện đề tài này
1.3 MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU
Áp dụng được công nghệ IoT vào trong nghành cơng nghiệp
Đề tài của nhóm sử dụng hệ thống có thể đo được độ mặn của nước và độ sâu của nước để có thể cảnh báo cho người sử dụng để họ có những biện pháp ngăn chặn tốt nhất có thể
Khi nghiên cứu đề tài này là nhóm muốn phát huy thành quả ứng dụng của vi điều khiển để tạo ra sản phẩm có ích trong mơt lĩnh vực nào đó của đời sống Khơng những thế nó cịn là tài liệu cho các đối tượng muốn nghiên cứu
Trang 152
cũng là thực nghiệm để nhóm có thể tích lũy và có thêm kinh nghiệm cho các dự án trong tương lai
1.4 NHIỆM VỤ NGHIÊN CỨU
Đề tài trình bày một mơ hình mẫu của hệ thống giám sát các số liệu được thiết kế với các module, kit và cảm biến có sẵn trên thị trường
Đề tài tập trung nghiên cứu về các vấn đề:
- Thu thập dữ liệu từ các cảm biến, và đưa về vi điều khiển xử lý dữ liệu - Dùng board nhúng (Raspberry Pi) để làm khối xử lý trung tâm và gửi dữ
liệu lên Web Server
Giám sát các số liệu thông qua Thingspeak để theo dõi dữ liệu của các cảm biến
1.5 ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU 1.5.1 Đối tượng nghiên cứu
Về phần cứng:
- Board nhúng Raspberry Pi - Cảm biến siêu âm
- Cảm biến độ mặn - Cảm biến độ đục - Cảm biến mưa
- Module thời gian thực RTC DS3231 - Module hiển thị LCD
- Các nút nhấn
Về phần mềm, nghiên cứu raspberry giao tiếp với các module và các cảm biến, đồng thời đẩy dữ liệu lên Web Server là thingspeak, ngôn ngữ lập trình là Python
1.5.2 Phạm vi nghiên cứu
Thực tế, hệ thống được đặt ở ao hồ, đồng ruộng, nhóm đã thiết kế mơ hình nhỏ, có thể cho thấy sự thay đổi của mực nước ở mức độ nhỏ Dùng các mẫu thử để đo độ mặn và độ đục
Hiện nay, tài liệu về đề tài của chúng em có khá nhiều nhưng đa phần là ở ngồi nước nên phần dịch thuật có chút khó khăn Ngoài ra việc hệ thống giám sát và cảnh báo được đặt ở những nơi có điều kiện tự nhiên không thuận lợi như ao, hồ, đồng ruộng, nên việc cung cấp nguồn năng lượng và bảo vệ các linh kiện cho hệ thống cũng là một vấn đề
1.6 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
Trang 163
Web Server hoạt động tải dữ liệu từ board nhúng lên thingspeak Lập trình dùng ngơn ngữ Python
Thiết kế, xây dựng mơ hình mơ phỏng hệ thống
1.7 BỐ CỤC ĐỒ ÁN
Chương 1: Tổng quan
Giới thiệu sơ lược tình hình nghiên cứu, mục tiêu, tính cấp thiết cũng như phạm vi nghiên cứu của đề tài
Chương 2: Cơ sở lí thuyết
Trình bày các cơ sở lí thuyết của các linh kiện trong hệ thống liên quan đến đề tài
Chương 3: Thiết kế và xây dựng hệ thống giám sát độ mặn, độ đục và mực nước trong
hồ
Trình bày yêu cầu của hệ thống
Trình bày sơ đồ khối và chức năng từng khối, hoạt động của hệ thống Thiết kế tính tốn xây dựng phần cứng cho mỗi khối
Lưu đồ giải thuật và giải thích hoạt động của lưu đồ
Chương 4: Kết quả thực hiện
Trình bày những kết quả thực nghiệm, phần cứng và phần mềm, hệ thống hoàn chỉnh và đưa ra nhận xét kết quả
Chương 5: Kết luận và hướng phát triển
Trang 174
CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 GIỚI THIỆU MÁY TÍNH NHÚNG RASPBERRY PI 2.1.1 Giới thiệu chung
