Thiết kế và thi công mô hình giám sát và điều khiển mô hình trồng nấm rơm

 Sử dụng Arduino để đọc giá trị cảm biến đo được và điều khiển các thiết bị để điều chỉnh các thông số nhiệt độ độ ẩm thích hợp cho sự sinh trưởng của nấm rơm.. Các ứng dụng nổi bật của

TRƯỜNG ĐH SPKT TP HỒ CHÍ MINH

KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

ĐỘC LẬP - TỰ DO - HẠNH PHÚC

o0o

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

I TÊN ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MÔ HÌNH GIÁM SÁT VÀ ĐIỀU

KHIỂN MÔ HÌNH TRỒNG NẤM RƠM

II NHIỆM VỤ

1 Các số liệu ban đầu:

 Chọn nấm rơm làm đối tượng nghiên cứu

 Thiết kế mô hình điều khiển 2 khu riêng biệt

 Sử dụng LCD hiển thị dữ liệu trên mô hình

 Kích thước mô hình 60x40x40

2 Nội dung thực hiện:

 NỘI DUNG 1: Tìm hiểu và nghiên cứu về cấu tạo phần cứng, nguyên lý hoạt

động, tính năng của các module Arduino, module NODEMCU ESP8266,

DHT11, cảm biến mực nước, IC ULN2803

 NỘI DUNG 2: Tìm hiểu và nghiên cứu về lập trình Webserver, tìm hiểu về ngôn ngữ HTML, PHP, cơ sở dữ liệu MySQL

 NỘI DUNG 3: Các giải pháp thi thiết kế hệ thống, thi công mô hình

 NỘI DUNG 4: Thiết kế hệ thống điều khiển, lưu đồ giải thuật và chương trình điều khiển mô hình

 NỘI DUNG 5: Thiết kế hoàn chỉnh mô hình thực tế

 NỘI DUNG 6: Chạy thử nghiệm hệ thống

 NỘI DUNG 7: Cân chỉnh hệ thống

 NỘI DUNG 8: Viết sách luận văn

 NỘI DUNG 9: Bảo vệ đề tài tốt nghiệp

IV NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 10/06/2019

V HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: ThS Nguyễn Thanh Nghĩa

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN BM ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH

TRƯỜNG ĐH SPKT TP HỒ CHÍ MINH

KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM ĐỘC LẬP - TỰ DO - HẠNH PHÚC

Tên đề tài: Hệ Thống Giám Sát Và Điều Khiển Mô Hình Trồng Nấm Rơm

Tuần/Ngày Nội Dung Xác nhận

- Tìm hiểu cơ sở lý thuyết về web

- Tìm hiểu các cảm biến sử dụng trong đề tài

- Tìm hiểu về cách thức lập trình thiết kế Web Server

3

(2/4-8/4)

- Thiết kế sơ đồ khối, giải thích chức năng

- Tính toán lựa chọn linh kiện cho từng khối

- Thi công mạch, xây dựng mô hình

- Thiết kế Web Server

- Thiết kế Web Server

7

(30/4-6/5)

- Viết chương trình

- Thi công mạch, xây dựng mô hình

- Thiết kế Web Server

- Hoàn thiện mô hình, chạy thử và sửa lỗi

- Viết báo cáo

LỜI CAM ĐOAN

Đề tài này là do tôi tự thực hiện dựa vào một số tài liệu trước đó và không sao chép

từ tài liệu hay công trình đã có trước đó

Người thực hiện đề tài

Vũ Ngọc Duy Tín

LỜI CẢM ƠN

Em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến Thầy Nguyễn Thanh Nghĩa _ Giảng viên

bộ môn Điện Tử Công Nghiệp – Y Sinh đã trực tiếp hướng dẫn và tận tình giúp đỡ tạo điều kiện để em có thể hoàn thành tốt đề tài

Em chân thành cảm ơn Thầy Việt và Thầy Khoa _ Giảng viên bộ môn Điện

Tử Công Nghiệp – Y Sinh đã góp ý và chia sẻ nhiều kinh nghiệm quý báu cho em thực hiện tốt đề tài

Em xin gửi lời chân thành cảm ơn các thầy cô trong Khoa Điện-Điện Tử đã tạo những điều kiện tốt nhất cho em hoàn thành đề tài

Em cũng gửi lời đồng cảm ơn đến các bạn lớp thực hiện ĐATN đã chia sẻ trao đổi kiến thức cũng như những kinh nghiệm quý báu trong thời gian thực hiện

đề tài

Cảm ơn đến cha mẹ đã tận tâm chăm sóc, lo lắng giúp đỡ em là nguồn động viên vô cùng lớn giúp em có thể hoàn thành đề tài

Xin chân thành cảm ơn!

