Xây dựng hệ thống phun nước trên mái tự động giảm nhiệt độ trong các nhà xưởng

Xây dựng hệ thống phun nước trên mái tự động giảm nhiệt độ trong các nhà xưởng Xây dựng hệ thống phun nước trên mái tự động giảm nhiệt độ trong các nhà xưởng Xây dựng hệ thống phun nước trên mái tự động giảm nhiệt độ trong các nhà xưởng

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

LUẬN VĂN THẠC SĨ CÔNG NGHỆ THÔNG TIN

Người hướng dẫn khoa học:

PGS.TS TRẦN VĂN LĂNG

Đồng Nai - Năm 2023

LỜI CẢM ƠN

Để hoàn thành luận văn thạc sĩ này, em xin gửi lời cảm ơn chân thành và niềm tri

ân sâu sắc đến quý Thầy Cô trường đại học Lạc Hồng, đặc biệt thầy hiệu trưởng TS Lâm Thành Hiển và quý thầy cô khoa sau đại học đã tạo điều kiện cho em có nhiều cơ hội cho bài luận văn

Em cũng xin gửi lời cám ơn rất chân thành đến thầy PGS.TS Trần Văn Lăng đã nhiệt tình hướng dẫn và cung cấp một số hình ảnh tư liệu, để em hoàn thành chuyên đề này

Trong quá trình thực hiện, tuy thời gian không nhiều nhưng em đã rút ra được nhiều kinh nghiệm thực tế mà khi học ở trường em chưa được biết Vì thời gian có giới hạn, đồng thời do trình độ hiểu biết cũng như kinh nghiệm thực tiễn của em còn hạn chế, nên bài luận văn không thể tránh khỏi những thiếu sót Em rất mong nhận được ý kiến đóng góp của các quý Thầy Cô cũng như thầy hướng dẫn, giúp em học thêm được nhiều kinh nghiệm và sẽ hoàn thành tốt hơn

Em xin chân thành cảm ơn!

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan tất cả nội dung của luận văn này hoàn toàn được hình hành và phát triển từ những quan điểm của cá nhân tôi, cùng sự hướng dẫn khoa học của PGS.TS Trần Văn Lăng Các số liệu và kết quả có được trong luận văn là hoàn toàn trung thực

dữ liệu đầu vào này để tạo ra tín hiệu điều khiển hệ thống phun nước trên mái xưởng Mục tiêu của hệ thống là giảm nhiệt độ không khí xưởng, tăng cường chất lượng không khí nhằm cải thiện sức khỏe cho người lao động

Dữ liệu về nhiệt độ và độ ẩm được hiển thị và lưu trữ thông quan máy chủ Blynk.io,

sử dụng kết nối wifi của hệ thống Việc này không chỉ giúp quản lý dữ liệu một cách hiệu quả mà còn cho phép dễ dàng theo dõi và kiểm soát từ xa

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN i

LỜI CAM ĐOAN ii

TÓM TẮT iii

MỤC LỤC iv

DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT viii

DANH MỤC BẢNG ix

DANH MỤC HÌNH x

MỞ ĐẦU 1

1 Lý do thực hiện đề tài 1

2 Mục tiêu 3

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 4

4 Nội dung thực hiện 4

5 Phương pháp thực hiện 4

6 Dự kiến kết quả đạt được 5

7 Kế hoạch thực hiện 5

8. Chương mục dự kiến của luận văn 5

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 7

CHƯƠNG 2 : CƠ SỞ LÝ THUYẾT 9

2.1 Phần cứng cảm biến 9

2.1.1 Khái niệm 9

2.1.2 Phạm vi ứng dụng 9

2.2 Phần mềm 10

2.2.1 Phần mềm JupyterLab 10

2.2.2 Phần mềm lập trình ARDUINO IDE 11

2.3 Fuzzy logic 11

2.4 Web server 12

2.5 IoT (Internet of Things) 13

2.5.1 Tổng quan về IoT 13

2.5.2 Các thành phần trong IoT 14

2.5.3 Các ứng dụng của IoT 15

2.6 Blynk app 16

2.7 Các chuẩn giao tiếp 17

2.7.1 Chuẩn I2C 17

2.7.2 Chuẩn ONE-WIRE 18

2.8 Pulse width modulation (pwm) 20

2.8.1 Giới thiệu chung về PWM 20

2.8.2 Ứng dụng PWM vào Fuzzy logic 21

CHƯƠNG 3 : PHÂN TÍCH VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG PHUN 22

3.1 Tổng quan về hệ thống 22

3.1.1 Đặt vấn đề 22

3.1.2 Phân tích hệ thống 23

3.2 Bộ thiết bị tích hợp 25

3.2.1 Khối các thiết bị xử lý trung tâm 25

3.2.2 Khối các cảm biến 27

3.2.3 Khối module Mosfet 31

3.2.4 Khối nguồn 33

3.2.5 Sơ đồ kết nối toàn hệ thống 33

3.3 Hệ thống phun 34

3.3.1 Giới thiệu 34

3.3.2 Bơm đôi Sinleader 35

3.3.3 Bộ phun nước 1 hướng 35

3.4 Bộ điều khiển mờ 37

3.4.1 Cách tính độ nóng bức không khí 37

3.4.2 Xây dựng các thuật toán logic mờ 38

3.4.3 Mô phỏng Fuzzy trên Jupyter Notebook 41

3.4.4 Luật mờ 43

3.4.5 Lưu đồ giải thuật 46

3.5 Tích hợp bộ điều khiển mờ vào bo mạch Raspberry pi 47

3.5.1 Arduino IDE 47

3.5.2 Cấu hình thiết bị 47

CHƯƠNG 4 : ĐÁNH GIÁ CÁC KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC 52

4.1 Thiết kế hệ thống 52

4.1.1 Vị trí lắp đặt 52

4.1.2 Sơ đồ triển khai hệ thống 53

4.1.3 Thiết kế hệ thống giao diện Blynk 53

4.2 Thiết lập hệ thống thực nghiệm 55

4.2.1 Đánh giá số liệu từ các Sensor 55

4.2.2 Đánh giá số liệu xử lý qua thiết bị điều khiển trung tâm 56

4.3 Kết quả thực nghiệm 58

KẾT LUẬN 66

TÀI LIỆU THAM KHẢO 67

PHỤ LỤC 68

DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT

AQI Air Quality Index Chỉ số chất lượng không khí

M2M Machine-to-Machine Tương tác giữa máy với máy

I2C Inter – Integrated Circuit Giao tiếp nối tiếp đồng bộ

PID Proportianl Integral

Derivative

Điều khiển cơ chế phản hồi của

vòng điều khiển PWM Pulse Width Modulation Điều chỉnh điện áp ra tải

DANH MỤC BẢNG

Bảng 3.1: Chuẩn kết nối cảm biến I2C 28

Bảng 3.2: Chuẩn kết nối cảm biến I2C 28

Bảng 3.3: Kết nối giữa ESP8266 và MOSFET 33

Bảng 3.4: Các thiết bị của hệ thống phun nước 35

Bảng 3.5: Các thang đo chỉ số nhiệt độ (Heat Index) 38

Bảng 3.6: Các thang đo chỉ số độ ẩm (humidity Index) 39

Bảng 3.7: Các tập hợp mờ cho các không gian nền input và không gian nền output 40

