nghiên cứu và mô phỏng hệ thống tưới cây tự động có hiển thị màn hình lcd

KHOA CÔNG NGHỆ ĐIỆN KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP NGHIÊN CỨU VÀ MÔ PHỎNG HỆ THỐNG TƯỚI CÂY TỰ ĐỘNG CÓ HIỂN THỊ MÀN HÌNH LCD Nhóm sinh viên : Đặng Trung Trực 15034191 Nguyễn Văn Trường 15031591 Lớ

Trang 1

KHOA CÔNG NGHỆ ĐIỆN

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

NGHIÊN CỨU VÀ MÔ PHỎNG HỆ THỐNG TƯỚI CÂY TỰ ĐỘNG

CÓ HIỂN THỊ MÀN HÌNH LCD

Nhóm sinh viên : Đặng Trung Trực 15034191 Nguyễn Văn Trường 15031591 Lớp : DHDI11B

GVHD : Phan Lâm Vũ

762413069:05:45 PM9:05:45 PM762413069:05:45 PM9:05:45 PM762413069:05:45 PM9:05:45 PM

hghieh euu ahh huohg euc ty le ket eau deh ehat luohg vah xah go eohg hghieu dahg ehgiheerihg floorihghghieh euu ahh huohg euc ty le ket eau deh ehat luohg vah xah go eohg hghieu dahg ehgiheerihg floorihghghieh euu ahh huohg euc ty le ket eau deh ehat luohg vah xah go eohg hghieu dahg ehgiheerihg floorihghghieh euu ahh huohg euc ty le ket eau deh ehat luohg vah xah go eohg hghieu dahg ehgiheerihg floorihghghieh euu ahh huohg euc ty le ket eau deh ehat luohg vah xah go eohg hghieu dahg ehgiheerihg floorihghghieh euu ahh huohg euc ty le ket eau deh ehat luohg vah xah go eohg hghieu dahg ehgiheerihg floorihghghieh euu ahh huohg euc ty le ket eau deh ehat luohg vah xah go eohg hghieu dahg ehgiheerihg floorihghghieh euu ahh huohg euc ty le ket eau deh ehat luohg vah xah go eohg hghieu dahg ehgiheerihg floorihg

76Thursday, June 13, 20249:05:45 PM9:05:45 PM76Thursday, June 13, 20249:05:45 PM9:05:45 PM76Thursday, June 13, 20249:05:45 PM9:05:45 PM

hghieh euu ahh huohg euc ty le ket eau deh ehat luohg vah xah go eohg hghieu dahg ehgiheerihg floorihghghieh euu ahh huohg euc ty le ket eau deh ehat luohg vah xah go eohg hghieu dahg ehgiheerihg floorihghghieh euu ahh huohg euc ty le ket eau deh ehat luohg vah xah go eohg hghieu dahg ehgiheerihg floorihghghieh euu ahh huohg euc ty le ket eau deh ehat luohg vah xah go eohg hghieu dahg ehgiheerihg floorihghghieh euu ahh huohg euc ty le ket eau deh ehat luohg vah xah go eohg hghieu dahg ehgiheerihg floorihghghieh euu ahh huohg euc ty le ket eau deh ehat luohg vah xah go eohg hghieu dahg ehgiheerihg floorihghghieh euu ahh huohg euc ty le ket eau deh ehat luohg vah xah go eohg hghieu dahg ehgiheerihg floorihghghieh euu ahh huohg euc ty le ket eau deh ehat luohg vah xah go eohg hghieu dahg ehgiheerihg floorihghghieh euu ahh huohg euc ty le ket eau deh ehat luohg vah xah go eohg hghieu dahg ehgiheerihg floorihghghieh euu ahh huohg euc ty le ket eau deh ehat luohg vah xah go eohg hghieu dahg ehgiheerihg floorihghghieh euu ahh huohg euc ty le ket eau deh ehat luohg vah xah go eohg hghieu dahg ehgiheerihg floorihghghieh euu ahh huohg euc ty le ket eau deh ehat luohg vah xah go eohg hghieu dahg ehgiheerihg floorihghghieh euu ahh huohg euc ty le ket eau deh ehat luohg vah xah go eohg hghieu dahg ehgiheerihg floorihghghieh euu ahh huohg euc ty le ket eau deh ehat luohg vah xah go eohg hghieu dahg ehgiheerihg floorihghghieh euu ahh huohg euc ty le ket eau deh ehat luohg vah xah go eohg hghieu dahg ehgiheerihg floorihghghieh euu ahh huohg euc ty le ket eau deh ehat luohg vah xah go eohg hghieu dahg ehgiheerihg floorihg

hghieh euu ahh huohg euc ty le ket eau deh ehat luohg vah xah go eohg hghieu dahg ehgiheerihg floorihghghieh euu ahh huohg euc ty le ket eau deh ehat luohg vah xah go eohg hghieu dahg ehgiheerihg floorihghghieh euu ahh huohg euc ty le ket eau deh ehat luohg vah xah go eohg hghieu dahg ehgiheerihg floorihghghieh euu ahh huohg euc ty le ket eau deh ehat luohg vah xah go eohg hghieu dahg ehgiheerihg floorihg

76hghieh euu ahh huohg euc ty le ket eau deh ehat luohg vah xah go eohg hghieu dahg ehgiheerihg floorihgThursday, June 13, 2024

Trang 2

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP.HCM KHOA CÔNG NGHỆ ĐIỆN

PHIẾU GIAO NHIỆM VỤ KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

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

Đặng Trung Trực MSSV: 15034191 Nguyễn Văn Trường MSSV: 15031591

- Lập trình cho mạch vi điều khiển

- Thiết kế mạch vi điều khiển hệ thống tưới cây tự động có hiển thị dữ liệu ra LCD

