(Kèm CODE và PCB) Thiết kế hệ thống trồng hoa trong nhà kính thông minh sử dụng Arduino Nano

Đồ án thiết kế môn học Đồ án vi điều khiển ứng dụng chip xử lí Arduino Nano có kèm file mạch in và đồ linh kiện cho dự án Liên hệ: levanthachkksgmail.com Chuyên ngành Điện tự động công nghiệp chuyên nghiên cứu và phát triển, pháttriển các hệ thống tự động và điều khiển của các dây chuyền sản xuất công nghiệp. Tự động hóa mạnh mẽ để kiểm soát nhanh chóng, chính xác các dây chuyền sản xuất phức tạp, chính xác và khuôn mẫu. Trong xu thế hội nhập toàn cầu, đất nước ta đang bước vào giai đoạn công nghiệp hóa, hiện đại hóa, bất kỳ ngành nghề kỹ thuật nào cũng cần đến tự động hóa. Có thể hiểu, Tự động hóa công nghiệp là chuyên ngành nghiên cứu, thiết kế,vận hành các hệ thống tự động, dây chuyền sản xuất tự động trong các nhà máy (xi măng, sắt thép, nước giải khát, dược phẩm…); thiết kế, điều khiển và chế tạo robot; quản lý sản phẩm tại các công ty trong và ngoài nước kinh doanh thiết bị điện tử tự động. Chúng em là sinh viên trường Đại Học Hàng Hải Việt Nam, được sự giúp đỡ tận tình của các cô cô Khoa Điện – Điện Tử nói riêng và của trường Đại Học Hàng Hải nói chung, chúng em đã hoàn thành Học phần Đồ án 2 mà cô giao. 2. Mục đích nghiên cứu của đề tài Ngày nay khoa học công nghệ ngày càng phát triển, vi điều khiển AVR và vi điều khiển PIC ngày càng thông dụng và hoàn thiện hơn. Nhưng có thể nói sự xuất hiện của Arduino vào năm 2005 tại Italia đã mở ra một hướng đi mới cho vi điều khiển. Sự xuất hiện của Arduino đã hỗ trợ cho con người rất nhiều trong lập trình và thiết kế, nhất là đối với những người mới bắt đầu tìm tòi về vi điều khiển mà không có quá nhiều kiến thức, hiểu biết sâu sắc về vật lý và điện tử. Phần cứng của thiết bị đã được tích hợp nhiều chức năng cơ bản và là mã nguồn mở. Ngôn ngữ lập trình trên nền Java lại vô cùng dễ sử dụng tương thích với ngôn ngữ CC++ và hệ thống thư viện rất phong phú và được chia sẻ miễn phí. Chính vì những lý do như vậy nên Arduino hiện đang dần phổ biến và được phát triển ngày càng mạnh mẽ trên toàn thế giới... 3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu đề tài Đối tượng nghiên cứu là một hệ thống trồng hoa tự động được xây dựng với trung tâm là Arduino Nano CH340 (một trong các loại Board Arduino), chi phí thấp, thiết kế đơn giản, có ứng dụng rộng rải từ mô hình nhỏ đơn giản đến mô hình lớn phức tạp. 4. Phương pháp nghiên cứu khoa học Để nắm rõ, cũng như thiết kế, mô phỏng được đề tài này thực tế cần thực hiện: Nghiên cứu về vi điều khiển Arduino và các thiết bị cảm biến thông minh liên kết với nhau tạo thành một hệ điều khiển quá trình. Nghiên cứu thực tiễn: Tiến hành lựa chọn và nghiên cứu thiết bị, lắp đặt hệ thống, sử dụng phầm mềm để lập trình điều khiển hệ thống. 5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn Góp phần nâng cao nhận thức về tầm quan trọng và ứng dụng của công nghệ tự động hóa trong công nghiệp. Đồng thời góp phần làm nền tảng xây dựng kiến thức cho công tác học tập và làm việc cho sinh viên hôm nay và sau khi ra trường để bước vào môi trường làm việc thực tế bên ngoài.   CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC HÀNG HẢI VIỆT NAM

KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

BỘ MÔN ĐIỆN TỰ ĐỘNG CÔNG NGHIỆP

==========o0o==========

BÁO CÁO

ĐỒ ÁN 2 Mã: 13322 Học kỳ: 1 – Năm học: 2023 – 2024

Đề tài: Thiết kế hệ thống trồng hoa thông

minh trong nhà kính

Ngành Kỹ thuật điều khiển và tự động hóa Chuyên ngành Điện tự động công nghiệp

HẢI PHÒNG – 12/2023

TRƯỜNG ĐẠI HỌC HÀNG HẢI VIỆT NAM

KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

BỘ MÔN ĐIỆN TỰ ĐỘNG CÔNG NGHIỆP

==========o0o==========

BÁO CÁO

ĐỒ ÁN 2 Mã: 13322 Học kỳ: 1 – Năm học: 2023 – 2024

Đề tài: Thiết kế hệ thống trồng hoa thông

minh trong nhà kính

Ngành Kỹ thuật điều khiển và tự động hóa Chuyên ngành Điện tự động công nghiệp

Giảng viên hướng dẫn: Th.S Phạm Thị Hồng Anh

HẢI PHÒNG – 12/2023

ĐỀ TÀI ĐỒ ÁN 2

THIẾT KẾ HỆ THỐNG TRỒNG HOA THÔNG MINH TRONG NHÀ KÍNH

Giáo viên hướng dẫn

Ký và ghi rõ họ tên

LỜI CẢM ƠN

Trước hết, chúng em chân thành cảm ơn các thầy cô và cán bộ của Khoa Điện – Điện

Tử trường Đại Học Hàng Hải Việt Nam đã tạo điều kiện thuận lợi cho em trong suốt quátrình học

Em xin chân thành cảm ơn tất cả quý thầy cô đã nhiệt tình giảng dạy chuyên ngànhĐiện tự động công nghiệp

Em cũng hết lòng biết ơn sự quan tâm và ủng hộ của gia đình và bạn bè Đó chính lànguồn động viên tinh thần rất lớn để tôi theo đuổi và hoàn thành đồ án 2 này Đặc biệt, em

vô cùng tri ân sự hướng dẫn tận tình và theo dõi sát sao đầy tinh thần trách nhiệm cùng lòngthương mến của cô Phạm Thị Hồng Anh trong suốt quá trình em thực hiện Báo cáo Đồ án

2

Cuối cùng em muốn gửi lời cảm ơn đến toàn bộ quý thầy cô của khoa Điện – Điện

Tử trường Đại Học Hàng Hải Việt Nam , những người có vai trò rất lớn trong suốt quá trình

em theo học

Trong quá trình thực hiện đồ án nhận thấy chúng em đã cố gắng hết sức nhưng vìkiến thức vẫn còn hẹn hẹp nên vẫn còn nhiều thiếu sót, mong thầy cô bổ sung để Báo cáo

Đồ án 2 được hoàn thiện hơn

Chúng em xin chân thành cảm ơn quý Thầy/Cô!

Sinh viên thực hiện (Tất cả các SV)