Bảng 3.8: Luật mờ 43

Bảng 3.9: Tuyến tính đầu ra 50

DANH MỤC HÌNH

Hình 2.1: Quy trình thực hiện của Arduino 11

Hình 2.2 Internet of Things 14

Hình 2.3: Chuẩn giao tiếp I2C 17

Hình 2.4: Chuẩn One-Wire 18

Hình 2.5: Cấu trúc cơ sở truyền nhận 20

Hình 2.6: Trạng thái xung PWM 21

Hình 3.1: Sơ đồ mô hình của hệ thống phun 23

Hình 3.2: Sơ đồ khối hệ thống 23

Hình 3.3: Sơ đồ thiết bị của hệ thống 24

Hình 3.4: ESP8266 Node MCU 26

Hình 3.5: Sơ đồ chân Module NodeMCU ESP8266 26

Hình 3.6: Cảm biến DHT22 27

Hình 3.7: DHT22 temperature and humidity Sensor using arduino IDE 28

Hình 3.8: Sơ đồ kết nối với vi xử lý 29

Hình 3.9: Cảm biến gửi tín hiệu start 29

Hình 3.10: Dữ liệu đọc ở bit 0 30

Hình 3.11: Dữ liệu đọc ở bit 1 31

Hình 3.12: Module Mosfet 32

Hình 3.13: ESP8266 kết nối MOSFET 32

Hình 3.14: Khối nguồn 5v 10a 33

Hình 3.15: Sơ đồ kết nối giữa ESP8266 với các cảm biến và Mosfet 33

Hình 3.16: Các thiết bị được sắp xếp và kết nối với nhau 34

Hình 3.17: Máy bơm đôi Sinleader 35

Hình 3.18: Béc phun nước 36

Hình 3.19: Bố trí và kết nối các thiết bị phun 36

Hình 3.20: Chỉ số nóng bức của vùng miền đông Việt Nam 37

Hình 3.21: Khởi tạo kiến trúc cho thuật toán logic mờ 41

Hình 3.22: Mô tả tập mờ nhiệt độ (HE) 41

Hình 3.23: Mô tả tập mờ độ ẩm (HU) 42

Hình 3.24: Mô tả tập mờ Mosfet 42

Hình 3.25: Thiết lập luật mờ 43

Hình 3.26: Suy luận mờ 45

Hình 3.27: Lưu đồ giải thuật của hệ thống 46

Hình 3.28: Add thư viện và định dạng các chân pin 48

Hình 3.29: Thu thập dữ liệu Sensor 48

Hình 3.30: Các tập mờ 49

Hình 3.31: Các luật mờ 50

Hình 3.32: Xuất tín hiệu đầu ra 51

Hình 4.1: Vị trí hệ thống được lắp đặt 52

Hình 4.2: Sơ đồ thực của hệ thống phun nước 53

Hình 4.3: Giao diện sau khi đăng nhập Blynk 53

Hình 4.4: Tạo thiết bị mới trong Blynk 54

Hình 4.5: Giao diện cuối cùng 54

Hình 4.6: Sơ đồ kết nối các sensor vào bộ điều khiển trung tâm 55

Hình 4.7: Kết quả tính trung bình cộng nhiệt độ và độ ẩm của 3 sensor 55

Hình 4.8: Code lấy dữ liệu trung bình từ các sensor 56

Hình 4.9: Hình ảnh 1 trong 3 sensor bị nhiễu hoặc mất tín hiệu 56

Hình 4.10: Dữ liệu thu từ module ESP8266 lúc 7:00AM 57

Hình 4.11: Dữ liệu thu từ module ESP8266 lúc 12:00PM 57

Hình 4.12: Hình ảnh thực tế của hệ thống phun nước đang hoạt động 58

Hình 4.13: Nhiệt độ và độ ẩm đo được trong ngày 19/05/2023 59

Hình 4.14: Nhiệt độ và độ ẩm đo được trong ngày 20/05/2023 60

Hình 4.15: Nhiệt độ và độ ẩm đo được trong ngày 21/05/2023 60

Hình 4.16: Nhiệt độ và độ ẩm đo được trong ngày 22/05/2023 61

Hình 4.17: Nhiệt độ và độ ẩm đo được trong ngày 23/05/2023 62

Hình 4.18: Nhiệt độ và độ ẩm đo được trong ngày 24/05/2023 63

Hình 4.19: Nhiệt độ và độ ẩm đo được trong ngày 25/05/2023 64

Hình 4.20: Nhiệt độ và độ ẩm hiển thị trên APP 65

Hình 4.21: Nhiệt độ và độ ẩm hiển thị theo ngày 65

nổ trên thì đã có trên 1.000 vụ liên quan đến cháy các nhà xưởng Nguyên nhân chủ yếu đến từ chập điện, sơ ý trong sử dụng lửa và đặc biệt là nhất là do nhiệt độ trong các nhà xưởng khá cao, đặc biệt là trong những tháng hè

Báo cáo của cục phòng cháy chữa cháy Việt Nam đã chỉ rõ, hầu hết các vụ cháy xưởng là do nhiệt độ trong các xưởng khá cao, đặc biệt là các xưởng sản xuất chế biến

gỗ và xưởng bông nệm do các xưởng trên không được trang bị máy điều hòa nhiệt độ, quạt trong xưởng cũng như không thể phun hơi nước trong xưởng để giảm nhiệt độ do

có thể làm hại đến gỗ và bông

Những vụ cháy nổ không những gây ra thiệt hại rất nặng nề về người cũng như vật chất mà còn hưởng đến nền kinh tế quốc gia Theo đánh giá của bộ tài chính, Việt Nam thiệt hại khoảng 750 tỉ do các vụ cháy nổ gây ra Chỉ tính riêng khu vực Đông Nam Bộ

đã xảy ra trên 100 vụ cháy nổ các nhà xưởng gỗ gây ra thiệt hại hàng trăm tỷ đồng do đây là được xem là thủ phủ của chế biến sản xuất gỗ với hơn 70% các xưởng chế biến

và sản xuất gỗ của cả nước

Không chỉ ảnh hưởng đến người và vật chất, các vụ cháy còn làm ô nhiễm không khí và là nguyên nhân trực tiếp làm ảnh hưởng đến chất lượng cuộc sống của con người, tăng nguy cơ dẫn đến các bệnh liên quan tới phổi do hít phải khói gỗ và cao su

