thiết kế nhà trồng thông minh sử dụng arduino

10 1.4 Nhà trồng thông minh ngoài thực tiễn Hình 1.1.Mô hình thực tế 732410068:48:35 PM8:48:35 PM732410068:48:35 PM8:48:35 PM732410068:48:35 PM8:48:35 PMThiet ke nha trong thong minh su

Trang 1

TP.Hồ Chí Minh, năm 2019

732410068:48:35 PM8:48:35 PM732410068:48:35 PM8:48:35 PM732410068:48:35 PM8:48:35 PM

Thiet ke nha trong thong minh su dung ArduinoThiet ke nha trong thong minh su dung ArduinoThiet ke nha trong thong minh su dung ArduinoThiet ke nha trong thong minh su dung Arduino

Thiet ke nha trong thong minh su dung ArduinoThiet ke nha trong thong minh su dung ArduinoThiet ke nha trong thong minh su dung ArduinoThiet ke nha trong thong minh su dung ArduinoThiet ke nha trong thong minh su dung ArduinoThiet ke nha trong thong minh su dung ArduinoThiet ke nha trong thong minh su dung ArduinoThiet ke nha trong thong minh su dung Arduino

73Monday, June 10, 20248:48:36 PM8:48:36 PM73Monday, June 10, 20248:48:36 PM8:48:36 PM73Monday, June 10, 20248:48:36 PM8:48:36 PM

Thiet ke nha trong thong minh su dung ArduinoThiet ke nha trong thong minh su dung ArduinoThiet ke nha trong thong minh su dung ArduinoThiet ke nha trong thong minh su dung ArduinoThiet ke nha trong thong minh su dung ArduinoThiet ke nha trong thong minh su dung ArduinoThiet ke nha trong thong minh su dung ArduinoThiet ke nha trong thong minh su dung ArduinoThiet ke nha trong thong minh su dung ArduinoThiet ke nha trong thong minh su dung ArduinoThiet ke nha trong thong minh su dung ArduinoThiet ke nha trong thong minh su dung ArduinoThiet ke nha trong thong minh su dung ArduinoThiet ke nha trong thong minh su dung ArduinoThiet ke nha trong thong minh su dung ArduinoThiet ke nha trong thong minh su dung Arduino

73Thiet ke nha trong thong minh su dung ArduinoMonday, June 10, 2024

Trang 2

TP.Hồ Chí Minh, năm 2019

732410068:48:35 PM8:48:35 PM732410068:48:35 PM8:48:35 PM732410068:48:35 PM8:48:35 PM

Trang 3

i

1 Họ và tên sinh viên/ nhóm sinh viên được giao đề tài

(1): Tạ Đình Thoát MSSV: 15069321 (2): Bùi Minh Tứ MSSV: 15091781 (3): Nguyễn Trung Toàn MSSV: 15049911 (4): Phan Vũ Minh Đạt MSSV: 15056241

2 Tên đề tài

THIẾT KẾ NHÀ TRỒNG THÔNG MÌNH SỬ DỤNG ARDUINO

3 Nhiệm vụ (Nội dung và số liệu ban đầu)

Thiết kế và điều khiển mô hình nhà kính thông minh sử dụng Arduino

Trang 4

(Ký và ghi rõ họ tên)

732410068:48:35 PM8:48:35 PM732410068:48:35 PM8:48:35 PM732410068:48:35 PM8:48:35 PM

Trang 5

(Ký và ghi rõ họ tên)