Ký và ghi rõ họ tên

MỤC LỤC MỤC LỤC

DANH MỤC HÌNH VẼ 7

DANH MỤC BẢNG 8

LỜI NÓI ĐẦU 9

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI 11

1.1 Kỹ thuật trồng hoa trong nhà kính truyền thống 11

1.1.1 Ưu điểm 11

1.1.2 Nhược điểm 11

1.2 Kỹ thuật trồng hoa trong nhà kính thông minh 11

1.2.1 Quy trình trồng hoa nhà kính 12

1.2.2 Ưu điểm 15

1.2.3 Nhược điểm 15

1.2.4 Phương án đề xuất 15

CHƯƠNG 2 CÁC THIẾT BỊ SỬ DỤNG TRONG MÔ HÌNH 16

2.1 Yêu cầu của hệ thống trồng hoa thông minh 16

2.1.1 Giám sát và điều khiển nhiệt độ trong nhà kính 16

2.1.2 Giám sát và điều khiển độ ẩm của đất 16

2.1.3 Giám sát và điều khiển ánh sáng trong nhà: Dùng ánh sáng tự nhiên và nhân tạo 16

2.2 Arduino Nano CH340 16

2.3 Các thông số cơ bản của Arduino NANO CH340 17

2.4 Cảm biến độ ẩm đất và module chuyển đổi 18

2.4.1 Cảm biến độ ẩm đất 19

2.4.2 Module chuyển đổi 19

2.5 Cảm biến nhiệt độ, độ ẩm không khí DHT11 21

2.6 Module cảm biến ánh sáng 24

2.7 Module relay 5VDC 4 kênh High/Low 25

2.8 Module màn hình LCD2004 26

2.9 Module IC thời gian thực RTC DS3231 27

2.10 Bàn phím ma trận 3x4 28

2.11 Một số thiết bị, dụng cụ khác: 29

CHƯƠNG 3 THIẾT KẾ HỆ THỐNG 30

3.1 Giới thiệu phần mềm Arduino IDE và lập trình cho arduino 30

3.2 Tiến hành viết code chương trình và thử nghiệm các thiết bị đã chọn 30

3.2.1 Tìm và cài đặt thư viện (Library) của các module cảm biến trước khi viết code 31

3.2.2 Viết code chương trình cho Arduino 32

3.2.3 Thử nghiệm hệ thống 33

3.3 Thiết kế mạch 36

3.4 Nhận xét 38

3.5 Kết luận 38

TÀI LIỆU THAM KHẢO 39

KẾT LUẬN 40

PHỤ LỤC 41

SUMMARY OF THE PROJECT 46

DANH MỤC HÌNH V

Hình 1.1 Kỹ thuật trồng hoa trong nhà kính truyền thống 11

Hình 1.2 Trồng dâu tây thủy canh trong nhà kính 13

Hình 1.3 Trồng hoa màu theo phương pháp thủy canh trong nhà kính 14

Hình 1.4 Hệ thống tưới hoa tự động trong nhà kính bằng cách phun sương 15

Hình 2.1 Hình dạng bên ngoài Arduino Nano CH340 17

Hình 2.2 Cảm biến độ ẩm đất 19

Hình 2.3 Module chuyển đổi 19

Hình 2.4 Sơ đồ kết nối 20

Hình 2.5 Cảm biến nhiệt độ, độ ẩm DHT11 21

Hình 2.6 Kết nối DHT11 với vi điều khiển 22

Hình 2.7 Quá trình truyền nhận tín hiệu DHT11 với VĐK 22

Hình 2.8 VĐK gửi tín hiệu đến DHT11 (màu đen) 23

Hình 2.9 Dữ liệu phản hồi bit “0” 23

Hình 2.10 Dữ liệu phản hồi bit “1” 24

Hình 2.11 Module cảm biến ánh sáng 24

Hình 2.12 Module relay 4 kênh 25

Hình 2.13 Module màn hình LCD2004 26

Hình 2.14 Module IC thời gian thực DS3231 27

Hình 2.15 Module phím ma trận 3x4 và cấu tạo kết nối bên trong 28

Hình 3.1 Giao diện phần mềm Arduino IDE 30

Hình 3.2 Danh sách thư viện các module trong Arduino IDE 31

Hình 3.3 Cài đặt thư viện DHT sensor library cho cảm biến DHT11 31