Người thực hiện đề tài

Vũ Ngọc Duy Tín

MỤC LỤC

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN 1

1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ 1

1.2 MỤC TIÊU 2

1.3 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 2

1.4 GIỚI HẠN 3

1.5 BỐ CỤC 3

CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT 5

2.1 GIỚI THIỆU PHƯƠNG PHÁP TRỒNG NẤM RƠM TRUYỀN THỐNG 5

2.2 GIỚI THIỆU MÔ HÌNH NÔNG NGHIỆP SỬ DỤNG NHÀ KÍNH TRONG THỰC TẾ 8

2.3 TỔNG QUAN VỀ ARDUINO 9

2.4 TỔNG QUAN VỀ IOT 11

2.5 TỔNG QUAN VỀ WEB 12

2.6 CÁC CHUẨN GIAO TIẾP 13

2.6.1 CHUẨN GIAO TIẾP UART 13

2.6.2 CHUẨN GIAO TIẾP I2C 14

2.6.3 CHUẨN GIAO TIẾP ONE-WIRE 15

CHƯƠNG 3 TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ 17

3.1 GIỚI THIỆU 17

3.2 TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG 18

3.2.1 THIẾT KẾ SƠ ĐỒ KHỐI HỆ THỐNG 18

3.2.2 TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ MẠCH 19

3.2.3 SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ CỦA TOÀN MẠCH 40

CHƯƠNG 4 THI CÔNG HỆ THỐNG 42

4.1 GIỚI THIỆU 42

4.2 THI CÔNG HỆ THỐNG 42

4.2.1 Thi công mạch điều khiển trung tâm 42

4.2.2 Thi công mạch điều khiển trực tiếp và hiển thị 43

4.2.3 Thi công mô hình 44

4.2.4 Lắp ráp và kiểm tra 44

4.3 ĐÓNG GÓI VÀ THI CÔNG MÔ HÌNH 45

4.4 LẬP TRÌNH HỆ THỐNG 48

4.4.1 Lưu đồ giải thuật 48

4.4.2 Phần mềm lập trình cho vi điều khiển 49

4.4.3 Phần mềm lập trình cho web 52

4.4.4 Công cụ lập trình Web server 53

4.4.5 Công cụ lập trình gửi và nhận tin nhắn 57

4.5 SƠ ĐỒ TOÀN BỘ HỆ THỐNG 62

4.6 TÀI LIỆU HƯỚNG DẪN SỬ DỤNG, THAO TÁC 62

4.6.1 Tài liệu hướng dẫn sử dụng 62

CHƯƠNG 5 KẾT QUẢ_NHẬN XÉT_ĐÁNH GIÁ 64

5.1 KẾT QUẢ 64

5.2 NHẬT XÉT VÀ ĐÁNH GIÁ 70

CHƯƠNG 6 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 71

6.1 KẾT LUẬN 71

6.2 HƯỚNG PHÁT TRIỂN 71

TÀI LIỆU THAM KHẢO 72

DANH MỤC HÌNH VÀ BẢNG

Hình 2.1: Đóng mô nấm 6

Hình 2.2: Chăm sóc mô nấm 6

Hình 2.3: Nấm rơm có thể thu hoạch được 7

Hình 2.4: Mô hình nhà kính thực tế 8

Hình 2.5: Mô hình nhà lưới kín thực tế 9

Hình 2.6: Một số loại board Arduino phổ biến 11

Hình 2.7: Mô hình sơ đồ IOT 11

Hình 2.8: Giao tiếp UART 14

Hình 2.9: Giao tiếp I2C 14

Hình 2.10: Giao tiếp One-Wire 15

Hình 3.1: Sơ đồ khối hệ thống 18

Hình 3.2: Sơ đồ khối hệ thống thiết bị thực tế 18

Hình 3.3: Khối xử lý trung tâm sử dụng Arduino Nano 20

Hình 3.4: ESP8266 NODEMCU 21

Hình 3.5: Sơ đồ nối dây giữa Arduino Nano và NODEMCU 23

Hình 3.6: Công cụ để tạo máy chủ của Webserver và Database 24

Hình 3.7: Kết nối LCD với Arduino Nano 25

Hình 3.8: Nút nhấn 2 chân 26

Hình 3.9: Còi Buzzer 26

Hình 3.10: Sơ đồ kết nối của Button và Buzzer với Arduino 27

Hình 3.11: Hình cảm biến DHT11 27

Hình 3.12: Kết nối cảm biến DHT11 với Arduino Nano 28

Hình 3.13: Hình ảnh cảm biến đo mực nước 29

Hình 3.14: Kết nối cảm biến mực nước với Arduino Nano 29

Hình 3.15: Cấu tạo của IC đệm dòng ULN2803 30

Hình 3.16: Sơ đồ nguyên lý 1 kênh của ULN2803 30

Hình 3.17: Kết nối ULN2803 với Arduino Nano 31

Hình 3.18: Hình ảnh Relay thực tế 32

Hình 3.19: Sơ đồ nguyên lý của Relay 32

Hình 3.20: Kết nối ULN2803 với Relay 33

Hình 3.21: Hình ảnh phun sương siêu âm HB20-12 34

Hình 3.22: Kết nối phun sương với Relay 35

Hình 3.23: Đèn sợi tóc 35

Hình 3.24: Kết nối đèn sợi tóc với Relay 36

Hình 3.25: Quạt 36

Hình 3.26: Kết nối quạt với Relay 37

Hình 3.27: Hình đèn báo 37

Hình 3.28: Kết nối đèn báo với Relay 38

Hình 3.29: Hình ảnh module hạ áp LM2596 39

Hình 3.30: Hình sơ đồ nguyên lý mạch hạ áp LM2596 39

Hình 3.31: Sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển trung tâm 40

Hình 3.32: Sơ đồ nguyên lý của khối điều khiển trực tiếp và hiển thị 41

Hình 4.1: Sơ đồ mạch in khối điều khiển trung tâm 42

Hình 4.2: Sơ đồ mạch in khối điều khiển trực tiếp và hiển thị 43

Hình 4.3: Mô hình sau khi hoàn thành 44

Hình 4.4: Mạch điều khiển sau khi hoàn thành 45

Hình 4.5: Mạch điều khiển trực tiếp và hiển thị sau khi hoàn thành 45

Hình 4.6: Mô hình sau khi lắp 46

Hình 4.7: Giao diện đăng nhập của web 47

Hình 4.8: Giao diện trang chủ của web 47

Hình 4.9: Lưu đồ của NODEMCU ESP8266 48

Hình 4.10: Lưu đồ của Arduino Nano 49

Hình 4.11: Giao diện của phần mềm viết code cho mạch Arduino 50

Hình 4.12: Những thư viện có sẵn trong phần mềm 51

Hình 4.13: Giao diện Notepad++ 53

Hình 4.14: Đăng ký tài khoản mới 55

Hình 4.15: Giao diện email xác nhận tài khoản 55

Hình 4.16: Tạo tên miền mong muốn 56

Hình 4.17: Tạo Database mới 56

Hình 4.18: Các File đã update lên server 57

Hình 4.19: Màn hình truy cập IFTTT 58

Hình 4.20: Màn hình đăng nhập IFTTT 58

Hình 4.21: Thêm dịch vụ 59

Hình 4.22: Thêm dịch vụ SMS 59

Hình 4.23: Nhập từ khóa tác động 59

Hình 4.24: Thêm dịch vụ 60

Hình 4.25: Chọn dịch vụ Webhook 60

Hình 4.26: Key do Webhook cung cấp 61

Hình 4.27: Sơ đồ nguyên lý hoạt động của toàn bộ hệ thống 62

Hình 5.1: Mô hình sau khi hoàn thành 64

Hình 5.2: Mô hình khi hoạt động 64

Hình 5.3: Trang thống kê sản lượng 65

Hình 5.4: Bảng lưu các thông số khu 1 65

Hình 5.5: Trang điều khiển khu 1 65

Hình 5.6: Trang điều khiển giọng nói 66

Hình 5.7: Hệ thống sấy khi tắt 66

Hình 5.8: Hệ thống sấy khi bật 67

Hình 5.9: Nhiệt độ khu 1 cao hơn 40 oC 67

Hình 5.10: Hệ thống tự động tắt toàn bộ phần cứng, Buzzer kêu 67

Hình 5.11:Gửi tin nhắn cảnh báo 68

Hình 5.12: Chế độ chờ 68

Hình 5.13: Chế độ kích hoạt 68

Bảng 4.1: Danh sách linh kiện mạch điều khiển trung tâm 43 Bảng 4.2: Danh sách linh kiện mạch điều khiển trực tiếp và hiển thị 44

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN

1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ

Hiện nay cùng với sự phát triển của xã hội, cuộc sống ngày càng được nâng cao thì việc áp dụng công nghệ khoa học kỹ thuật vào đời sống công việc hằng ngày càng ngày cần thiết Cùng với sự phát triển của các ngành khoa học kỹ thuật, công nghệ kỹ thuật điện tử mà trong đó đặt biệt là kỹ thuật điều khiển tự động đóng vai trò quan trọng trong mọi lĩnh vực khoa học kỹ thuật, quản lý, công nghiệp, nông nghiệp, đời sống, quản lý thông tin, …

Nước ta là một đất nước nông nghiệp, tuy nhiên trong nhiều năm quy mô cũng như chất lượng và sản lượng nông nghiệp của nước ta luôn thấp hơn so với các nước khác mà nguyên nhân chính là việc công nghệ sản xuất của nước ta quá lạc hậu, chủ yếu dựa vào tay chân Mô hình nhà kính là nền tảng cho tiêu chuẩn về chất lượng, công năng và giá trị của sản phẩm trong việc sản xuất nông nghiệp theo hướng nông nghiệp công nghệ cao Tính linh hoạt của nhà kính giúp cho người trồng trọt có thể trồng trọt trên bất cứ môi trường nào, diện tích trồng trọt có thể từ vài trăm mét vuông đến hàng chục hecta Nhà kính có khả năng loại bỏ các điều kiện môi trường bất lợi, cung cấp một môi trường phát triển tối ưu, tạo ra mùa sinh trưởng dài hơn, có thể trồng các loại cây trái mùa và các giống cây khác nhau, bảo

vệ cây trồng khỏi thời tiết lạnh, mưa đá, gió, mưa gây thiệt hại, loại bỏ dịch bệnh, sâu bệnh hại, tăng tốc độ sinh trưởng nhanh hơn và năng suất cao hơn, chất lượng tốt hơn Tất cả được điều chỉnh và điều khiển hoàn toàn tự động và áp dụng công nghệ khoa học kỹ thuật vào quy trình giám sát và sản xuất Việc sử dụng nhà kính

tự động giúp chúng ta có thể tiết kiệm nhân lực, tăng độ chính xác trong giám sát và điều khiển môi trường