123docz.net - File bi loi xin lienhe: lethikim34079@hotmail.com

732410068:48:35 PM8:48:35 PM732410068:48:35 PM8:48:35 PM732410068:48:35 PM8:48:35 PM

Trang 6

iv

PHIẾU GIAO ĐỀ TÀI i

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN ii

NHẬN XÉT CỦA HỘI ĐỒNG PHẢN BIỆN iii

MỤC LỤC iv

DANH SÁCH CÁC HÌNH VẼ vi

DANH SÁCH CÁC TỪ VIẾT TẮT vii

LỜI MỞ ĐẦU viii

CHƯƠNG 1 9

GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI 9

1.1 Đặt vấn đề 9

1.2 Tầm quan trọng của đề tài 9

1.3 Đối tượng nghiên cứu 9

1.4 Nhà trồng thông minh ngoài thực tiễn 10

CHƯƠNG 2 11

GIỚI THIỆU PHẦN CỨNG, PHẦN MỀM, GIAO THỨC ĐƯỢC SỬ DỤNG TRONG ĐỀ TÀI 11

2.1 Giới thiệu phần cứng 11

2.1.1 Module Arduino Mega 2560 11

2.1.1.1 Sơ lược về Arduino Mega 2560 11

2.1.1.2 Thông số kỹ thuật 12

2.1.2 Module Wifi ESP8266 V1 13

2.1.2.1 Sơ lược về Module Wifi ESP8266 V1 13

2.1.2.2 Một số thông số cơ bản 13

2.1.3 Module Light Sensor 14

2.1.3.1 Sơ lược về Module Light Sensor 14

2.1.3.2 Thông số kĩ thuật 14

2.1.4 Module Sensor (temperature and humidity) of the air 15

123docz.net - File bi loi xin lienhe: lethikim34079@hotmail.com

732410068:48:35 PM8:48:35 PM732410068:48:35 PM8:48:35 PM732410068:48:35 PM8:48:35 PM

Trang 7

v

2.1.5 Module Soil Moisture Sensor 16

2.1.5.1 Sơ lược về Module Soil Moisture Sensor 16

2.1.5.1.1 Cảm biến độ ẩm đất 16

2.1.5.1.2 Module chuyển đổi 17

2.1.6 Màn hình LCD 18

2.1.6.1 Sơ lược về màn hình LCD 18

2.1.6.2 Thông số kĩ thuâ ̣t 18

2.1.7 Mạch điều khiển động cơ L298 20

2.1.7.1 Giới thiệu mạch điều khiển động cơ L298 20

2.1.7.2 Thông số kĩ thuật 20

2.2 Giới thiệu phần mềm 21

2.2.1 Giới thiệu phần mềm Arduino IDE 21

2.2.2 Giới thiệu phần mềm Blynk 25

2.3 Giao thức ứng dụng trong đề tài 27

2.3.1 Giao thức cho Firmware 27

2.3.1.1 Giới thiệu giao thức I2C 27

2.3.1.2 Giới thiệu giao thức SPI 29

CHƯƠNG 3 31

PHÂN TÍCH, THIẾT KẾ ĐỀ TÀI 31

3.1 Yêu cầu của đề tài 31

Trang 8

vi

KẾT LUẬN VÀ HƯƠNG PHÁT TRIỂN ĐÈ TÀI 53

5.1 Các vấn đề nghiên cứu và làm được 53

Hình 2.1 Module Arduino Mega 2560 11

Hình 2.2 Module Wifi ESP8266 V1 13

Hình 2.3 Module Light Sensor 14

Hình 2.4 Module Sensor (temperature and humidity) of the air 15

Hình 2.5 Module Soil Moisture Sensor 16

Hình 2.6 Cảm biến độ ẩm đất 16

Hình 2.7 Module chuyển đổi 17

Hình 2.8 Màn hình LCD 18

Hình 2.9 Mạch điều khiển động cơ L298 20

Hình 2.10 Giao diện chính của phần mềm Arduino IDE 22

Hình 2.11 Các loại board mà phần mềm Arduino IDE hỗ trợ 22

Hình 2.12 Chức năng, thao tác cơ bản trên phần mềm Arduino IDE 23

Hình 2.13 Chương trình mẫu dimmer trong Arduino 24

Hình 2.14 Phần mềm Blynk 25

Hình 2.15 Cách thức hoạt động của blynk 26 732410068:48:35 PM8:48:35 PM732410068:48:35 PM8:48:35 PM732410068:48:35 PM8:48:35 PM