Hình 3.4 Cài đặt thư viện RTClib cho module RTC DS3231 32

Hình 3.5 Cài đặt thư viện Keypad cho bàn phím ma trận 3x4 32

Hình 3.6 Sơ đồ kết nối 34

Hình 3.7 Chọn bảng mạch, vi xử lý và cổng kết nối 35

Hình 3.8 Kết quả thử nghiệm 36

Hình 3.9 Sơ đồ mạch 3D trên Altium 36

Hình 3.10 Lớp Top/Bottom của PCB (mặt trên và mặt dưới) 37

Hình 3.11 Mô hình thực sau khi đã lắp ráp 38

DANH MỤC BẢNG

Bảng 2.1 Chức năng các chân của Arduino 18 Bảng 2.2 Chân ICSP 18 Bảng 2.3 Mô tả pin trên module 20

LỜI NÓI ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài

Chuyên ngành Điện tự động công nghiệp chuyên nghiên cứu và phát triển,pháttriển các hệ thống tự động và điều khiển của các dây chuyền sản xuất công nghiệp

Tự động hóa mạnh mẽ để kiểm soát nhanh chóng, chính xác các dây chuyền sản xuấtphức tạp, chính xác và khuôn mẫu Trong xu thế hội nhập toàn cầu, đất nước

ta đang bước vào giai đoạn công nghiệp hóa, hiện đại hóa, bất kỳ ngành nghề kỹthuật nào cũng cần đến tự động hóa Có thể hiểu, Tự động hóa công nghiệp làchuyên ngành nghiên cứu, thiết kế,vận hành các hệ thống tự động, dây chuyền sảnxuất tự động trong các nhà máy (xi măng, sắt thép, nước giải khát, dược phẩm…);thiết kế, điều khiển và chế tạo robot; quản lý sản phẩm tại các công ty trong vàngoài nước kinh doanh thiết bị điện tử tự động Chúng em là sinh viên trường ĐạiHọc Hàng Hải Việt Nam, được sự giúp đỡ tận tình của các cô cô Khoa Điện –Điện Tử nói riêng và của trường Đại Học Hàng Hải nói chung, chúng em đã hoànthành Học phần Đồ án 2 mà cô giao

2 Mục đích nghiên cứu của đề tài

Ngày nay khoa học công nghệ ngày càng phát triển, vi điều khiển AVR và vi điềukhiển PIC ngày càng thông dụng và hoàn thiện hơn Nhưng có thể nói sự xuất hiện củaArduino vào năm 2005 tại Italia đã mở ra một hướng đi mới cho vi điều khiển Sự xuấthiện của Arduino đã hỗ trợ cho con người rất nhiều trong lập trình và thiết kế, nhất là đốivới những người mới bắt đầu tìm tòi về vi điều khiển mà không có quá nhiều kiến thức,hiểu biết sâu sắc về vật lý và điện tử Phần cứng của thiết bị đã được tích hợp nhiều chứcnăng cơ bản và là mã nguồn mở Ngôn ngữ lập trình trên nền Java lại vô cùng dễ sửdụng tương thích với ngôn ngữ C/C++ và hệ thống thư viện rất phong phú và được chia

sẻ miễn phí Chính vì những lý do như vậy nên Arduino hiện đang dần phổ biến và đượcphát triển ngày càng mạnh mẽ trên toàn thế giới

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu đề tài

Đối tượng nghiên cứu là một hệ thống trồng hoa tự động được xây dựng vớitrung tâm là Arduino Nano CH340 (một trong các loại Board Arduino), chi phí thấp,thiết kế đơn giản, có ứng dụng rộng rải từ mô hình nhỏ đơn giản đến mô hình lớn phứctạp.