Chính vì lý do trên, Thủ tướng Chính phủ đã ban hành các chỉ thị số 47-CT/TW ngày 25/06/2015 được ban hành bởi ban Bí thư khóa 11 về tăng cường sự lãnh đạo của Đảng đối với việc phòng cháy chữa cháy Kết luận số 02-KL/TW của Ban bí thư khóa

13 ngày 18/05/2021 tiếp tục thực hiện chỉ thị số 47-CT/TW Nghị quyết số 99/2019/QH14 ngày 27/11/2019 của Quốc hội về hoàn thiện, nâng cao hiệu lực và hiệu quả thực hiện các chính sách và pháp luật về phòng cháy và chữa cháy

Với mục tiêu giảm thiểu tình trạng cháy nổ, Thủ tướng Nguyễn Xuân Phúc đã chỉ đạo phải thực thi quyết liệt chỉ thị số 47-CT/TW với các hạng mục quan trọng

Các phương thức sử dụng biện pháp trên chỉ giúp cho việc chữa cháy được diễn ra thuận lợi và hầu như chưa có biện pháp chống cháy một cách hiệu quả Ngoài ra, sau khi khảo nghiệm thực tế ở các vùng Biên Hòa, Trảng Bom của tỉnh Đồng Nai, nơi tập trung rất nhiều các xưởng chế biến gỗ và cao su của tỉnh thì theo nhận định của các chủ xưởng là chỉ có một cách duy nhất để phòng cháy đó là làm giảm nhiệt độ nhà xưởng vào buổi trưa và nhất là trong những tháng hè khi nhiệt độ miền đông nam bộ có thể đạt ngưỡng 45 độ C, nhiệt độ cao cũng Nhiệt độ tăng cao vào mùa nắng ảnh hưởng đến sức khỏe, năng suất làm việc của công nhân Vì vậy việc làm mát nhà xưởng không những giúp phòng cháy chữa cháy mà còn giúp công nhân lao động trong những nhà xưởng cảm thấy dễ chịu hơn và tốt cho sức khỏe hơn Ngoài ra, ngày nay nhu cầu dùng hệ thống làm mát mái nhà đang được rất nhiều người sử dụng trong hộ nhỏ do chi phí lắp đặt rẻ, dễ sử dụng và có thể tiết kiệm điện một cách hiệu quả

Xuất phát từ những thực trạng trên, tác giả thực hiện nghiên cứu này nhằm thu thập nhiệt độ và chất lượng không khí trong các nhà xưởng Thực hiện phương hướng để có thể giảm bớt nguy cơ cháy nổ trong các nhà xưởng và cải thiện năng suất lao động cho người lao động

Lý do khách quan

Hiện nay đã có rất nhiều hệ thống phun nước làm mát mái và được rất nhiều doanh nghiệp cũng như hộ gia đình tin tưởng và sử dụng Nhìn chung sẽ có hai loại hệ thống phun nước nổi bật đó là: phun nước tự động và phun nước thường

Đối với hệ thống phun nước thường: Người dùng phải tự khởi động hệ thống bằng cách bật tắt công tắc Điều này có thể làm hạn chế lãng phí nước, giảm chi phí cũng như giá thành của những hệ thống này rẻ hơn rất nhiều so với hệ thống phun nước tự động Nhưng điều cũng là điểm bất tiện vì nó cần phải có người vận hành và hiệu quả làm mát không cao

Đối với hệ thống phun nước tự động: Mọi thứ đã được tự động hóa, không cần nhiều tới người vận hành tuy nhiên giá thành cho những hệ thống này là rất cao và một điểm nữa là hầu hết các hệ thống phun nước tự động ngày nay chỉ sử dụng bộ hẹn giờ

để bật tắt hệ thống nên bất kể là ngày nắng hay mưa, hệ thống phun nước đều bật phun nước đúng theo giờ đã cài đặt do vậy làm tiêu hao nhiều nước lãng phí trong các tháng mữa

Từ những lập luận trên, tác giả thực hiên nghiên cứu nhằm tạo ra hệ thống phun nước thông minh bằng cách kết hợp hệ thống phun nước và Internet of Things (IoT) Qua đó hệ thống này, thông số về nhiệt độ và độ ẩm trong không khí được thu thập, sau

đó tính toán các số liệu thu thập được bằng các thuật toán nhằm bật hoặc tắt hệ thống phun và sau đó đưa dữ liệu đó lên Cloud để lưu trữ đồng thời có thể thông qua Cloud để bật tắt hệ thống khi có sự cố

2 Mục tiêu

Xây dựng hệ thống phun nước làm mát mái nhà xưởng tự động được điều khiển một cách tự động không cần đến con người nhằm làm giảm nhiệt độ trong các nhà xưởng, qua đó tiết kiệm được chi phí vận hành trong môi trường công nghiệp

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu là một số phương pháp trong điều khiển mờ (Fuzzy Control)

với dữ liệu môi trường như nhiệt độ, độ ẩm bên trong nhà xưởng; nhiệt độ không khí bên ngoài, v.v…

Áp dụng thử nghiệm cho một xưởng gỗ quy mô lớn ở Tỉnh Đồng Nai

4 Nội dung thực hiện

• (ND1) Thiết kế bộ thiết bị tích hợp để đo đạc các số liệu như độ ẩm, nhiệt

độ

• (ND2) Thiết kế hệ thống phun như là đầu ra của hệ thống

• (ND3) Xây dựng bộ điều khiển mờ đóng vai trò là bộ điều khiển phun nước chính của toàn bộ hệ thống

• (ND4) Lập trình bằng ngôn ngữ lập trình để tích hợp bộ điều khiển mờ vào

bo mạch Raspberry Pi để tự động thu thập dữ liệu như là tín hiệu đầu vào

và tự động phun nước như là kết quả đầu ra

6 Dự kiến kết quả đạt được

• Hệ thống phun nước có các chức năng sau:

• Tự động phun nước căn cứ vào số liệu môi trường thu thập được

• Báo động khi có sự cố bất thường thông qua thiết bị di động

• Cung cấp thông tin để hỗ trợ các báo cáo liên quan tới phòng cháy chữa cháy

• Tháng thứ VI: Hoàn chỉnh luận văn

8 Chương mục dự kiến của luận văn

• Chương 1: Trình bày tổng quan về vấn đề đặt ra

• Chương 2: Cơ sở lý thuyết

Mục 4: Bộ điều khiển mờ

Mục 5: Tich hợp bộ điều khiển mờ vào bo mạch Raspberry Pi

• Chương 4: Phân tích đánh giá các kết quả đạt được

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN

Các nguyên cứu quốc tế có liên quan

Qua nghiên cứu các các tạp chí, các bài báo khoa học trong nước và quốc tế, thông qua tìm kiếm thông tin trên mạng internet về xây dựng hệ thống phun nước trên mái tự động cải thiện nhiệt độ trong nhà xưởng có một số đề tài với sự nghiên cứu liên quan như sau