Trang 9

vii

Hình 3.1 Sơ đồ khối của hệ thống 31

Hình 3.2 Lưu đồ giải thuật chế độ AUTO 32

Hình 3.3 Nguyến tắc hoạt động của bộ phận nhiệt độ 33

Hình 3.4 Nguyến tắc hoạt động của bộ phận độ ẩm 34

Hình 3.5 Nguyến tắc hoạt động của bộ phận độ ẩm đất 35

Hình 3.6 Nguyến tắc hoạt động của bộ phận ánh sáng 36

Hình 3.7 Giao diện blynk 37

Hình 4.1 Mạch PCB 3D 38

Hình 4.2 Mạch PCB 2D 39

Hình 4.3 Mạch in PDF 40

Hình 4.4 Mạch nguyên lý 41

Hình 4.5 Sơ đồ chân Arduino 41

Hình 4.6 Sơ đồ đi dây công tắc điều khiển 42

Hình 4.7 Sơ đồ đi dây công tắc rèm 43

Hình 4.8 Sơ đồ đi dây công tắc hành trình 44

Hình 4.9 Sơ đồ đi dây công tắc 45

Hình 4.10 Minh hoạ thiết bị trên PROTEUS 46

• Nhiê ̣t đô ̣ • Đô ̣ ẩm đất • Đô ̣ ẩm • Ánh sáng

• Công tắt hành trình 1 • Công tắt hành trình 2 • Bơm nhỏ gio ̣t

• Bơm phun sương

732410068:48:35 PM8:48:35 PM732410068:48:35 PM8:48:35 PM732410068:48:35 PM8:48:35 PM

Trang 10

viii

Ngày nay, với sự phát triển mạnh mẽ của khoa học kĩ thuật Đặc biệt trong lĩnh vực điện, điện tử đã tạo nên một động lực thúc đẩy và phát triển các ngành công nghiệp khác nhằm phục vụ và đáp ứng được nhu cầu của con người trong cuộc sống Con người với sự trợ giúp của máy móc, những công cụ thông minh đã không phải trực tiếp làm việc, hay những công việc mà con người không thể làm được với khả năng của mình mà chỉ việc điều khiển chúng hay chúng làm việc hoàn toàn tự động đã mang lại những lợi ích hết sức to lớn, giảm nhẹ và tối ưu hóa công việc Với sự tiến bộ này đã đáp ứng được những nhu cầu của con người trong cuộc sống hiện đại nói chung và trong sự phát triển hơn nữa của những ứng dụng trong việc nghiên cứu, phát triển của khoa học kĩ thuật nói riêng

Xuất phát từ thực tế đó, việc học tập và sử dụng Arduino là không thể thiếu đối với bất kì sinh viên khối kĩ thuật nào nhất là sinh viên khoa Điện-Điện tử, Điện tử viễn thông, Không chỉ cung cấp cho sinh viên kiến thức về vi điều khiển mà giúp sinh viên có thể xây dựng hệ thống thiết bị kỹ thuật hiện đại Vì vậy nhóm em áp dụng những kiến thức này vào đề tài của minh

Trong cấu hình hệ thống tưới tiêu thì hệ thống điều khiển đóng vai trò rất quan trọng, nó quyết định mọi hoạt động của hệ thống Hiện nay, nhà trồng thông minh thường được điều khiển bằng ba phương pháp chính: Điều khiển bằng vi xử lí, điều khiển bằng PLC và điều khiển bằng Arduino Trong đó Arduino có ưu điểm như: độ tin cậy cao, rẻ tiền, ứng dụng điều khiển ở phạm vi rộng, điều khiển tốc độ thang máy mượt hơn nên được sử dụng khá phổ biến

Tham gia nghiên cứu đề tài: “Thiết kế nhà trồng thông minh sử dụng

Arduino” Dưới sư hướng dẫn của thầy Nguyễn Trung Dũng Trong quá trình tìm hiểu

và thi công đề tài có nhiều vấn đề chưa được như mong muốn, chúng em mong nhận được sự nhận xét chỉ bảo của các thầy, cô để chúng em có thể hiểu biết thêm và ứng dụng tốt hơn

732410068:48:35 PM8:48:35 PM732410068:48:35 PM8:48:35 PM732410068:48:35 PM8:48:35 PM

Trang 11

Xuất phát từ nhu cầu và khai thác được những ưu điểm đó và bằng những kiến thức đã được học, chúng em quyết định tìm hiểu về đề tài:

“THIẾT KẾ NHÀ TRỒNGTHÔNG MINH SỬ DỤNG ARDUINO”

1.2 Tầm quan trọng của đề tài

Đây là một đề tài nghiên cứu mang tính thực tiễn trong việc vận dụng các kiến thức đã được học vào trong thực tế

- Về mặt khoa học, đề tài sẽ giúp cho nhóm em hiểu rõ hơn về cách thức truyền dữ liệu từ hệ thống mạch điện lên web server cũng như cách trích xuất dữ liệu từ web server, đồng thời áp dụng công nghệ IOT để điều khiển thiết bị vào trong nông nghiệp

- Về mặt thực tiễn, đề tài này có thể áp dụng vào thực tế để điều khiển, quản lý, giám sát nhà kính thông minh, quản lý nhân viên, quản lý xe trong bãi,v.v

1.3 Đối tượng nghiên cứu

- Cách thức giao tiếp giữa mạch và điện thoại - Cách lập trình cho Arduino

- Tìm hiểu module Arduino mega 2560, RC522, Arduino Ethernet Shiled, RTC DS3231, cảm biến ánh sáng, nhiệt độ và độ ẩm đất