4 Phương pháp nghiên cứu khoa học

Để nắm rõ, cũng như thiết kế, mô phỏng được đề tài này thực tế cần thực hiện:

- Nghiên cứu về vi điều khiển Arduino và các thiết bị cảm biến thông minh liên kếtvới nhau tạo thành một hệ điều khiển quá trình

- Nghiên cứu thực tiễn: Tiến hành lựa chọn và nghiên cứu thiết bị, lắp đặt hệ thống,

sử dụng phầm mềm để lập trình điều khiển hệ thống

5 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn

Góp phần nâng cao nhận thức về tầm quan trọng và ứng dụng của công nghệ tựđộng hóa trong công nghiệp Đồng thời góp phần làm nền tảng xây dựng kiến thức cho côngtác học tập và làm việc cho sinh viên hôm nay và sau khi ra trường để bước vào môi trườnglàm việc thực tế bên ngoài

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI 1.1 Kỹ thuật trồng hoa trong nhà kính truyền thống

Hệ thống trồng hoa trước dây phụ thuộc hoàn toàn thời tiết, không kiểm soát đượcthời điểm hoa nở Với sự phát triển của khoa học kỹ thuật và công nghệ người ta đã kiểmsoát được thời gian hoa nở, nhưng tất cả các công đoạn đó đều được làm bằng tay và theokinh nghiệm của nhà sản xuất

Hình 1.1 Kỹ thuật trồng hoa trong nhà kính truyền thống

- Giám sát tốt sự phát triển của hoa

- Sớm phát hiện được những thay đổi bất thường như sâu bệnh…

- Chi phí thấp

- Khó kiểm soát được lượng nước tưới, tưới ít hoa sẽ thiếu nước chậm phát triển, quá nhiềunước sẽ làm úng rễ, tạo điều kiện cho môi trường nấm, vi khuẩn phát triển làm chết cây

- Giảm thời gian cây trồng nhận được mức cường độ sáng tối ưu

- Với một số cây trồng yêu cầu nhiệt độ ngày đêm khác nhau sẽ rất mất công thay đổi nhiệt

độ vào sáng sớm và chiều tối

1.2 Kỹ thuật trồng hoa trong nhà kính thông minh

Để khắc phục những nhược điểm trên thì hệ thống trồng hoa trong nhà kính thông minh đã

ra đời, khắc phục được những nhược điểm của kỹ thuật trồng hoa truyền thống

Trồng rau sạch trong nhà kính là một trong những giải pháp đưa rau sạch đến với người tiêudùng, đồng thời nâng cao hiệu quả kinh tế của ngành nông nghiệp Hiện nay, mô hình trồngrau sạch trong nhà kính được rất nhiều hộ nông dân áp dụng Nguyên nhân được cho là do

nó có thể hạn chế sâu bệnh có hại, lại tránh được tình trạng dập nát do mưa bão

Nhằm bảo vệ tối ưu sức khỏe cho người sử dụng, mô hình trồng rau hữu cơ sạch trong nhàkính đang được ứng dụng ngày càng nhiều trong thực tế

Các loại rau phát triển tốt khi trồng trong nhà kính

Các kiểu nhà kính trồng rau phổ biến nhất hiện nay

Nhà kính trồng rau thủy canh

Đây là phương pháp tối ưu mang lại hiệu quả và năng suất cao cho cây trồng so với khitrồng ở điều kiện thường

Những dạng nhà kính trồng rau thủy canh phổ biến như:

– Nhà kính công nghệ cao: so với mặt đất tường cao 4m, mái cao 8m Có đầy đủ hệ thốnglàm mát, làm ẩm và lưu thông gió tự động

– Nhà kính công nghệ trung bình: tường cao 4m và có quạt gió

– Nhà kính công nghệ thấp: tường cao dưới 3m, hạn chế về hệ thống kiểm soát và lưu thônggió

Hình 1.2 Trồng dâu tây thủy canh trong nhà kính

Nhà kính trồng rau mầm

Rau mầm là loại rau cho ra nâng suất cao, đặc biệt là trong điều kiện của nhà kính Tuynhiên nếu trồng trong nhà kính công nghệ thấp thì nâng suất thường không quá nhiều Vì thếmẫu nhà kính rau mầm được phát triển lên, giúp rau mầm đạt năng suất tối đa

Màng phủ: sử dụng màng phủ chuyên dụng để tránh mưa gió và ánh nắng mặt trời

Hệ thống làm mát: cần đảm bảo hệ thống tưới nước hoạt động tốt, tưới theo dạng nhỏ giọt.