Công trình [Aggarwal, Archit & Choudhury, Tanupriya & Kumar, Praveen (2017) A fuzzy interface system for determining Air Quality Index 786-790 10.1109/ICTUS.2017.8286113] (http://dx.doi.org/10.1109/ICTUS.2017.8286113) tác giả đã đề xuất hệ thống giao diện để tính toán AQI nhằm giảm các vấn đề về ô nhiễm chất lượng môi trường trong các thành phố lớn, tuy nhiên thuật toán Fuzzy đã không được tác giả đề cập nhiều nên bài viết chỉ mang tính chất tham khảo về giải pháp Trong [Giulia Ulpiani, Water mist spray for outdoor cooling: A systematic review

of technologies, methods and impacts, Applied Energy, Volume 254, 2019, 113647,ISSN0306-2619,https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2019.113647]

(https://www.sciencedirect.com/science/ article/pii/S0306261919313340) đã tổng hợp rất nhiều các nghiên cứu cũng như ở nhiều quốc gia với nhiều vùng khí hậu khác nhau,

vì vậy tác giả cung cấp các giải pháp phun sương nước nhằm giảm thiểu nhiệt độ tăng cách hiệu quả và tính linh hoạt cao

Công trình [Giulia Ulpiani, Costanzo di Perna, Michele Zinzi, Water nebulization

to counteract urban overheating: Development and experimental test of a smart logic to maximize energy efficiency and outdoor environmental quality, Applied Energy,

https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2019.01.231]

(https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0306261919302600)] đã được tác giả kết hợp một cách tối ưu về phun sương của nước và Fuzzy logic để đạt được sự thoải

mái về nhiệt độ ngoài trời trong các không gian mở ở đô thị Tuy nhiên bài viết chỉ tập trung vào đối tượng quy mô nhỏ và chi phí thấp

Trong luận văn thạc sĩ ngành Công nghệ thông tin [Phạm Thái Dương (2022), Xây dựng hệ thống phun sương tự động giảm độ nóng bức và bụi trong không khí Trường Đại học Lạc Hồng] được tác giả đề cập về tầm nguy hại của bụi mịn 2.5PM và áp dụng Fuzzy vào hệ thống tự động phun sương nhằm làm giảm nhiệt độ, tạo đổ ẩm và giảm nguy cơ bụi mịn 2.5PM phát tán trong không khí Từ đó xây dựng lên các luật mờ phù hợp nhất với thông số nhiệt độ và độ ẩm của các nhà xưởng Mô hình và chức năng đã được tối ưu hóa hoàn toàn để đạt được hành động làm mát có thể cân nhắc được, cung cấp sự thích ứng với khí hậu thích hợp và cho phép thực hiện ngay lập tức trên quy mô lớn với chi phí tối thiểu từ đó giảm thiểu nhiệt độ tăng lên hiệu quả, linh hoạt và hiệu quả cao Tuy nhiên, bài viết chỉ tập trung ở mức độ quy mô nhỏ và hộ gia đình

Luận văn thạc sĩ [Trần Nam Khánh (2023), Xây dựng hệ thống giám sát phòng server của bệnh viện quy mô vừa và nhỏ, Trường Đại học Lạc Hồng] đã được tác giả tối

ưu hóa thuật toán Fuzzy để áp dụng điều chỉnh nhiệt độ trong phòng server, tự động hóa việc điều chỉnh nhiệt độ bằng cách áp dụng fuzzy vào Mosfet trên bộ điều khiển máy lạnh Kết quả của công trình cho thấy sau khi áp dụng Logic mờ vào để xử lý nhiệt độ

và độ ẩm thì nhiệt độ theo dõi sau khi áp dụng đã ổn định hơn rất nhiều so với thời gian ban đầu, các thông số nhiệt độ độ ẩm được kiểm soát một cách tối ưu nhất, điều này đảm bảo nhiệt độ trong phòng server luôn ổn định Tuy nhiên công trình được tác giả sử dụng trong môi trường trong nhà khép kín trong nhà và rất ít có sự biến đổi về nhiệt độ giữa ngày và đêm

CHƯƠNG 2 : CƠ SỞ LÝ THUYẾT

Cảm biến là thiết bị dùng để cảm nhận biến đổi các đại lượng vật lý và các đại lượng không có tính chất điện cần đo chuyển đổi chúng trở thành những tín hiệu điện phù hợp với thiết bị thu nhận tín hiệu

2.1.2 Phạm vi ứng dụng

• Công nghiệp

• Nghiên cứu khoa học

• Môi trường, khí tượng

• Thông tin viễn thông

và học máy Một thiết kế mô-đun mời gọi các phần mở rộng để mở rộng và làm phong phú chức năng

JupyterLab là giao diện người dùng dựa trên web thế hệ tiếp theo của Project Jupyter cho phép làm việc với các tài liệu và hoạt động như sổ ghi chép Jupyter, trình soạn thảo văn bản, thiết bị đầu cuối và các thành phần tùy chỉnh theo cách linh hoạt, tích hợp và có thể mở rộng

Hộp công cụ rất quan trọng và hữu ích cho người sử dụng toán học sơ cấp, xử lý tín hiệu kỹ thuật số, xử lý hình ảnh, xử lý giọng nói, ma trận thưa, logic mờ

b Các ứng dụng điển hình của JupyterLab

• Toán học và tính toán

• Phát triển thuật toán

• Tạo mô hình, mô phỏng và giao thức

• Khảo sát, phân tích số liệu

• Đồ họa khoa học kỹ thuật

• Phát triển ứng dụng, gồm cả giao diện người dùng đồ họa GUI

• Thiết kế các hệ thống điều khiển trong thời gian thực

2.2.2 Phần mềm lập trình ARDUINO IDE

Arduino IDE là một ứng dụng đa nền tảng được phát triển bằng ngôn ngữ lập trình Java và tạo ra để hỗ trợ người sử dụng trong việc lập trình và xây dựng các dự án lắp ráp sử dụng bo mạch Arduino Được xây dựng dựa trên tính chất mã nguồn mở, Arduino IDE hoàn toàn miễn phí và có khả năng mở rộng thông qua sự đóng góp của cộng đồng người dùng có kinh nghiệm