- Tìm hiểu phần mềm Blynk

732410068:48:35 PM8:48:35 PM732410068:48:35 PM8:48:35 PM732410068:48:35 PM8:48:35 PM

Trang 12

10

1.4 Nhà trồng thông minh ngoài thực tiễn

Hình 1.1.Mô hình thực tế

732410068:48:35 PM8:48:35 PM732410068:48:35 PM8:48:35 PM732410068:48:35 PM8:48:35 PM

Trang 13

Hình 2.1 Module Arduino Mega 2560

Arduino Mega 2560 là sản phẩm tiêu biểu cho dòng mạch Mega là dòng board mạch có nhiều cải tiến so với Arduino Uno (54 chân digital IO và 16 chân analog IO) Đặc biệt bộ nhớ flash của MEGA được tăng lên một cách đáng kể, gấp 4 lần so với những phiên bản cũ của UNO R3 Điều này cùng với việc trang bị 3 timer và 6 cổng interrupt khiến board mạch Mega hoàn toàn có thể giải quyết được nhiều bài toán hóc búa, cần điều khiển nhiều loại động cơ và xử lý song song nhiều luồng dữ liệu số cũng như tương tự

Ngoài việc phát triển được ưu tiên, việc kế thừa cũng được đặc biệt lưu ý Trên mạch MEGA các chân digital vẫn từ 0-13, analog từ 0-5 và các chân nguồn tương tự 732410068:48:35 PM8:48:35 PM732410068:48:35 PM8:48:35 PM732410068:48:35 PM8:48:35 PM

Trang 14

12

thiết kế của UNO Do vậy chúng ta dễ dàng phát triển nghiên cứu kiểu gắp ghép module từ Arduino UNO bê sang Arduino mega Ngoài ra, ở phiên bản này, các nhà thiết kế đã mạnh dạn thay đổi thiết kế Để có thêm được nhiều vùng nhớ và nhiều chân IO hơn, một con chip khác đã thay thế cho Atmega1280 Theo dòng phát triển của vi điều khiển nhúng, những dự án lớn cần nhiều dung lượng flash hơn Do vậy, Arduino Mega 2560 ra đời với sứ mệnh giải những bài toán như thế

Arduino Mega được thiết kế cho nhiều dự án khó.Với 54 chân I/O kĩ thuật số, 16 chân analog, cùng không gian khá rộng để có thể tích hợp các mạch điện tử của dự án lên đó

✓ Số chân DIGITAL : 54 (15 chân PWM) ✓ Số chân ANALOG : 16

✓ Giao tiếp UART: 4 bộ UART

✓ Giao tiếp SPI: 1 bộ ( chân 50 > 53) dùng với thư viện SPI của ARDUINO ✓ Giao tiếp I2C : 1 bộ

✓ Ngắt ngoài: 6 chân

✓ Bộ nhớ Flash: 256 KB, 8 KB sử dụng cho Bootloader ✓ SRAM : 8 KB

✓ EEPROM: 4 KB ✓ Xung clock: 16 Mhz

732410068:48:35 PM8:48:35 PM732410068:48:35 PM8:48:35 PM732410068:48:35 PM8:48:35 PM

Trang 15

13

2.1.2 Module Wifi ESP8266 V1

2.1.2.1 Sơ lược về Module Wifi ESP8266 V1

Hình 2.2 Module Wifi ESP8266 V1

ESP8266 là một chip tích hợp cao - System on Chip (SoC), có khả năng xử lý và lưu trữ tốt, cung cấp khả năng vượt trội để trang bị thêm tính năng wifi cho các hệ thống khác hoặc đóng vai trò như một giải pháp độc lập.Module wifi ESP8266 V1 cung cấp khả năng kết nối mạng wifi đầy đủ và khép kín, bạn có thể sử dụng nó để tạo một web server đơn giản hoặc sử dụng như một access point

2.1.2.2 Một số thông số cơ bản

✓ URXD(RX) — dùng để nhận tín hiệu trong giao tiếp UART với vi điều khiển

✓ VCC — đầu vào 3.3V

✓ GPIO 0 — kéo xuống thấp cho chế độ upload bootloader

✓ RST — chân reset cứng của module, kéo xuống mass để reset ✓ GPIO 2 — thường được dùng như một cổng TX trong giao tiếp UART để debug lỗi

✓ CH_PD — kích hoạt chip, sử dụng cho Flash Boot và updating lại module, nối với mức cao

✓ GND — nối với mass

✓ UTXD (TX) — dùng để truyền tín hiệu trong giao tiếp UART với vi điều khiển

732410068:48:35 PM8:48:35 PM732410068:48:35 PM8:48:35 PM732410068:48:35 PM8:48:35 PM

Trang 16

14

2.1.3 Module Light Sensor

2.1.3.1 Sơ lược về Module Light Sensor

Hình 2.3 Module Light Sensor

Module cảm biến ánh sáng sử dụng quang trở và IC LM393, độ nhạy có thể tùy chỉnh

Thiết kế đơn giản nhưng hiệu quả và độ tin cậy cao, độ nhiễu thấp do được thiết kế mạch lọc tín hiệu trước khi so sánh với ngưỡng