Hệ thống chiếu sáng: sử dụng bóng đèn thay vì sử dụng trực tiếp ánh nắng mặt trời

Hình 1.3 Trồng hoa màu theo phương pháp thủy canh trong nhà kính

Thi công nhà kính

Bước 1: Lắp đặt vườn Chọn nơi gần nguồn nước và bằng phẳng để dựng mô hình

Bước 2: Dựng khung vòm nhà lưới Xây dựng đủ 7 vòm

Bước 3: Cố định các khung cửa và đường ống Đường ống dọc nối lên trên nóc, đường ốngchéo và ngang lắp đặt bên hông mô hình Sau đó cố định 2 đầu để dễ dàng di chuyển

Bước 4: Lắp đặt hệ thống gió và các mang phủ

Bước 5: Kiểm tra toàn bộ và hoàn thiện nhà kính

Quy trình trồng rau sạch trong nhà kính chuẩn

Trồng rau trong nhà kính

Để rau phát triển tốt, đất đóng vai trò vô cùng quan trọng Nên chọn đất có độ tơi, xốp, mềmmịn Đồng thời có thể sử dụng thuốc tiêu diệt mầm bệnh để tránh tình trạng sinh vật có hạiphát triển trong đất

Trồng rau: chọn giống cây, lưu ý đảm bảo làm đúng kỹ thuật để tránh sâu bệnh

Những sai lầm cần tránh khi xây dựng mô hình trồng rau trong nhà kính

Không cung cấp đủ ánh sáng cho cây

Hình 1.4 Hệ thống tưới hoa tự động trong nhà kính bằng cách phun sương

CHƯƠNG 2 CÁC THIẾT BỊ SỬ DỤNG TRONG MÔ HÌNH

Từ những tồn tại trong hệ thống trồng hoa truyền thống, chúng em sẽ thiết kế hệthống trồng hoa thông minh với các yêu cầu như sau:

2.1 Yêu cầu của hệ thống trồng hoa thông minh

Nhiệt độ ngoài môi trường luôn thay đổi theo ngày đêm, đặc biệt vào mùa hè nhiệt độ

có thể tăng cao, nếu trồng hoa trong nhà kính nhiệt độ trong nhà kính sẽ tăng lên rất cao,ảnh hưởng tới khả năng sinh trưởng của hoa Do đó nhiệt độ trong nhà kính phải luôn ở mứcđảm bảo sự sinh trưởng cho hoa

Không chỉ hoa, mà bất kì cây trồng nào đều rất cần nước Môi trường đất mà cây sinhsống luôn phải có nước, ít quá cây sẽ kéo và sinh trưởng kém, nhưng cũng không đượcnhiều quá sẽ dẫn đến cây bị úng, gây thối rễ rồi chết

nhân tạo

Cường độ ánh sáng cũng ảnh hưởng rất nhiều tới khả năng phát triển của hoa Nếuánh sáng quá mạnh chúng sẽ bị thiêu đốt và héo úa Còn ánh sáng không đủ mạnh hoa sẽkhông thể phát triển chậm do không tổng hợp đủ dinh dưỡng từ quá trình quang hợp

Ngoài ra với một số loài hoa cần được nhận ánh sáng trong thời gian đủ dài mới cóthể cho năng suất tối đa, do đó cần tính thêm việc chiếu sáng cho hoa vào ban đêm

Dựa theo các yêu cầu của hệ thống trồng hoa, chúng em xây dựng hệ thống điềukhiển, có rất nhiều phương pháp điều khiển khác nhau: dùng PLC, vi điều khiển Với mụctiêu chi phí thấp, hệ thống nhỏ gọn, chúng em chọn vi điều khiển dùng Arudino