Raspberry Pi là chiếc máy tính kích thước nhỏ được tích hợp nhiều phần cứng mạnh mẽ đủ khả năng chạy hệ điều hành và cài đặt được nhiều ứng dụng trên nó
Raspberry pi chạy hệ điều hành Linux: 90% những thứ làm trên máy tình
Windows đều có thể thực hiện được trên Linux và quan trọng là tất cả đều miễn phí
Hình 2.1 Kit Raspberry pi 3
Raspberry pi có kích thước nhỏ tí hon: chỉ tương đương 1 chiếc thẻ ATM và
Trang 185
2.1.2 Phần cứng Raspberry Pi
Hình 2.2 Cấu tạo Raspberry Pi
Phần cứng Raspberry Pi bao gồm CPU, Khe cắm thẻ nhớ, Micro USB Power, Cổng DSI (Display Serial Interface), Cổng CSI (Camera Serial Interface), Cổng HDMI, Cổng kết nối Ethenet, Cổng USB, STEREO AUDIO và các chân GPIO
Trang 196
Từ phiên bản Raspberry Pi B+ trở đi đều có 40 chân pin GPIO (bố trí y hệt) , thiết kế có tính kế thừa
Mọi phiên bản Raspberry Pi đều sử dụng thẻ nhớ để khởi động và để cài hệ điều hành, có 1 cổng HDMI để hiển thị, cổng USB đều có nhưng số lượng cổng thì tuỳ phiên bản
Phiên bản mới nhất hiện tại là Raspberry Pi 3 Model B, tích hợp sẵn Wifi, bluetooth BLE tiết kiệm điện, CPU mạnh hơn
Thông số kĩ thuật
CPU lõi tứ tốc độ 1,2 GHz Broadcom BCM2837
RAM 1GB
BCM43438 LAN không dây và Bluetooth Low Energy (BLE)
Cổng Ethernet
GPIO mở rộng 40 chân
4 cổng USB 2
Đầu ra âm thanh nổi 4 cực và cổng video tổng hợp
HDMI kích thước đầy đủ
Cổng camera CSI để kết nối camera Raspberry Pi
Cổng hiển thị DSI để kết nối màn hình cảm ứng Raspberry Pi
Cổng Micro SD để tải hệ điều hành của bạn và lưu trữ dữ liệu
Nguồn 5V-2,5A
2.1.3 Hệ điều hành cho Raspberry Pi
Raspberry Pi chạy HĐH dựa trên nhân Linux Raspbian - một phiên bản dựa trên Debian đã được tối ưu cho phần cứng của Pi là HĐH được Quỹ Raspberry Pi đề nghị sử dụng
Ngồi ra Raspberry Pi có thể chạy được các hệ điều hành sau: Linux (Raspbian, Pidora, Archlinux), OpenElec & XBMC, RetroPie, RISC OS, Plan 9, Firefox OS, Android, Pipboy
Trang 207
2.2 Module HC-SR05 2.2.1 Tìm hiểu sóng siêu âm
Sóng siêu âm là loại song cao tần, con người không thể nhìn thấy được, nhưng chúng ta vân biết đến chúng qua tự nhiên Các loài động vật như dơi, cá heo, sự dụng sóng siêu âm để định vị các vật xung quanh chúng, nói các khác chúng dùng sóng siêu âm để xác định khoảng cách giữa các vật xung quah với chúng
Nhìn chung cách xác định khoảng cách bằng sóng siêu âm có 3 bước: Bước 1: vật chủ phát ra sóng siêu âm
Bước 2: sóng âm chạm đến vật cản và phản xạ lại
Bước 3: dự vào thời gian phản xạ, vận tốc của sóng, ta có thể tính ra khống cách
2.2.2 Nguyên lí hoạt động
Cảm biến siêu âm cũng dựa trên nguyên tắc này
Cảm biến siêu âm HC-SR05 được sử dụng để nhận biết khoảng cách từ vật thể đến cảm biến nhờ sóng siêu âm, cảm biến có thời gian phản hồi nhanh, độ chính xác cao, phù hợp cho các ứng dụng phát hiện vật cản, đo khoảng cách bằng sóng siêu âm Cảm biến siêu âm HC-SR05 có hai cách sử dụng là sử dụng cặp chân Echo / Trigger hoặc chỉ sử dụng 1 chân Out để phát và nhận tín hiệu, cảm biến được sử dụng phổ biến với vô số bộ thư viện và Code mẫu với Arduino
Trang 21
8
Thông số kỹ thuật:
Điện áp hoạt động: 5VDC
Dòng tiêu thụ: 10~40mA
