đồ án điều khiển ô tô thiết kế và chế tạo mạch đo nhiệt độ độ ẩm không khí trong xe ô tô

TRƯỜNG ĐẠI HỌC TRÀ VINH KHOA KỸ THUẬT VÀ CÔNG NGHỆ

  

-ĐỒ ÁN ĐIỀU KHIỂN Ô TÔ

THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MẠCH ĐO NHIỆT ĐỘ, ĐỘ ẨM KHÔNG KHÍ TRONG XE Ô TÔGiảng viên hướng dẫn: TS TRƯƠNG VĂN MẾN

Sinh viên thực hiện: THẠCH MINH TRỌNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC TRÀ VINH KHOA KỸ THUẬT VÀ CÔNG NGHỆ

  

-ĐỒ ÁN ĐIỀU KHIỂN Ô TÔ

THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MẠCH ĐO NHIỆT ĐỘ, ĐỘ ẨM KHÔNG KHÍ TRONG XE Ô TÔGiảng viên hướng dẫn: TS TRƯƠNG VĂN MẾN

Sinh viên thực hiện: THẠCH MINH TRỌNG

CHƯƠNG 1: TỔNG QUANNG 1: T NG QUANỔNG QUAN 1

1.1 Tính c p thi t c a ấp thiết của đề tàiết của đề tài ủa đề tài đề tài ài 1 t i1.2 T ng quan tình hình nghiên c u trong v ngo i nổng quan tình hình nghiên cứu trong và ngoài nướcứu trong và ngoài nướcàiài ước 1c1.2.1 Tình hình nghiên cứu trong nước 1

1.2.2 Tình hình nghiên cứu ngoài nước 2

1.3 M c tiêu nghiên c uục tiêu nghiên cứuứu trong và ngoài nước 2

1.4 Ph m vi nghiên c uạm vi nghiên cứuứu trong và ngoài nước 2

1.5 Phương pháp nghiên cứung pháp nghiên c uứu trong và ngoài nước 2

CHƯƠNG 1: TỔNG QUANNG 2: C S LÝ THUY TƠNG 1: TỔNG QUAN Ở LÝ THUYẾTẾT 4

CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ THIẾT KẾ, CHẾ TẠO VÀ THỬ NGHIỆM 18

3.1 S ơng pháp nghiên cứu đồ khối của hệ thống kh i c a h th ngối của hệ thống ủa đề tàiện chính ối của hệ thống 18

3.2 Sơ đồ mạch chi tiết của hệ thống 19

LỜI MỞ ĐẦU

Trong thời đại công nghệ hiện đại ngày nay, việc tích hợp các hệ thống đo lường vào ô tô không chỉ là một xu hướng mà còn là một yêu cầu cần thiết để nâng cao hiệu suất hoạt động và an toàn khi lái xe Trong dòng xe ngày càng thông minh, việc thu thập và giám sát dữ liệu như nhiệt độ và độ ẩm không chỉ cung cấp thông tin quan trọng về môi trường bên trong mà còn đóng vai trò quan trọng trong việc bảo dưỡng và vận hành ô tô

Đồ án này nhằm mục đích thiết kế và chế tạo một mạch đo nhiệt độ và độ ẩm cho ô tô, mang lại sự tiện ích và độ tin cậy cao trong việc giám sát điều kiện môi trường xung quanh Bằng cách sử dụng các cảm biến và linh kiện điện tử tiên tiến, mạch này sẽ cung cấp dữ liệu chính xác và liên tục, giúp lái xe có cái nhìn toàn diện hơn về điều kiện môi trường.

Ngày nay, việc ứng dụng nền tảng Iots vào hoạt động đo lường, kiểm soát được rất nhiều nước trên thế giới ứng không chỉ trong phạm vi phòng thí nghiệm mà còn cả trong đời sống thực tế Các mạch cảm biến thu thập các thông số của môi trường được ứng dụng rộng rãi trong nhiều ngành nghề trong đời sống, nhiều lĩnh vực khác nhau: Quân sự, Y tế, Công nghiệp ô tô, Nông nghiệp,… Chúng ta có thể sử mạch ESP – 32 để lập trình các dự án về đo lường, thu thập dữ liệu của môi trường và sau đó hiện thị dữ liệu đã được xử lý lên màn hình tích hợp hoặc gởi dữ liệu thông qua internet vào một Cloud Database (Blynk) sau đó chúng ta có thể đọc được dữ liệu hoặc điều khiển các thiết bị ngoại vi từ xa thông qua internet bởi ứng dụng Blynk Iot Các thiết bị thu thập dữ liệu của môi trường được ứng dụng nhiều trong Quân sự: các cảm biến thời tiết (cảm biến đo tốc độ gió - hướng gió, cảm biến đo độ ẩm, cảm biến đo tín hiệu hồng ngoại) trên các các phương tiện chiến đấu bọc thép; các tên lửa, thiết bị bay không người lái được trang bị các đầu dò hồng ngoại, các máy ảnh có đô phân giải cao để thu thập dữ liệu để truyền về căn cứ

LỜI CẢM ƠN

Trong quá trình hoàn thành đồ án này, tôi muốn bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến mọi người đã hỗ trợ em trong suốt quá trình làm đồ án điều khiển này Đầu tiên và quan trọng nhất, em muốn gửi lời cảm ơn chân thành nhất đến Thầy Trương Văn Mến, người đã dành thời gian và kiến thức sâu rộng để hướng dẫn em trong suốt quá trình thực hiện đồ án Sự hỗ trợ và sự khích lệ của Thầy không chỉ giúp em hoàn thành đồ án điều khiển và giúp em có nhiều kiến thức hơn về kỹ năng lập trình Iot, kỹ năng thiết kế 3D, kỹ năng in 3D để em có nhiều kiến thức chuyên môn hơn để tự tin vận hành các các thiết bị chuyên môn.