2.2 Arduino Nano CH340

Arduino NANO CH340 là một trong những mạch Arduino được sử dụng phổ biến,với chi phí rẻ, nhỏ gọn nhưng vẫn đảm bảo đầy đủ chức năng như các board Arduino khác

Hình 2.5 Hình dạng bên ngoài Arduino Nano CH340

Arduino Nano có chức năng tương tự như Arduino Duemilanove nhưng khác nhau vềdạng mạch Nano được tích hợp vi điều khiển ATmega328P, giống như Arduino UNO Sựkhác biệt chính giữa chúng là bảng UNO có dạng PDIP (Plastic Dual-In-line Package) với

30 chân còn Nano có sẵn trong TQFP (plastic quad flat pack) với 32 chân Trong khi UNO

có 6 cổng ADC thì Nano có 8 cổng ADC Bảng Nano không có giắc nguồn DC như các bomạch Arduino khác, mà thay vào đó có cổng mini-USB Cổng này được sử dụng cho cảviệc lập trình và bộ giám sát nối tiếp Tính năng hấp dẫn của arduino Nano là nó sẽ chọncông suất lớn nhất với hiệu điện thế của nó

2.3 Các thông số cơ bản của Arduino NANO CH340

 IC chính: ATmega328P, cấu trúc AVR

 IC nạp và giao tiếp UART: CH340

 Điện áp hoạt động: 5V - DC

 Điện áp đầu vào khuyên dùng: 7-12VDC

 Số chân Digital I/O: 22

 Dòng tối đa trên mỗi chân I/O: 40mA

1 D0/RX I/O Ngõ vào/ra số; chân RX nhận dữ liệu

2 D1/TX I/O Ngõ vào/ra số; chân TX truyền dữ liệu

ra/vào Đầu ra 5V từ board hoặc vào 5V từ nguồnngoài

28 RST Đầu vào Chân đặt lại, hoạt động ở mức thấp

Bảng 2.2 Chân ICSP

Tên pin Arduino Nano

GND Nguồn Chân nối đất

2.4 Cảm biến độ ẩm đất và module chuyển đổi

Hình 2.6 Cảm biến độ ẩm đất

Hai đầu đo của cảm biến được cắm vào đất để phát hiện độ ẩm Dùng dây nối giữacảm biến và module chuyển đổi Thông tin về độ ẩm đất sẽ được đọc về và gửi tới modulechuyển đổi

Hình 2.7 Module chuyển đổi

Module chuyển đổi có cấu tạo chính gồm một IC so sánh LM393, một biến trở, 4điện trở dán 100 Ohm và 2 tụ dán Biến trở có chức năng định ngưỡng so sánh với tín hiệu

độ ẩm đất đọc về từ cảm biến

Hình 2.8 Sơ đồ kết nối

Đặc điểm:

 Điện áp hoạt động: 3.3V-5V

 Kích thước PCB: 3cm × 1.6cm

 Led báo hiệu:

- Led xanh PWR báo nguồn

- Led xanh D0 báo mức độ ẩm ở pin DO

Mô tả các pin trên module

Bảng 2.3 Mô tả pin trên module

VCC 3,3V-5VGND GND

DO Đầu ra tín hiệu số (0 và 1)

AO Đầu ra Analog (tín hiệu tương tự)

Nguyên lý hoạt động của cảm biến độ ẩm

Khi module cảm biến độ ẩm phát hiện, khi đó sẽ có sự thay đổi điện áp ngay tại đầu

vào của ic LM393 Ic này nhận biết có sự thay đổi nó sẽ đưa ra một tín hiệu 0V để báo hiệu.

và thay đổi như thế nào sẽ được tính toán để đọc độ ẩm đất

+ Cảm biến độ ẩm đất rất nhạy với độ ẩm môi trường xung quanh, thường được sử dụng đểphát hiện độ ẩm của đất.