Người sử dụng chỉ cần tập trung vào định nghĩa hai hàm chính để tạo ra một chương trình hoạt động theo chu trình Hảm ‘setup()’ được thiết kế để chạy một lần duy nhất, thường được sử dụng để khởi tạo các thiết lập cần thiết cho chương trình Trong khi đó, hàm ‘loop()’ được gọi là hàm liên tục, tạo ra một vòng lặp liên tục không ngừng cho đến khi bo mạch Arduino được tắt Điều này mang lại sự linh hoạt cho người lập trình để xây dựng các chương trình mà có thể thực hiện các nhiệm vụ lặp lại, như theo dõi cảm biến, điều khiển thiết bị và thực hiện các tác vụ khác theo thời gian

Quy trình thực hiện trong Arduino được mô tả trong hình 2.1 dưới đây

Hình 2.1: Quy trình thực hiện của Arduino

2.3 Fuzzy logic

Định nghĩa

Logic mờ (Fuzzy logic) là một cách tiếp cận để tính toán dựa trên "mức độ của sự thật" chứ không phải logic Boolean "đúng hoặc sai" (1 hoặc 0) thông thường mà máy tính hiện đại dựa trên

Ý tưởng về logic mờ lần đầu tiên được đề xuất bởi Lotfi Zadeh của Đại học California tại Berkeley vào những năm 1960 Zadeh đang nghiên cứu vấn đề máy tính hiểu ngôn ngữ tự nhiên Ngôn ngữ tự nhiên - giống như hầu hết các hoạt động khác trong cuộc sống và thực sự là vũ trụ - không dễ dàng chuyển thành các số hạng tuyệt đối

là 0 và 1 Liệu mọi thứ cuối cùng có thể được mô tả bằng thuật ngữ nhị phân hay không

là một câu hỏi triết học đáng để theo đuổi, nhưng trong thực tế, nhiều dữ liệu

Logic mờ là những luận lý, lập luận để luận giải một cách chặt chẽ những hiện tượng, đối tượng mơ hồ

Những hiện tượng, đối tượng này thường được mô tả bằng các ngôn từ mà tính định tính như tốt, giỏi, già, cao, hoặc kèm thêm những trạng từ như rất, vô cùng, quá,

mà không được định lượng chính xác

Hoặc ranh giới giữa các đặc tính của đối tượng không được phân chia rành mạch, khó số hóa chính xác để định lượng trên máy tính

Logic mờ dựa trên tập hợp mờ (fuzzy set) để từ đó giữa hai khái niệm đúng sai có thể diễn đạt bằng vô hạn giá trị chân trị Hoặc những khái niệm mà ranh giới phân loại không rõ ràng

2.4 Web server

Định nghĩa

Một máy chủ web, hay web server, là một máy chủ được thiết lập với dung lượng lớn và tốc độ cao, chủ yếu dành để lưu trữ thông tin như một ngân hàng dữ liệu Nó chứa các trang web được thiết kế, mã script, chương chính hay các tệp đa phương tiện khác Web server có khả năng gửi các trang web đến máy khác thông qua môi trường internet hoặc intranet, sử dụng giao thức HTTP hoặc các giao thức mạng khác

Tất cả các web server đều được định danh bằng một địa chỉ IP hoặc có thể có một tên miền (domain name) Khi người dùng nhập một địa chỉ web như http://www.hoabinh.com vào trình duyệt họ gửi một yêu cầu đến server có tên miền là

www.hoabinh.com Server này tìm trang web cần thiết, ví dụ như index.html, và sau đó gửi nó đến trình duyệt của người dùng

Phần mềm máy chủ web chỉ là một ứng dụng phần mềm, được cài đặt và chạy trên máy tính dùng làm web server Nó cho phép người dùng truy xuất thông tin từ nhiều trang web khác nhau trên không gian mạng internet Ngoài ra, phần mềm máy chủ web

có thể kết hợp với cơ sở dữ liệu, điều khiển kết nối vào cơ sở dữ liệu để truy xuất thông tin và truyển tải chúng đến người dùng

Để đảm bảo sự liên tục, web server phải hoạt động 24/7/365 để cung cấp thông tin trực tuyến

2.5 IoT (Internet of Things)

2.5.1 Tổng quan về IoT

Hiện nay, nhu cầu phát triển các ứng dụng liên quan đến internet ngày càng gia tăng, và internet of things (IoT) đã trở thành một công nghệ quan trọng, mang lại nhiều ứng dụng phục vụ đa dạng cho mọi lĩnh vực trong cuộc sống IoT cho phép các đối tượng được điều khiển từ xa dự trên hệ thống mạng hiện tại, đồng thời giúp giảm công sức vận hành của con người qua sự tự động hóa điều khiển thiết bị

Khái niệm về một mạng lưới thiết bị được kết nối đã bắt đầu được thảo luận từ đầu những năm 80s của thế kỉ trước, khi một máy bán hàng tự động của Coca-Cla đã trở thành thiết bị kết nối internet đầu tiên trên thế giới tại Đại học Carnegie Mellon Thuật ngữ “internet of things” xuất hiện lần đầu cuối năm 1999, được đề xuất bởi Kevin Ashton Từ đó, IoT đã trải qua nhiều giai đoạn phát triển và đạt được nhiều bước tiến lớn cho đến ngày nay

Thời gian gần đây, Internet of Things còn bao gồm cả những giao tiếp theo kiểu máy với máy (M2M), hạn chế sự tác động của con người nhưng chủ yếu được áp dụng trong sản xuất năng lượng hay các ngành công nghiệp nặng

Sự phát triển không ngừng của khoa học đã giúp con người tiến têm một bước xa trong quá trình phát triển và ứng dụng công nghệ khoa học vài thực tế cùng với sự phát triển của các thết bị thông minh phục phụ con người như: Nhà thông minh, điện thoại thông minh, tivi thông minh, và cùng với sự phát triển đó thì địa chỉ Ip đã phát triển

từ IPv4 lên IPv6 giúp cung cấp nhiều địa chỉ hơn để có thể định địa chỉ cho nhiều thiết

bị kết nối lại với nhau trên mạng internet

Hình 2.2 Internet of Things 2.5.2 Các thành phần trong IoT

Cấu trúc hệ thống IoT gồm các thành phần như sau:

chịu trách nhiệm thu thập dữ liệu từ các thiết bị, tiến hành phân tích và xử lý dữ liệu, đồng thời phát hiện lỗi nếu có trong quá trình vận hành hệ thống

Kết nối internet:

Để thực hiện giao tiếp trong hệ thống IoT, Việc có kết nối Internet là bắt buộc phải

có Wifi luôn được sử dụng như một trong những phương tiện kết nối phổ biến giữa các thiết bị IoT và nền tảng

2.5.3 Các ứng dụng của IoT

Trong lĩnh vực nhà thông minh

Nhà thông minh hay smart home được hiểu đơn giản là kiểu nhà được lắp đặt các thiết bị điện tử thông minh có thể được điều khiển tự động hoá hoặc là bán tự động Thiết bị nhà thông minh là các sản phẩm được trang bị trong gia đình, nó thường thay con người xử lý các hoạt động sinh hoạt thường ngày Nó thay thế con người trong việc thực hiện một hoặc một số thao tác quản lý, điều khiển