Nấm là một loại thực vật giàu dinh dưỡng chiếm 45% protein, 60 nguyên tố khoáng, 19 loại axit amin và rất nhiều loại vitamin như: B1, B6, B12, … Đặc biệt, nấm còn có nhiều dược tính quý mà không phải loại thực phẩm nào cũng có Vì vậy nấm là một loại rau sạch, một loại thuốc trong y dược đang được nhiều người tiêu

dùng lựa chọn và nhu cầu người dân sử dụng ngày càng tăng cao Tuy nhiên hiện nay quá trình sản xuất nấm của nước ta còn chịu nhiều tác động từ môi trường, từ biến đổi khí hậu Từ đó sản lượng nấm sản xuất ra chưa cao, còn hao hụt nhiều và chất lượng nấm cũng chưa cao do hay bị ảnh hưởng bởi dịch bệnh

Trên nhu cầu thực tế, những đòi hỏi ngày càng cao của thị trường, cộng với sự phát triển mạnh của khoa học công nghệ, đặc biệt là công nghệ thông tin, kỹ thuật điện- điện tử Phát triển kỹ thuật điều khiển tự động từ khoảng cách xa trong nông nghiệp đang là xu thế phát triển nông nghiệp cao nói chung và nhà kính tự động nói riêng Chúng tôi chọn đề tài liên quan đến giám sát quá trình trồng nấm, cụ thể là

nấm rơm Từ đó chúng tôi đề xuất đề tài “THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MÔ HÌNH

GIÁM SÁT VÀ ĐIỀU KHIỂN MÔ HÌNH TRỒNG NẤM RƠM”

1.2 MỤC TIÊU

Sau khi thực hiện đề tài nhóm xây dựng được một bộ điều khiển giám sát trồng nấm rơm trong đó đề tài điều khiển được nhiệt độ, độ ẩm bằng bằng cách điều khiển hệ thống quạt và hệ thống phun sương, gửi được dữ liệu nhiệt độ, độ ẩm, số lượng sản phẩm lên website, gửi dữ liệu bằng sms khi gặp sự cố hoặc khi người dùng muốn

1.3 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU

 NỘI DUNG 1: Tìm hiểu và nghiên cứu về cấu tạo phần cứng, nguyên lý hoạt

động, tính năng của các module Arduino, module NODEMCU ESP8266,

DHT11, cảm biến mực nước, IC ULN2803

 NỘI DUNG 2: Tìm hiểu và nghiên cứu về lập trình Webserver, tìm hiểu về ngôn ngữ HTML, PHP, cơ sở dữ liệu MySQL

 NỘI DUNG 3: Các giải pháp thi thiết kế hệ thống, thi công mô hình

 NỘI DUNG 4: Thiết kế hệ thống điều khiển, lưu đồ giải thuật và chương trình điều khiển mô hình

 NỘI DUNG 5: Thiết kế hoàn chỉnh mô hình thực tế

 NỘI DUNG 6: Chạy thử nghiệm hệ thống

 NỘI DUNG 7: Cân chỉnh hệ thống

 NỘI DUNG 8: Viết sách luận văn

 NỘI DUNG 9: Bảo vệ đề tài tốt nghiệp

1.4 GIỚI HẠN

 Đề tài chỉ giám sát khâu chăm sóc nấm rơm và đóng gói

 Sử dụng Arduino để đọc giá trị cảm biến đo được và điều khiển các thiết bị để điều chỉnh các thông số nhiệt độ độ ẩm thích hợp cho sự sinh trưởng của nấm rơm

 Các dữ liệu được gửi lên server gồm: Thời gian, nhiệt độ, độ ẩm, số lượng sản phẩm, trạng thái của các thiết bị lên Web server và hiển thị lên màn hình LCD

 Chỉ gửi dữ liệu bằng tin nhắn SMS để báo nếu gặp sự cố hoặc khi người dùng muốn

 Giới hạn kích thước mô hình 60x40x40cm để quá trình thay đổi nhiệt độ độ

ẩm được nhanh chóng và hiệu quả vì mô hình chỉ sử dụng các thiết bị có công suất nhỏ

1.5 BỐ CỤC

 Chương 1: Tổng Quan

Chương này trình bày về đặt vấn đề dẫn nhập lý do chọn đề tài, mục tiêu, nội dung nghiên cứu, giới hạn thông số và bố cục đồ án

 Chương 2: Cơ Sở Lý Thuyết

Trong chương này trình bày về các lý thuyết có liên quan đến các vấn đề mà

đề tài sẽ dùng để thực hiện thiết kế, thi công cho đề tài

 Chương 3: Tính Toán Và Thiết Kế

Chương này giới thiệu tổng quan về các yêu cầu của đề tài mà mình thiết kế

và các tính toán, thiết kế gồm những phần nào Như: thiết kế sơ đồ khối hệ thống,

sơ đồ nguyên lý toàn mạch, tính toán thiết kế mạch

 Chương 4: Thi Công Hệ Thống

Chương này trình bày về quá trình vẽ mạch in lắp ráp các thiết bị, đo kiểm tra mạch, lắp ráp mô hình Thiết kế lưu đồ giải thuật cho chương trình và viết chương trình cho hệ thống Hướng dẫn quy trình sử dụng hệ thống

 Chương 5: Kết Quả_Nhận Xét_Đánh Giá

Trình bày về những kết quả đã được mục tiêu đề ra sau quá trình nghiên cứu thi công Từ những kết quả đạt được để đánh giá quá trình hoàn thành được bao nhiêu phần trăm

 Chương 6: Kết Luận Và Hướng Phát Triển

Chương này trình bày về những kết quả mà đồ án đạt được, những hạn chế, từ

đó rút ra kết luận và hướng phát triển để giải quyết các vấn đề tồn đọng để đồ án hoàn thiện hơn

CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT

2.1 GIỚI THIỆU PHƯƠNG PHÁP TRỒNG NẤM RƠM TRUYỀN

THỐNG

Khí hậu Việt Nam rất thích hợp để nấm rơm sinh trưởng và phát triển Nhiệt

độ ẩm không khí 80%; pH=7, thoáng khí Nấm rơm sử dụng dinh dưỡng cellulose trực tiếp từ nguyên liệu trồng

Chu kỳ sinh trưởng và phát triển của nấm rơm rất ngắn Từ lúc trồng đến khi thu hoạch chỉ sau 10-12 ngày

 Nguyên liệu và thời vụ trồng:

Hầu hết các phế thải của ngành nông nghiệp giàu chất cellulose đều có thể là nguyên liệu trồng nấm Thời vụ trồng nấm từ đó cũng phụ thuộc vào nguyên liệu, thường sẽ bắt đầu vụ trồng nấm rơm sau khi người dân thu hoạch lúa xong nhằm tận dụng nguồn rơm rạ có sẵn

 Quy trình trồng nấm:

 Xử lý nguyên liệu:

Rơm rạ được làm ướt trong nước vôi (3,5kg vôi hòa với 1.000 lít nước), vun đống, ủ 2-3 ngày đảo một lần Thời gian ủ kéo dài 4-6 ngày Nguyên liệu quá ướt cần trải rộng ra phơi trước khi đem trồng Rơm rạ đủ ướt (khi vắt cọng rơm có nước chảy thành giọt) là tốt nhất Nếu khô quá cần bổ sung thêm nước khi đảo đống ủ

 Đóng mô cấy giống:

Đặt khuôn (có thể vun luống không cần dùng khuôn) sao cho thuận lợi khi đi lại, chăm sóc nấm và tiết kiệm diện tích

Chiều ngang mặt mô từ 0.3-0.4m, chiều cao từ 0.35-0.4m Trải một lớp rơm rạ dày 10-20cm Cấy một lớp meo giống viền xung quanh cách mép khuôn 4-5cm Tiếp tục làm như vậy đủ 3 lớp Lớp trên cùng trải meo giống đều khắp bề mặt (lớp thứ 4)

Lượng meo giống cấy cho 1,2m mô khoản 200-250g Mỗi lớp giống cấy xong dùng tay ấn chặt, nhất là xung quanh làm thành mô Trung bình 1 tấn rơm rạ khô trồng được 90-100m mô nấm

Hình 2.1: Đóng mô nấm

 Chăm sóc mô nấm đã cấy giống:

Đóng mô nấm ngoài trời thường bị các đợt mưa lớn, nắng nóng làm hư hỏng,

vì thế cần che phủ một lớp rơm rạ trên bề mặt mô nấm Lớp rơm rạ này được xếp theo một chiều, phủ theo kiểu lợp mái nhà, chiều dày 4-5cm

Nhiệt độ mô nấm trong những ngày đầu khoảng 38-40oC Sau 3-5 ngày đầu không cần tưới nước Nếu kiểm tra thấy mô nấm bị khô có thể tưới nước lên lớp áo phủ nhiều lần trong ngày

Đến ngày thứ 7-8 bắt đầu xuất hiện nấm con (giai đoạn ra quả) 3-4 ngày tiếp theo nấm lớn nhanh to bằng quả trứng, để thêm vài tiếng đồng hồ có thể nấm sẽ nở

ô dù Nấm ra mật độ dày, kích thước lớn cần tưới 3-4 lượt nước một ngày Lượng nước tưới một lần rất ít (0,1 lít cho một mô/ngày) Nếu tưới nhiều nấm sẽ bị thối chân và chết

Hình 2.2: Chăm sóc mô nấm

Nấm hái đợt 1 khoảng 3 – 4 ngày Năng suất 70 – 80%, sau 7 – 8 ngày ra tiếp đợt 2

Năng suất nấm đợt 2 khoảng 15 – 25%

Một đợt nuôi trồng (từ lúc xử lý nguyên liệu đến khi kết thúc thu hái) khoảng

Hình 2.3: Nấm rơm có thể thu hoạch được

 Hạn chế:

 Do trồng ngoài trời nên chịu ảnh hưởng trực tiếp từ môi trường như nắng, mưa, mầm bệnh Từ làm nấm rơm có thể sẽ phát triển kém, nhiễm bệnh, thối chân gây chết nấm làm giảm năng suất

 Do mô nấm đặt ngoài trời nên phải tốn thêm lượng rơm để che phủ mặt mô để bảo vệ meo nấm

2.2 GIỚI THIỆU MÔ HÌNH NÔNG NGHIỆP SỬ DỤNG NHÀ KÍNH

TRONG THỰC TẾ

Trên thế giới, ở nhiều quốc gia phát triển mạnh về nông nghiệp họ đã áp dụng mạnh mẽ trong việc lắp đặt nhà kính nông nghiệp bởi những ưu thế ưu việt của hệ thống này mang lại Ở Việt Nam, một đất nước có thế mạnh về nông nghiệp cũng

đã và đang dần thay đổi với các phương pháp thủ công thông thường bằng nhà kính nông nghiệp công nghệ cao

 Trong đó nổi bật là 2 loại nhà kính sau:

 Loại nhà kính (glass house): là loại nhà công trình xây dựng có tấm lợp mái

và vách xung quanh được bằng kính là một ứng dụng công nghệ cao trong sản xuất nông nghiệp nhằm tránh tác động xấu của thời tiết cũng như sự thâm nhập của côn trùng gây hại, làm ảnh hưởng đến cây trồng Còn nhà màng (poly-greenhouse) thì có cấu trúc và công dụng tương tự nhà kính nhưng vách

và mái che lại được thay thế bằng polyetylen

Hình 2.4: Mô hình nhà kính thực tế

 Loại nhà lưới kín: Là loại nhà lưới được phủ hoàn toàn bằng lưới cả trên mái

cũng như xung quanh, có cửa ra vào cũng được phủ kín bằng lưới Được sử dụng để che chắn ngăn ngừa côn trùng thâm Về thiết kế với kiểu mái bằng và mái nghiêng hai bên Khung nhà được làm bằng cột bê tông hoặc bằng khung sắt hàn hoặc bắt ốc vít Vật liệu lưới che sản xuất bằng vật liệu trong nước bằng kỹ thuật dệt lưới đơn giản Lưới hoàn toàn không được xử lý để tăng khả năng chống chịu tia tử ngoại, nắng, gió…nên độ bền không cao, chỉ sử dụng tốt từ 6 - 8 tháng là rách, hư hỏng

Hình 2.5: Mô hình nhà lưới kín thực tế

 Bên cạnh những ưu điểm, các mô hình nhà kính thực tế vẫn có nhiều hạn chế:

 Nhà kính tạo ra môi trường có nhiệt độ và độ ẩm cao hơn so với môi trường bên ngoài từ đó nếu không có biện pháp giám sát xử lý sẽ dễ phát sinh nấm mốc, …

 Giá thành lắp đặt và đầu tư thường cao gấp 5 đến 10 lần so với giá thành của phương pháp canh tác truyền thống

2.3 TỔNG QUAN VỀ ARDUINO

Arduino là một board mạch vi xử lý, nhằm xây dựng các ứng dụng tương tác với nhau hoặc với môi trường được thuận lợi hơn Phần cứng bao gồm một board mạch nguồn mở được thiết kế trên nền tảng vi xử lý AVR Atmel 8bit, hoặc ARM Atmel 32- bit Những Model hiện tại được trang bị gồm 1 cổng giao tiếp USB, 6 chân đầu vào analog, 14 chân I/O kỹ thuật số tương thích với nhiều board mở rộng

khác nhau Các ứng dụng nổi bật của board mạch Arduino: robot đơn giản, điều khiển nhiệt độ, phát hiện chuyển động, game tương tác…

Được giới thiệu vào năm 2005, Những nhà thiết kế của Arduino cố gắng mang đến một phương thức dễ dàng, không tốn kém cho những người yêu thích, sinh viên

và giới chuyên nghiệp để tạo ra những thiết bị có khả năng tương tác với môi trường thông qua các cảm biến và các cơ cấu chấp hành Những ví dụ phổ biến cho những người yêu thích mới bắt đầu bao gồm các robot đơn giản, điều khiển nhiệt độ

và phát hiện chuyển động Đi cùng với nó là một môi trường phát triển thích hợp (IDE) chạy trên các máy tính cá nhân thông thường và cho phép người dùng viết các chương trình cho Arduino bằng ngôn ngữ C hoặc C++