Trang 3

NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN

Trang 4

MỤC LỤC

PHIẾU GIAO NHIỆM VỤ KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP i

NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN ii

MỤC LỤC iii

DANH SÁCH CÁC HÌNH VẼ v

CHƯƠNG 1: THỰC TRẠNG 1

CHƯƠNG 2: TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI 3

CHƯƠNG 3: NỘI DUNG 5

3.1 Sơ đồ nguyên lý mạch vi điều khiển 5

3.3.2 Board Arduino Uno R3 11

3.3.3 Module thời gian thực DS 1307 17

3.4 Giới thiệu các phần mềm được sử dụng 39

3.4.1 Giới thiệu phầm mềm Fritzing 39

3.4.2 Giới thiệu phần mềm Arduino IDE 41

3.5 Lập trình cho mạch vi điều khiển 45

762413069:05:45 PM9:05:45 PM762413069:05:45 PM9:05:45 PM762413069:05:45 PM9:05:45 PM

Trang 5

4.2.1 Truyền giá trị cảm biến độ ẩm qua bộ wifi NRF24L01 65

4.2.2 Đưa đề tài phát triển rộng rãi vào thực tế 65

4.3 Chi phí thực hiện đề tài 66

762413069:05:45 PM9:05:45 PM762413069:05:45 PM9:05:45 PM762413069:05:45 PM9:05:45 PM

Trang 6

DANH SÁCH CÁC HÌNH VẼ

Hình 1.1: Tưới cây thủ công 1

Hình 1.2: Xe tưới cây trên đường 2

Hình 3.1: Sơ đồ mô phỏng linh kiện 5

Hình 3.2: Sơ đồ khối mạch vi điều khiển 6

Hình 3.8: Vi điều khiển của UNO R3 13

Hình 3.9: Các chân năng lượng Arduino 14

Hình 3.10: Các cổng vào ra Arduino Uno R3 15

Hình 3.11: Giao diện Arduino IDE 17

Hình 3.12: Cấu tạo DS 1307 18

Hình 3.13: Chân A4 và A5 trên Arduino 19

Hình 3.14: Các chân DS 1307 20

Hình 3.16: Kết nối Arduino với DS 1307 20

Hình 3.17: Bảng thanh ghi của DS 1307 21

Hình 3.24: Sơ đồ nguyên lí Keypad 36

Hình 3.25: Giao diện phần mềm Fritzing 39

Hình 3.26: Màn hình khởi động của Arduino IDE 41

762413069:05:45 PM9:05:45 PM762413069:05:45 PM9:05:45 PM762413069:05:45 PM9:05:45 PM

Trang 7

Hình 3.28: Thông báo lỗi trong IDE 42

Hình 3.29: Chọn cổng kết nối IDE 43

Hình 3.30: Menu File trong IDE 44

Hình 3.31: Menu Tool trong IDE 44

Hình 3.32: Sơ đồ thuật toán 45

762413069:05:45 PM9:05:45 PM762413069:05:45 PM9:05:45 PM762413069:05:45 PM9:05:45 PM

Trang 8

DANH SÁCH CÁC BẢNG

Bảng 3.1: Chi tiết thông số 12

Bảng 3.2: Kết nối DS1307 với Arduino 20

Bảng 3.3: Kết nối cảm biến độ ẩm đất với Arduino 30

Bảng 3.4: Kết nối LCD với Arduino 34

Bảng 3.5: Kết nối Arduino với Keypad 37

762413069:05:45 PM9:05:45 PM762413069:05:45 PM9:05:45 PM762413069:05:45 PM9:05:45 PM

Trang 9

CHƯƠNG 1: THỰC TRẠNG

Hiện nay nền nông nghiệp nước ta là nền nông nghiệp đang phát triển nhưng vẫn chưa áp dụng ứng dụng khoa học kĩ thuật nhiều vào thực tế Rất nhiều quy trình chăm sóc, kỹ thuật trồng trọt được tiến hành một cách thủ công và không đảm bảo được đúng yêu cầu

Hình 1.1: Tưới cây thủ công

Như ông bà ta đã nói “nhất nước, nhì phân, tam cần, tứ giống” Câu nói được người xưa đúc kết lại để xét đến thứ bậc của 4 yếu tố quan trọng trong sản xuất nông nghiệp và nước là yếu tố quan trọng nhất không thể thiếu đối với cây trồng Ở nhiều vùng nông thôn bà con nông dân sinh sống chủ yếu bằng nghề nông vẫn dùng những phương pháp tưới cây truyền thống chủ yếu bằng sức người hoặc dùng motor điện với hệ thống ống dẫn nước… nhìn chung những phương pháp này không phát huy được hiệu quả vì còn mang tính thủ công, tốn nhiều công sức, chi phí cao, chưa đáp ứng nhu cầu tiến trình công nghiệp hóa hiện đại hóa nông nghiệp nông thôn

762413069:05:45 PM9:05:45 PM762413069:05:45 PM9:05:45 PM762413069:05:45 PM9:05:45 PM

Trang 10

Trong cuộc sống hiện tại vấn đề thực phẩm sạch đang được người tiêu dùng quan tâm hàng đầu trong mỗi bữa ăn Vì thế nhiều hộ gia đình đã áp dụng phương pháp trồng rau sạch tại chính nhà của mình Chẳng hạn như rau cải xanh, xà lách, hành hoa, ớt, rau thơm thì cần tưới 1 đến 2 lần trong một ngày …

Ngoài ra trên nhiều tuyến đường trong thành phố, chúng ta vẫn bắt gặp hình ảnh các xe chở nước tưới cây trên đường gây ùn tắc, mất an toàn giao thông và mỹ quan đô thị