Tín hiệu giao tiếp: TTL
Chân tín hiệu: Echo, Trigger (thường dùng) và Out (ít dùng)
Góc quét:<15 độ
Tần số phát sóng: 40Khz
Khoảng cách đo được: 2~450cm (khoảng cách xa nhất đạt được ở điều khiện lý tưởng với không gian trống và bề mặt vật thể bằng phẳng, trong điều kiện bình thường cảm biến cho kết quả chính xác nhất ở khoảng cách <100cm)
Sai số: 0.3cm (khoảng cách càng gần, bề mặt vật thể càng phẳng sai số càng nhỏ)
Kích thước: 43mm x 20mm x 17mm
Lưu ý: Góc quét của cảm biến được mở rộng theo hình nón nên cảm biến càng xa sẽ khơng chính xác, ngồi ra đối với các bề mặt không phẳng hoặc bề mặt bị cong, xiên cũng làm ảnh hưởng đến độ chính xác của cảm biến
Nguyên lí hoạt động:
SRF05 sử dụng nguyên lý phản xạ của sóng đề đo khoảng cách Khi muốn đo khoảng cách SRF05 sẽ phát ra một 8 xung với tốc độ 40Khz Sau đó nó sẽ chờ đợi xung phản xạ về Từ thời gian giữa xung đi và xung về ta có thể dễ dàng tính được khoảng cách từ SRF05 tới vật cản
Khi phát ra xung, và chờ xung phản xạ về, chân ECHO của SRF05 sẽ được kéo lên cao khi có xung phản xạ về chân ECHO sẽ được kéo xuống thấp, hoặc sau 30ms nếu khơng có xung phản xạ về
Cơng thức tính: L = (v*t)/2 (1) Với: L: khoảng cách từ cảm biến đến vật
Trang 229
Hình 2.5 Biểu đồ thời gian của SR05 Chức năng của các chân này như sau:
1 Vcc: cấp nguồn cho cảm biến
2 Trigger: kích hoạt q trình phát sóng âm Q trình kích hoạt khi một chu kì
điện cao / thấp diễn ra
3 Echo: bình thường sẽ ở trạng thái 0V, được kích hoạt lên 5V ngay khi có tín
hiệu trả về, sau đó trở về 0V
Trang 2310
2.3 MODULE ĐỒNG HỒ THỜI GIAN THỰC RTC DS3231
Hình 2.6 Module DS3231
Module Thời Gian Thực RTC DS3231 là đồng hồ thời gian thực, rất chính xác với thạch anh tích hợp sẵn có khả năng điều chỉnh nhiệt Có đầu vào cho pin riêng, tách biệt khỏi nguồn chính đảm bảo cho việc giữ thời gian chính xác Thạch anh tích hợp sẵn giúp tăng độ chính xác trong thời gian dài hoạt động và giảm số lượng linh kiện cần thiết khi làm board
Thời gian trong module được giữ ở dạng: giờ, phút, giây, ngày, thứ, tháng, năm Các tháng có ít hơn 31 ngày sẽ tự động được điều chỉnh, các năm Nhuận cũng được chỉnh đúng số ngày Thời gian có thể hoạt động ở chế độ 24h hoặc 12h am hoặc pm module cịn có chức năng báo động, có thể cài đặt 2 thời gian báo và lịch, có tín hiệu ra là xung vng Giao tiếp với module được thực hiện thông qua chuẩn I2C
Thông số module RTC DS3231
Size: dài 38mm, rộng 22mm, cao 14mm
Khối lượng 8g
Điện thế hoạt động 3.3 – 5.5V
Clock: high-precision clock on chip DS3231
Trang 2411
Cảm biến nhiệt trên IC có độ chính xác ± 3 ℃
I2C bus có tốc độ tối đa 400Khz
Kèm thêm pin sạc được CR2032
Kèm thêm memory IC AT24C32 (32k bits)
2.4 MODULE LCD
Màn hình LCD (Liquid Crystal Display) hay màn hình tinh thể lỏng được khá nhiều thiết bị điện tử sử dụng Màn hình cơng nghệ này dùng đèn nền để tạo ánh
sáng chứ không tự phát sáng được
LCD 20x4 gồm 4 hàng, mỗi hàng có 20 kí tự
Hình 2.7 LCD 20x4
Sơ đồ chân
LCD với 16 chân được chia làm 4 dạng tín hiệu:
Các chân cấp nguồn: chân số 1 là chân nối mass(0v), chân 2 là Vdd nối với nguồn +5v Chân thứ 3 dùng để chỉnh contrast và thường được nối với biến trở