Chúng em xin chân thành cảm ơn các Thầy trong khoa Kỹ Thuật – Công Nghệ, và đăc biệt các thầy trong bộ môn Cơ Khí Động Lực đã nhiệt tình giúp đỡ và giảng dạy, cung cấp những kiến thức cơ bản để chúng em có cơ sở chuyên môn thực hiện và hoàn thành đồ án

Chúng em xin chân thành cảm ơn!

TRƯỜNG ĐẠI HỌC TRÀ VINH

KHOA KỸ THUẬT VÀ CÔNG NGHỆ

CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAMĐộc lập – Tự do – Hạnh Phúc

BẢN NHẬN XÉT ĐỒ ÁN MÔN HỌC

(Của giảng viên hướng dẫn)

Họ và tên sinh viên: MSSV:

Họ và tên sinh viên: MSSV:

Trà Vinh, ngày tháng năm 20… Giảng viên hướng dẫn (Ký & ghi rõ họ tên)

TRƯỜNG ĐẠI HỌC TRÀ VINH

KHOA KỸ THUẬT VÀ CÔNG NGHỆ

CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Cơ quan công tác:

Tên sinh viên:

Hình 2-1: Khối nguồn 4

Hình 2-2: Khối điều khiển ESP - 32 – WROOM – 32D [3] 4

Hình 2-3: Cảm biến nhiệt độ và độ ẩm DHT – 11 [4] 8

Hình 2-4: Sơ đồ giải mã từ hệ nhị phân sang hệ thập phân 10

Hình 2-5: ESP - 32 gởi 1 bit Start cho cảm biến DHT – 11 [4] 10

Hình 2-6: Cảm biến DHT – 11 gởi thông tin phản hồi cho ESP – 32 [4] 11

Hình 2-7: Màn hình OLED 0.91 inch giao tiếp I2C [5] 12

Hình 2-8: Tín hiệu giao tiếp I2C [5] 13

Hình 2-9: Thân hộp được thiết kế trên phần mềm Autodesk

Hình 2-12: Các linh kiện khác 17

Hình 3-1: Sơ đồ khối của hệ thống 18

Hình 3-2: Sơ đồ đấu dây của hệ thống 19

Hình 3-3: In 3D thân vỏ hộp 21

Hình 3-4: Cắt tấm nhựa acrylic bằng máy cắt laser 21

Hình 3-5: Bố trí linh kiện vào hộp 22

Hình 3-6: Mạch đo nhiệt độ và độ ẩm hoàn thiện 22

Hình 3-7: Mạch hoạt động ở điều kiện nhiệt độ phòng 23

Hình 3-8: Mạch hoạt động ở điều kiện nhiệt độ của hơi nóng máy sấy xả vào cảm biến 23

Hình 3-9: Mạch hoạt động ở điều kiện nhiệt độ của đá lạnh đặt trước cảm biến 24

DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 2-1: Thông số cơ bản của mạch ESP – 32 7

Bảng 2-2: Thông số kỹ thuật cảm biến nhiệt độ và độ ẩm DHT –

CHƯƠNG 1: TỔNG QUANNG 1: TỔNG QUANNG QUAN

1.1 Tính cấp thiết của đề tàip thiết của đề tàit của đề tàia đề tài tàii

Cuộc sống ngày càng phát triển nhanh chóng và hiện đại hơn, những công nghệ mới ngày càng được phát minh và phát triển để đưa vào phục vụ cuộc sống hằng ngày của con người Những ứng dụng của IoTs được sử dụng ngày càng rộng rãi và trong rất nhiều lĩnh vực: nông nghiệp, y tế, giáo dục, nhằm mang lại sự tiện nghi, an toàn hơn cho người sử dụng Trong đó không thể không kể đến những dự án, nghiên cứu về lĩnh vực điều khiển và giám sát thông minh với sự tiên tiến vượt trội Điều khiển và giám sát thông minh, là tích hợp các hệ thống như hệ thống điều khiển và giám sát nhiệt độ, độ ẩm, ánh sáng, cường độ gió, thành một hệ thống nhất

Vì thế hiện nay điều khiển và giám sát thông minh là một trong những đề tài công nghệ ứng dụng được áp dụng trong rất nhiều dự án Không chỉ hạn chế với những tính năng nêu trên, ngày càng có nhiều nghiên cứu đề xuất phát triển hệ thống điều khiển và giám sát để bám kịp theo sự phát triển của công nghệ, tối ưu hóa hiệu năng sử dụng cũng như giá cả hợp lý.

Qua đó em đã quyết định nghiên cứu thiết kế và chế tạo ra một sản phẩm mang tính ứng dụng vào trong đời sống thực tiễn của chúng ta Sản phẩm đó chính là mạch đo nhiệt độ và độ ẩm trên ô tô Mạch đo nhiệt độ và độ ẩm trên ô tô được thiết kế có thể đo được nhiệt độ và độ ẩm trên xe hoặc đo được nhiệt độ của môi trường, giá trị của nhiệt độ và độ ẩm của môi trường được hiển thị trên màn hình Oled 0,91 inch để người dùng có thể đọc Nhưng do thời gian, kiến thức và kinh nghiệm của em còn hạn chế nên sẽ không tránh khỏi những sai sót.

1.2 Tổng quan tình hình nghiên cứu trong và ngoài nướcng quan tình hình nghiên cứu trong và ngoài nướcu trong vài ngoàii nướcc

1.2.1 Tình hình nghiên cứu trong nước

Đối với đề tài nghiên cứu, thiết kế và chế tạo mạch đo nhiệt độ và độ ẩm trên ô tô hiện nay đã có nhiều sản phẩm về đề tài này có thể kể đến như:

 Đề tài “thiết kế và thi công thiết bị giám sát nhiệt độ, độ ẩm và điều khiển thiết bị thông minh tự động từ xa” do sinh viên

Trường Đại Học Công Nghệ Thông Tin và Truyền Thông Việt – Hàn thực hiện Đề tài này chủ yếu nghiên cứu tập trung vào chế tạo thiết bị có khả năng theo dõi dữ liệu về nhiệt độ, độ ẩm của môi trường, đồng thời có khả năng gởi kết quả qua điện thoại thông qua internet và điều khiển các thiết bị ngoại vi thông qua trợ lý ảo[1].