Hình 1.2: Xe tưới cây trên đường

Mặt khác nước ta đang trong giai đoạn công nghiệp hóa hiện đại hóa đất nước Áp dụng các thiết bị máy móc đưa vào sản xuất để phục vụ giảm thiểu sức lao động của con người nhằm tăng chất lượng và sản lượng của cây trồng

762413069:05:45 PM9:05:45 PM762413069:05:45 PM9:05:45 PM762413069:05:45 PM9:05:45 PM

Trang 11

CHƯƠNG 2: TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI

Trên thực tế dù là sản xuất nông nghiệp truyền thống hay sản xuất nông nghiệp theo xu hướng hiện đại, có sự hỗ trợ của công nghệ cao thì lượng nước vẫn là yếu tố quan trọng nhất quyết định trực tiếp đến quá trình sinh trưởng và phát triển của cây trồng và sau đó quyết định đến năng suất và sản lượng cây trồng

Đối với nông nghiệp truyền thống với quy mô nhỏ lẻ để cung cấp nước tưới cho cây, người ta dùng nhiều cách để cây nhận đủ nước Các biện pháp tưới thủ công bằng cách gánh và múc nước từ ao hồ, tát nước vào ruộng bằng gầu xòng, bơm nước trực tiếp… Còn đối với những hộ gia đình mà muốn trồng rau sạch với quy mô nhỏ để gia đình sử dụng khi mà tưới nước bằng biện pháp thủ công thì bất cập là khi mà gia đình đi đâu xa vài ngày không có ai ở nhà, những lúc không có thời gian rảnh để chăm sóc, tưới cây, rau Dù là cách này hay cách kia thì nhược điểm dễ nhận thấy đối với phương pháp này là hao tốn sức lao động, nước tưới không đều, bởi chỉ dựa theo cảm tính mà tưới nước cho cây khi quá nhiều, khi lại quá ít, gây lãng phí nguồn nước, thời gian tưới không ổn định Điều này là lí do mà nhóm chúng em đã nghiên cứu thiết kế mạch vi điều khiển hệ thống tưới cây tự động dựa trên độ ẩm đất Ứng với từng loại cây lại có thời gian và số lần tưới khác nhau, mô hình giúp chúng ta có thể điều chỉnh thông số, cài đặt được số lần tưới tối đa trong ngày là 2 lần, nếu cảm biến bị hỏng thì thời gian tưới tối đa cho cây là 10 phút Còn thời gian hẹn giờ tưới được chỉnh bằng bàn phím để đảm bảo sự chính xác và tiện lợi cho người sử dụng

Mạch vi điều khiển giao tiếp đơn giản qua nút bấm để cài đặt thời gian hẹn giờ để tưới cây và làm việc thông minh qua cảm biến độ ẩm đất Đối với thời tiết mưa nắng thất thường nên cảm biến độ ẩm đất đóng vai trò hết sức quan trọng trong việc quyết định cây trồng được nuôi trồng trong môi trường đủ độ ẩm hay không bởi việc thừa độ ẩm cũng không tốt đối với sự phát triển của cây trồng

762413069:05:45 PM9:05:45 PM762413069:05:45 PM9:05:45 PM762413069:05:45 PM9:05:45 PM

Trang 12

Bảng 2.1: Độ ẩm của một số loại cây trồng

Mạch điều khiển đảm bảo về thời gian cài đặt, lượng nước được cung cấp cho cây và tiện lợi cho việc giao tiếp đã tạo thành một hệ thống thông minh đáp ứng yêu cầu tự động hóa trong nông nghiệp của người nông dân

Khách hàng sẽ yên tâm khi khu vườn nhỏ trong nhà mình sẽ được cung cấp đầy đủ lượng nước khi không có nhà Bà con nông dân sẽ không còn tốn sức lao động để tưới cây không những vậy năng suất cây trồng sẽ được nâng cao khi chúng luôn được

Trang 13

CHƯƠNG 3: NỘI DUNG 3.1 Sơ đồ nguyên lý mạch vi điều khiển

Hình 3.1: Sơ đồ mô phỏng linh kiện

762413069:05:45 PM9:05:45 PM762413069:05:45 PM9:05:45 PM762413069:05:45 PM9:05:45 PM

Trang 14

Hình 3.2: Sơ đồ khối mạch vi điều khiển

762413069:05:45 PM9:05:45 PM762413069:05:45 PM9:05:45 PM762413069:05:45 PM9:05:45 PM

Trang 15

3.2 Nguyên lí hoạt động 3.2.1 Nguyên lí hoạt động

Cảm biến độ ẩm đất được đặt dưới đất có nhiệm vụ chính là thu thập giá trị độ ẩm của đất và trả giá trị về board mạch Arduino bằng tín hiệu Analog từ chân A0

Module thời gian thực DS1307 giúp cho hệ thống vi điều khiển hoạt động như chiếc đồng hồ báo thức thông qua phương thức giao tiếp I2C

Biến trở cho phép người dùng cài đặt ngưỡng độ ẩm để cây được tưới nước Bàn phím Keypad giúp người dùng cài đặt giờ thực và giờ để tưới nước cho cây Board Arduino đóng vai trò trung tâm của hệ thống vi điều khiển Tiếp nhận tín hiệu thời gian từ Module thời gian thực DS1307 và độ ẩm đất từ cảm biến Khi đến thời gian hẹn tưới cho cây Board Arduino sẽ so sánh điều kiện giữa độ ẩm thật của đất và độ ẩm được chỉnh từ biến trở Nếu giá trị ta chỉnh thấp hơn giá trị độ ẩm của đất ở tại thời gian hẹn Board Arduino sẽ xuất tín hiệu khiến relay đóng lại và khi đó động cơ hoạt động cây được tưới nước