Một mạch Arduino bao gồm một vi điều khiển AVR với nhiều linh kiện bổ sung giúp dễ dàng lập trình và có thể mở rộng với các mạch khác Một khía cạnh quan trọng của Arduino là các kết nối tiêu chuẩn của nó, cho phép người dùng kết nối với CPU của board với các module thêm vào có thể dễ dàng chuyển đổi, được gọi là shield Vài shield truyền thông với board Arduino trực tiếp thông qua các chân khác nhau, nhưng nhiều shield được định địa chỉ thông qua serial bus I²C nhiều shield có thể được xếp chồng và sử dụng dưới dạng song song Arduino chính thức thường sử dụng các dòng chip megaAVR, đặt biệt là Atmega8, Atmega168, Atmega328, Atmega1280 và Atmega2560 Một vài các bộ xử lý khác cũng được sử dụng bởi các mạch Arduino tương thích Hầu hết các mạch gồm một bộ điều khiển tuyến tính 5V và một thạch anh dao động 16MHz (hoặc bộ cộng hưởng ceramic trong một vài biến thể), mặc dù một vài thiết bị như LilyPad chạy tại 8MHz và bỏ qua bộ điều chỉnh điện áp onboard do hạn chế về kích cỡ thiết bị Một vi điều khiển Arduino cũng có thể được lập trình sẵn với một bootloader cho phép đơn giản là upload chương trình vào bộ nhớ flash on-chip, so với các thiết bị khác thường phải cần một bộ nạp bên ngoài Điều này giúp cho việc sử dụng Arduino trực tiếp hơn bằng cách cho phép sử dụng 1 máy tính gốc như là một bộ nạp chương trình

Một số loại Arduino phổ biến trên thị trường hiện tại có thể kể đến là: Arduino Nano, Arduino Uno R3, Arduino Mega 2560 R3, Arduino Due, Ngoài ra còn có một số dòng hỗ trợ Internet như Arduino Internet, NODEMCU ESP8266,

Hình 2.6: Một số loại board Arduino phổ biến

2.4 TỔNG QUAN VỀ IOT

Hình 2.7: Mô hình sơ đồ IOT

IoTs (Internet of Things) là thuật ngữ dùng để chỉ các đối tượng có thể được nhận biết cũng như chỉ sự tồn tại của chúng trong một kiến trúc mang tính kết nối Cụm từ này được đưa ra bởi Kevin Ashton vào năm 1999 Ông là một nhà khoa học

đã sáng lập ra Trung tâm Auto-ID ở đại học MIT, nơi thiết lập các quy chuẩn toàn cầu cho RFID (một phương thức giao tiếp không dây dùng sóng radio) cũng như

một số loại cảm biến khác IoT sau đó cũng được dùng nhiều trong các ấn phẩm đến

từ các hãng và nhà phân tích Điểm quan trọng của IoT đó là các đối tượng phải có thể được nhận biết và định dạng Nếu mọi đối tượng, kể cả con người, được "đánh dấu" để phân biệt bản thân đối tượng đó với những thứ xung quanh thì chúng ta có thể hoàn toàn quản lý được nó thông qua máy tính Việc đánh dấu có thể được thực hiện thông qua nhiều công nghệ, chẳng hạn như RFID, NFC, mã vạch, mã QR, watermark kỹ thuật số Việc kết nối thì có thể thực hiện qua Wifi, mạng viễn thông băng rộng (3G, 4G), Bluetooth, ZigBee, hồng ngoại Ngoài những kĩ thuật nói trên, nếu nhìn từ thế giới web, chúng ta có thể sử dụng các địa chỉ độc nhất để xác định từng vật, chẳng hạn như địa chỉ IP Mỗi thiết bị sẽ có một IP riêng biệt không nhầm lẫn Sự xuất hiện của IPv6 với không gian địa chỉ vô cùng rộng lớn sẽ giúp mọi thứ dễ dàng kết nối vào Internet cũng như kết nối với nhau

Một trong những vấn đề đối với IoT đó là khả năng tạo ra một ứng dụng IoT nhanh chóng Để khắc phục hiện nay nhiều hãng , công ty tổ chức trên thế giới đang nghiên cứu các nền tảng giúp xây dựng nhanh ứng dụng dành cho IoT

2.5 TỔNG QUAN VỀ WEB

World Wide Web (www), gọi tắt là web, là một không gian thông tin toàn cầu

mà mọi người có thể truy nhập qua các máy tính nối với mạng Internet Các tài liệu trên web được lưu trữ trong một hệ thống siêu văn bản đặt tại các máy Webserver nối mạng Internet Người dùng phải sử dụng một chương trình gọi là trình duyệt web để xem các siêu văn bản này Chương trình này sẽ nhận thông tin tại ô địa chỉ URL do người sử dụng yêu cầu, sau đó trình duyệt sẽ tự động gửi thông tin đến máy webserver và hiển thị trên màn hình máy tính của người xem

Người dùng có thể theo các liên kết siêu văn bản trên mỗi trang web để nối với các tài liệu khác hoặc gửi thông tin phản hồi lên máy chủ trong một quá trình tương tác Hoạt động truy tìm thông tin theo các siêu liên kết thường được gọi là duyệt web Quá trình này cho phép người dùng có thể lướt các trang web để lấy thông tin Tuy nhiên độ chính xác và chứng thực của thông tin tùy thuộc vào uy tín của các website đưa ra thông tin đó

Đặc điểm tiện lợi của web: Thông tin dễ dàng cập nhật, thay đổi, khách hàng

có thể xem thông tin ngay tức khắc, ở bất kì đâu, tiết kiệm chi phí in ấn, gửi bưu

kiện, fax, thông tin không giới hạn và không giới hạn khu vực sử dụng

Về cơ bản các website được vận hành nhờ 3 thành phần: tên miền, website và web server Trong đó tên miền đóng vai trò là địa chỉ website Website là hệ thống file nguồn chứa file khởi chạy cho website, các file chứa nội dung của website như hình ảnh, văn bản, âm thanh Ngoài ra còn là những file điều khiển lưu trữ - trích xuất dữ liệu từ CSDL, điều khiển cho webserver nhận và phản hồi yêu cầu của người dùng thông qua trình duyệt, … Còn thành phần thứ 3 webserver chính là nơi lưu trữ cho CSDL và hệ thống file nguồn nêu trên

2.6 CÁC CHUẨN GIAO TIẾP

2.6.1 CHUẨN GIAO TIẾP UART

UART là viết tắt của Universal Asynchronous Receiver- Transmitter có nghĩa

là truyền dữ liệu nối tiếp bất đồng bộ UART chuyển đổi giữa dữ liệu nối tiếp và song song Một chiều, UART chuyển đổi dữ liệu song song bus hệ thống ra dữ liệu nối tiếp để truyền đi Một chiều khác, UART chuyển đổi dữ liệu nhận được dạng dữ liệu nối tiếp thành dạng dữ liệu song song cho CPU có thể đọc và bus hệ thống Để truyền được dữ liệu thì cả bên phát và bên nhận phải tự tạo xung clock có cùng tần

số và thường được gọi là tốc độ baud, ví dụ như 2400 baud, 4800 baud, 9600 baud…

UART của PC hỗ trợ cả hai kiểu giao tiếp là giao tiếp đồng thời và giao tiếp không đồng thời Giao tiếp đồng thời tức là UART có thể gửi và nhận dữ liệu vào cùng một thời điểm Còn giao tiếp không đồng thời (không kép) là chỉ có một thiết

bị có thể chuyển dữ liệu vào một thời điểm, với tín hiệu điều khiển hoặc mã sẽ quyết định bên nào có thể truyền dữ liệu Giao tiếp không đồng thời được thực hiện khi mà cả 2 chiều chia sẻ một đường dẫn hoặc nếu có 2 đường nhưng cả 2 thiết bị chỉ giao tiếp qua một đường ở cùng một thời điểm