Hệ thống điện tử này sẽ được thiết kế để giao tiếp với người dùng thông qua bảng điện tử đặt trong nhà hoặc là ứng dụng trên điện thoại di động hay máy tính bảng Chúng cũng có thể giao tiếp với con người thông qua một giao diện web

Trong lĩnh vực chăm sóc sức khỏe

Mảng y tế ngày nay đang đầu tư phát triển các thiết bị IoT có khả năng báo cáo, theo dõi tình trạng sức khỏe và gửi thông tin trực tiếp tới bác sĩ thông qua internet Các thiết bị này có thể thay thế bác sĩ trong việc kiểm tra sức khỏe cho bệnh nhân, qua đó bác sĩ có thể theo dõi từ các thông số về nhịp tim, huyết áp và đưa ra các chẩn đoán về thể trạng sức khỏe của người bệnh và có thể đưa ra các dự tính nguy cơ mắc bệnh để có các biện pháp phòng chống kịp thời

Trong lĩnh vực nông nghiệp

Ứng dụng của IoT trong lĩnh vực nông nghiệp đang trở thành nhiệm vụ rất quan trọng, giúp giám sát quá trình phát triển của cây trồng và điều kiện môi trường canh tác Điều này được xem là bước quan trọng, cho phép người trông dự đoán, theo dõi, và quản

lý chu kỳ sản xuất nông nghiệp một cách hiệu quả nhất

Theo các dự đoán, số lượng thiết bị kết nối với IoT dữ kiến sẽ đạt 500 tỷ vào năm

2030 IoT không chỉ mang lại nhiều cơ hội cho các ngành công nghiệp mà còn tạo ra các chiến lược và mô hình mới để thực hiện các ý tưởng sáng tạo Sự kết hợp đa lĩnh vực của IoT đang hình thành một thế giới thông minh, nơi mà mọi thứ có thể được truy cập một cách hiệu quả và nhanh chóng

Trong lĩnh vực thành phố thông minh

Nhiều thiết bị hiện nay được trang bị phần mềm và cảm biến để thu thập dữ liệu,

sau đó dữ liệu này được xử lý để tạo ra quyết định logic, nâng cao khả năng thông minh của chúng Nhằm đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của các thành phố thông minh, các chính phủ trên thế giới đang chuyển đổi và đầu tư vào các công nghệ IoT với tiềm năng cải thiện đa dạng các khía cạnh trong cuộc sống hàng ngày Các ứng dụng hiện tại của IoT bao gồm giám sát toàn bộ thành phố, hệ thống đậu xe thông minh, quản lý giao

thông, giải quyết vấn đề chất thải, và ánh sáng thông minh

2.6 Blynk app

Blynk là một nền tảng có ứng dụng di động cho phép tương tác với các vi điều khiển như Arduino, Esp8266, Esp32 hoặc Raspberry thông qua Internet Ứng dụng Blynk cung cấp một bảng điều khiển kỹ thuật số, cho phép người dùng xây dựng giao diện đồ họa cho dự án bằng cách dễ dàng kéo và thả các widget được thiết kế sẵn Blynk không hạn chế với bất kỳ bo mạch hoặc shield cụ thể nào, mà thay vào đó,

nó hỗ trợ nhiều loại phần cứng khác nhau Cho dù sử dụng Arduino hay raspberry Pi

kết nối với Internet qua Wi-Fi, Ethernet hoặc chip ESP8266, Blynk có khả năng kết nối

và sử dụng cho các dự án IoT

Blynk Server đóng vai trò chính trong việc quản lý tất cả các tương tác giữa điện thoại di động và phần cứng Có thể sử dụng Blynk Cloud hoặc triển khai một máy chủ Blynk cục bộ Đây là mã nguồn mở, có khả năng xử lý hàng nghìn thiết bị và thậm chí

có thể chạy trên Raspberry Pi

Thư viện Blynk được phát triển cho các nền tảng phần cứng phổ biến, giúp giao

tiếp với máy chủ và xử lý mọi lệnh đến và đi một cách thuận tiện

2.7 Các chuẩn giao tiếp

2.7.1 Chuẩn I2C

Vào đầu những năm 1980, Phillips đã phát triển một chuẩn giao tiếp nối tiếp hai dây được biết đến với tên gọi là I2C, viết tắt của cụm từ "Inter-Integrated Circuit." I2C

là một đường Bus giao tiếp dùng để kết nối các IC với nhau

I2C tuân theo mô hình chủ - tớ trong quá trình truyền dữ liệu Một thiết bị chủ có khả năng giao tiếp với nhiều thiết bị tớ Để tương tác với một thiết bị cụ thể, thiết bị chủ phải gửi địa chỉ đúng để kích hoạt thiết bị đó trước khi có thể thực hiện việc ghi hoặc đọc dữ liệu

Hình 2.3: Chuẩn giao tiếp I2C

Giao tiếp I2C sử dụng hai dây: Serial Data (SDA) và Serial Clock (SCL) Dây SDA là đường truyền dữ liệu hai chiều, trong khi dây SCL là đường truyền xung đồng

hồ chỉ theo một hướng Khi một thiết bị ngoại vi kết nối với đường I2C, chân SDA của

nó sẽ kết nối với dây SDA của bus, và chân SCL sẽ kết nối với dây SCL Cả hai dây SDA và SCL đều được nối với nguồn cấp thông qua điện trở kéo lên Sự tồn tại của các

điện trở này là để đảm bảo chân giao tiếp I2C của các thiết bị ngoại vi, thường có dạng cực mở rộng, được duy trì ở mức điện áp dương Giá trị của các điện trở này thường thay đổi tùy thuộc vào từng thiết bị và chuẩn giao tiếp, thường nằm trong khoảng từ 1K

đến 4.7k

2.7.2 Chuẩn ONE-WIRE

Chuẩn giao tiếp một dây (1-Wire) được giới thiệu bởi hãng Dallas là một phương tiện truyền thông độc đáo Trong chuẩn giao tiếp này, chỉ cần một dây duy nhất để truyền tín hiệu và cũng có thể làm nguồn nuôi (trừ khi dùng chung dây mass) Đây là một chuẩn giao tiếp không đồng bộ và bán song công (half-duplex) Mô hình giao tiếp này tuân theo mối liên hệ chủ-tớ một cách chặt chẽ

Trên một bus 1-Wire, có thể kết nối một hoặc nhiều thiết bị slave, nhưng chỉ có một master duy nhất có thể kết nối đến bus này tại một thời điểm Bus dữ liệu, khi ở trạng thái rãnh (không có dữ liệu trên đường truyền), phải ở mức cao Do đó, để duy trì trạng thái này, bus dữ liệu thường được kéo lên nguồn thông qua một điện trở Giá trị của điện trở này có thể được xác định thông qua thông số kỹ thuật trong datasheet của thiết bị hoặc các thiết bị slave cụ thể