3.2.2 Cài đặt thời gian và điều chỉnh độ ẩm

Cài đặt thời gian:

- Nhấn phím A: cho phép cài giờ thực

- Nhấn phím B hoặc C để chỉnh chế độ cài đặt thời gian cho động cơ hoạt động

Trang 16

3.3 Các thiết bị được sử dụng 3.3.1 Board Arduino

Arduino là một bo mạch vi xử lí dùng để lập trình tương tác với các thiết bị phần cứng như cảm biến động cơ, đèn hoặc các thiết bị khác Đặc điểm nổi bật của Arduino là môi trường phát triển ứng dụng cực kì dễ sử dụng, giá thành rẻ

Không giống các board mạch lập trình khác, Arduino không yêu cầu một phần cứng riêng để lập trình mã mới lên board mà bạn chỉ cần sử dụng cáp USB Đồng thời phần mềm lập trình Arduino IDE sử dụng phiên bản cơ bản của C ++, giúp việc lập trình trở nên đơn giản hơn

Ta có thể sử dụng các dòng Arduino khác như: Arduino Mega, Arduino Nano, Arduino Micro… Nhưng với những ứng dụng cơ bản thì mạch Arduino Uno là lựa chọn phù hợp nhất

Hình 3.3: Aduino Mega

Arduino MEGA có rất nhiều chân I/O so với dòng Arduino UNO (54 digital I/O và 16 analog I/O), đồng thời bộ nhớ flash của MEGA rất lớn, gấp 4 lần so với UNO (128kb) với vi điều khiển ATmega128 Những dự án cần điều khiển nhiều loại động cơ và xử lý nhiều luồng dữ liệu song song (3 timer), nhiều ngắt hơn (6 cổng

762413069:05:45 PM9:05:45 PM762413069:05:45 PM9:05:45 PM762413069:05:45 PM9:05:45 PM

Trang 17

interrupt), có thể được phát triển dễ dàng với Arduino MEGA, chẳng hạn như: máy in 3d, quadcopter, …

Hình 3.4: Arduino Nano

Kích thước của Arduino Nano cực kì nhỏ 1.85cm x 4.3cm Khác với Arduino Uno sử dụng cổng USB Type B, Nano lại sử dụng một cổng nhỏ hơn có tên là mini USB Vì sử dụng cổng này nên kích thước board rất nhỏ gọn

762413069:05:45 PM9:05:45 PM762413069:05:45 PM9:05:45 PM762413069:05:45 PM9:05:45 PM

Trang 18

Hình 3.5: Arduino Micro

Arduino Pro Micro dùng vi xử lý ATmega32u4, phiên bản Arduino Micro được sản xuất với sự hợp tác giữa Arduino và Adafruit Board gồm có 20 chân Input/Output (7 chân PWM, 12 chân Analog), sử dụng thạch anh 16MHZ Board có tất cả các chức năng của vi xử lý Arduino Micro gần giống như board Aruino Leonardo cùng sử dụng chip vi xử lý ATmega32u4 tích hợp chuẩn kết nối USB, không cần sử dụng đến chip USB khác Board có thể sử dụng các chức năng đặc biệt như giả lập bàn phím, chuột vitual Serial/COM port mà các board thông dụng như Uno hay Mega không có

762413069:05:45 PM9:05:45 PM762413069:05:45 PM9:05:45 PM762413069:05:45 PM9:05:45 PM

Trang 19

Hình 3.6: Sheild Arduino

Ngoài ra, các Shield Arduino là các board mạch được xây dựng sẵn được sử dụng để kết nối với một số board Arduino Những shield này nằm trên đỉnh của các bo mạch tương thích với Arduino để cung cấp các khả năng bổ sung như kết nối với internet, điều khiển động cơ, cung cấp giao tiếp không dây, điều khiển màn hình LCD,…

3.3.2 Board Arduino Uno R3

Mạch Arduino Uno là dòng mạch Arduino phổ biến, khi mới bắt đầu làm quen, lập trình với Arduino thì mạch Arduino thường nói tới chính là dòng Arduino UNO Hiện dòng mạch này đã phát triển tới thế hệ thứ 3 (Mạch Arduino Uno R3)

Arduino Uno R3 là dòng cơ bản, linh hoạt, thường được sử dụng cho người mới bắt đầu Bạn có thể sử dụng các dòng Arduino khác như: Arduino Mega, Arduino Nano, Arduino Micro… Nhưng với những ứng dụng cơ bản thì mạch Arduino Uno là lựa chọn phù hợp nhất

762413069:05:45 PM9:05:45 PM762413069:05:45 PM9:05:45 PM762413069:05:45 PM9:05:45 PM

Trang 20

Hình 3.7: Arduino UNO R3 Bảng 3.1: Chi tiết thông số

Điện áp hoạt động 5V DC (chỉ được cấp qua cổng USB)

Điện áp vào khuyên dùng 7-12V DC

Số chân Digital I/O 14 (6 chân hardware PWM)

Dòng tối đa trên mỗi chân I/O 30 mA

Trang 21

3.3.2.1 Vi điều khiển

Arduino UNO có thể sử dụng 3 vi điều khiển họ 8bit AVR là ATmega8, ATmega168, ATmega328 Bộ não này có thể xử lí những tác vụ đơn giản như điều khiển đèn LED nhấp nháy, xử lí tín hiệu cho xe điều khiển từ xa, làm một trạm đo nhiệt độ - độ ẩm và hiển thị lên màn hình LCD,…