Thân thiện với người dùng hơn khi hổ trợ cả 2 dạng tín hiệu ngõ ra dạng số (tín hiệu 0 1) và dạng analog

Module tuyệt vời với các sản phẩm DIY

Trang 17

732410068:48:35 PM8:48:35 PM732410068:48:35 PM8:48:35 PM732410068:48:35 PM8:48:35 PM

Trang 18

16

2.1.5 Module Soil Moisture Sensor

2.1.5.1 Sơ lược về Module Soil Moisture Sensor

Hình 2.5 Module Soil Moisture Sensor

Bộ sản phẩm gồm một cảm biến độ ẩm đất và một module chuyển đổi với ngõ ra Analog - Digital Cảm biến độ ẩm đất được hoạt động với 2 chế độ ngõ ra (Analog & Digital), trạng thái đầu ra mức thấp (0V), khi đất thiếu nước đầu ra sẽ là mức cao (5V)

2.1.5.1.1 Cảm biến độ ẩm đất

Hình 2.6 Cảm biến độ ẩm đất

732410068:48:35 PM8:48:35 PM732410068:48:35 PM8:48:35 PM732410068:48:35 PM8:48:35 PM

Trang 19

17

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

2.1.5.1.2 Module chuyển đổi

Hình 2.7 Module chuyển đổi

Module chuyển đổi có cấu tạo chính gồm một IC so sánh LM393, một biến trở , 4 điện 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 Ngưỡng so sánh và tín hiệu cảm biến sẽ là 2 đầu vào của IC so sánh LM393 Khi độ ẩm thấp hơn ngưỡng định trước, ngõ ra của IC là mức cao (1), ngược lại là mức thấp (0)

2.1.5.2 Thông số kỹ thuật

✓ Điện áp hoạt động: 3.3V-5V ✓ Kích thước PCB: 3cm * 1.6cm ✓ Led báo hiệu

✓ Led đỏ báo nguồn

✓ Led xanh báo mức độ ẩm ở pin DO

732410068:48:35 PM8:48:35 PM732410068:48:35 PM8:48:35 PM732410068:48:35 PM8:48:35 PM

Trang 20

2.1.6.2 Thông số kĩ thuâ ̣t

Trang 21

19

- Chân 4: (RS) là chân chọn thanh ghi (Register Select) Nối chân RS với logic0 (GND) hoặc logic1 (VCC) để chọn thanh ghi Với logic0: Bus DB0-DB7 sẽ nối với thanh ghi lệnh IRR của LCD (ở chế độ ghi) hoặc nối với bộ đếm địa chỉ của LCD (ở chế độ đọc) Logic1:Bus DB0-DB7 sẽ nối với thanh ghi dữ liệu DR bên trong LCD

- Chân 5: (R/W) là chân chọn chế độ đọc/ghi Nối chân R/W với logic0 để LCD hoạt động ở chế độ chi hoặc nối với logic1 để LCD ở chế độ đọc

- Chân 6: (E) là chân cho phép (Enable) Sau khi các tín hiệu được đặt lên bus DB0-DB7, các lệnh chỉ được chấp nhận khi có 1 xung cho phép của chân E Ở chế độ ghi dữ liệu ở bus sẽ được LCD chuyển vào thanh ghi bên trong nó khi phát hiện một xung của tín hiệu chân E Ở chế độ đọc dữ liệu sẽ được LCD xuất ra DB0-DB7 khi phát hiện cạnh lên ở chân E và được LCD giữ ở bus đến khi nào chân E xuống mức thấp

- Chân 7 – 14: (DB0-DB7) tám đường của bus dữ liệu dùng để trao đổi thông tin với MPU Có hai chế độ sử dụng tám đường bus này: Chế độ 8 bit dữ liệu được truyền lên cả tám đường, với bit MSB là bít DB7 Chế độ 4 bit dữ liệu được truyền trên bốn đường từ DB4-DB7, bí MSB là DB7

- Chân 15: Nguồn dương cho đèn nền - Chân 16: GND cho đèn nền

732410068:48:35 PM8:48:35 PM732410068:48:35 PM8:48:35 PM732410068:48:35 PM8:48:35 PM

Trang 22

20

2.1.7 Mạch điều khiển động cơ L298

2.1.7.1 Giới thiệu mạch điều khiển động cơ L298

Hình 2.9 Mạch điều khiển động cơ L298

Mạch điều khiển động cơ DC L298 có khả năng điều khiển 2 động cơ DC, dòng tối đa 2A mỗi động cơ, mạch tích hợp diod bảo vệ và IC nguồn 7805 giúp cấp nguồn 5VDC cho các module khác (chỉ sử dụng 5V này nếu nguồn cấp <12VDC)