1.2.2 Tình hình nghiên cứu ngoài nước

Hiện nay trên thế giới đã có một số đề tài tương tự, có thể kể đến như:

 Đề tài “thiết kế phát triển hệ thống giám sát nhiệt độ và độ ẩm” của tác giả Rushikesh Sonawane đăng trên tạp chí Agricultural Science Digest, Volume 39 Issue 2 (April-June

2019)[2] Đề tài này chủ yếu nghiên cứu và xây dựng một thiết bị đo nhiệt độ và độ ẩm dùng trong nông nghiệp với chi phí thấp Thiết bị này được trang bị mạch xử lí trung tâm arduino UNO R3 Cảm biến DHT – 11 sẽ đọc dữ liệu về độ ẩm và nhiệt độ và gởi về mạch xử lý trung tâm arduino UNO R3 Sau đó sẽ xuất dữ liệu sang màn hình LCD 16 x 2 giao tiếp I2C.

1.3 Mục tiêu nghiên cứuc tiêu nghiên cứu trong và ngoài nướcu

Tìm hiểu về hệ thống đo nhiệt độ và độ ẩm trên ô tô.

Tìm hiểu về ESP – 32, cảm biến DHT – 11, màn hình Oled, IoTs, …

Tìm hiểu các thuật toán, phần mềm có liên quan đến đề tài để phục vụ nghiên cứu.

Thiết kế và chế tạo mạch đo nhiệt độ và độ ẩm có khả năng hiển thị dữ liệu cho người dùng nắm bắt được các thông số về nhiệt độ và độ ẩm trong xe.

Kiểm tra đánh giá tính ứng dụng của đề tài.

1.4 Phạm vi nghiên cứum vi nghiên cứu trong và ngoài nướcu

Nghiên cứu về phần mềm, các thiết bị ngoại vi và cảm biến, lắp ráp mạch điều khiển phục vụ cho việc chế tạo ra mạch đo nhiệt độ và độ ẩm trên ô tô Mạch có khả năng đo được nhiệt độ và độ ẩm của môi trường và hiện thị ra cho người sử dụng đọc được Mạch có thiết kế module và có khả năng tùy biến phục vụ nhu cầu người dùng cũng như khả năng phát triển cho các đề tài sau này.

1.5 Phương pháp nghiên cứung pháp nghiên cứu trong và ngoài nướcu

Trong đề tài này em đã sử dụng các phương pháp nghiên cứu:  Phương pháp tham khảo tài liệu: bằng cách thu thập thông tin

từ sách, tạp chí về điện tử và truy cập từ mạng Internet  Phương pháp quan sát: Khảo sát một số mạch điện thực tế

đang có trên thị trường và tham khảo thêm một số dạng mạch từ mạng Internet

 Phương pháp thực nghiệm: từ những ý tưởng và kiến thức vốn có của mình kết hợp với sự hướng dẫn từ các trang điện tử trên Youtube, Internet, em đã lắp ráp thử nghiệm nhiều dạng mạch khác nhau để từ đó chọn lọc những mạch điện tối ưu.

CHƯƠNG 1: TỔNG QUANNG 2: CƠNG 1: TỔNG QUAN SỞ LÝ THUYẾT LÝ THUYẾTT

2.1 Các linh kiện chínhn chính

2.1.1 Khối nguồn

Hình 2-1: Khối nguồn

Pin 18650 là pin có đường kính 180 mm, chiều dài 650 mm là loại pin có hiệu điện thế 3.7 VDC đến 4.2 VDC, với dung lượng pin 3500 mAh Có chức năng là cung cấp nguồn cho hệ thống

2.1.2 Khối điều khiển ESP - 32 – WROOM – 32D

Hình 2-2: Khối điều khiển ESP - 32 – WROOM – 32D [3]

ESP - 32 là một series các vi điều khiển trên một vi mạch giá rẻ, năng lượng thấp có hỗ trợ WiFi và dual-mode Bluetooth Dòng ESP - 32 sử dụng bộ vi xử lý Tensilica Xtensa LX6 ở cả hai biến thể lõi kép và lõi đơn, và bao gồm các công tắc antenna tích hợp, RF balun, bộ khuếch đại công suất, bộ khuếch đại thu nhiễu thấp, bộ lọc và module quản lý năng lượng.

Mạch ESP - 32 là một nền tảng phần cứng mạnh mẽ được thiết kế cho Internet of Things (IoT) và các ứng dụng nhúng Dưới đây là một số điểm quan trọng và ứng dụng của mạch ESP - 32:

Mạnh mẽ và linh hoạt: ESP - 32 có CPU xử lý hai nhân tốc độ cao và tích hợp nhiều tính năng như Wi-Fi, Bluetooth, GPIOs (General Purpose Input/Output), SPI (Serial Peripheral Interface), I2C (Inter-Integrated Circuit), UART (Universal Asynchronous Receiver-Transmitter), ADC (Analog to Digital Converter), DAC (Digital to Analog Converter), và nhiều tính năng khác

Kết nối không dây: ESP - 32 hỗ trợ kết nối Wi-Fi và Bluetooth, cho phép thiết lập kết nối không dây với các thiết bị khác hoặc truy

cập vào mạng Internet Điều này rất hữu ích cho các ứng dụng IoT, nơi kết nối trực tuyến là cần thiết