Hình 3.8: Vi điều khiển của UNO R3

Thiết kế tiêu chuẩn của Arduino UNO sử dụng vi điều khiển ATmega328 Tuy nhiên nếu yêu cầu phần cứng của bạn không cao hoặc túi tiền không cho phép, bạn có thể sử dụng các loại vi điều khiển khác có chức năng tương đương nhưng rẻ hơn như ATmega8 (bộ nhớ flash 8KB) hoặc ATmega168 (bộ nhớ flash 16KB)

3.3.2.2 Năng lượng

Arduino UNO có thể được cấp nguồn 5V thông qua cổng USB hoặc cấp nguồn ngoài với điện áp khuyên dùng là 7-12V DC và giới hạn là 6-20V Thường thì cấp nguồn bằng pin vuông 9V là hợp lí nhất nếu bạn không có sẵn nguồn từ cổng USB Nếu cấp nguồn vượt quá ngưỡng giới hạn trên, board sẽ bị hỏng

Hình 2.13: Cáp USB

762413069:05:45 PM9:05:45 PM762413069:05:45 PM9:05:45 PM762413069:05:45 PM9:05:45 PM

Trang 22

3.3.2.3 Các chân năng lượng

 GND (Ground): cực âm của nguồn điện cấp cho Arduino UNO

 5V: cấp điện áp 5V đầu ra Dòng tối đa cho phép là 500mA

 3.3V: cấp điện áp 3.3V đầu ra Dòng tối đa cho phép là 50mA

 Vin (Voltage Input): để cấp nguồn ngoài cho Arduino UNO, nối cực dương của nguồn với chân này và cực âm của nguồn với chân GND

 IOREF: điện áp hoạt động của vi điều khiển trên Arduino UNO có thể được đo ở chân này Không được lấy nguồn 5V từ chân này để sử dụng bởi chức năng của nó không phải là cấp nguồn

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

Hình 3.9: Các chân năng lượng Arduino

762413069:05:45 PM9:05:45 PM762413069:05:45 PM9:05:45 PM762413069:05:45 PM9:05:45 PM

Trang 23

3.3.2.4 Bộ nhớ

Vi điều khiển Atmega328 tiêu chuẩn cung cấp cho người dùng:

 32KB bộ nhớ Flash: những đoạn lệnh bạn lập trình sẽ được lưu trữ trong bộ nhớ Flash của vi điều khiển

 2KB cho SRAM (Static Random Access Memory): giá trị các biến khi khai báo khi lập trình sẽ lưu ở đây Khi mất điện, dữ liệu trên SRAM sẽ bị mất

 1KB cho EEPROM (Electrically Eraseble Programmable Read Only Memory): giống như một chiếc ổ cứng mini nơi có thể đọc và ghi dữ liệu vào và bị mất khi cúp điện giống như dữ liệu trên SRAM

3.3.2.5 Các cổng vào/ra

Hình 3.10: Các cổng vào ra Arduino Uno R3

Arduino UNO có 14 chân digital dùng để đọc hoặc xuất tín hiệu Chúng chỉ có 2 mức điện áp là 0V và 5V với dòng vào/ra tối đa trên mỗi chân là 40mA Ở mỗi chân đều có các điện trở pull-up từ được cài đặt ngay trong vi điều khiển ATmega328 (mặc định thì các điện trở này không được kết nối)

762413069:05:45 PM9:05:45 PM762413069:05:45 PM9:05:45 PM762413069:05:45 PM9:05:45 PM

Trang 24

Một số chân Digital có các chức năng đặc biệt như sau:

 2 chân Serial: 0 (RX) và 1 (TX) dùng để gửi (transmit – TX) và nhận (receive – RX) dữ liệu TTL Serial Arduino Uno có thể giao tiếp với thiết bị khác thông qua 2 chân này Kết nối bluetooth thường thấy hay nói cách khác là kết nối Serial không dây

 Chân PWM (~): 3, 5, 6, 9, 10, và 11: cho phép xuất ra xung PWM với độ phân giải 8bit (giá trị từ 0 - 28-1 tương ứng với 0V - 5V) bằng hàm analogWrite() Có thể điều chỉnh được điện áp ra ở chân này từ mức 0V đến 5V thay vì chỉ cố định ở mức 0V và 5V như những chân khác

 Chân giao tiếp SPI: 10 (SS), 11 (MOSI), 12 (MISO), 13 (SCK), ngoài các chức năng thông thường, 4 chân này còn dùng để truyền phát dữ liệu bằng giao thức SPI với các thiết bị khác

 LED 13: trên Arduino UNO có 1 đèn led màu cam (kí hiệu chữ L) Khi bấm nút Reset, đèn này nhấp nháy để báo hiệu Nó được nối với chân số 13 Khi chân này được người dùng sử dụng, LED sẽ sáng

Arduino UNO có 6 chân Analog (A0 - A5) cung cấp độ phân giải tín hiệu 10bit (0 - 210-1) để đọc giá trị điện áp trong khoảng 0V - 5V Với chân AREF trên board, bạn có thể để đưa vào điện áp tham chiếu khi sử dụng các chân Analog Tức là nếu bạn cấp điện áp 2.5V vào chân này thì bạn có thể dùng các chân Analog để đo điện áp trong khoảng từ 0V - 2.5V với độ phân giải vẫn là 10bit

Đặc biệt, Arduino UNO có 2 chân A4 (SDA) và A5 (SCL) hỗ trợ giao tiếp I2C/TWI với các thiết bị khác