Các chân điều khiển: chân số 4 là chân RS, dùng để điều khiển lựa chọn thanh ghi Chân R/W dùng để điều khiển quá trình đọc và ghi Chân E là chân cho phép ở dạng xung chốt
Các chân dữ liệu D7 đến D0: dùng để trao đổi dữ liệu giữa thiết bị điều khiển và LCD
Trang 2512
Các lệnh điều khiển
Lệnh xố màn hình “Clear Display”: khi thực hiện lệnh này thì LCD sẽ bị xố và bộ đếm địa chỉ được xoá về 0
Lệnh di chuyển con trỏ về đầu màn hình “Cursor Home”: khi thực hiện lệnh này thì bộ đếm địa chỉ đƣợc xoá về 0, phần hiển thị trở về vị trí gốc đã bị dịch trước đó Nội dung bộ nhớ RAM hiển thị DDRAM không bị thay đổi
Lệnh thiết lập lối vào “Entry mode set”: lệnh này dùng để thiết lập lối vào cho các kí tự hiển thị, bit ID = 1 thì con trỏ tự động tăng lên 1 mỗi khi có 1 byte dữ liệu ghi vào bộ hiển thị, khi ID = 0 thì con trỏ sẽ khơng tăng: dữ liệu mới sẽ ghi đè lên dữ liệu cũ Bit S = 1 thì cho phép dịch chuyển dữ liệu mỗi khi nhận 1 byte hiển thị
Lệnh điều khiển con trỏ hiển thị “Display Control”: lệnh này dùng để điều khiển con trỏ (cho hiển thị thì bit D = 1, tắt hiển thị thì bit D = 0), tắt mở con trỏ (mở con trỏ thì bit C = 1, tắt con trỏ thì bit C = 0), và nhấp nháy con trỏ (cho nhấp nháy thì bit B = 1, tắt thì bit B = 0)
Bảng 2.1 Chức năng các chân LCD
Stt Tên tín hiệu I/O Mơ tả
1 Vss Nguồn GND
2 Vdd Nguồn +5V
3 Vo Điện áp Ánh sáng nền
4 RS Input Register Select
5 R/W Input Read/Write 6 E Input Enable 7 D0 I/O Data LSB 8 D1 I/O Data 9 D2 I/O Data 10 D3 I/O Data 11 D4 I/O Data 12 D5 I/O Data 13 D6 I/O Data 14 D7 I/O Data MSB 15 A Input +5V 16 K Input GND
Trang 2613
không cho phép), hướng dịch chuyển(RL = 1 thì dịch phải, RL = 0 thì dịch trái) Nội dung bộ nhớ DDRAM vẫn không đổi
Lệnh thiết lập địa chỉ cho bộ nhớ RAM phát kí tự “Set CGRAM Addr”: lệnh này dùng để thiết lập địa chỉ cho bộ nhớ RAM phát kí tự
Lệnh thiết lập địa chỉ cho bộ nhớ RAM hiển thị “Set DDRAM Addr”: lệnh này dùng để thiết lập địa chỉ cho bộ nhớ RAM lưu trữ các dữ liệu hiển thị
Lệnh đọc dữ liệu LCD
Lệnh ghi dữ liệu LCD
2.5 MODULE UART-TDS-V1 2.5.1 Tìm hiểu về TDS
Chỉ số TDS là viết tắt của từ "Total Dissolved Solids" hay còn tạm dịch là "Tổng chất rắn hòa tan" hay bạn cũng có thể hiểu TDS là tổng lượng ion tích điện, bao gồm khống chất hoặc kim loại hịa tan trong một đơn vị thể tích nước (mg/ L), cũng được gọi là một phần một triệu ppm (1 mg/L = 1ppm)
Hàm lượng TDS sẽ liên quan trực tiếp đến độ tinh khiết của nước và chất lượng của hệ thống lọc nước Nó được định nghĩa là một chất ảnh hưởng đến sức khỏe con người, hay ảnh hưởng đến mọi thứ tiêu thụ, hấp thu nó
Giải thích ppm: ppm là viết tắt của cụm từ Parts Per Million hay còn gọi là các phần trên một triệu Ppm là tỉ lệ trọng lượng của bất kỳ ion nào đối với nước
Theo các quy định hiện hành của US EPA (Cơ quan bảo vệ môi trường Hoa Kỳ), WHO (Tổ chức y tế thế giới) và cả Việt Nam:
TDS < 5ppm: là nước tinh khiết, khơng có chất rắn hịa tan Nước này khơng bổ sung khống chất chỉ cung cấp nước sạch cho cơ thể khi chúng ta sử dụng. TDS > 5ppm: Là các loại nước có chất rắn hịa tan Chỉ số TDS cao khơng có