Tiết kiệm năng lượng: ESP - 32 được thiết kế để tiêu thụ ít năng lượng, điều này làm cho nó trở thành một lựa chọn phổ biến cho các thiết bị di động hoặc các ứng dụng yêu cầu tiết kiệm năng lượng

Phát triển dễ dàng: ESP - 32 được hỗ trợ bởi một cộng đồng lớn, có nhiều tài liệu, ví dụ và các thư viện phần mềm sẵn có Điều này làm cho việc phát triển các ứng dụng dựa trên ESP - 32 trở nên dễ dàng hơn

Ứng dụng IoT: Với khả năng kết nối không dây và tích hợp nhiều giao tiếp như Wi-Fi và Bluetooth, ESP - 32 được sử dụng rộng rãi trong các ứng dụng IoT như kiểm soát nhà thông minh, giám sát môi trường, theo dõi vị trí, cảm biến thông minh, và nhiều ứng dụng khác

Điều khiển và tự động hóa: ESP - 32 có thể được sử dụng để điều khiển các thiết bị điện tử thông qua các giao thức như Wi-Fi hoặc Bluetooth, làm cho nó trở thành một lựa chọn phổ biến cho các hệ thống điều khiển và tự động hóa

Phát triển sản phẩm thương mại: Với chi phí thấp và khả năng linh hoạt, ESP - 32 là một nền tảng phổ biến cho việc phát triển các sản phẩm thương mại trong lĩnh vực IoT và các thiết bị nhúng khác

Tóm lại, ESP - 32 là một công cụ mạnh mẽ và linh hoạt cho việc phát triển các ứng dụng IoT và các ứng dụng nhúng khác, với khả năng kết nối không dây, tiết kiệm năng lượng và sự hỗ trợ mạnh mẽ

 Hỗ trợ 2 giao tiếp không dây  Wifi: 802.11 b/g/n.

 Bluetooth: v4.2 BR/EDR và BLE (Bluetooth low energy)

 Các chân giao tiếp:

 Số cổng GPIOs (General Purpose Input Output – chân tín hiệu kỹ thuật số mà vừa có thể là chân đầu vào hoặc chân đầu ra phụ thuộc vào chương trình): 34 cổng  8 – bit DACs (digital to analog): 2 cổng.

 Analog (ADC) 12 – bit: 16 cổng.

 Chân giao tiếp I2C (SCL, SDA): 2 cổng gồm chân G21 và G22.

 Giao tiếp UART (giao tiếp nối tiếp): 3 cổng (UART0, UART1, UART2) với tốc độ lên đến 5 Mbps.

 Giao tiếp SPI: 3 cổng (1 cổng cho chip Flash)  Giao tiếp I2S: 2 cổng.

 SD card/SDIO/MMC host controller  SDIO/SPI slave controller

 Bộ điều khiển hồng ngoại từ xa (TX/RX, lên đến 8 kênh)  Băm xung PWM: tất cả các chân.

 Bộ tiền khuếch đại analog công suất cực thấp (Ultra low power analog pre-amplifier)

 Chân cấp nguồn: ESP - 32 có thể được cấp nguồn 5V thông qua cổng micro USB hoặc cấp nguồn ngoài vào chân Vin và chân GND với điện áp 5VDC

 GND (nối đất/âm).

 3,3V: chân nguồn ra để cấp vào một số thiết bị ngoại vi sử dụng nguồn 3,3VDC.

 Vin (Voltage Input): để cấp nguồn ngoài cho ESP - 32, khi nối cực dương của nguồn với chân này và cực âm của nguồn với chân GND.

 RESET: việc nhấn nút Reset trên board để reset vi điều khiển tương đương với việc chân EN (RESET) được nối với GND qua 1 điện trở 10KΩ.

 BOOT: dùng để nạp chương trình Khi chúng ta biên dịch chương trình thành công, chúng ta nhấn upload chương trình trên phần mềm Arduino IDE để nạp chương trình vào ESP - 32 thì đèn trên mạch ESP - 32 nhấp nháy, sau đó chúng ta ấn giữ nút Boot thì ESP - 32 mới nhận được chương trình được nạp từ máy tính.

Bảng 2-1: Thông số cơ bản của mạch ESP – 32

Vi điều khiển Bộ vi xử lý Xtensa lõi kép (hoặc lõi đơn)

Dòng tối đa trên mỗi chân GPIOs 40 mA

2.1.3 Cảm biến độ ẩm và nhiệt độ DHT – 11

Cảm biến độ ẩm và nhiệt độ DHT11 (Digital Humidity Temperature) là cảm biến rất thông dụng hiện nay vì chi phí rẻ và rất dễ lấy dữ liệu thông qua giao tiếp 1 dây (giao tiếp digital 1 dây truyền dữ liệu duy nhất) Bộ tiền xử lý tín hiệu tích hợp trong cảm biến giúp chúng ta có được dữ liệu chính xác mà không phải qua bất kỳ tính toán nào.

Hình 2-3: Cảm biến nhiệt độ và độ ẩm DHT – 11 [4]

Cảm biến DHT – 11 có ngõ ra dữ liệu số dạng digital có độ dài là 40 bit truyền dữ liệu theo chuẩn 1 dây Cảm biến bên trong sẽ nhận nhiệt độ và độ ẩm từ môi trường sau đó chuyển hành tính hiệu số và lưu trong bộ nhớ 4 Byte trong cảm biến Giá trị nhị phân có độ dài 40 bit dữ liệu được truyền từ 1 dây thông qua cảm biến DHT – 11 đến mạch ESP - 32 để đọc giá trị Trong quá trình truyền, từ bit dữ liệu sẽ lần lượt được truyền cho đến khi đủ 40 bit dữ liệu, sau đó tiếp hành đọc dữ liệu tiếp theo và truyền 40 bit tiếp theo theo chu kì 1 giây 1 lần.