3.3.2.6 Lập trình cho Arduino

Các thiết bị dựa trên nền tảng Arduino được lập trình bằng ngôn ngữ riêng Ngôn ngữ này dựa trên ngôn ngữ Wiring được viết cho phần cứng nói chung Và Wiring lại là một biến thể của C/C++ Một số người gọi nó là Wiring, một số khác thì gọi là C hay C/C++ Ngôn ngữ Arduino bắt nguồn từ C/C++ phổ biến hiện nay do đó rất dễ học, dễ hiểu

762413069:05:45 PM9:05:45 PM762413069:05:45 PM9:05:45 PM762413069:05:45 PM9:05:45 PM

Trang 25

Để lập trình cũng như gửi lệnh và nhận tín hiệu từ mạch Arduino, nhóm phát triển dự án này đã cung cấp đến cho người dùng một môi trường lập trình Arduino được gọi là Arduino IDE (Intergrated Development Environment)

Hình 3.11: Giao diện Arduino IDE

Đoạn mã nguồn như trong hình sẽ điều khiển một đèn LED nhấp nháy với chu kì 1 giây

3.3.3 Module thời gian thực DS 1307 3.3.3.1 Cấu tạo

DS1307 là chip thời gian thực hay RTC (Real time clock) Đây là một IC tích hợp cho thời gian bởi vì tính chính xác về thời gian tuyệt đối cho thời gian : Thứ, ngày,tháng, năm, giờ, phút, giây DS1307 là chế tạo bởi Dallas Chip này có 7 thanh ghi 8 bit mỗi thanh ghi này chứa : Thứ , ngày, tháng, năm, giờ , phút, giây Ngoài ra

762413069:05:45 PM9:05:45 PM762413069:05:45 PM9:05:45 PM762413069:05:45 PM9:05:45 PM

Trang 26

ghi này có thể dùng như là RAM DS1307 được đọc thông qua chuẩn truyền thông I2C nên do đó để đọc được và ghi từ DS1307 thông qua chuẩn truyền thông này Do nó được giao tiếp chuẩn I2C nên cấu tạo bên ngoài nó rất đơn giản

 Vcc: nguồn cho giao tiếp I2C, điện áp cung cấp là 5V chuẩn và được dùng chung với vi xử lý Nếu mà Vcc không có mà Vbat có thì DS1307 vẫn hoạt động bình thường nhưng mà không ghi và đọc được dữ liệu

 GND: nguồn Mass chung cho cả Vcc và Vbat

 SQW/OUT: một ngõ ra phụ tạo xung dao động (xung vuông)

 SCL và SDA : hai bus dữ liệu của DS1307 Thông tin truyền và ghi đều được truyền qua 2 đường truyền này theo chuẩn I2C

762413069:05:45 PM9:05:45 PM762413069:05:45 PM9:05:45 PM762413069:05:45 PM9:05:45 PM

Trang 27

3.3.3.2 Ghép nối DS1307 với vi điều khiển

DS1307 được đọc thông qua chuẩn truyền thông I2C I2C là viết tắt của Integrated Circuit", một chuẩn giao tiếp được phát minh bởi Philips’ semiconductor division (giờ là NXP) nhằm đơn giản hóa việc trao đổi dữ liệu giữa các ICs Đôi khi nó cũng được gọi là Two Wire Interface (TWI) vì chỉ sử dụng 2 kết nối để truyền tải dữ liệu, 2 kết nối của giao tiếp I2C gồm: SDA (Serial Data Line) và SCL (Serial Clock Line)

"Inter-Có hàng ngàn thiết bị sử dụng giao tiếp I2C, chẳng hạn như real-time clocks, digital potentiometers, temperature sensors, digital compasses, memory chips, FM radio circuits, I/O expanders, LCD controllers, amplifiers, Board Arduino của chúng ta có thể kiểm soát tất cả và số lượng tối đa trong một thời điểm lên đến 112 thiết bị I2C

Trên board Arduino UNO, SDA là chân Analog 4, SCL là chân Analog 5

Hình 3.13: Chân A4 và A5 trên Arduino

762413069:05:45 PM9:05:45 PM762413069:05:45 PM9:05:45 PM762413069:05:45 PM9:05:45 PM

Trang 28

Trên I2C bus, sẽ có một thiết bị được coi là "Master", và trong hầu hết các trường hợp, Arduino là một "Master", mỗi IC được gắn trên I2C bus là một "Slave" Mỗi "slave" có một địa chỉ riêng ở dạng HEX (thập lục phân) để Arduino ("Master") có thể giao tiếp với nó

Hình 3.14: Các chân DS 1307

Chúng ta sẽ kết nối DS1307 với Arduino như sau:

Bảng 3.2: Kết nối DS1307 với Arduino

Trang 29

Cấu tạo bên trong của DS1307 bao gồm mạch nguồn, dao động, logic và con trỏ, thanh ghi thực hiện việc ghi đọc Do trong các bài toán chúng ta thường sử dụng DS1307 cho đồng hồ thời gian thực nên do đó chúng ta chỉ quan tâm đến việc ghi đọc các thanh ghi cần thiết (sec, min, hour ) thông qua chuẩn truyền thông I2C

Trong bộ nhớ của DS1307 có tất cả 64 thanh ghi địa chỉ từ 0 đến 63 và được bắt đầu từ 0x00 đến 0x3F nhưng trong đó chỉ có 8 thanh ghi đầu là thanh ghi thời gian thực nên chúng ta sẽ đi sâu vào 8 thanh ghi (chức năng và địa chỉ thanh ghi thời gian thực này) Nhìn vào bảng thanh ghi ta sẽ thấy như sau :