Hình 2.4: Chuẩn One-Wire

Để thực hiện giao tiếp với vi điều khiển thông qua bus 1-Wire, tín hiệu trên bus được chia thành các khe thời gian có độ dài khoảng 60 µs Mỗi bit dữ liệu được truyền trên bus dựa trên các khoảng thời gian này, được gọi là "time slots" (khe thời gian) Các thiết bị slave khác nhau có thể có thời gian quy định cho các time slots khác nhau để thực hiện việc truyền dữ liệu Tuy nhiên, yếu tố quan trọng nhất trong chuẩn giao tiếp này là độ chính xác về thời gian

Để đảm bảo độ chính xác trong việc thực hiện các time slots và tối ưu hóa đường truyền, cần sử dụng một bộ định thời (timer) để tạo ra các đợt trễ chính xác Việc này giúp đồng bộ hóa thời gian truyền dữ liệu giữa các thiết bị trên bus và master điều khiển

Sự chính xác trong việc duy trì thời gian là yếu tố cực kỳ quan trọng để đảm bảo tính ổn định và đáng tin cậy của giao tiếp trên bus 1-Wire

Cơ sở truyền nhận :

Các tín hiệu sử dụng Restart , 0 write , 1 write , Read

Write 1 (Ghi bit 1):

Master kéo đường truyền xuống mức 0 trong khoảng thời gian A (µs)

Master sau đó trả đường truyền lên mức 1 trong khoảng thời gian B

Write 0 (Ghi bit 0):

Master kéo đường truyền xuống mức 0 trong khoảng thời gian C

Master trả đường truyền lên mức 1 trong khoảng thời gian D

Read (Đọc một bit):

Master kéo đường truyền xuống mức 0 trong khoảng thời gian A

Master trả đường truyền lên mức 1 và sau đó chờ trong khoảng thời gian E Master đọc giá trị mà slave gửi về và chờ thêm trong khoảng thời gian F

Restart (Khởi động lại):

Master chuẩn bị cho quá trình giao tiếp bằng cách kéo đường truyền xuống mức 0 trong khoảng thời gian H

Master sau đó nhả đường truyền lên mức 1, cấu hình chân là chân vào (In), và chờ trong khoảng thời gian I (µs)

Master đọc giá trị mà slave trả về Nếu giá trị bằng 0, thì giao tiếp được phép Nếu giá trị bằng 1, có thể xảy ra lỗi trên đường truyền hoặc slave đang bận và không sẵn sàng giao tiếp

Hình 2.5: Cấu trúc cơ sở truyền nhận

2.8 Pulse width modulation (pwm)

2.8.1 Giới thiệu chung về PWM

Xung PWM là cụm từ viết tắt của Pulse Width Modulation, là phương pháp điều chỉnh điện áp ra tải Có thể hiểu cách khác thì đây là phương pháp điều chế dựa vào sự thay đổi về độ rộng của chuỗi xung vuông khiến cho điện áp ra bị thay đổi Các PWM khi biến đổi sẽ có cùng 1 tần số và khác nhau về độ rộng của sườn dương hay sườn âm xung PWM luôn thay đổi dựa theo một tần suất, nhưng luôn có độ rộng là âm hoặc dương khác nhau Chính vì điều này, để giúp kiểm soát, điều khiển dòng điện tải ra là

ổn định, để kiểm soát tốc độ động cơ, sản lượng nhiệt và giúp thiết bị vận hành êm hơn, người ta luôn ứng dụng các kỹ thuật điều khiển để điều chỉnh hẹp rộng của xung PWM Hiện nay, với mọi thiết bị khi sản xuất đều đã được ứng dụng các kỹ thuật điều chế

độ xung PWM trong bản thiết kế, cấu thành sản phẩm, cho phép người dùng điều chỉnh với nhiều tốc độ và các chế độ khác nhau tùy thuộc vào mục đích dùng

Hình 2.6: Trạng thái xung PWM 2.8.2 Ứng dụng PWM vào Fuzzy logic

Theo logic truyền thống (traditional logic), một biểu thức logic chỉ nhận một trong hai giá trị: Đúng (1) hoặc Sai (0) Khác với lý thuyết logic truyền thống, một biểu thức logic mờ có thể nhận một trong vô số giá trị nằm trong khoảng số thực từ 0 đến 1 Nói cách khác, trong logic truyền thống, một sự kiện chỉ có thể hoặc là đúng (tương đương với True - 1) hoặc là sai (tương đương với False - 0) còn trong logic mờ, mức độ đúng của một sự kiện được đánh giá bằng một số thực có giá trị nằm giữa 0 và 1, tuỳ theo mức độ đúng nhiều hay ít Chính vì giá trị đầu ra của thuật toán Fuzzy là một số thực nên sẽ rất phù hợp khi áp dụng PWM để điều chỉnh điện áp ra tải

CHƯƠNG 3 : PHÂN TÍCH VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG PHUN

3.1 Tổng quan về hệ thống

3.1.1 Đặt vấn đề

Cháy nổ, dù chỉ là sự kiện nhỏ, nhưng cũng là một tình huống mà không ai mong muốn, và nó có thể gây ra tổn thất lớn về cả người và tài sản Tuy nhiên, có các biện pháp phòng cháy và chữa cháy để đối phó với tình huống này

Nguy cơ cháy nổ có thể xuất hiện ở mọi nơi, đặc biệt là tại các nhà máy sử dụng vật liệu dễ bắt lửa như xưởng gỗ, nhà sản xuất đèn, nhà may vải, và các địa điểm khác Những nơi như vậy thường tiềm ẩn nguy cơ cháy cao Do đó, việc phòng cháy và chữa cháy trở thành một vấn đề cực kỳ quan trọng và cấp thiết Mặc dù đã được nhà nước ban hành hàng loạt các luật và nghị định nhưng nhìn chung các vụ cháy vẫn không thuyên giảm mà ngược lại còn gia tăng theo các năm

Năm 2022 cũng là năm đánh dấu tốc độ gia tăng số lượng của các doanh nghiệp ở Việt Nam FDI tăng mạnh kéo theo sau đó hành loạt các doanh nghiệp, nhà xưởng ra đời Với sự phát triển trên lại đặt vấn đề PCCC lên một thách thức mới