nghĩa nước đó có hại mà trịn thành phần các chất rắn đó có chất rắn được coi là có lợi hoặc có hại
Nước có TDS trong khoảng 170 ppm – 400 ppm được gọi là nước cứng chỉ được sử dụng trong sinh hoạt Độ cứng của nước được tính bằng tổng hàm lượng Mg2+ và Ca2+
2.5.2 Cách đo độ mặn qua độ dẫn điện
Trang 2714
cho thấy độ mặn sẽ cao Các loại máy đo độ dẫn điện cầm tay, tiện dụng, cịn gọi là ‘EC meter’ giống như trong hình có thể mua rất dễ dàng Máy đo độ mặn dùng nhiều đơn vị khác nhau, tuy nhiên, chỉ có một đơn vị tiêu chuẩn được quốc tế sử dụng: deci-Siemens cho mỗi meter hay viết tắt là dS/m
Khi lấy TDS đo được chia cho 640 sẽ ra đơn vị đo dẫn điện đơn vị mili-Siemens mỗi centi-mét (mS/cm) tương ứng với đơn vị độ mặn của nước
Mối liên hệ giữa các đơn vị đo lường: 1% =10ppt
1ppt =1000ppm 1ppm = 640ds/m Với :
Tỉ lệ phần tram (%): nước muối sinh lý có tên hóa học là Natri Clorid hay nước muối sinh lý natri clorid Dung dịch được pha chế theo tỷ lệ 0,9% Có nghĩa là 1 lít nước được pha với 9 gam muối tinh khiết
ppt: đơn vị đo ở dạng phần ngàn (ppt)
ppm: đã đề cập ở trên
Ds/m: đã đề cập ở trên
2.5.3 Tìm hiểu về Module UART-TDS-V1 Chức năng:
Module chuyển đổi tín hiệu TDS sang UART
Ứng dụng trong các thiết bị kiểm soát chất lượng nước, lọc nước
Thông số:
Điện áp làm việc: DC5V
Dải đo: 0-1000ppm (tương đương 0-0.1%)
Chuẩn UART TTL
Trang 2815
Hình 2.8 module TDS-UART-V1 Một số lệnh AT với Module
Bảng 2.2 Một số lệnh AT cơ bản có sử dụng
STT LỆNH AT CHƯC NĂNG TRẢ VỀ
1 AT\r\n Kiểm tra kết nối OK
Trang 2916
Bảng 2.3 Kiểu nước mặn và hàm lượng
Theo hình trên ta có thể thấy, độ mặn với hàm lượng từ 0.75ppt, tức từ 0.075% thì nước bắt đầu mặn hóa Với giới hạn đo của cảm biến(0-0.1%), ta vẫn có thể đo được mức độ mặn hóa của nước để phục vụ cho nơng nghiệp
Cơng thức tính độ mặn: d = a/640 (2) dm = (d*1000*0.7)/10000 (3) Trong đó: a: giá trị TDS trả về d: độ dẫn điện (mS/cm) dm: độ mặn(%) 2.6 CẢM BIẾN ĐỘ ĐỤC
Cảm biến độ đục phát hiện chất lượng nước bằng cách đo mức độ đục Nó sử dụng ánh sáng để phát hiện các hạt lơ lửng trong nước bằng cách truyền ánh sáng và đo tốc độ tán xạ, thay đổi với tổng lượng chất rắn lơ lửng TSS(Total suspended solids) trong nước Khi TSS tăng lên mức độ đục của nước cũng tăng lên
Cảm biến đo độ đục của nước đọc và xuất ra giá trị analog tương ứng với giá
trị của độ đục Độ đục này cần hiệu chỉnh về giá trị chuẩn thông qua biến trở để so sánh
Nguyên lí của mạch là thay vì đo điện áp trực tiếp ở các độ đục khác nhau, ta có
Trang 3017
Điện áp càng nhỏ thì độ đục của nước càng lớn
Cảm biến thường được dùng để đo chất lượng nước ở sông suối, ao hồ, đo nước thải các nguồn nước gần nhà máy hay khu công nghiệp
Hình 2.9 Cảm biến độ đục Thơng số kĩ thuật
Đầu vào: 3.3-5V (với mạch chống ngược)
Đầu ra: tương tự mặc định (có thể thiết lập đầu ra cao và thấp)
Dải đo độ đục: 0-1000 NTU
Analog Out : 0-4.5V
Cơng thức tính độ đục:
V=value*(5.0/32767) (4)
Trong đó:
V là hiệu điện thế( tương ứng với độ đục mà cảm biến xuất ra)
value: giá trị trả về của cảm biến qua ADC
5.0: điện áp sử dụng