Hình 3.16: Bảng thanh ghi của DS 1307

Thời gian thực nó được sắp sếp theo thứ tự: giây, phút, giờ, thứ, ngày , tháng, năm và bắt đầu từ thanh ghi Giây (0x00) và kết thúc bằng thanh ghi Năm (0x06) Riêng thanh ghi Control dùng để điều khiển ngõ ra của chân SQW/OUT nên trong thực tế không sử dụng thanh ghi này trong thời gian

762413069:05:45 PM9:05:45 PM762413069:05:45 PM9:05:45 PM762413069:05:45 PM9:05:45 PM

Trang 30

Hình 3.17: Tổ chức thanh ghi DS 1307

Thanh ghi giây (0x00): đây là thanh ghi giây của DS1307 Nhìn trên bảng trên ta thấy được từ bit 0 đến bit 3 là dùng để mã hóa số BCD hàng đơn vị của giây Tiếp theo từ bit 4 đến bit 6 dùng để mã hóa BCD hàng chục của giây Tại sao nó chỉ sử dụng có 3 bit này là do giây lớn nhất chỉ đến 59 nên hàng chục lớn nhất là 5 nên chỉ cần 3 thanh ghi này là cũng đủ mã hóa

Thanh ghi phút (0x01): đây là thanh ghi phút của DS1307 Cũng nhìn trên bảng thanh ghi này được tổ chức như thanh ghi giây Cũng là 3 bit thấp dùng để mã hóa BCD chữ số hàng đơn vị và số hàng chục chỉ lớn nhất là 5 nên do đó chỉ cần dùng từ bit 4 đến bit 6 để mã hóa BCD tiếp chữ số hàng chục Nhưng thanh ghi này có sự khác biệt với thanh ghi giây là bit 7 nó đã mặc định bằng 0

Thanh ghi giờ (0x02): đây là thanh ghi giờ của ta thấy từ bit 0 đến bit 3 nó dùng để mã hóa BCD của chữ số hàng đơn vị của giờ Nhưng giờ có chế độ 24h và 12h nên do đó nó phức tạp ở các bit cao (bit 4 đến bit 7) và sự chọn chế độ 12h và 24h nó lại nằm ở bit 6 Nếu bit 6 = 0 thì ở chế độ 24h thì do chữ số hàng chục lớn nhất là 2 nên do đó nó chỉ dùng 2 bit (bit 4 và bit 5) để mã hóa BCD chữ số hàng chục của giờ Nếu bit 6 = 1 thì chế độ 12h được chọn nhưng do chữ số của hàng chục của giờ trong chế độ này chỉ lớn nhất là 1 nên do đó bit thứ 4 là đủ để mã hóa BCD chữ số hàng chục

762413069:05:45 PM9:05:45 PM762413069:05:45 PM9:05:45 PM762413069:05:45 PM9:05:45 PM

Trang 31

của giờ rồi nhưng mà bit thứ 5 nó lại dùng để chỉ buổi sáng hay chiều, nếu mà bit 5 = 0 là AM và bit 5 = 1 là PM Trong cả 2 chế độ 12h và 24h thì bit 7 = 0

Thanh ghi thứ (0x03): đây là thanh ghi thứ trong tuần của DS1307 và thanh ghi này khá là đơn giản trong DS1307 Nó dùng số để chỉ thứ trong tuần nên do đó nó chỉ lấy từ 1 đến 7 tương đương từ thứ hai đến chủ nhật Nên do đó nó dùng 3 bit thấp (bit 0 đến bit 2) để mã hóa BCD ra thứ trong ngày Còn các bit từ 3 đến 7 thì nó mặc định bằng 0

Thanh ghi ngày (0x04): đây là thanh ghi ngày trong tháng của DS1307 Do trong các tháng có số ngày khác nhau nhưng mà nằm trong khoảng từ 1đến 31 ngày Nó dùng 4 bit thấp (bit 0 đến bit 3) dùng để mã hóa BCD ra chữ số hàng đơn vị của ngày trong tháng Nhưng do chữ số hàng chục của ngày trong tháng chỉ lớn nhất là 3 nên chỉ dùng bit 4 và bit 5 là đủ mã hóa BCD Còn bit 6 và bit 7 mặc định bằng 0

Thanh ghi tháng (0x05): đây là thanh ghi tháng trong năm của DS1307 Tháng trong năm chỉ có từ 1 đến 12 tháng nên việc tổ chức trong bit cũng tương tự như ngày trong tháng nên do cũng 4 bit thấp (từ bit 0 đến bit 3) mã hóa BCD hàng đơn vị của tháng Nhưng do hàng chục chỉ lớn nhất là 1 nên chỉ dùng 1 bit thứ 4 để mã hóa BCD ra chữ số hàng chục và các bit còn lại từ bit 5 đến bit 7 thì mặc định cho xuống mức 0

Thanh ghi năm (0x06): đây là thanh ghi năm trong DS1307 DS1307 chỉ có 100 năm thôi tương đương với 00 đến 99 nên nó dùng tất cả các bit thấp và bit cao để mã hóa BCD ra năm

Thanh ghi điều khiển (0x07): đây là thanh ghi điều khiển quá trình ghi của DS1307 và quá trình ghi phải được kết thúc bằng địa chỉ 0x93

3.3.3.3 Lập trình

#include <Wire.h> /* Địa chỉ của DS1307 */ const byte DS1307 = 0x68;

/* Số byte dữ liệu sẽ đọc từ DS1307 */ const byte NumberOfFields = 7;

/* khai báo các biến thời gian */

762413069:05:45 PM9:05:45 PM762413069:05:45 PM9:05:45 PM762413069:05:45 PM9:05:45 PM

Trang 32

int second, minute, hour, day, wday, month, year;

void setup() {

Wire.begin();