Dữ liệu truyền từ cảm biến DHT – 11 đến mạch ESP - 32 theo các mức logic: 0, 1 mang giá trị độ ẩm và nhiệt độ đã đo được Trong đó có 32 bit trong tổng số 40 bit mà cảm biến DHT – 11 truyền cho mạch ESP - 32 là:

 16 bit cao nhất lưu giá trị của độ ẩm được chia ra làm 2 phần:  8 bit cao nhất là phần nguyên của giá trị độ ẩm đo được  8 bit thấp hơn là phần thập phân của giá trị độ ẩm đo được  16 bit còn lại lưu giá trị của nhiệt độ được chia ra làm 2 phần:

 8 bit cao là phần nguyên của giá trị nhiệt độ đo được.

 8 bit thấp hơn là phần thập phân của giá trị nhiệt độ đo được.

ESP - 32 sẽ đọc từng bit dữ liệu và sau khi đọc xong 8 bit dữ liệu thì ESP - 32 sẽ chuyển đổi dữ liệu từ hệ nhị phân sang hệ thập phân Khi truyền dữ liệu từ cảm biến DHT- 11 đến ESP - 32 thì cảm biến sẽ truyền 32 bit dữ liệu trước Bắt đầu từ bit cao, sau khi truyền xong 32 bit dữ liệu này sẽ đến 8 bit để tổng kiểm tra sau khi để báo cho ESP - 32 biết rằng việc truyền tính hiệu đã xong và hực hiện chính xác.

Mạch ESP - 32 sẽ đọc tín hiệu như sau:

 Đầu tiên ESP - 32 sẽ nhận 8 bit dữ liệu phần nguyên của độ ẩm và chuyển sang giá trị thập phân → phần nguyên độ ẩm.

 Tiếp đến ESP - 32 sẽ nhận 8 bit dữ liệu phần thập phân của độ ẩm và chuyển sang giá trị thập phân → phần thập phân độ ẩm.

 Tiếp đến ESP - 32 sẽ nhận 8 bit dữ liệu phần nguyên của nhiệt độ và chuyển sang giá trị thập phân → phần nguyên nhiệt độ.

 Cuối cùng ESP - 32 sẽ nhận 8 bit dữ liệu phần thập phân của nhiệt độ và chuyển sang giá trị thập phân → phần thập phân nhiệt độ.

Hình 2-4: Sơ đồ giải mã từ hệ nhị phân sang hệ thập phân

Khi nào quá trình truyền – nhận dữ liệu giữa ESP - 32 với cảm biến DHT – 11 diễn ra:

 Sau khi ta kết nối cảm biến DHT – 11 với mạch ESP - 32 thì ESP - 32 sẽ gửi 1 bit Start đến cảm biến DHT – 11 1 bit Start thực chất là một điện áp có mức logic là 0 hoặc1, nhưng ở mạch đo nhiệt độ và độ ẩm này là gởi điện áp có mức logic là 0 (mức thấp) có thời gian là 18 ms (độ rộng của xung là 18 ms), tức là mạch ESP - 32 đang yêu cầu cảm biến truyền dữ liệu Sau đó điện áp được gởi được nâng lên mức logic 1 (mức cao) để chờ trong thời gian từ 20 – 40 μss Nếu đường dây kết nối ổn định và cảm biến DHT – 11 còn hoạt động tốt thì sẽ nhận được bit Start này.

Hình 2-5: ESP - 32 gởi 1 bit Start cho cảm biến DHT – 11 [4]

 Cảm biến DHT – 11 gởi thông tin phản hồi về cho mạch ESP - 32, cảm biến sẽ gởi thông tin phản hồi bằng mức logic 0 vào ESP - 32 Mức xung thấp này có độ dài 80 μss, sau đó đưa mức logic lên mức 1 và chờ 80 μss Sau khi thực hiện xong thì quá trình truyền – nhận dữ liệu có thể được tiến hành.

Hình 2-6: Cảm biến DHT – 11 gởi thông tin phản hồi cho ESP – 32 [4]

 Cảm biến DHT – 11 gởi 40 bit dữ liệu cho mạch ESP - 32.

Bảng 2-2: Thông số kỹ thuật cảm biến nhiệt độ và độ ẩm DHT – 11 [4]

Dòng điện hoạt động 0,3 mA (đo) 60 μA (chế độ chờ).

Signal Xuất cả Nhiệt độ và Độ ẩm thông qua dữ liệu nối tiếp

2.1.4 Màn hình Oled 0.91 inch giao tiếp I2C

Hình 2-7: Màn hình OLED 0.91 inch giao tiếp I2C [5]

OLED (viết tắt bởi Organic Light Emitting Diode: Diode phát sáng hữu cơ) đang trở thành đối thủ cạnh tranh cũng như ứng cử viên sáng giá thay thể màn hình LCD.

Màn hình OLED gồm những lớp như tấm nền, Anode, lớp hữu cơ, cathode Và phát ra ánh sáng theo cách tương tự như đèn LED Quá trình trên được gọi là phát lân quang điện tử.

Giao tiếp I2C bao gồm quá trình truyền nhận dữ liệu giữa các thiết bị chủ tớ, hay Master - Slave.

Thiết bị Master là 1 vi điều khiển, nó có nhiệm vụ điều khiển đường tín hiệu SCL và gửi nhận dữ liệu hay lệnh thông qua đường SDA đến các thiết bị khác.

Các thiết bị nhận các dữ liệu lệnh và tín hiệu từ thiết bị Master được gọi là các thiết bị Slave Các thiết bị Slave thường là các IC, hoặc thậm chí là vi điều khiển.