Thêm vào đường dữ liệu, UART hỗ trợ bắt tay chuẩn RS232 và tín hiệu điều khiển như RTS, CTS, DTR, DCR, RT và CD

Hình 2.8: Giao tiếp UART

Để giao tiếp giữa 2 thiết bị thông qua chuẩn giao tiếp UART, ta tiến hành nối dây Tx (chân gửi tín hiệu) của bên phát với chân Rx (chân nhận tín hiệu) của bên thu và ngược lại nối chân Rx (chân nhận tín hiệu) của bên phát với chân Tx (chân gửi tín hiệu) của bên thu Cách nối dây này được gọi là nối chéo dây Bên cạnh đó, cần phải nối chung GND cho cả 2 bên nhận và phát với nhau và muốn truyền nhận được, 2 bên phải có cùng tốc độ baud

2.6.2 CHUẨN GIAO TIẾP I2C

I2C là một chuẩn truyền theo mô hình chủ - tớ Một thiết bị chủ có thể giao tiếp với nhiều thiết bị tớ Muốn giao tiếp với thiết bị nào, thiết bị chủ phải gửi đúng địa chỉ để kích hoạt thiết bị đó rồi mới được phép ghi hoặc đọc dữ liệu

Hình 2.9: Giao tiếp I 2 C

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 dây điện trở kéo lên Sự cần thiết của điện trở kéo này là vì chân giao tiếp

I2C của các thiết bị ngoại vi thường là cực máng hở Giá trị của các điện trở này khác nhau tùy vào từng thiết bị và chuẩn giao tiếp, thường dao động trong khoảng 1k đến 4.7k

Như hình trên, ta thấy có rất nhiều thiết bị cùng được 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 động như là thiết bị nhận hoặc truyền 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 thì nó còn được cấu hình là thiết bị chủ hay

tớ

2.6.3 CHUẨN GIAO TIẾP ONE-WIRE

Chuẩn giao tiếp 1 dây (1 wire) do hang Dallas giới thiệu Trong giao tiếp này chỉ cần 1 dây để truyền tính hiệu và làm nguồn nuôi (nếu không tín dây mass) Là chuẩn giao tiếp không đồng bộ và bán song công (half-duplex) Trong giao tiếp này tuân theo mối quan hệ chủ tớ một cách chặt chẽ Trên một bus có thể gắn 1 hoặc nhiều thiết bị slave nhưng chỉ có 1 master có thể kết nối đến bus này Bus dữ liệu khi ở trạng thái rãnh (khi không có dữ liệu trên đường truyền) phải ở mức cao do vậy bus dữ liệu phải được kéo lên nguồn thông qua 1 điện trở Giá trị điện trở này

có thể tham khảo trong datasheet của thiết bị/các thiết bị slave

Hình 2.10: Giao tiếp One-Wire

Để giao tiếp được với vi điều khiển, tín hiệu trên bus 1 wire chia thành các khe thời gian 60µs Một bit dữ liệu truyền trên bus dựa trên khe thời gian (time slots) Các thiết bị slave khác nhau cho phép có thời gian quy định khác nhau Nhưng quan trọng nhất trong chuẩn giao tiếp này là cần chính xác về thời gian Vì vậy để tối ưu đường truyền thì cần một bộ định thời để delay chính xác nhất

Hình 2.11: Giao tiếp One-Wire

Bốn thao tác hoạt động cơ bản của bus 1 wire là Reset/Presence, gửi bit 0, và đọc bit cụ thể là:

 Write 1 (gửi bit 1): Master kéo xuống 0 một khoảng A (us) rồi về mức 1 khoảng B(us)

 Write 0 (gửi bit 0): Master kéo xuống 0 khoảng C (us) rồi thả về mức 1 khoảng D

 Read (đọc một bit): Master kéo xuống 0 một khoảng A rồi trả về 1 delay khoảng E rồi đọc giá trị slave gửi về delay F(us)

 Restart: Master kéo xuống 0 một khoảng H rồi thả về mức 1 sau đó cấu hình Master là chân in delay I (us) rồi đọc giá trị slave trả về Nếu bằng 0 thì cho phép giao tiếp, nếu bằng 1 thì đường truyền lỗi hoặc slave đang bận

CHƯƠNG 3 TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ

3.1 GIỚI THIỆU

Đề tài “THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MÔ HÌNH GIÁM SÁT VÀ ĐIỀU

KHIỂN MÔ HÌNH TRỒNG NẤM RƠM” bao gồm:

 Hệ thống chính là điều khiển nhiệt độ độ ẩm của mô hình trồng nấm rơm qua nút nhấn gắn trên mô hình Sau đó, dữ liệu cảm biến, trạng thái hoạt động của các thiết bị sẽ hiển thị trên màn hình LCD trên mô hình đồng thời sẽ được gửi lên Internet Hệ thống có 3 chế độ hoạt động là NUÔI TƠ, QUẢ THỂ và TAY Ở 2 chế độ NUÔI TƠ và QUẢ THỂ hệ thống sẽ hoạt động tự động dựa trên thông số được cài đặt mặc định (người dùng không thay đổi được) tương ứng với 2 quá trình phát triển của nấm rơm là: phát triển sợi nấm t = 32oC, Ao

=95% và hình thành quả thể t = 30oC, Ao = 85% Mặt khác ở chế độ TAY người dùng có thể tự do thiết lập nhiệt độ độ ẩm cho mô hình tùy ý

 Hệ thống mở rộng bao gồm: Hệ thống điều khiển mô hình từ xa thông qua Internet, hiển thị trạng thái hoạt động của các thiết bị, dữ liệu cảm biến và cho phép người dùng chọn các chế độ NUÔI TƠ, QUẢ THỂ hoặc TAY Khi chuyển chế độ hoạt động trên web thông qua Internet thì phần cứng sẽ chuyển đổi chế độ hoạt động theo, đồng thời thay đổi dữ liệu hiển thị trên màn hình LCD của mô hình Bên cạnh đó nếu mô hình đang hoạt động theo lệnh người dùng thông qua Internet mà gặp sự cố về mạng thì hệ thống sẽ tự động thiết lập thông số theo chế độ hoạt động tự động gần nhất và gửi tin nhắn SMS về cho người dùng

 Hệ thống có hệ thống cảnh báo nhiệt độ, gửi tin nhắn khi khi gặp sự cố và có thể điều khiển bằng tin nhắn, tra cứu thông tin hệ thống bằng tin nhắn Ngoài

ra hệ thống còn có khả năng bảo vệ lại mạch khi tắt hét các thiết bị khi gặp sự

cố hoặc chuyển về chế độ tự động khi mất mạng tránh các trường hợp không mong muốn xảy ra

3.2 TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG

3.2.1 THIẾT KẾ SƠ ĐỒ KHỐI HỆ THỐNG

Hình 3.1: Sơ đồ khối hệ thống

Hình thực tế của các khối trong sơ đồ hệ thống được kết nối với nhau:

Hình 3.2: Sơ đồ khối hệ thống thiết bị thực tế

Chức năng từng khối:

 Khối nguồn: cung cấp nguồn cho toàn bộ hoạt động của hệ thống bao gồm:

khối xử lý trung tâm, khối giao tiếp wifi, khối điều khiển trực tiếp và hiển thị,

khối cảm biến, khối relay và khối chấp hành

 Khối xử lý trung tâm: Thu thập dữ liệu từ cảm biến, khối điều khiển trực tiếp

và hiển thị, khối giao tiếp wifi sau đó xử lý và điều khiển khối điều khiển trực

tiếp và hiển thị, khối relay

 Khối giao tiếp wifi: Để giao tiếp giữa khối điều khiển trung tâm và server,

đây là khối trung gian để nhận và gửi dữ liệu điều khiển từ web điều khiển các

thiết bị trong mô hình

 Khối webserver: Xây dựng giao diện web để hiển thị, lưu trữ dữ liệu, đồng

thời cho phép người dùng thao tác, điều khiển gián tiếp hệ thống thông qua

wifi

 Khối điều khiển trực tiếp và hiển thị: Cho phép người dùng quan sát theo dõi các thông số môi trường, thao tác điều khiển trực tiếp mô hình

 Khối cảm biến: Bao gồm các cảm biến có nhiệm vụ thu thập nhiệt độ độ ẩm

của môi trường trong mô hình gửi cho khối xử lý trung tâm để dựa vào đó để

điều khiển giám sát môi trường của mô hình

 Khối relay: Đóng ngắt tiếp điểm theo sự điều khiển của ngõ ra Arduino Nano

để điều khiển thiết bị Cách li giữa mạch công suất và mạch điều khiển

 Khối chấp hành: Gồm các thiết bị nhận điều khiển của khối xử lý trung tâm

thông qua khối relay để điều chỉnh các thông số của môi trường trong mô hình

3.2.2 TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ MẠCH

 Khối xử lý trung tâm

Khối xử lý trung tâm: Được xem là phần quan trọng nhất của hệ thống Khối

có chức năng tiếp nhận xử lý mọi tín hiệu ngõ vào thu được từ các cảm biến, các tín hiệu điều khiển và truyền nhận dữ liệu từ web để xử lý điều khiển thiết bị của khối chấp hành thông qua khối relay và đưa ra khối điều khiển trực tiếp và hiển thị để người dùng theo dõi Toàn bộ hoạt động điều khiển của hệ thống được thông qua

khối xử lý trung tâm này

Với các yêu cầu trên, hiện nay có rất nhiều sự lựa chọn ở nhiều phân khúc khác nhau như các dòng PLC của Siemens, Panasonic, … hay các dòng vi điều khiển họ Pic, các dòng vi điều khiển ARM, các dòng kit Arduino, … Tuy nhiên với yêu cầu tiện dụng dễ sử dụng, sức mạnh vừa đủ cho các tác vụ xử lý cơ bản và giá

cả hợp lý nhóm quyết định sử dụng Arduino Nano cho khối xử lý trung tâm

Vì Arduino Nano sử dụng chip ATmega328 (họ 8bit) Nó có 8 chân analog I/O và 14 chân Digital I/O, một thạch anh dao động 16MHz, kết nối USB, một jack cắm điện, bộ nhớ flash 32KB, SRAM 2KB, EEPROM 1KB Nó chứa tất cả mọi thứ cần thiết để tạo thành khối xử lý trung tâm với đầy đủ các port

Hình 3.3: Khối xử lý trung tâm sử dụng Arduino Nano

Các thông số kỹ thuật của Arduino Nano:

 Điện áp hoạt động: 5V –DC

 Điện áp vào giới hạn: 6-20V –DC

 Dòng điện tối đa trên mỗi I/O: 40mA

 Dòng tối đa (3.3V): 50mA

 Dòng tối đa (5V): 500mA

 Khối giao tiếp Wifi

Yêu cầu khối giao tiếp Wifi: Bản thân Arduino Nano không được hỗ trợ kết nối mạng cũng như giao tiếp mạng Vì vậy yêu cầu đặt ra là phải có một khối trung gian để giúp Arduino Nano có thể giao tiếp được với Internet, làm cầu nối để nhận

dữ liệu từ khối xử lý trung tâm đưa lên website và ngược lại từ website đưa về Arduino Nano

Từ đó nhận thấy hiện nay mạch Wifi ESP8266 rất phổ biến và được ứng dụng rộng rãi, bản thân dòng này có rất nhiều phiên bản từ ESP8266 V1 đến ESP8266 V12, các dòng ESP8266 tích hợp hẳn vào board Arduino, ESP8266 NODE MCU

Ở đây nhóm sử dụng ESP8266 NODE MCU vì đây là dòng sản phẩm có kích thước nhỏ gọn, dễ dàng sử dụng, giá rẻ, có cổng micro USB để nạp chương trình và cấp nguồn nên không cần mạch nạp trung gian

Hình 3.4: ESP8266 NODEMCU

ESP8266 là dạng vi điều khiển tích hợp Wifi (Wifi SoC) được phát triển bởi Espressif Systems, một nhà sản xuất Trung Quốc Với vi điều khiển và Wifi tích hợp, ESP8266 cho phép lập trình viên có thể thực hiện vô số tác vụ TCP/IP đơn giản để thực hiện vô số các ứng dụng khác nhau, đặt biệt là ứng dụng IOT Tuy nhiên, vào thời điểm ra mắt năm 2014, hầu như chỉ có tài liệu bằng tiếng Trung Quốc nên ESP8266 chưa được phổ biến như hiện nay

Module ESP-12 kết hợp với firmware ESP8266 trên Arduino và thiết kế phần cứng giao tiếp tiêu chuẩn đã tạo nên NodeMCU, loại kit phát triển ESP8266 phổ biến nhất trong thời điểm hiện tại Với cách sử dụng kết nối dễ dàng, có thể lập trình, nạp chương trình trực tiếp trên phần mềm Arduino, đồng thời tương thích với các bộ thư viện Arduino có sẵn, NodeMCU là sự lựa chọn hàng đầu

NODEMCU có khả năng như một modem wifi:

 Có thể quét và kết nối đến một mạng wifi bất kỳ (Wifi Client) để thực hiện các tác vụ như lưu trữ, truy cập dữ liệu từ server

 Tạo điểm truy cập wifi (Wifi Access Point) cho phép các thiết bị khác kết nối, giao tiếp và điều khiển

 Là một server để xử lý dữ liệu từ các thiết bị sử dụng Internet khác

Các thông số kỹ thuật của NODEMCU ESP8266:

 IC chính: ESP8266 wifi SoC, phiên bản firmware: NodeMCU Lua

 Chip nạp và giao tiếp UART: CP2102

 GPIO tương thích hoàn toàn với firmware Node MCU

 Cấp nguồn: 5V-DC MicroUSB hoặc Vin

 GPIO giao tiếp mức 3.3VDC, tích hợp Led báo trạng thái, nút Reset, Flash

 Tương thích hoàn toàn với trình biên dịch Arduino

Cách thức giao tiếp của NODEMCU và Arduino:

Dây TX Arduino sẽ được nối với RX của NODEMCU và ngược lại, RX của Arduino sẽ được nới với TX của NODEMCU, và các chân GND của Arduino và NODEMCU phải được nối với nhau

Khi có tín hiệu được gửi từ Arduino thông qua chân TX0 trên Arduino, dữ liệu này sẽ được đưa vào chân RX của NODEMCU để lưu trữ và xử lý, ngược lại khi có tín hiệu gửi từ chân TX của NODEMCU thì dữ liệu gửi đi này sẽ được đưa vào chân RX0 của Arduino để lưu trữ và xử lý, quá trình truyền nhận dữ liệu này sẽ diễn ra liên tục