/* cài đặt thời gian cho module */

setTime(12, 30, 45, 1, 8, 2, 15); // 12:30:45 CN 08-02-2015 Serial.begin(9600);

}

void loop() {

/* Đọc dữ liệu của DS1307 */ readDS1307();

/* Hiển thị thời gian ra Serial monitor */ digitalClockDisplay();

delay(1000); }

void readDS1307() {

Wire.beginTransmission(DS1307); Wire.write((byte)0x00);

Wire.endTransmission();

Wire.requestFrom(DS1307, NumberOfFields);

second = bcd2dec(Wire.read() & 0x7f); minute = bcd2dec(Wire.read() );

hour = bcd2dec(Wire.read() & 0x3f); // chế độ 24h

762413069:05:45 PM9:05:45 PM762413069:05:45 PM9:05:45 PM762413069:05:45 PM9:05:45 PM

Trang 33

day = bcd2dec(Wire.read() ); month = bcd2dec(Wire.read() ); year = bcd2dec(Wire.read() ); year += 2000;

printDigits(minute); printDigits(second); Serial.print(" "); Serial.print(day); Serial.print(" "); Serial.print(month); Serial.print(" "); Serial.print(year); Serial.println(); }

Trang 34

// các thành phần thời gian được ngăn chách bằng dấu : Serial.print(":");

if(digits < 10) Serial.print('0'); Serial.print(digits); }

/* cài đặt thời gian cho DS1307 */

void setTime(byte hr, byte min, byte sec, byte wd, byte d, byte mth, byte yr) {

Wire.beginTransmission(DS1307); Wire.write(byte(0x00)); // đặt lại pointer Wire.write(dec2bcd(sec));

Wire.write(dec2bcd(min)); Wire.write(dec2bcd(hr));

Wire.write(dec2bcd(wd)); // day of week: Sunday = 1, Saturday = 7 Wire.write(dec2bcd(d));

Wire.write(dec2bcd(mth)); Wire.write(dec2bcd(yr)); Wire.endTransmission(); }

3.3.3.4 Một số hàm trong thư viện Wire.h

Wire.begin(address (optional));

 Khởi tạo thư viện Wire.h và tham gia vào I2C bus

 address: 7 bit địa chỉ của thiết bị "Slave" (optional); nếu không có địa chỉ thì coi như "Master"

Trang 35

 Kết thúc truyền dữ liệu đến thiết bị "Slave" đã được bắt đầu bởi Wire.beginTransmission(address)

 Được sử dụng bởi thiết bị "Master" để yêu cầu dữ liệu từ thiết bị "Slave"

 address: là địa chỉ của thiết bị "Slave"

 quantity: số lượng bytes yêu cầu

3.3.4 Module cảm biến độ ẩm đất 3.3.4.1 Nguyên lí hoạt động

Cảm biến độ ẩm đất, trạng thái đầu ra mức thấp (0V), khi đất thiếu nước đầu ra sẽ là mức cao (5V), độ nhạy cao chúng ta có thể điều chỉnh được bằng biến trở Phần đầu đo được cắm vào đất để phát hiện độ ẩm của đất, khi độ ầm của đất đạt ngưỡng thiết lập, đầu ra DO sẽ chuyển trạng thái từ mức thấp lên mức cao Nhờ thế, ta có thể sử dụng Analog hoặc Digital của Arduino để đọc giá trị từ cảm biến

762413069:05:45 PM9:05:45 PM762413069:05:45 PM9:05:45 PM762413069:05:45 PM9:05:45 PM

Trang 36

Có thể điều chỉnh độ nhạy bằng biến trở

3.3.4.3 Cách đo và cách đọ độ ẩm đất dùng cảm biến độ ẩm đất

Cách đo: phần đầu đo được cắm vào đất để phát hiện độ ẩm của đất

Cách đọc: có hai cách đọc tín hiệu từ cảm biến độ ẩm đất Đọc giá trị Digital hoặc đọc giá trị Analog:

- Đọc giá trị Digital (đọc bằng chân D0): Khi độ ẩm đất đạt ngưỡng thiết lập, đầu ra D0 sẽ chuyển trạng thái từ mức thấp lên mức cao

- Đọc giá trị Analog (đọc bằng chân A0): Giá trị đầu ra sẽ có điện áp từ

762413069:05:45 PM9:05:45 PM762413069:05:45 PM9:05:45 PM762413069:05:45 PM9:05:45 PM

Trang 37

3.3.4.4 Cách quy đổi độ ẩm đất thành phần trăm

Tín hiệu Analog có độ phân giải mặc định là từ 0 - 1023 tương ứng 0 - 5V Để quy đổi nó sang %, chúng ta sẽ chuyển nó bằng hàm map về 0 - 100%

Hình 3.19: Chuyển độ ẩm về %

762413069:05:45 PM9:05:45 PM762413069:05:45 PM9:05:45 PM762413069:05:45 PM9:05:45 PM

Trang 38

3.3.4.5 Kết nối dây với Arduino

Ta dựa vào bảng sau để kết nôi chân cảm biến độ ẩm đất với Arduino UNO R3

Bảng 3.3: Kết nối cảm biến độ ẩm đất với Arduino

Cảm biến độ ẩm đất Arduino UNO R3

Serial.begin(9600);//Mở cổng Serial ở mức 9600 pinMode (2, INPUT);

pinMode(A0, INPUT); pinMode (13, OUTPUT); }

void loop() {

int value = analogRead(A0); // Ta sẽ đọc giá trị hiệu điện thế của cảm biến // Giá trị được số hóa thành 1 số nguyên có giá trị

762413069:05:45 PM9:05:45 PM762413069:05:45 PM9:05:45 PM762413069:05:45 PM9:05:45 PM