Master và Slave được kết nối với nhau bằng hai đường bus SCL và SDA đều hoạt động ở chế độ Open Drain, nghĩa là bất cứ thiết bị nào kết nối với mạng I2C này cũng chỉ có thể kéo 2 đường bus này xuống mức thấp (LOW), nhưng lại không thể kéo được lên mức cao Vì để tránh trường hợp bus vừa bị 1 thiết bị kéo lên mức cao vừa bị 1 thiết bị khác kéo xuống mức thấp gây hiện tượng ngắn mạch Do đó cần có 1 điện trờ ( từ 1 – 4,7 kΩ) để giữ mặc định ở mức cao.) để giữ mặc định ở mức cao

Hình 2-8: Tín hiệu giao tiếp I2C [5]

Với I2C, dữ liệu được truyền trong các tin nhắn Tin nhắn được chia thành các khung dữ liệu Mỗi tin nhắn có một khung địa chỉ chứa địa chỉ nhị phân của địa chỉ slave và một hoặc nhiều khung dữ liệu chứa dữ liệu đang được truyền Thông điệp cũng bao gồm điều kiện khởi động và điều kiện dừng, các bit đọc / ghi và các bit ACK / NACK giữa mỗi khung dữ liệu:

 Điều kiện khởi động: Đường SDA chuyển từ mức điện áp cao xuống mức điện áp thấp trước khi đường SCL chuyển từ mức cao xuống mức thấp.

 Điều kiện dừng: Đường SDA chuyển từ mức điện áp thấp sang mức điện áp cao sau khi đường SCL chuyển từ mức thấp lên mức cao.

 Bit địa chỉ: Thông thường quá trình truyền nhận sẽ diễn ra với rất nhiều thiết bị, IC với nhau Do đó để phân biệt các thiết bị này, chúng sẽ được gắn 1 địa chỉ vật lý 7 bit cố định.

 Bit đọc / ghi: Bit này dùng để xác định quá trình là truyền hay nhận dữ liệu từ thiết bị Master Nếu Master gửi dữ liệu đi thì ứng với bit này bằng ‘0’, và ngược lại, nhận dữ liệu khi bit này bằng ‘1’.

 Bit ACK / NACK: Viết tắt của Acknowledged / Not

Acknowledged Dùng để so sánh bit địa chỉ vật lý của thiết bị so

với địa chỉ được gửi tới Nếu trùng thì Slave sẽ được đặt bằng ‘0’ và ngược lại, nếu không thì mặc định bằng ‘1’.

 Bit dữ liệu: Gồm 8 bit và được thiết lập bởi thiết bị gửi truyền đến thiết bị nhân Sau khi các bit này được gửi đi, lập tức 1 bit ACK/NACK được gửi ngay theo sau để xác nhận rằng thiết bị nhận đã nhận được dữ liệu thành công hay chưa Nếu nhận thành công thì bit ACK/NACK được set bằng ‘0’ và ngược lại Quá trình truyền nhận:

 Khi bắt đầu Master sẽ gửi đi 1 xung Start bằng cách kéo lần lượt các đường SDA, SCL từ mức 1 xuống 0.

 Tiếp theo đó, Master gửi đi 7 bit địa chỉ tới các Slave cùng với bit Read/Write.

 Slave sẽ so sánh địa chỉ vừa được gửi tới Nếu trùng khớp, Slave sẽ xác nhận bằng cách kéo đường SDA xuống 0 và set bit ACK/NACK bằng ‘0’ Nếu không trùng khớp thì SDA và bit

ACK/NACK đều mặc định bằng ‘1’.

 Thiết bị Master sẽ gửi hoặc nhận khung bit dữ liệu Nếu Master gửi đến Slave thì bit Read/Write ở mức 0 Ngược lại nếu nhận thì bit này ở mức 1.

 Nếu như khung dữ liệu đã được truyền đi thành công, bit ACK/NACK được set thành mức 0 để báo hiệu cho Master tiếp tục.

 Sau khi tất cả dữ liệu đã được gửi đến Slave thành công, Master sẽ phát 1 tín hiệu Stop để báo cho các Slave biết quá trình truyền đã kết thúc bằng các chuyển lần lượt SCL, SDA từ mức 0 lên mức 1.

Các chế độ hoạt động của I2C:

 Chế độ chuẩn (standard mode) với tốc độ 100 kBit/s.

 Chế độ tốc độ thấp (low speed mode) với tốc độ 10 kBit/s.

Khác với giao tiếp SPI chỉ có thể có 1 Master, giao tiếp I2C cho phép chế độ truyền nhận dữ liệu giữa nhiều thiết bị Master khác nhau với thiết bị Slave Tuy nhiên quá trình này có hơi phức tạp vì thiết bị Slave có thể nhận 1 lúc nhiều khung dữ liệu từ các thiết bị Master khác nhau, điều đó đôi khi dẫn đến xung đột hoặc sai sót dữ liệu nhận được.

Để tránh điều đó, khi làm việc ở chế độ này, mỗi thiết bị Master cần phát hiện xem đường SDA đang ở trạng thái nào Nếu SDA ở mức 0, nghĩa là đang có 1 thiết bị Master khác đang có quyền điều khiển và phải chờ đến khi truyền xong Ngược lại nếu SDA ở mức 1, nghĩa là đường truyền SDA đã an toàn và có sử dụng.

Bảng 2-4: Thông số kỹ thuật màn hình Oled 0,91 inch giao tiếp I2C

Thân hộp được chúng em thiết kế trên phần mềm Autodesk Inventor, do đó chúng em sẽ tối ưu được thiết kế của thân hộp sao cho phù hợp với kích thước của

mạch điều khiển và cảm biến Autodesk Inventor [6] là phần mềm xây dựng mô hình 3D, thiết kế, hình mẫu và kiểm tra ý tưởng các sản phầm Inventor tạo ra các nguyên mẫu mô phỏng chuẩn xác khối lượng, áp lực, độ ma sát, tải trọng,… của các đối tượng sản phẩm trong môi trường 3D Các công cụ mô phỏng, phân tích được tích hợp trong Inventor cho phép người dùng thiết kế từ khuôn đúc cơ bản đến nâng cao như thiết kế chi tiết máy, trực quan hóa sản phẩm Inventor còn được tích hợp CAD và các công cụ giao tiếp thiết kế nhằm nâng cao năng suất làm việc của CAD và giảm thiếu phát sinh lỗi, tiết kiệm thời gian.