Trang 3118
2.7 CẢM BIẾN MƯA
Cảm biến nước mưa (Rain Water Sensor ) được sử dụng để phát hiện mưa, nước hoặc các dung dịch dẫn điện tiếp xúc với bề mặt cảm biến sẽ phát ra tín hiệu để làm các ứng dụng tự động: phát hiện mưa, báo mực nước tự động,
Hình 2.10 Cảm biến mưa Kích thước tấm cảm biến mưa: 54 x 40mm
Kích thước board PCB: 30 x 16mm Điện áp: 5V
Đầu ra: đầu ra kỹ thuật số (0 và 1) và đầu ra tương tự điện áp A0 ; Lỗ cố định bu lông dễ dàng để cài đặt
Có đèn báo hiệu nguồn và đầu ra
Đầu ra TTL, tín hiệu đầu ra TTL có giá trị thấp Có thể điều khiển trực tiếp relay, buzzer, a small fan
Độ nhạy có thể được điều chỉnh thơng qua chiết áp
LED sáng lên khi không có mưa đầu ra cao, có mưa, đầu ra thấp LED tắt
Chế độ kết nối:
VCC: Nguồn GND: Đất
Trang 3219
2.8 CÁC CHUẨN TRUYỀN SỬ DỤNG TRONG ĐỀ TÀI 2.8.1 Chuẩn I2C
I2C là tên viết tắt của cụm từ tiếng anh “Inter-Integrated Circuit” Nó là một giao thức giao tiếp được phát triển bởi Philips Semiconductors để truyền dữ liệu giữa một bộ xử lý trung tâm với nhiều IC trên cùng một board mạch chỉ sử dụng hai đường truyền tín hiệu
Do tính đơn giản của nó nên loại giao thức này được sử dụng rộng rãi cho giao tiếp giữa vi điều khiển và mảng cảm biến, các thiết bị hiển thị, thiết bị IoT, EEPROMs, v.v …
Đây là một loại giao thức giao tiếp nối tiếp đồng bộ Nó có nghĩa là các bit dữ liệu được truyền từng bit một theo các khoảng thời gian đều đặn được thiết lập bởi một tín hiệu đồng hồ tham chiếu
Sau đây là một số đặc điểm quan trọng của giao thức giao tiếp I2C:
Chỉ cần có hai đường bus (dây) chung để điều khiển bất kỳ thiết bị / IC nào trên mạng I2C
Không cần thỏa thuận trước về tốc độ truyền dữ liệu như trong giao tiếp UART Vì vậy, tốc độ truyền dữ liệu có thể được điều chỉnh bất cứ khi nào cần thiết
Cơ chế đơn giản để xác thực dữ liệu được truyền
Sử dụng hệ thống địa chỉ 7 bit để xác định một thiết bị / IC cụ thể trên bus I2C Các mạng I2C dễ dàng mở rộng Các thiết bị mới có thể được kết nối đơn
giản với hai đường bus chung I2C
Trang 3320
Hình 2.11 Sơ đồ kết nối I2C
Thiết bị chủ tớ
Các thiết bị kết nối với bus I2C được phân loại hoặc là thiết bị Chủ (Master) hoặc là thiết bị Tớ (Slave) Ở bất cứ thời điểm nào thì chỉ có duy nhất một thiết bị Master ở trang thái hoạt động trên bus I2C Nó điều khiển đường tín hiệu đồng hồ SCL và quyết định hoạt động nào sẽ được thực hiện trên đường dữ liệu SDA
Tất cả các thiết bị đáp ứng các hướng dẫn từ thiết bị Master này đều là Slave Để phân biệt giữa nhiều thiết bị Slave được kết nối với cùng một bus I2C, mỗi thiết bị Slave được gán một địa chỉ vật lý 7-bit cố định
Khi một thiết bị Master muốn truyền dữ liệu đến hoặc nhận dữ liệu từ một thiết bị Slave, nó xác định địa chỉ thiết bị Slave cụ thể này trên đường SDA và sau đó tiến hành truyền dữ liệu Vì vậy, giao tiếp có hiệu quả diễn ra giữa thiết bị Master và một thiết bị Slave cụ thể
Trang 3421
Hình 2.12 Thiết bị chủ tớ
2.8.2 Chuẩn UART
UART có tên đầy đủ là Universal Asynchronous Receiver – Transmitter Nó là một mạch tích hợp được sử dụng trong việc truyền dẫn dữ liệu nối tiếp giữa máy tính và các thiết bị ngoại vi