Mạch điều khiển động cơ DC L298 dễ sử dụng, chi phí thấp, dễ lắp đặt, là sự lựa chọn tối ưu trong tầm giá

- Dòng tối đa cho mỗi cầu H là: 2A

- Mức điện áp logic: Low -0.3V~1.5V, High: 2.3V~Vss

732410068:48:35 PM8:48:35 PM732410068:48:35 PM8:48:35 PM732410068:48:35 PM8:48:35 PM

Trang 23

21 - Kích thước: 43x43x27mm

2.2 Giới thiệu phần mềm

2.2.1 Giới thiệu phần mềm Arduino IDE

Đây là một công cụ hỗ trợ lập trình và nạp chương trình trên tất cả các dòng arduino đang có trên thị trường hiện nay Mỗi chương trình đều được lưu trên 1 file duy nhất có định dạng là “.ino” do đó việc quản lý các project trở nên rất đơn giản và thuận tiện

- Giao diện chương trình

732410068:48:35 PM8:48:35 PM732410068:48:35 PM8:48:35 PM732410068:48:35 PM8:48:35 PM

Trang 24

22

Hình 2.10 Giao diện chính của phần mềm Arduino IDE

- Các loại board mà chương trình hỗ trợ:

Hình 2.11 Các loại board mà phần mềm Arduino IDE hỗ trợ

Ngoài ra, trong chương trình còn chứa một lượng ví dụ rất lớn, giúp người dùng có thể dễ dàng tiếp cận và thuận lợi hơn trong việc viết chương trình

732410068:48:35 PM8:48:35 PM732410068:48:35 PM8:48:35 PM732410068:48:35 PM8:48:35 PM

Trang 25

23

Hình 2.12 Chức năng, thao tác cơ bản trên phần mềm Arduino IDE

732410068:48:35 PM8:48:35 PM732410068:48:35 PM8:48:35 PM732410068:48:35 PM8:48:35 PM

Trang 26

24

Hình 2.13 Chương trình mẫu dimmer trong Arduino

732410068:48:35 PM8:48:35 PM732410068:48:35 PM8:48:35 PM732410068:48:35 PM8:48:35 PM

Trang 27

• Blynk được thiết kế cho Internet of Things Nó có thể: ✓ Điều khiển các thiết bị phần cứng từ xa

✓ Hiển thị dữ liệu cảm biến ✓ Lưu trữ dữ liệu

Trang 28

Hình 2.15 Cách thức hoạt động của blynk

Tính năng, đặc điểm của Blynk:

✓ Cung cấp API & giao diện người dùng tương tự cho tất cả các thiết bị và phần cứng được hỗ trợ

✓ Kết nối với server bằng cách sử dụng: o Wifi

o Bluetooth và BLE o Ethernet

o USB (Serial)

732410068:48:35 PM8:48:35 PM732410068:48:35 PM8:48:35 PM732410068:48:35 PM8:48:35 PM

Trang 29

✓ Theo dõi Slịch sử dữ liệu

✓ Thông tin liên lạc từ thiết bị đến thiết bị bằng Widget ✓ Gửi email, tweet, thông báo realtime, v.v

✓ .Được cập nhật các tính năng liên tục!

✓ Bạn có thể tìm thấy các phiên bản và các ví dụ tại github Để tạo một giao diện Blynk cần:

✓ Hardware: Bao gồm các thiết bị phần cứng như Arduino, Raspberry Pi, Esp8266, esp32 …

✓ Smartphone: Hiện tại thì Blynk hỗ trợ 2 nền tảng là Android và IOS Các bạn có thể search trên Blynk trên AppStore và GooglePlay

✓ Internet: chắc chắn là phải cần internet thì các thiết bị có thể giao tiếp được với nhau nhỉ

✓ Library: Chắn chắn mỗi thiết bị sẽ phải cài các thư viện khác nhau: ✓ Bạn phải cần cài: Bridge trên Arduino

✓ Sau đó các bạn có thể tìm thư viện cho board

2.3 Giao thức ứng dụng trong đề tài 2.3.1 Giao thức cho Firmware 2.3.1.1 Giới thiệu giao thức I2C

Hình 2.16 Hướng truyền dữ liệu trong giao thức I2C

Ngày nay trong các hệ thống điện tử hiện đại, rất nhiều ICs hay thiết bị ngoại vi cần phải giao tiếp với các ICs hay thiết bị khác – giao tiếp với thế giới bên ngoài Vói 732410068:48:35 PM8:48:35 PM732410068:48:35 PM8:48:35 PM732410068:48:35 PM8:48:35 PM

Trang 30

28

mục tiêu đạt được hiệu quả cho phần cứng tốt nhất với mạch điện đơn giản, Phillips đã phát triển một chuẩn giao tiếp nối tiếp 2 dây được gọi là I2C I2C là tên viết tắt của cụm từ Inter ‐ Intergrated Circuit – Bus giao tiếp giữa các IC với nhau