Hình 2-9: Thân hộp được thiết kế trên phần mềm Autodesk Inventor

Sau đó chúng em tiến hành xuất file 3D trên phầm mềm

Autodesk Inventor sang định dạng file stl và chuyển sang phần mềm Ultimaker Cura để tiến hành thiết lập các thông số để in 3D và sau đó xuất sang G – code để tiến hành nạp vào máy in 3D để tiến hành in 3D.

Hình 2-10: Chỉnh thông số in 3D trên phần mềm Ultimaker Cura

Phần nắp hộp được chúng em thiết kế trên phầm mềm Autodesk Inventor ở môi trường vẽ 2D, sau đó tiến hành xuất sang định dạng file dxf để tiến hành cắt laser trên máy cắt laser

C O2 bằng phần mềm CorelDraw [7] và vật liệu làm nắp hộp là tấm nhựa Acrylic với độ dày 5 mm.

Hình 2-11: Thiết kế biên dạng 2D của nắp hộp trên phần mềmAutodesk Inventor

2.2 Các linh kiện khác

 Dây cắm breadboard đầu đực/đầu cái  Dây micro USB.

 Công tắc.

 Đế cắm mạch ESP – 32.

Hình 2-12: Các linh kiện khác

CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ THIẾT KẾ, CHẾ TẠO VÀ THỬ NGHIỆM

3.1 Sơng pháp nghiên cứu đồ khối của hệ thống khối của hệ thốngi của đề tàia hện chính thối của hệ thốngng

Hình 3-13: Sơ đồ khối của hệ thống

Chức năng của từng khối:

Cảm biến đầu vào: xác định giá trị nhiệt độ và độ ẩm của môi trường

Bộ điều khiển trung tâm: nhận tín hiệu của cảm biến đầu vào xử lí tín hiệu và xuất tín hiệu thông qua giao tiếp I2C qua 2 chân SCL và SDA để hiển thị ra màn hình Oled Màn hình: hiện thị giá trị nhiệt độ và độ ẩm.

Khối nguồn: cung cấp nguồn cho bộ điều khiển trung tâm

3.2 Sơ đồ mạch chi tiết của hệ thống

Hình 3-14: Sơ đồ đấu dây của hệ thốngBảng 3-6: Sơ đồ đấu dây

ESP - 32Oled 0,91 inchgiao tiếp I2C

Nguyên lí làm việc của mạch

 ESP – 32 là bộ xử lý trung tâm của robot với 34 chân GPIOs sẵn có.

 Cảm biến nhiệt độ và độ ẩm DHT – 11 có 3 chân: VCC, DATA và GND được kết nối với các chân 3V3 và GND, chân DATA được nối với chân IO5 của mạch ESP – 32.

 Màn hình Oled 0,91 inch được sử dụng như một thiết bị ngoại vi để hiển thị dữ liệu nhiệt độ và độ ẩm đã đo được cho người dùng xem Màn hình có 4 chân: VCC, SCL, SDA và GND được kết nối với các chân 5V và GND, chân SCL được nối với chân IO22 và chân SDA được nối với chân IO21 của mạch ESP – 32.

3.3 Nguyên lý làm việc

Sau khi hoàn thành việc nạp chương trình vào mạch ESP – 32 [6] và bật nguồn để mạch vận hành Mạch điều khiển ESP - 32 sẽ gửi 1 bit Start đến cảm biến DHT – 11 1 bit Start thực chất là một điện áp có mức logic là 0 hoặc1, nhưng đối với mạch đo nhiệt độ và độ ẩm này là gởi điện áp có mức logic là 0 (mức thấp) có thời gian là 18 ms (độ rộng của xung là 18 ms), tức là mạch ESP - 32 đang yêu cầu cảm biến truyền dữ liệu Sau đó điện áp được gởi được nâng lên mức logic 1 (mức cao) để chờ trong thời gian từ 20 – 40 μss Nếu đường dây kết nối ổn định và cảm biến DHT – 11 còn hoạt động tốt thì sẽ nhận được bit Start này.

Cảm biến DHT – 11 gởi thông tin phản hồi về cho mạch ESP - 32, cảm biến sẽ gởi thông tin phản hồi bằng mức logic 0 vào ESP - 32 Mức xung thấp này có độ dài 80 μss, sau đó đưa mức logic lên mức 1 và chờ 80 μss Sau khi thực hiện xong thì quá trình truyền – nhận dữ liệu có thể được tiến hành.

Cảm biến DHT – 11 gởi 40 bit dữ liệu cho mạch ESP - 32.

Mạch điều khiển ESP – 32 sẽ đọc từng bit dữ liệu và sau khi đọc xong 8 bit dữ liệu thì ESP - 32 sẽ chuyển đổi dữ liệu từ hệ nhị phân sang hệ thập phân Sau đó sẽ xuất dữ liệu nhiệt độ và độ ẩm thông qua 2 chân IO21 và IO22 vào chân SCL và SDA của màn hình Oled 0,91 inch để người dùng có thể đọc được.

3.4 Kết quả chế tạo

Sau khi thực hiện thiết kế và chế tạo mô hình thành viên đã chia công việc thực hiện:

 In 3D thân hộp.