+ Khi độ ẩm đất vượt quá giá trị được thiết lập, ngõ ra của module D0 ở mức giá trị là 0V

+ Ngõ ra D0 có thể được kết nối trực tiếp với vi điều khiển như (Arduino,PIC,AVR,STM),

để phát hiện cao và thấp, và do đó để phát hiện độ ẩm của đất

+ Đầu ra Analog AO có thể được kết nối với bộ chuyển đổi ADC, có thể nhận được các giátrị chính xác hơn độ ẩm của đất

2.5 Cảm biến nhiệt độ, độ ẩm không khí DHT11

Giao tiếp với Vi điều khiển

Module DHT11 đã được gắn sẵn điện trở nên chỉ cần nối trực tiếp chân Digital vớichân VĐK là được

Hình 2.10 Kết nối DHT11 với vi điều khiển

DHT11 chỉ sử dụng 1 dây giao tiếp để truyền và nhận dữ liệu Quá trình giao tiếp diễn ra

trong 3 bước

Hình 2.11 Quá trình truyền nhận tín hiệu DHT11 với VĐK

Bước 1: VĐK gửi tín hiệu đến DHT11:

Hình 2.12 VĐK gửi tín hiệu đến DHT11 (màu đen)

DHT11 gửi tín hiệu phản hồi (màu xám).

Để bắt đầu quá trình giao tiếp với DHT11, đầu tiên phải gửi 1 xung đến DHT11.

Xung này từ mức cao (1) xuống mức thấp (0) ít nhất là 18ms, sau đó đưa lên mức cao vàtiếp tục bước thứ 2

Bước 2: Tín hiệu phản hồi từ DHT11: (Hình 2-8)

Sau khi gửi 1 xung bắt đầu từ VĐK, DHT11 sẽ gửi 1 xung phản hồi để bắt đầu đọc dữ liệu.Xung này có mức thấp 80us sau đó ở mức cao 80us

Bước 3: Đọc dữ liệu:

Cấu trúc dữ liệu có 40 bit, tương đương 5 byte mỗi byte gồm 8 bit

- 2 byte đầu tiên là giá trị độ ẩm: byte 1 là phần nguyên, byte 2 là phần thập phân

- 2 byte tiếp theo là giá trị nhiệt độ: byte 3 là phần nguyên, byte 4 là phần thập phân

- Byte 5 là tổng của 4 byte trước, hay là tổng của Độ ẩm và Nhiệt độ Nếu Byte 5 này khôngbằng tổng của 4 byte trước thì quá trình chuyển đổi bị lỗi, ngược lại thì đúng

Hình 2.13 Dữ liệu phản hồi bit “0”

Hình 2.14 Dữ liệu phản hồi bit “1”

Sau khi gửi 40 bit dữ liệu, DHT11 sẽ gửi 1 xung có mức thấp là 50us sau đó lên mứccao và DHT11 sẽ ở trạng thái nghỉ, chờ đến khi lần giao tiếp tiếp theo

2.6 Module cảm biến ánh sáng

Hình 2.15 Module cảm biến ánh sáng

Cảm biến cường độ ánh sáng quang trở rất nhạy cảm với cường độ ánh sáng môi trườngthường được sử dụng để phát hiện độ sáng môi trường xung quanh và cường độ ánh sáng.Khi cường độ ánh sáng môi trường xung quanh bên ngoài vượt quá một ngưỡng quy định,ngõ ra của module D0 là mức logic thấp Ngoài ra còn có ngõ ra Analog ở chân A0 để xử límức độ ánh sáng

Cảm biến cường độ ánh sáng phát hiện cường độ ánh sáng, sử dụng bộ cảm biếnphotoresistor loại nhạy cảm, cho tín hiệu ổn định, rõ ràng và chính xác hơn so với quang trở