I2C mặc dù được phát triển bới Philips, nhưng nó đã được rất nhiều nhà sản xuất IC trên thế giới sử dụng I2C trở thành một chuẩn công nghiệp cho các giao tiếp điều khiển, có thể kể ra đây một vài tên tuổi ngoài Philips như: Texas Intrument (TI), Maxim‐Dallas, analog Device, National Semiconductor … Bus I2C được sử dụng làm bus giao tiếp ngoại vi cho rất nhiều loại IC khác nhau như các loại Vi điều khiển 8051, PIC, AVR, ARM, chíp nhớ như RAM tĩnh (Static Ram), EEPROM, bộ chuyển đổi tương tự số (ADC), số tương tụ (DAC), IC điểu khiển LCD, LED…

Giao thức I2C có các đặc điểm sau:

Một giao tiếp I2C gồm có 2 dây: Serial Data (SDA) và Serial Clock (SCL) SDA là đường truyền dữ liệu 2 hướng, còn SCL là đường truyền xung đồng hồ và chỉ theo một hướng Như hình vẽ trên, khi một thiết bị ngoại vi kết nối vào đường I2C thì chân SDA của nó sẽ nối với dây SDA của bus, chân SCL sẽ nối với dây SCL

Mỗi dây SDA hay SCL đều được nối với điện áp dương của nguồn cấp thông qua một điện trở kéo lên (pull‐up resistor) Sự cần thiết của các điện trở kéo này là vì chân giao tiếp I2C của các thiết bị ngoại vi thường là dạng cực máng hở (open‐drain or open‐collector) Giá trị của các điện trở này khác nhau tùy vào từng thiết bị và chuẩn giao tiếp, thường dao động trong khoảng 1KΩ đến 4.7KΩ

Có rất nhiều thiết bị (ICs) cùng được kết nối vào một bus I2C, tuy nhiên sẽ không xảy ra chuyện nhầm lẫn giữa các thiết bị, bởi mỗi thiết bị sẽ được nhận ra bởi một địa chỉ duy nhất với một quan hệ chủ/tớ tồn tại trong suốt thời gian kết nối Mỗi thiết bị có thể hoạt đông như là thiết bị nhận dữ liệu hay có thể vừa truyền vừa nhận Hoạt động truyền hay nhận còn tùy thuộc vào việc thiết bị đó là chủ (master) hay tớ (slave)

Một thiết bị hay một IC khi kết nối với bus I2C, ngoài một địa chỉ (duy nhất) để phân biệt, nó còn được cấu hình là thiết bị chủ (master) hay tớ (slave) Tại sao lại có sự phân biệt này? Đó là vì trên một bus I2C thì quyền điều khiển thuộc về thiết bị chủ (master) Thiết bị chủ nắm vai trò tạo xung đồng hồ cho toàn hệ thống, khi giữa hai thiết bị chủ/tớ giao tiếp thì thiết bị chủ có nhiệm vụ tạo xung đồng hồ và quản lý địa chỉ của 732410068:48:35 PM8:48:35 PM732410068:48:35 PM8:48:35 PM732410068:48:35 PM8:48:35 PM

Trang 31

Một bus I2C có thể hoạt động ở nhiều chế độ khác nhau: ✓ Một chủ một tớ (one master – one slave)

✓ Một chủ nhiều tớ (one master – multi slave) ✓ Nhiều chủ nhiều tớ (Multi master – multi slave)

Dù ở chế độ nào, một giao tiếp I2C đều dựa vào quan hệ chủ/tớ Giả thiết một thiết bị A muốn gửi dữ liệu đến thiết bị B, quá trình được thực hiện như sau:

✓ Thiết bị A (Chủ) xác định đúng địa chỉ của thiết bị B (tớ), cùng với việc xác định địa chỉ, thiết bị A sẽ quyết định việc đọc hay ghi vào thiết bị tớ

✓ Thiết bị A gửi dữ liệu tới thiết bị B

✓ Thiết bị A kết thúc quá trình truyền dữ liệu

Khi A muốn nhận dữ liệu từ B, quá trình diễn ra như trên, chỉ khác là A sẽ nhận dữ liệu từ B Trong giao tiếp này, A là chủ còn B vẫn là tớ

2.3.1.2 Giới thiệu giao thức SPI

SPI: Serial Perippheral Interface- Giao tiếp ngoại vi nối tiếp

Giao thức SPI do hãng Motorola phát minh và còn được biết đến với tên gọi khác là Microwire (hãng NationalSemiconductor phát triển) Cả SPI và Microwire đều có chung nguyên tắc hoạt động Hiện nay giao thức SPI đã có các phiên bản cải tiến như QSPI (Queue SPI) và Microwire Plus