Hình 3-15: In 3D thân vỏ hộp

Thiết kế thân hộp với kích thước chiều dài 18 cm, cao 6 cm, ngang 18 cm và in 3D hoàn thiện trong 1 ngày

Hình 3-16: Cắt tấm nhựa acrylic bằng máy cắt laser

Nắp hộp có kích thước chiều dài 18 cm, chiều ngang 18 cm, được bo 4 góc xung quanh 8 mm và cắt laser hoàn thiện trong 1 ngày.

 Thực hiện bố trí các linh kiện cho hợp lý lên mô hình xe và kết nối các linh kiện.

Hình 3-17: Bố trí linh kiện vào hộp

 Lắp đặt cảm biến bên ngoài hộp.

Dưới đây là hình ảnh sau khi lắp ráp hoàn chỉnh mạch đo nhiệt độ và độ ẩm, sau đó cho vận hành thử nghiệm.

Hình 3-18: Mạch đo nhiệt độ và độ ẩm hoàn thiện

3.5 Kết quả thử nghiệm

Hình 3-19: Mạch hoạt động ở điều kiện nhiệt độ phòng

Mạch đo nhiệt độ và độ ẩm được vận hành ở điều kiện nhiệt độ trong phòng Khi bật nguồn cho mạch hoạt động thì mạch đã đo được giá trị nhiệt độ, độ ẩm của không gian trong phòng và hiển thị lên màn hình với giá trị nhiệt độ là 30,2 độ C và độ ẩm là 72 %.

Hình 3-20: Mạch hoạt động ở điều kiện nhiệt độ của hơi nóng máysấy xả vào cảm biến

Mạch đo nhiệt độ và độ ẩm được vận hành ở điều kiện nhiệt độ của hơi nóng máy sấy xả vào cảm biến Khi bật nguồn cho mạch hoạt động thì mạch đã đo được giá trị nhiệt độ, độ ẩm khi nhiệt độ của hơi nóng máy sấy xả vảo cảm biến và hiển thị lên màn hình với giá trị nhiệt độ là 35,6 độ C và độ ẩm là 67 %.

Hình 3-21: Mạch hoạt động ở điều kiện nhiệt độ của đá lạnh đặttrước cảm biến

Mạch đo nhiệt độ và độ ẩm được vận hành ở điều kiện nhiệt độ của đá lạnh đặt trước cảm biến Khi bật nguồn cho mạch hoạt động thì mạch đã đo được giá trị nhiệt độ, độ ẩm khi nhiệt độ của đá lạnh đặt trước cảm biến và hiển thị lên màn hình với giá trị nhiệt độ là 25,8 độ C và độ ẩm là 69 %.

Dựa trên kết quả thử nghiệm Em nhận thấy mạch đo nhiệt độ và độ ẩm hoạt động ổn định, cảm biến nhiệt độ và độ ẩm hoạt động tốt với sự thay đổi của sự thay đổi nhiệt độ và độ ẩm của môi trường.

CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT

4.1 Kết luận

Qua th i gian th c hi n ờựệ đồ án “thiết kế và chế tạo mạch đo nhiệt độ và độ ẩm không khí trên ô tô”, nhóm chúng em thực hiện đã đạt được các kết quả sau:

 Thiết kế và lựa chọn được các bộ phận chính để hình thành hệ thống điều khiển mạch đo nhiệt độ và độ ẩm không khí

 Hiểu được nguyên lí làm việc và cấu tạo của các chi tiết trong hệ thống điều khiển: như mạch điều khiển ESP - 32, cảm biến nhiệt độ và độ ẩm DHT – 11, màn hình Oled 0,91 inch.

 Sử dụng phần mềm CoreIDraw để cắt laser chi tiết của hộp một cách dễ dàng hơn, sử dụng phần mềm Autodesk thiết kế mẫu và in 3D một cách thành thạo hơn

 Học thêm được các ngôn ngữ lập trình và cách viết chương trình để điều khiển mạch đo nhiệt độ và độ ẩm không khí trên ô tô.

 Kết nối được mạch điều khiển với các thiết bị ngoại vi và kiểm tra các phần cứng của mạch.

 Qua kết quả thử nghiệm cho thấy mạch đo nhiệt độ và độ ẩm hoạt động ổn định, đo được nhiệt độ và độ ẩm khi điều kiện môi trường thay đổi

4.2 Đề xuất

Mạch đo nhiệt độ và độ ẩm có thể ứng dụng vào việc giám sát nhiệt độ và độ ẩm bên trong xe ô tô hoặc các không gian khác Mạch có thể ứng dụng vào lĩnh vực nông nghiệp: giám sát các dữ liệu về môi trường trong các khu trồng rau nhà kính hoặc các trang trại chăn nuôi Ngoài ra chúng ta có thể nâng cấp phần mềm để mạch có thể truyền dữ liệu qua internet vào Cloud Database (Blynk) sau đó chúng ta có thể đọc được dữ liệu hoặc điều khiển các thiết bị ngoại vi từ xa thông qua internet bởi ứng dụng Blynk Iot.

CHƯƠNG 5: TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1] Hồ Văn Giáp, “Thiết kế và thi công thiết bị giám sát nhiệt độ, độẩm và điều khiển thiết bị thông minh tự động từ xa”,Đồ án tốt

nghiệp, Trường Đại Học Công Nghệ Thông Tin và Truyền Thông Việt – Hàn.

[2] Rushikesh Sonawane, G, B “ Design and Development of

Temperature and Humidity Monitoring System, ” Agricultural

Science Digest, Tập 39, Số 2, 114 – 118, năm 2019 DOI: 10.18805/ag.D-4893.

[3] Sơ đồ cấu tạo mạch ESP – 32,

[4] Cấu tạo, nguyên lí hoạt động và sơ đồ chân cảm biến nhiệt độ và độ ẩm DHT –

[7] Laser Engraving: How to Design for Laser Engraving,

[8] Getting Started with the ESP32 Development Board,

01/04/2024.