Ngoài những biện pháp PCCC đã được nhà nước ban hành, tuyên truyền và tập huấn cho các doanh nghiệp thì bản thân các doanh nghiệp cũng cần phải những biện pháp khác để cải thiện nhiệt độ trong các nhà xưởng nhằm phòng tránh cháy nổ cũng như tạo môi trường làm việc lành mạnh và trong lành hơn cho những người công nhân Như đã được trình bày chi tiết trong chương 1 và chương 2 của luận văn, sự kết hợp giữa Internet of Things (IoT) và các thiết bị cảm biến mang lại khả năng theo dõi các thông số liên quan đến môi trường không khí Khi kết hợp với các biện pháp hỗ trợ

từ hệ thống phun nước mái tốn, điều này có thể đóng góp tích cực vào việc cải thiện chất lượng không khí Do đó, trong chương 3 của luận văn, sẽ được trình bày một cách chi tiết về các loại thiết bị cần thiết để xây dựng một hệ thống thực nghiệm giám sát các

thông số môi trường như nhiệt độ và độ ẩm Sau đó, luận văn sẽ mô tả quá trình cài đặt chương trình, thực hiện thử nghiệm và đánh giá các kết quả thu được từ nghiên cứu này

3.1.2 Phân tích hệ thống

Sơ đồ khối của hệ thống phun

Hình 3.1: Sơ đồ mô hình của hệ thống phun

KHỐI CÁC

CẢM BIẾN

KHỐI THIẾT

BỊ XỬ LÝ TRUNG TÂM

KHỐI MOSFET

KHỐI THIẾT BỊ CHẤP HÀNH

KHỐI NGUỒN

ỨNG DỤNG ANDROID/

IOS

WEB SERVER

Hình 3.2: Sơ đồ khối hệ thống

Chức năng từng khối trong hình 3.2:

Khối nguồn: Chịu trách nhiệm cung cấp nguồn điện cho toàn bộ hệ thống, sử dụng nguồn 5VDC để cấp cho khối xử lý trung tâm, mạch Mosfet, cảm biến, và còn sử dụng nguồn 220VAC để cấp cho các thiết bị điện khác

Khối thiết bị xử lý trung tâm: Là trung tâm điều khiển hoạt động của toàn bộ hệ thống Nó nhận tín hiệu từ ứng dụng Android hoặc từ nút nhấn, sau đó xử lý và chuyển tín hiệu điều khiển đến khối công suất để thực hiện các chức năng cần thiết Dữ liệu được gửi lên khối Server để quản lý và giám sát Khối này cũng bao gồm khối cảm biến nhiệt độ sử dụng cảm biến DHT22 để đo thông số nhiệt độ

Khối Webserver: Phụ trách xây dựng giao diện web để hiển thị và lưu trữ dữ liệu, đồng thời cung cấp khả năng thao tác và điều khiển hệ thống thông qua Wifi

Khối các cảm biến: Bao gồm các cảm biến nhằm thu thập thông số môi trường, giúp điều khiển và giám sát nhiệt độ trong xưởng

Khối Mosfet: Thực hiện chức năng đóng/ngắt các tiếp điểm dựa trên tín hiệu điều khiển từ ngõ ra của NodeMCU ESP8266 để điều khiển thiết bị Mạch này được cách ly giữa mạch công suất và mạch điều khiển để đảm bảo an toàn và ổn định

Hình 3.3: Sơ đồ thiết bị của hệ thống

Thiết bị cho từng khối được trình bày như trong hình 3.3 gồm:

Khối các cảm biến: Cảm biến nhiệt độ và độ ẩm

Khối xử lý trung tâm và khối giao tiếp wifi: Board NodeMCU ESP8266

Khối webserver: Máy chủ Blynk

Khối Mosfet: Modul Mosfet

Khối thiết bị chấp hành: Hệ thống thiết bị phun nước

Khối nguồn: Nguồn 5vdc và 12vdc

3.2.1 Khối các thiết bị xử lý trung tâm

Giới thiệu board mạch NodeMCU ESP8266

NodeMCU ( Node Micro Controller Unit) là một môi trường phát triển phần cứng

và phần mềm mã nguồn mở được xây dựng dựa trên hệ thống trên chip (SoC) rẻ tiền được gọi là ESP8266 ESP8266 được thiết kế và sản xuất bởi Espressif Systems, chứa các yếu tố quan trọng của một máy tính: CPU, RAM, mạng (WiFi), thậm chí cả hệ điều hành và SDK hiện đại Điều đó làm cho nó trở thành một lựa chọn tuyệt vời cho các dự

án Internet of Things (IoT)

Phần cứng

Module thu phát Wifi ESP8266 NodeMCU là kit phát triển dựa trên nền chip Wifi SoC ESP8266 với thiết kế dễ sử dụng và đặc biệt là có thể sử dụng trực tiếp trình biên dịch của arduino để lập trình và nạp code, điều này khiến việc sử dụng và lập trình các ứng dụng trên ESP8266 trở nên rất đơn giản

Hình 3.4: ESP8266 Node MCU

Module thu phát Wifi ESP8266 NodeMCU được ứng dụng cho các kịch bản đòi hỏi kết nối, thu thập dữ liệu, và điều khiển qua mạng Wifi, đặc biệt là trong lĩnh vực của Internet of Things (IoT)

Kit RF thu phát Wifi ESP8266 NodeMCU sử dụng chip nạp và giao tiếp UART, đặc biệt là chip CP2102, đây là một giải pháp mới và ổn định Chip này có khả năng tự động nhận Driver trên cả hệ điều hành Windows và Linux, đánh dấu bước tiến từ các phiên bản trước sử dụng IC nạp giá rẻ như CH340 Sơ đồ chân của board điều khiển được minh họa như trong hình 3.5 sau đây:

Hình 3.5: Sơ đồ chân Module NodeMCU ESP8266

Chân nguồn Vin, có số 30, và chân GND, có số 29, được kết nối với mạch nguồn cung cấp điện áp 5VDC

Các chân GPIO có số 5, 6, 7, 8 lần lượt được kết nối với các ngõ vào của các Mosfet tương ứng

Các chân D1, D2, D4, RX, tương đương với GPIO 2, 3, 4, 5, được kết nối với các nút nhấn

Chân SD3, tương đương với GPIO số 10, được kết nối với cảm biến DHT22

3.2.2 Khối các cảm biến

Cảm biến nhiệt độ và độ ẩm DHT22

Cảm biến độ ẩm và nhiệt độ DHT22 Temperature Humidity Sensor sử dụng giao tiếp 1 Wire dễ dàng kết nối và giao tiếp với Vi điều khiển để thực hiện các ứng dụng đo nhiệt độ, độ ẩm môi trường, cảm biến có chất lượng tốt, kích thước nhỏ gọn, độ bền và

độ ổn định cao

Hình 3.6: Cảm biến DHT22

Sơ đồ chân của cảm biến

Cảm biến DHT có bốn chân như trong hình sau Tuy nhiên, nếu người dùng có cảm biến DHT nó chỉ có ba chân và với một điện trở kéo lên bên trong trên chân 2