UART có chức năng chính là truyền dữ liệu nối tiếp Trong UART, giao tiếp giữa hai thiết bị có thể được thực hiện theo hai phương thức là giao tiếp dữ liệu nối tiếp và giao tiếp dữ liệu song song
Trang 3522
Trong giao tiếp UART có các thơng số chính:
Baud rate (tốc độ baud ): Khoảng thời gian để 1 bit được truyền đi Phải được cài đặt giống nhau ở cả phần gửi và nhận
Frame (khung truyền): Khung truyền quy định về mỗi lần truyền bao nhiêu bit
Start bit: là bit đầu tiên được truyền trong 1 Frame Báo hiệu cho thiết bị nhận có một gói dữ liệu sắp đc truyền đến Đây là bit bắt buộc
Data: dữ liệu cần truyền Bit có trọng số nhỏ nhất LSB được truyền trước sau đó đến bit MSB
Parity bit: kiểm tra dữ liệu truyền có đúng không
Trang 3623
CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ VÀ XÂY DỰNG HỆ THỐNG 3.1 YÊU CẦU VÀ SƠ ĐỒ KHỐI HỆ THỐNG
3.1.1 Yêu cầu của hệ thống
Hệ thống có các chức năng sau:
Giám sát độ mặn, độ đục và mực nước trong hồ
Gửi cảnh báo khi các thông số của các cảm biến vượt ngưỡng
Nhận biết ngập lụt do thượng nguồn hay mưa qua cảm biến mưa
Có nút nhấn để điều chỉnh, cài đặt ngưỡng do người dùng chọn
Qua các dữ liệu được gửi về, hệ thống sẽ xử lí và hiển thị trên màn hình LCD giao diện Wed, người dùng có thể tùy ý điều chỉnh, cài đặt ngưỡng cảnh báo tùy theo đặc trưng của từng địa phương Dữ liệu được cập nhật liên tục để người dùng có thể giám sát và có biện pháp kịp thời và phù hợp khi nhận thấy độ mặn hóa, ngập lụt hay hạn hán
3.1.2 Sơ đồ khối và chức năng mỗi khối
Chức năng từng khối:
Khối xử lý trung tâm: Nhận dữ liệu từ các cảm biến, xử lí và gửi cho các
thiết bị hiển thị LCD, Web
Khối thời gian thực: Cập nhật thời gian hiện tại, gửi đến khối xử lí trung tâm
để hiển thị LCD
Khối cảm biến đo mực nước: Đọc dữ liệu từ cảm biến siêu âm và gửi về khối
xử lí trung tâm để hiển thị
Khối cảm biến độ đục: Đọc dữ liệu từ cảm biến đo độ đục và gửi về khối xử
lí trung tâm để hiển thị
Khối cảm biến độ mặn: Đọc dữ liệu từ cảm biến đo độ mặn và gửi về khối
xử lí trung tâm để hiển thị
Khối cảm biến mưa: Đọc dữ liệu từ cảm biến mưa và gửi về khối xử lí trung
tâm để xử lí
Khối Web server: Lưu trữ và hiển thị dự liệu từ khối trung tâm
Khối Wifi: Phương thức truyền dữ liệu lên khối Web server
Trang 3724
Hình 3.1 Sơ đồ khối của hệ thống
3.1.3 Hoạt động của hệ thống
Khi hệ thống được cấp nguồn, các khối cảm biến gồm khối thời gian thực, khối cảm biến độ mặn, khối cảm biến độ đục, khối cảm biến đo mực nước sẽ gửi dữ liệu đến khối xử lí trung tâm Khối này sẽ so sánh số liệu nhận được với số liệu được người dùng cài đặt sẵn, để hiển thị cảnh báo hoặc hiện thị dữ liệu lên Web và LCD
Các khối hiển thị bao gồm Web và LCD sẽ lưu trữ và hiện thị số liệu được gửi đến Người dùng đăng nhập vào thingspeak qua tài khoản để theo dõi và giám sát số liệu được gửi về Dữ liệu hiển thị trực quan dưới dạng đồ thị có thể tùy chỉnh, biểu đồ với sự phân biệt theo màu sắc được thiết lập từ trước
Người dùng có thể thay đổi cài đặt trực tiếp bằng nút nhấn trên phần cứng của hệ thống
Trang 3825
3.2 THIẾT KẾ HỆ THỐNG PHẦN CỨNG 3.2.1 Khối thời gian thực