Trong mô hình Arduino và NODEMCU sử dụng nguồn 7V và được cấp nguồn vào các chân Vin để đảm bảo tính ổn địch của hệ thống

Cách nối dây cho NODEMCU vào Arduino Nano:

Hình 3.5: Sơ đồ nối dây giữa Arduino Nano và NODEMCU

 Khối webserver

Yêu cầu khối webserver: Đây là khối hoạt động song song, độc lập với khối

xử lý trung tâm Nó có nhiệm vụ theo dõi hoạt động của khu vườn và điều khiển khu vườn

Để lập trình được một Webserver thì có rất nhiều sự lựa chọn như làm một Web server cục bộ như mạng LAN, Webserver trực tuyến sử dụng mạng Internet Ở

đề tài này, nhóm sử dụng 000webhost là một công ty cung cấp web hosting miễn phí với 10 năm dẫn đầu trong ngành

000webhost.com với ý nghĩa là chúng ta chỉ mất $0.00 cho nhu cầu muốn có một Webhost miễn phí, đáng để sử dụng Trong 10 năm qua 000webhost luôn dẫn đầu trong lĩnh vực web host miễn phí là nhà cung cấp hàng đầu thế giới về cung cấp dịch vụ web host cao cấp không chèn quảng cáo và không có phụ phí Hàng triệu người dùng 000webhost chính là minh chứng cho điều đó Chỉ cần đăng kí và chúng ta sẽ có thể bắt đầu ngay với webhost để thực hiện dự án của mình

Đây là công ty web hosting miễn phí duy nhất cam kết đảm bảo uptime lên tới 99%, với hầu hết các servers đạt tỉ lệ uptime tới 99.9%

Một ưu điểm vượt trội khác nữa khi tạo host với 000webhost là trong đây đã

có hỗ trợ luôn cho bạn các dịch vụ như myPHPadmin, MySQL để chúng ta có thể tạo và quản lý Database

Hình 3.6: Công cụ để tạo máy chủ của Webserver và Database

Mỗi tài khoản nhận được không gian lưu trữ và băng thông gần như không giới hạn cùng với các kết nối không giới hạn tới các máy chủ Chúng ta sẽ được truy cập các phiên bản PHP và MySQL mới nhất

Hỗ trợ công cụ cài đặt tự động này được thiết kế để cài đặt các mã nguồn thông dụng chỉ bằng một cú click chuột Chỉ với vài cú click, website đã sẵn sàng

để trở thành một kho tài nguyên tuyệt vời Bạn có thể cài đặt hơn 50 mã nguồn thông dụng như WordPress, Joomla và còn nhiều hơn thế nữa, …

 Khối điều khiển trực tiếp và hiển thị

Yêu cầu khối điều khiển trực tiếp và hiển thị: Khối này sẽ là công cụ giúp người dùng có thể giao tiếp, nắm bắt, giám sát hoạt động của toàn bộ hệ thống để từ

đó có được những tùy chỉnh, cài đặt thích hợp cho toàn bộ hoạt động của hệ thống, đồng thời tận dụng được những gì đã có sẵn từ các dự án trước, đồng thời tiết kiệm ngõ ra cho Arduino

Với các yêu cầu trên, nhóm lựa chọn màn hình LCD 16x2 để hiển thị và nút nhấn đơn để giao tiếp với Arduino với ưu điểm thông dụng giá thành rẻ và dễ sử dụng

Module chuyển đổi I2C cho LCD 16X2

Thông số kỹ thuật

 Điện áp hoạt động: 2.5-6V DC

 Hỗ trợ màn hình: LCD1602,1604,2004 (driver HD44780)

 Giao tiếp: I2C

 Địa chỉ mặc định: 0X27 (có thể điều chỉnh bằng ngắn mạch chân A0/A1/A2)

Hình 3.7: Kết nối LCD với Arduino Nano

Màn hình LCD được kết nối với Arduino thông qua module chuyển đổi, module chuyển đổi sử dụng nguồn 5v thông qua IC ổn áp 7805, ngõ ra SDA với SDL trên module được nối lần lượt chân A4 và A5 của Arduino

Hình 3.10: Sơ đồ kết nối của Button và Buzzer với Arduino

đo rất cao, độ chính xác rất cao

Với yêu cầu trên nhóm đã chọn sử dụng cảm biến DHT11 vì giá thành rẻ dễ sử dụng và có tích hợp sẵn chức năng đo độ ẩm không khí

Hình 3.11: Hình cảm biến DHT11

Thông số kỹ thuật:

 Nguồn 3-5V DC

 Chuẩn giao tiếp TTL, 1 wire

 Dòng sử dụng: 2.5mA max (khi truyền dữ liệu)

 Đo tốt độ ẩm 20% -80%RH với sai số ±5%

 Đo tốt nhiệt độ 0-50oC sai số ±2%

Cách kết nối cảm biến DHT11 với Arduino Nano:

Hình 3.12: Kết nối cảm biến DHT11 với Arduino Nano

Cảm biến mực nước

Bên cạnh đó nhóm còn sử dụng cảm biến đo mực nước trong bể chứa nước cung cấp nước cho phun sương phục vụ việc điều khiển độ ẩm không khí, phòng trường hợp không đủ nước cung cấp cho thiết bị phun sương hoạt động

Hai đầu đo của cảm biến được cắm vào bể chứa nước để đo mực nước Dùng dây nối giữa cảm biến và module chuyển đổi Thông tin về mực nước sẽ được đọc

và gửi tới 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 mực nước đọc về từ cảm biến Ngưỡng so sánh và tín hiệu cảm

biến sẽ là 2 đầu vào của IC so sánh LM393 Khi mực nước thấp hơn ngưỡng định trước, ngõ ra IC là mức cao (1), ngược lại là mức thấp (0)

Hình 3.13: Hình ảnh cảm biến đo mực nước

Thông số kỹ thuật:

 Điện áp hoạt động: 3.3V – 5V DC

 Độ phân giải: 10 bit

 IC so sánh: LM393

 AO: đầu ra Analog (tín hiệu tương tự)

Hình 3.14: Kết nối cảm biến mực nước với Arduino Nano

 Khối relay

IC ULN2803

ULN2803 là một vi mạch đệm, bản chất cấu tạo là các mảng darlington chịu được dòng điện lớn và điện áp cao, trong đó có chứa 8 cặp transistor NPN ghép darlington cực góp hở với cực phát chung Mỗi kênh của ULN2803 có một diode chặn có thể sử dụng trong trường hợp tải có tính năng cảm ứng, cụ thể ở đây là relay

Hình 3.15: Cấu tạo của IC đệm dòng ULN2803

ULN2803 có khả năng điều khiển 8 kênh riêng biệt, có thể nối trực tiếp với vi điều khiển 5V Bên cạnh đó mỗi kênh của ULN2803 có khả năng chịu được dòng điện lớn trong một khoảng thời gian dài lên tới 500mA với biên độ đỉnh lên tới 600mA

Hình 3.16: Sơ đồ nguyên lý 1 kênh của ULN2803

Ứng dụng của ULN2803 được sử dụng trong các mạch đệm điều khiển động

cơ một chiều, động cơ bước, khối hiển thị ma trận led, …

Thông số kỹ thuật:

 Điện áp ra max: 50V (Vce)