Giao thức SPI cung cấp một giao thức nối tiếp đơn giản giữa MCU và thiết bị ngoại vi Giống với các Bus nối tiếp khác như I2C, CAN hoặc USB , chuẩn giao tiếp SPI ngày càng được sử dụng rộng rãi trong lĩnh vực điện tử, đặc biệt là trong giao tiếp trao đổi dữ liệu với các ngoại vi

Giao thức SPI được tích hợp trong một số loại thiết bị như: ✓ Các bộ chuyển đổi (ADC và DAC)

732410068:48:35 PM8:48:35 PM732410068:48:35 PM8:48:35 PM732410068:48:35 PM8:48:35 PM

Trang 32

30 ✓ Các loại bộ nhớ (EEPROM và FLASH) ✓ Các loại IC thời gian thực

✓ Các loại cảm biến (nhiệt độ, áp suất…)

✓ Và một số loại khác như: bộ trộn tín hiệu, LCD, Graphic LCD…

732410068:48:35 PM8:48:35 PM732410068:48:35 PM8:48:35 PM732410068:48:35 PM8:48:35 PM

Trang 33

31

CHƯƠNG 3

PHÂN TÍCH, THIẾT KẾ ĐỀ TÀI

3.1 Yêu cầu của đề tài

✓ Hiện nhiệt độ, độ ẩm, ánh sáng lên LCD

✓ Gởi thông số nhiệt độ, độ ẩm và ánh sáng lên Blynk và điều khiển thiết bị ✓ Giao diện Blynk cho người dùng thực hiện các tác vụ quản lý

3.2 Thiết kế

3.2.1 Sơ đồ khối và lưu đồ giải thuật

Hình 3.1 Sơ đồ khối của hệ thống

✓ Khối đọc cảm biến: Đọc mã thông số cảm biến gởi lên khối điều khiển ✓ Khối điều khiển: Xử lý tín hiệu và điều khiển các module liên quan

Khối đọc cảm biến

Khối Điều khiển Khối motor và

led

Khối Blynk Khối LCD

Khối nguồn

732410068:48:35 PM8:48:35 PM732410068:48:35 PM8:48:35 PM732410068:48:35 PM8:48:35 PM

Trang 34

32

✓ Khối servo, motor và led: bao gồm động cơ quạt, rèm, động cơ phun sương, nhỏ giọt và led

✓ Khối LCD: Hiển thị nhiệt độ, độ ẩm, ánh sáng

✓ Khối Blynk: Là server lưu thông tin, dữ liệu của nhà kính, nhận và phản hồi tín hiệu từ khối điều khiển

✓ Khối nguồn: cung cấp nguồn cho hệ thống

Hình 3.2 Lưu đồ giải thuật chế độ AUTO

3.3 Nguyên lí hoạt động

• Ở chế độ tự động (auto): Module cảm biến ánh sáng, nhiệt độ, độ ẩm đất sẽ hiện thị các giá trị đo được lên LCD và gởi các giá trị lên web và App Blynk trên điện thoại cho người giám sát theo dõi, đồng thời nếu đạt giá trị thiết lập thì sẽ kích Relay điều khiển các thiết bị ngoại vi như đèn, quạt và động cơ bơm nước cụ thể như sau:

732410068:48:35 PM8:48:35 PM732410068:48:35 PM8:48:35 PM732410068:48:35 PM8:48:35 PM

Trang 35

33

Hình 3.3 Nguyến tắc hoạt động của bộ phận nhiệt độ

- Nhiệt độ: Khi nhiệt đô ̣ xuống dưới 290 C thì bật đèn, khi nhiê ̣t đô ̣ trên 320

C thì bâ ̣t qua ̣t Khi nhiê ̣t đô ̣ ổn đi ̣nh trong khoảng từ 290 C đến 320 C thì tắt đèn và tắt quạt

732410068:48:35 PM8:48:35 PM732410068:48:35 PM8:48:35 PM732410068:48:35 PM8:48:35 PM

Trang 36

34

Hình 3.4 Nguyến tắc hoạt động của bộ phận độ ẩm

- Độ ẩm: Khi đô ̣ ẩm lớn hơn 70% thì bâ ̣t qua ̣t, khi đô ̣ ẩm xuống dưới 40% bật phun sương làm mát Khi đô ̣ ẩm ổn đi ̣nh trong khoảng từ 40% đến 70% thì tắt qua ̣t, tắt phun sương

732410068:48:35 PM8:48:35 PM732410068:48:35 PM8:48:35 PM732410068:48:35 PM8:48:35 PM