Với thị trường hiện nay, có rất nhiều loại module về thời gian thực như DS1302, DS1307, DS3231,… chúng khá giống nhau về chức năng và thiết kế
Với nhiều tính năng phù hợp với thiết kế của hệ thống, nhóm chúng em đã chon module DS3231 cho hệ thống
DS3231 là IC thời gian thực giá rẻ, rất chinh xác với thạch anh tich hợp sẵn có khả năng điêu chỉnh nhiệt IC có đầu vào cho pin riêng, tách biệt khỏi nguồn chinh đảm bảo cho việc giữ thời gian chinh xác
Chân SCL của module DS3231 nối với chân SCL của Raspberry pi 3(U1)
Chân SDA của module DS3231 nối với chân SDA của Raspberry pi 3(U1) Kết nối Raspberry Pi với DS3231 được thể hiện như hình 3.2
Hình 3.2 Kết nối Raspberry Pi với DS3231
3.2.2 Khối cảm biến đo mực nước
Cảm biến chuyên dụng để đo mực nước trên thị trường khơng có nhiều Nên nhóm đã dùng cảm biến siêu âm SRF05 để đo mực nước bằng cách đo khoảng cách tới mặt nước để biết được mực nước hiện tại
Với giá thành thấp, hoạt động ổn định và vì u cầu của hệ thống khơng cần độ chính xác cao nên nhóm đã dùng cảm biến này
Chân Trig của cảm biến SRF05 nối với chân 23 của raspberry pi 3(U1)
Chân Echo của cảm biến SRF05 nối với chân 24 của raspberry pi 3(U1) Sơ đồ kết nối SRF05 với Raspberry pi 3 được thể hiện theo hình 3.3
Trang 3926
Hình 3.3 Sơ đồ kết nối SRF05 với Raspberry pi 3
Công thức tính: L = (v*t)/2 (1)
Với: L: khoảng cách từ cảm biến đến vật
v: vận tốc sóng siêu âm trong khơng khí( 242 m/s) t: thời gian từ lúc phát đến lúc thu
3.2.3 Khối cảm biến mưa
Trên thị trường hiện nay có nhiều loại cảm biến mưa với nhiều giá thành khác nhau, vì yêu cầu của hệ thống đơn giản chỉ cằn phát hiện mưa nên nhóm đã chọn mua loại cảm biến với giá thành khá rẻ nhưng vẫn đáp ứng được yêu cầu của hệ thống
- Chân D0 của cảm biến được nối với chân số 6 của Rasperry pi 3(U1)
Khi cảm biến khô ráo (trời không mưa),
chân D0 của module cảm biến mưa sẽ được
giữ ở mức cao (5V-12V) Khi có nước trên bề mặt cảm biến (trời mưa), đèn LED màu đỏ sẽ sáng lên, chân D0 được kéo xuống thấp (0V)
Sơ đồ kết nối cảm biến mưa với Raspberry pi 3 được thể hiện như hình 3.4
Hình 3.4 Sơ đồ kết nối cảm biến mưa với Raspberry pi 3
3.2.4 Khối hiển thị
Để hiện thị thông tin từ khối trung tâm sau khi xử lí, chúng ta có nhiều cách như: led 7 đoạn, màn hình LCD, màn hình led,…
Trang 4027
Kết nối LCD cấu trúc dạng 4 bits với vi điều khiển, ở dạng này, ta sử dụng 4 chân từ D3 đến D7 nối với chân 12,16.20,21 của vi điều khiển để xuất dữ liệu, chân RS và E của LCD được nối với chân 23.7 của raspberry pi nhằm tạo tín hiệu điều khiển xuất dữ liệu ra màn hình LCD
Nối chân R/W với logic “0” để LCD hoạt động ở chế độ ghi Cấp nguồn vào chân VSS và VDD của LCD, ở chân VEE, ta kết nối với biến trở 10KΩ để điều chỉnh độ tương phản của màn hình
Sơ đồ kết nối LCD với Raspberry pi 3 được thể hiện theo hình 3.5
Hình 3.5: Sơ đồ kết nối LCD với Raspberry pi 3
3.2.5 Khối cảm biến độ đục và ADC
Cảm biến đo độ đục của nước đọc và xuất ra giá trị analog tương ứng với
giá trị của độ đục Vì vậy ta cần thêm một module ADC để chuyển đổi giá trị tương tự sang giá trị số
Sơ đồ kết nối như sau: