(Đồ án tốt nghiệp) thiết kế và thi công hệ thống iots chăm sóc vườn cây ăn quả sử dụng pin năng lượng mặt trời

TÊN ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG HỆ THỐNG IOTS CHĂM SÓC VƯỜN CÂY ĂN QUẢ SỬ DỤNG PIN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI II.. Họ tên sinh viên 1: Ngô Thành ĐạtHọ tên sinh viên 2: Lê Hải Nguyên Tên đề tài

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM

KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ TRUYỀN THÔNG

THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG HỆ THỐNG IOTS CHĂM SÓC VƯỜN CÂY ĂN QUẢ SỬ DỤNG PIN NĂNG LƯỢNG

MẶT TRỜI

GVHD: VÕ ĐỨC DŨNG SVTH: NGÔ THÀNH ĐẠT MSSV: 14141060

SKL006495

Tp Hồ Chí Minh, tháng 07/2018

BỘ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH

KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH

Tp Hồ Chí Minh - 7/2018TRƯỜNG ĐH SƯ PHẠM KỸ THUẬT

TP HỒ CHÍ MINH CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM ĐỘC LẬP - TỰ DO - HẠNH PHÚC KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP Y SINH

Tp HCM, ngày 6 tháng 3 năm 2018

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Họ tên sinh viên: Ngô Thành Đạt MSSV: 14141060

Chuyên ngành: Điện tử công nghiệp Mã ngành: 141

I TÊN ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG HỆ THỐNG IOTS CHĂM SÓC

VƯỜN CÂY ĂN QUẢ SỬ DỤNG PIN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI

II NHIỆM VỤ

1 Các số liệu ban đầu:

 Chọn cây cà chua là đối tượng nghiên cứu

 Thiết kế mô hình nhà kính có kích thước dài, rộng, cao là 100 x 50 x 65 cm bằng khung nhôm và bọc nhựa nilong, có mái che

 Màn hình cảm ứng để thao tác có kích thước 3.2 inch

 Sử dụng 2 tấm pin năng lượng mặt trời 12V-10W và bộ lưu điện 12V 9Ah để cấp nguồn hoạt động cho toàn bộ hệ thống

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, module L293, động cơ Servo,

động cơ DC, DHT11, BH1750, cảm biến mưa, cảm biến độ ẩm đất

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

 NỘI DUNG 3: Các giải pháp 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, cân chỉnh hệ thống

 NỘI DUNG 7: Viết sách luận văn

IV NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 16/07/2018

V HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: ThS Võ Đức Dũng

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

TRƯỜNG ĐH SƯ PHẠM KỸ THUẬT

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

Tp HCM, ngày 23 tháng 3 năm 2018

LỊCH TRÌNH THỰC HIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Họ tên sinh viên 1: Ngô Thành Đạt

Họ tên sinh viên 2: Lê Hải Nguyên

Tên đề tài: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG HỆ THỐNG IoTs CHĂM SÓC VƯỜN CÂY ĂN

QUẢ SỬ DỤNG PIN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI

GVHD

- Gặp GVHD để phổ biến quy định: thực hiện

1 chọn đề tài, tên đề tài, thời gian làm việc.

(19-25/3) - Duyệt đề tài

- Viết đề cương cho đề tài

- Tìm kiếm các kiến thức, thông tin về đặctính nhiệt độ, độ ẩm của cây ăn quả mongmuốn

2 - Tìm hiểu về Pin năng lượng mặt trời

(26/3-1/4)

- Tìm hiểu các cảm biến sử dụng trong đề tài

- Tìm hiểu về cách thức lập trình ứng dụngtrên điện thoại và thiết kế Web Server

3 - Thiết kế sơ đồ khối, giải thích chức năng.

(2/4-8/4) - Tính toán lựa chọn linh kiện cho từng khối

- Thiết kế sơ đồ nguyên lý và giải thích hoạt

4 động của mạch

(9/4-15/4)

- Thiết kế nguồn từ pin năng lượng mặt trời

- Thi công mạch cấp nguồn sử dụng pin năng

5 lượng mặt trời

(16/4-22/4)

- Thi công mạch, xây dựng mô hình

- Lập trình ứng dụng trên điện thoại.

- Thiết kế Web Server

- Thi công mạch cấp nguồn sử dụng pin nănglượng mặt trời

6 - Thi công mạch, xây dựng mô hình

(23/4-29/4)

- Lập trình ứng dụng trên điện thoại

- Thiết kế Web Server

- Thi công mạch cấp nguồn sử dụng pin nănglượng mặt trời

7 - Thi công mạch, xây dựng mô hình

(30/4-6/5)

- Lập trình ứng dụng trên điện thoại

- Thiết kế Web Server

- Thi công mạch nguồn sử dụng pin nănglượng mặt trời

8 - Thi công mạch, xây dựng mô hình

(7/5-13/5)

- Lập trình ứng dụng trên điện thoại

- Thiết kế Web Server

- Kiểm tra, hoàn thiện mô hình, chạy thử và

(14/5-20/5)

- Viết báo cáo

10 - Hoàn thiện mô hình, chạy thử và sửa lỗi

(21/5-27/5) - Viết báo cáo

11 - Hoàn thiện, chỉnh sửa báo cáo gửi cho

GVHD để xem xét góp ý lần cuối trước khi(28/5-3/6)

PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

Họ và tên sinh viên: Ngô Thành Đạt

Lê Hải Nguyên MSSV: 14141060MSSV: 14141216

Ngành: Công Nghệ Kỹ Thuật Điện Tử Truyền Thông

Tên đề tài THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG HỆ THỐNG IoTs CHĂM SÓC VƯỜN

CÂY ĂN QUẢ SỬ DỤNG PIN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI

Họ và tên Giáo viên hướng dẫn: ThS Võ Đức Dũng

NHẬN XÉT

1 Về nội dung đề tài & khối lượng thực hiện:

2 Ưu điểm:

3 Khuyết điểm:

4 Đề nghị cho bảo vệ hay không?

5 Đánh giá loại:

6 Điểm:……….(Bằng chữ: )

Tp Hồ Chí Minh, ngày tháng

Giáo viên hướng dẫn năm 2018

PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN

Họ và tên sinh viên: Ngô Thành Đạt MSSV: 14141060

Lê Hải Nguyên MSSV: 14141216

Tên đề tài THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG HỆ THỐNG IoTs CHĂM SÓC VƯỜN

CÂY ĂN QUẢ SỬ DỤNG PIN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI

Họ và tên Giáo viên phản biện:

NHẬN XÉT 1 Về nội dung đề tài & khối lượng thực hiện:

2 Ưu điểm:

3 Khuyết điểm:

4 Đề nghị cho bảo vệ hay không?

5 Đánh giá loại:

6 Điểm:……….(Bằng chữ: )

Tp Hồ Chí Minh, ngày tháng

Giáo viên phản biện

năm 2018

LỜI CAM ĐOAN

Chúng tôi – Ngô Thành Đạt và Lê Hải Nguyên cam đoan Đồ án tốt nghiệp này

là công trình nghiên cứu của bản thân chúng tôi dưới sự hướng dẫn của Thạc Sỹ VõĐức Dũng Các kết quả công bố trong Đồ án tốt nghiệp là trung thực và không saochép từ bất kỳ công trình nào khác

Người thực hiện đề tài

Ngô Thành Đạt Lê Hải Nguyên

i

LỜI CẢM ƠN

Trong thời gian thực hiện đề tài, những người thực hiện được sự giúp đỡ củagia đình, quý thầy cô và bạn bè nên đề tài đã được hoàn thành Những người thực hiệnxin chân thành gửi lời cảm ơn đến:

Thầy Võ Đức Dũng, giảng viên trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Tp.HCM

đã trực tiếp hướng dẫn và tận tình giúp đỡ tạo điều kiện để nhóm có thể hoàn thành tốt

đề tài

Những người thực hiện cũng xin chân thành cảm ơn đến các thầy cô trong khoaĐiện - Điện tử của trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Tp.HCM đã tận tình dạy dỗ, chỉbảo, cung cấp cho những người thực hiện những kiến thức nền, chuyên môn làm cơ sở

để hoàn thành đề tài này

Cảm ơn gia đình đã động viên và luôn luôn bên cạnh trong những lúc khó khănnhất

Xin gửi lời cảm ơn đến những người bạn sinh viên khoa Điện-Điện tử đã giúp

đỡ những người thực hiện đề tài để có thể hoàn thành tốt đề tài này

Xin chân thành cảm ơn!

Người thực hiện đề tài:

Ngô Thành Đạt Lê Hải Nguyên

ii

TÓM TẮT

Hiện nay cùng với sự phát triển của xã hội, cuộc sống ngày càng được nâng caothì việc áp dụng công nghệ khoa học kỹ thuật vào đời sống công việc ngày càng cầnthiết Cùng với sự phát triển của các ngành khoa học kỹ thuật, công nghệ kỹ thuật điện

tử mà trong đó đặc biệt là kỹ thuật điều khiển tự động đóng vai trò quan trọng trongmọi lĩnh vực khoa học kỹ thuật, quản lý, công nghiêp, nông nghiệp, đời sống, quản lýthông tin,

Nước ta là một đất nước nông nghiệp, tuy nhiên trong nhiều năm quy mô cũngnhư chất lượng và sản lượng nông nghiệp của nước ta luôn thấp hơn so với các nướckhác mà nguyên nhân chính là việc công nghệ sản xuất của nước ta quá lạc hậu, chủyếu dựa vào tay chân Do đó, IoTs đã và đang dẫn đầu trong việc cải thiện chất lượngcũng như năng suất nuôi trồng nông nghiệp nước ta hiện nay Tất cả được điều chỉnh

và điều khiển hoàn toàn tự động và áp dụng công nghệ khoa học kỹ thuật vào quy trìnhgiám sát và sản xuất Việc sử dụng nhà kính tự động giúp chúng ta có thể tiết kiệmnhân lực, tăng độ chính xác trong giám sát và điều khiển môi trường nhầm nâng caochất lượng sản phẩm

Với mục đích muốn tiếp cận với các công nghệ đang phát triển trên Vì vậy,nhóm thực hiện đồ án với mong muốn chế tạo ra mô hình hệ thống vườn cây ăn quảIoTs sử dụng kit Arduino được điều khiển, giám sát bằng máy tính thông qua Internettrong đó bao gồm:

Hệ thống có các chức năng như sau:

 Hệ thống chính là điều khiển vườn cây ăn quả bằng màn hình cảm ứng HMI.Sau đó, dữ liệu cảm biến, trạng thái hoạt động của các thiết bị sẽ được gửi lên Internet

Hệ thống có 2 chế độ hoạt động là MANUAL và AUTO Ở chế độ MANUAL ngườidùng có thể điều khiển các thiết bị một cách chủ động, bật tắt các thiết bị tùy ý mà khôngcần phụ thuộc vào các điều kiện của môi trường Còn ở chế độ AUTO, cho phép ngườidùng cài đặt các thông giới hạn của môi trường, từ đó các thiết bị sẽ hoạt động theo cácthông số mà môi trường đo đạc được

 Hệ thống mở rộng bao gồm:

iii

 Hệ thống điều khiển thiết bị từ xa thông qua Internet, hiển thị trạng thái hoạtđộng của các thiết bị, điều khiển bật tắt các thiết tùy trong chế độ MANUAL, và chophép người dùng thiết lập các giá trị môi trường giới hạn trong chế độ AUTO Khichuyển chế độ hoạt động trên web thông qua Internet thì phần cứng sẽ chuyển đổi chế độhoạt động theo.

Mô hình sử dụng kit Arduino Mega2560 làm vi điều khiển trung tâm để điềukhiển các module mở rộng như màn hình cảm ứng HMI, NODEMCU ESP8266, L293,DHT11, BH1750,…

Đóng mái cho khu vườn bằng cách sử dụng động cơ Servo khi có mưa, đóng

mở rèm bằng động cơ DC khi cường độ ánh sáng tăng quá cao Ngoài ra, còn có một

số cơ cấu chấp hành khác như bơm nước, quạt, đèn LED, đèn sưởi,…

iv

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN i

LỜI CẢM ƠN ii

TÓM TẮT iii

DANH MỤC HÌNH VÀ BẢNG viii

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 VỀ MÔ HÌNH TRỒNG RAU TRONG NHÀ KÍNH NGOÀI THỰC TẾ 5

2.2 TỔNG QUAN VỀ ARDUINO 8

2.3 TỔNG QUAN VỀ IOT 10

2.4 TỔNG QUAN VỀ WEB 11

2.5 CÁC CHUẨN GIAO TIẾP 12

2.5.1 CHUẨN GIAO TIẾP UART 12

2.5.2 CHUẨN GIAO TIẾP I2C 13

2.5.3 CHUẨN GIAO TIẾP ONE-WIRE 14

CHƯƠNG 3 TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ 16

3.1 GIỚI THIỆU 16

3.2 TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG 17

3.2.1 THIẾT KẾ SƠ ĐỒ KHỐI HỆ THỐNG 17

3.2.2 TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ MẠCH 19

A Khối xử lý trung tâm 19

B Khối giao tiếp wifi 21

C Khối webserver 23

D Khối điều khiển trực tiếp và hiển thị 24

E Khối cảm biến 27

F Khối relay 34

G Khối cơ cấu chấp hành 36

H Khối nguồn 44

3.2.3 SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ CỦA TOÀN MẠCH 50

v

A Mạch cấp nguồn 50

B Mạch điều khiển 52

CHƯƠNG 4 THI CÔNG HỆ THỐNG 54

4.1 GIỚI THIỆU 54

4.2 THI CÔNG HỆ THỐNG 54

4.2.1 THI CÔNG MẠCH SẠC PIN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI 54

4.2.2 THI CÔNG KẾT NỐI MẠCH GIẢM ÁP CUNG CẤP NGUỒN 56

4.2.3 THI CÔNG KẾT NỐI MODULE RELAY ĐIỀU KHIỂN NGÕ RA 57

4.2.4 THI CÔNG KẾT NỐI NGUỒN VÀ DÂY CHO BỘ ĐIỀU KHIỂN TRUNG TÂM 58

4.3 ĐÓNG GÓI VÀ THI CÔNG MÔ HÌNH 59

4.3.1 ĐÓNG GÓI TỦ ĐIỀU KHIỂN 59

4.3.2 THI CÔNG MÔ HÌNH 60

4.4 LẬP TRÌNH HỆ THỐNG 62

4.4.1 LƯU ĐỒ GIẢI THUẬT 62

A Lưu đồ điều khiển chế độ hoạt động 63

B Lưu đồ điều khiển chế độ MANU 65

C Lưu đồ điều khiển chế độ AUTO 67

D Lưu đồ truyền nhận dữ liệu trong chế độ MANU 69

E Lưu đồ truyền nhận dữ liệu trong chế độ AUTO 71

F Lưu đồ điều khiển web 73

4.4.2 PHẦN MỀM LẬP TRÌNH CHO VI ĐIỀU KHIỂN 74

A GIỚI THIỆU PHẦN MỀM LẬP TRÌNH ARDUINO IDE 74

B Công cụ lập trình Webserver 79

C Công cụ lập trình và thiết kế giao diện cho màn hình HMI UART 86

4.5 VIẾT TÀI LIỆU HƯỚNG DẪN SỬ DỤNG, THAO TÁC 91

4.5.1 HỆ THỐNG CẤP NGUỒN CHO HỆ THỐNG 91

4.5.2 HƯỚNG DẪN SỬ DỤNG HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TRỰC TIẾP 91

4.5.3 HƯỚNG DẪN SỬ DỤNG HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN THÔNG QUA MẠNG INTERNET 92

CHƯƠNG 5 KẾT QUẢ_NHẬN XÉT_ĐÁNH GIÁ 93

5.1 KẾT QUẢ 93

5.2 NHẬN XÉT – ĐÁNH GIÁ 105

CHƯƠNG 6 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 106

6.1 KẾT LUẬN 106

vi

6.2 HƯỚNG PHÁT TRIỂN 106

TÀI LIỆU THAM KHẢO 107

PHỤ LỤC 108

vii

DANH MỤC HÌNH VÀ BẢNG

TRANG

Hình 2.1 Mô hình vườn lưới kín ngoài thực tế 5

Hình 2.2 Mô hình vườn lưới hở ngoài thực tế 6

Hình 2.3 Các hình thức trồng tại hộ gia đình 6

Hình 2.4 Các loại Board Arduino 8

Hình 2.5 Tổng quan về hệ thống IoT 10

Hình 2.6 Giao tiếp UART 12

Hình 2.7 Giao tiếp I2C 13

Hình 2.8 Giao tiếp One - Wire 14

Hình 2.9 Giao tiếp One - Wire 15

Hình 3.1 Sơ đồ khối hệ thống 17

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

Hình 3.3 Khối xử lý trung tâm sử dụng board Arduino Mega 2560 20

Hình 3.4 ESP Node MCU 8266 21

Hình 3.5 Sơ đồ nguyên lý NODEMCU kết nối Arduino Mega 22

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

Hình 3.7 Hình ảnh thực tế của màn hình HMI UART LCD 25

Hình 3.8 Kết nối màn hình với Arduino 26

Hình 3.9 Hình ảnh thực tế cảm biến DHT11 27

Hình 3.10 Kết nối cảm biến DHT 11 với Arduino 28

Hình 3.11 Hình ảnh thực tế cảm biến BH1750 29

Hình 3.12 Kết nối cảm biến BH1750 với Arduino 30

Hình 3.13 Hình ảnh thực tế cảm biến độ ẩm đất 31

Hình 3.14 Kết nối cảm biến độ ẩm đất với Arduino 32

Hình 3.15 Hình ảnh thực tế cảm biến mưa 33

Hình 3.16 Kết nối cảm biến mưa với Arduino 33

Hình 3.17 Hình ảnh thực tế Relay và cấu tạo bên trong của Relay 34

Hình 3.18 Cơ cấu tác động của Relay 35

Hình 3.19 Mạch nguyên lý của Module Relay 35

Hình 3.20 Hình ảnh thực tế của bơm 36

Hình 3.21 Kết nối của bơm với Relay và Arduino 37

Hình 3.22 Hình ảnh thực tế Led dây 37

Hình 3.23 Kết nối của led dây với Relay và Arduino 38

Hình 3.24 Hình ảnh thực tế quạt 38

viii

Hình 3.25 Kết nối của quạt hút và quạt thổi với Relay và Arduino 39

Hình 3.26 Hình ảnh thực tế động cơ Servo MG996 40

Hình 3.27 Kết nối của 2 động cơ Servo với Arduino 40

Hình 3.28 Hình ảnh thực tế đèn sưởi 41

Hình 3.29 Kết nối của đèn sưởi với Relay và Arduino 41

Hình 3.30 Hình ảnh thực tế Module L293 42

Hình 3.31 Hình ảnh thực tế động cơ DC 43

Hình 3.32 Kết nối động cơ DC với Module L293 và Arduino 43

Hình 3.33 Hình ảnh toàn bộ cơ cấu tác động thông qua Relay 44

Hình 3.34 Hình ảnh thực tế Pin năng lượng mặt trời 12V-10W 45

Hình 3.35 Hình ảnh thực tế Acquy 12V-9Ah 46

Hình 3.36 Hình ảnh thực tế bộ hỗ trợ sạc năng lượng mặt trời 47

Hình 3.37 Hình ảnh thực tế mạch hạ áp 48

Hình 3.38 Hình ảnh nguyên lý mạch hạ áp LM2596 49

Hình 3.39 Hình ảnh nguyên lý mạch nạp điện cho acquy 50

Hình 3.40 Hình ảnh nguyên lý mạch giảm áp cấp điện cho hệ thống 50

Hình 3.41 Hình ảnh nguyên lý mạch giảm áp cấp điện cho hệ thống 51

Hình 3.42 Sơ đồ nguyên lý toàn bộ hệ thống 52

Hình 4.1 Kết nối mạch sạc với pin năng lượng mặt trời và acquy 54

Hình 4.2 Mặt trước hệ thống pin năng lượng mặt trời 55

Hình 4.3 Hệ thống giảm áp và domino cấp nguồn 56

Hình 4.4 Hệ thống giảm áp cấp nguồn cho arduino 57

Hình 4.5 Hệ thống cấp nguồn và nối dây cho mạch relay 58

Hình 4.6 Hệ thống cấp nguồn và nối dây cho bộ điều khiển trung tâm 58

Hình 4.7 Tủ điều khiển chính của hệ thống 59

Hình 4.8 Mặt trước tủ điều khiển với màn hình LCD HMI 60

Hình 4.9 Tủ điều khiển với màn hình LCD HMI 60

Hình 4.10 Mô hình nhìn từ mặt trước 61

Hình 4.11 Mô hình nhìn từ mặt hông 61

Hình 4.12 Mô hình nhìn từ phía trên 62

Hình 4.13 Lưu đồ chọn chế độ hoạt động 64

Hình 4.14 Lưu đồ chọn chế độ Manual 66

Hình 4.15 Lưu đồ chọn chế độ hoạt động auto 68

Hình 4.16 Lưu đồ truyền nhận trong chế độ manu 70

Hình 4.17 Lưu đồ truyền nhận trong chế độ AUTO 72

ix

Hình 4.18 Lưu đồ điều khiển web 73

Hình 4.19 Quy trình làm việc của Arduino 74

Hình 4.20 Giao diện lập trình arduino 75

Hình 4.21 Giao diện menu arduino IDE 75

Hình 4.22 Giao diện file menu arduino IDE 75

Hình 4.23 Giao diện Examples menu arduino IDE 76

Hình 4.24 Giao diện edit menu arduino IDE 76

Hình 4.25 Giao diện Tool Menu Arduino IDE 77

Hình 4.26 Chọn board arduino 77

Hình 4.27 Hiển thị Board và Serial Port đã kết nối 78

Hình 4.28 Arduino Toolbar 78

Hình 4.29 Logo của 000webhost 79

Hình 4.30 Đăng ký tài khoản 80

Hình 4.31 Giao diện nơi đăng ký tài khoản 81

Hình 4.32 Giao diện nơi email xác nhận đăng ký tài khoản 81

Hình 4.33 Xác nhận thành công 82

Hình 4.34 Tạo database 83

Hình 4.35 Nhập tên database muốn tạo 83

Hình 4.36 Quản lý, chỉnh sửa database 84

Hình 4.37 Kết quả tạo thành công database 84

Hình 4.38 Nơi upfile code lên 85

Hình 4.39 Các file code được up lên thành công 85

Hình 4.40 Màn hình khởi động phần mềm lập trình cho màn hình 86

Hình 4.41 Các thành phần chính của phần mềm 87

Hình 4.42 Chọn loại màn hình 87

Hình 4.43 Những thành phần chính của màn hình thiết kế 88

Hình 4.44 Kết quả sau khi thiết kế, lập trình 88

Hình 4.45 Biên dịch chương trình 89

Hình 4.46 Xuất file code ra ngoài máy tình 89

Hình 4.47 File đã xuất ra dưới dạng tft 90

Hình 5.1 Mặt trước của hệ thống mạch cấp nguồn 94

Hình 5.2 Đèn báo sạc khi nhận nhận được acquy 94

Hình 5.3 Đèn báo chế độ sạc 95

Hình 5.4 Màn hình chờ của hệ thống 95

Hình 5.5 Màn hình chính của hệ thống 96

x

Hình 5.6 Màn hình chọn chế độ của hệ thống 96

Hình 5.7 Màn hình chọn chế độ manual 97

Hình 5.8 Màn hình chọn chế độ auto 97

Hình 5.9 Màn hình chọn chế độ auto trong môi trường bình thường 98

Hình 5.10 Màn hình chọn chế độ auto trong môi trường có mưa 98

Hình 5.11 Màn hình chọn chế độ auto trong môi trường có nắng 99

Hình 5.12 Màn hình khi hệ thống bơm hoạt động 99

Hình 5.13 Màn hình trang chủ của website 100

Hình 5.14 Màn hình đăng ký tài khoản 100

Hình 5.15 Màn hình đăng nhập tài khoản 101

Hình 5.16 Các database đã tạo 101

Hình 5.17 Màn hình tab liên hệ 102

Hình 5.18 Màn hình chế độ auto 102

Hình 5.19 Màn hình chế độ manual 103

Hình 5.20 Mặt trước mô hình 103

Hình 5.21 Mô hình từ trên cao 104

Hình 5.22 Mô hình từ bên hông 104

Bảng 3.1 Bảng tính toán thông số tiêu thụ dòng điện của hệ thống …47

xi

tử mà trong đó đặc biệt là kỹ thuật điều khiển tự động đóng vai trò quan trọng trongmọi lĩnh vực khoa học kỹ thuật, quản lý, công nghiêp, nông nghiệp, đời sống, quản lýthông tin,

Nước ta là một đất nước nông nghiệp, tuy nhiên trong nhiều năm quy mô cũng nhưchất lượng và sản lượng nông nghiệp của nước ta luôn thấp hơn so với các nước khác mànguyên nhân chính là việc công nghệ sản xuất của nước ta quá lạc hậu, chủ yếu dựa vàotay chân Mô hình nhà kính là nền tảng cho tiêu chuẩn về chất lượng, công năng và giá trịcủa 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 môitrường nào, diện tích trồng trọt có thể từ vài trăm mét vuông đến hàng chục héc-ta Nhàkính có khả năng loại bỏ các điều kiện môi trường bất lợi, cung cấp một môi trường pháttriển tối ưu, tạo ra mùa sinh trưởng dài hơn, có thể trồng các loại cây trái mùa và cácgiống 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 vànăng 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 chínhxác trong giám sát và điều khiển môi trường

Trên cơ sở và yêu cầu từ thực tế, những đòi hỏi ngày càng cao của phát triển nôngnghiệp công nghệ cao, cộng với sự phát triển mạnh của khoa học công nghệ, đặc biệt làcông nghệ thông tin, kỹ thuật điện-điện tử Phát triển kỹ thuật điều khiển tự động từkhoảng 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 đề xuất đề tài “THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG

 Thiết kế được hệ thống chăm sóc cây ăn quả.

 Thiết kế được hệ thống tự động chăm sóc thông qua việc giám sát các thông

 Thi công được mô hình khu vườn

 Cân chỉnh, hoàn thiện được mô hình khu vườn

 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, moduleL293, động cơ Servo, động cơ DC, DHT11, BH1750, cảm biến mưa, cảm biến độ ẩm đất

 NỘI DUNG 2: Tìm hiểu và nghiên cứu về lập trình Web Server, tìm hiểu về

ngôn ngữ HTML, CSS, PHP, cơ sở dữ liệu MySQL

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

CHƯƠNG 1 : TỔNG QUAN

 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

 Chọn cây cà chua là đối tượng nghiên cứu

 Thiết kế mô hình nhà kính có kích thước dài, rộng, cao là 100 x 50 x 65 cm bằng khung nhôm và bọc nhựa nilong, có mái che

 Màn hình cảm ứng để thao tác có kích thước 3.2 inch

 Sử dụng 2 tấm pin năng lượng mặt trời 12V-10W và bộ lưu điện 12V 9Ah

để cấp nguồn hoạt động cho toàn bộ hệ thống

 Sử dụng 2 module hạ áp để giảm áp từ bộ lưu điện 12V

 Hệ thống chỉ sử dụng điện từ bộ lưu điện, hoàn toàn không dùng nguồn điện ngoài

 Dừng lại ở mức độ mô hình học tập chứ chưa đưa vào thực tế để sử dụng

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, các 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 1 : TỔNG QUAN

Chương này giới thiệu tổng quan về các yêu cầu của đề tài mà mình thiết kế vàcác tính toán, thiết kế gồm những phần nào Như: thiết kế sơ đồ khối hệ thống, sơ đồnguyên 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 tramạch, lắp ráp mô hình Thiết kế lưu đồ giải thuật cho chương trình và viết chương trìnhcho 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 thicông Từ những kết quả đạt được để đánh giá quá trình hoàn thành được bao nhiêuphần 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 hoànthiện hơn

CHƯƠNG 2 : CƠ SỞ LÝ THUYẾT

CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT

2.1 GIỚI THIỆU VỀ MÔ HÌNH TRỒNG RAU TRONG

NHÀ KÍNH NGOÀI THỰC TẾ

Trong thực tế hiện nay, ở nước ta cũng đã đang áp dụng, triển khai nhiều loại hệthống trồng rau trong nhà kính cũng như hệ thống trồng rau tại hộ gia đình trong đónổi bật là 2 loại hình chính sau:

Trong quy mô công nghiệp, diện tích lớn:

 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 đểche chắn ngăn ngừa côn trùng thâm Về thiết kế với kiểu mái bằng và mái nghiêng haibên Khung nhà được làm bằng cột bê tông hoặc bằng khung sắt hàn hoặc bắt ốc vít Vậtliệu lưới che sản xuất bằng vật liệu trong nước bằng kỹ thuật dệt lưới đơn giản lưới hoàntoàn không được xử lý để tăng khả năng chống chịu tia tử ngoại, nắng, gió… nên độ bềnkhông cao, chỉ sử dụng tốt từ 6 - 8 tháng là rách, hư hỏng

Hình 2.1 Mô hình vườn lưới kín ngoài thực tế

 Loại nhà lưới hở: Là loại nhà lưới chỉ được che chủ yếu trên mái hoặc một

phần bao xung quanh chủ yếu để giảm bớt tác hại của mưa và gió giúp cho cây rau trồngđược cả vào mùa mưa Không có tác dụng ngăn ngừa côn trùng

CHƯƠNG 2 : CƠ SỞ LÝ THUYẾT

Thiết kế rất đơn giản với kiểu mái bằng và mái nghiêng hai bên Về khung nhà: được làm bằng cột bê tông hoặc bằng khung sắt hàn hoặc bắt ốc vít

Hình 2.2 Mô hình vườn lưới hở ngoài thực tế

Trong quy mô hộ gia đình nhỏ lẻ:

Do đặc điểm hộ gia đình, đặc điểm riêng của mỗi ngôi nhà, khoảng không nên

mô hình ứng dụng cho quy mô này có rất nhiều hình dạng thiết kế, lắp đặt từ đơn giảnđến phức tạp để đáp ứng tối đa cho nhu cầu của người dân Một số loại phổ biến như:trồng rau từ ống nhựa, trồng rau bằng thùng phuy, trồng rau trong túi vải, trồng raubằng chai lọ treo, trồng rau bằng thùng xốp,…

Hình 2.3 Các hình thức trồng tại hộ gia đình

CHƯƠNG 2 : CƠ SỞ LÝ THUYẾT

Tuy rằng có những ưu điểm không thể phủ nhận nhưng các mô hình ở trên vẫn còn nhiều điểm hạn chế như:

 Trong loại nhà lưới kín sẽ tạo ra môi trường có nhiệt độ và độ ẩm cao hơn sovới bên ngoài từ đó nếu không có biện pháp giám sát chặt chẽ sẽ rất dễ bị nấm mốc,…

 Trong loại hình nhà lưới hở thì do không được che chắn kỹ sẽ rất dễ côn

trùng tấn công

 Phương pháp trồng tại gia đình thì có quy mô và diện tích nhỏ, khó lắp đặt hiệu quả

 Giá thành lắp đặt và đầu tư lớn thường gấp 5 đến 10 lần giá thành của

phương pháp canh tác truyền thống

 Năng lượng sử dũng vẫn là bằng điện lưới nên phải tiêu tốn một số tiền nhất định mỗi tháng

 Hệ thống theo dõi, giám sát vẫn là bằng tay người, bằng kinh nghiệm thực tế

nên sẽ gây khó khăn cho những người không có kinh nghiệm về trồng trọt Với những khuyết điểm kể trên, trong đồ án này, nhóm thực hiện sẽ giữ lại những

điểm ưu việt của các phương pháp trên và khắc phục phần nào những khuyết điểm

đang tồn tại như:

 Năng lượng sử dụng sẽ là năng lượng sạch từ năng lượng mặt trời

CHƯƠNG 2 : CƠ SỞ LÝ THUYẾT

2.2 TỔNG QUAN VỀ ARDUINO

Hình 2.4 Các loại Board Arduino

Arduino là một board mạch vi xử lý, nhằm xây dựng các ứng dụng tương tácvới nhau hoặc với môi trường được thuận lợi hơn Phần cứng bao gồm một boardmạch nguồn mở được thiết kế trên nền tảng vi xử lý AVR Atmel 8bit, hoặc ARMAtmel 32-bit Những Model hiện tại được trang bị gồm 1 cổng giao tiếp USB, 6 chânđầu vào analog, 14 chân I/O kỹ thuật số tương thích với nhiều board mở rộng khácnhau 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 đếnmột phương thức dễ dàng, không tốn kém cho những người yêu thích, sinh viên và giớichuyên nghiệp để tạo ra những thiết bị có khả năng tương tác với môi trường thông quacác cảm biến và các cơ cấu chấp hành Những ví dụ phổ biến cho những người yêu thíchmới bắt đầu bao gồm các robot đơn giản, điều khiển nhiệt độ và phát hiện chuyển

CHƯƠNG 2 : CƠ SỞ LÝ THUYẾT

động Đi cùng với nó là một môi trường phát triển tích hợp (IDE) chạy trên các máytính cá nhân thông thường và cho phép người dùng viết các chương trình cho Aduinobằng ngôn ngữ C hoặc C++

Một mạch Arduino bao gồm một vi điều khiển AVR với nhiều linh kiện bổsung giúp dễ dàng lập trình và có thể mở rộng với các mạch khác Một khía cạnh quantrọng của Arduino là các kết nối tiêu chuẩn của nó, cho phép người dùng kết nối vớiCPU của board với các module thêm vào có thể dễ dàng chuyển đổi, được gọi làshield Vài shield truyền thông với board Arduino trực tiếp thông qua các chân kháchnhau, nhưng nhiều shield được định địa chỉ thông qua serial bus I²C nhiều shield cóthể được xếp chồng và sử dụng dưới dạng song song Arduino chính thức thường sửdụng các dòng chip megaAVR, đặc biệt là ATmega8, ATmega168, ATmega328,ATmega1280, và ATmega2560 Một vài các bộ vi xử lý khác cũng được sử dụng bởicác mạch Aquino tương thích Hầu hết các mạch gồm một bộ điều chỉnh tuyến tính 5V

và một thạch anh dao động 16 MHz (hoặc bộ cộng hưởng ceramic trong một vài biếnthể), mặc dù một vài thiết kế như LilyPad chạy tại 8 MHz 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 đượclập trình sẵn với một boot loader cho phép đơn giản là upload chương trình vào bộ nhớflash on-chip, so với các thiết bị khác thường phải cần một bộ nạp bên ngoài Điều nàygiúp cho việc sử dụng Arduino được trực tiếp hơn bằng cách cho phép sử dụng 1 máytính gốc như là một bộ nạp chương trình

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

CHƯƠNG 2 : CƠ SỞ LÝ THUYẾT

2.3 TỔNG QUAN VỀ IOT

Hình 2.5 Tổng quan về hệ thống IoT

IoT (Internet of Things) là thuật ngữ dùng để chỉ các đối tượng có thể đượcnhận 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 đãsáng lập ra Trung tâm Auto-ID ở đại học MIT, nơi thiết lập các quy chuẩn toàn cầucho RFID (một phương thức giao tiếp không dây dùng sóng radio) cũng như một sốloại cảm biến khác IoT sau đó cũng được dùng nhiều trong các ấn phẩm đến từ cáchãng và nhà phân tích

Điểm quan trọng của IoT đó là các đối tượng phải có thể được nhận biết và địnhdạng Nếu mọi đối tượng, kể cả con người, được "đánh dấu" để phân biệt bản thân đốitượng đó với những thứ xung quanh thì chúng ta có thể hoàn toàn quản lí được nóthông 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 kĩ thuật số Việc kết nối thì

có thể thực hiện qua Wi-Fi, 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 dụngcác địa chỉ độc nhất để xác định từng vật, chẳng hạn như địa chỉ IP Mỗi thiết bị sẽ có

CHƯƠNG 2 : CƠ SỞ LÝ THUYẾT

một IP riêng biệt không nhầm lẫn Sự xuất hiện của IPv6 với không gian địa chỉ cực kìrộng lớn sẽ giúp mọi thứ có thể dễ dàng kết nối vào Internet cũng như kết nối với nhau

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

ở Canada hiện đang tập trung vào một bộ toolkit cho phép phát triển phần mềm IoT chỉbằng các công nghệ/tiêu chuẩn Web cũng như giao thức phổ biến Công ty như ioBridgethì cung cấp giải pháp kết nối và điều khiển hầu như bất kì thiết bị nào có khả năng kếtnối Internet

2.4 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 liệutrên web được lưu trữ trong một hệ thống siêu văn bản đặt tại các máy Webserver nốimạng Internet Người dùng phải sử dụng một chương trình được gọi là trình duyệt web

để xem các siêu văn bản này Chương trình này sẽ nhận thông tin tại ô địa chỉ URL dongười 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 vớicác tài liệu khác hoặc gửi thông tin phản hồi lên máy chủ trong một quá trình tươngtác 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 Tuynhiên độ chính xác và chứng thực của thông tin tùy thuộc vào uy tín của các websiteđưa ra thông tin đó

Đặc điểm tiện lợi của web: Thông tin dễ dàng cập nhật, thay đổi, khách hàng cóthể xem thông tin ngay tức khắc, ở bất kỳ nơi nào, tiết kiệm chi phí in ấn, gửi bưuđiện, fax, thông tin không giới hạn và không giới hạn phạm vi khu vực sử

Về cơ bản thì các website được vận hành nhờ 3 thành phần là: tên miền, website vàweb server Trong đó tên miền đóng vai trò là địa chỉ website Website là hệ thống filenguồn chứa file khởi chạy cho website, các file chứa nội dung của website như hình

CHƯƠNG 2 : CƠ SỞ LÝ THUYẾT

ảnh, văn bản, âm thanh Ngoài ra còn là những file điều khiển lưu trữ - trích xuất dữ liệu

từ CSDL, điều khiển web server nhận và phản hồi yêu cầu của người dùng thông qua trìnhduyệt.… Còn thành phần thứ 3 web server chính là nơi lưu trữ cho CSDL và hệ

thống file nguồn nêu trên

2.5.1 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 songsong 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 nốitiếp thành dạng dữ liệu song song cho CPU có thể đọc vào bus hệ thống Để truyềnđược dữ liệu thì cả bên phát và bên nhận phải tự tạo xung clock có cùng tần số vàthường 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 không giaotiếp đồng thời Giao tiếp đồng thời tức là UART có thể gửi và nhận dữ liệu vào cùngmột thời điểm Còn giao tiếp không đồng thời (không kép) là chỉ có một thiết bị có thểchuyển dữ liệu vào một thời điểm, với tín hiệu điều khiển hoặc mã sẽ quyết định bênnào có thể truyền dữ liệu Giao tiếp không đồng thời được thực hiện khi mà cả 2 chiềuchia sẻ một đường dẫn hoặc nếu có 2 đường nhưng cả 2 thiết bị chỉ giao tiếp qua mộtđường ở cùng một thời điểm

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

Hình 2.6 Giao tiếp UART

CHƯƠNG 2 : CƠ SỞ LÝ THUYẾT

Để giao tiếp giữa 2 thiết bị thông qua chuẩn giao tiếp UART, ta tiền hành nối dây

Tx (chân gửi tín hiệu) của bên phát với chân Rx (chân nhận tín hiệu) của bên thu vàngược lại nối chân Rx (chân nhận tín hiệu) của bên phát với chân Tx (chân gửi tínhiệu) của bên thu Cách nối dây này được gọi là nối chéo dây Bên cạnh đó, cần phảinối chung GND cho cả 2 bên nhận và phát với nhau và muốn truyền nhận được, 2 bênphải có cùng tốc độ baud

2.5.2 CHUẨN GIAO TIẾP I2C

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

Hình 2.7 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 chỉtheo một hướng Như hình vẽ trên, khi một thiết bị ngoại vi kết nối vào đường I2C thìchân SDA của nó sẽ nối với dây SDA của bus, chân SCL sẽ nối với dây SCL

Mỗi dây SDA hãy SCL đều được nối với điện áp dương của nguồn cấp thông quamột điện trở kéo lên Sự cần thiết của các điện trở kéo này là vì chân giao tiếp I2C của cácthiết bị ngoại vi thường là dạng cực máng hở Giá trị của các điện trở này khác nhau tùyvào 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 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

CHƯƠNG 2 : CƠ SỞ LÝ THUYẾT

nhận ra bởỉ một địa chỉ duy nhất với một quan hệ chủ/tớ tồn tại trong suốt thời gian kếtnối Mỗi thiết bị có thể hoạt động như là thiết bị nhận hoặc truyền dữ liệu hay có thểvừa truyền vừa nhận Hoạt động truyền hay nhận còn tùy thuộc vào việc thiết bị đó làchủ (master) hãy tớ (slave) Một thiết bị hay một IC khi kết nối với bus I2C, ngoài mộtđịa chỉ (duy nhất) để phân biệt, nó còn được cấu hình là thiết bị chủ hay tớ

2.5.3 CHUẨN GIAO TIẾP ONE-WIRE

Chuẩn giao tiếp 1 dây (1 wire) do hãng Dallas giới thiệu Trong chuẩn giao tiếpnày chỉ cần 1 dây để truyền tín hiệu và làm nguồn nuôi (nếu không tín dây mass) Làchuẩn giao tiếp không đồng bộ và bán song công (half-duplex) Trong giao tiếp nàytuân theo mối liên hệ chủ tớ một cách chặt chẽ Trên một bus có thể gắn 1 hoặc nhiềuthiết bị slave nhưng chỉ có một master có thể kết nối đến bus này Bus dữ liệu khi ởtrạng thái rãnh (khi không có dữ liệu trên đường truyền) phải ở mức cao do vậy bus dữliệu phải được kéo lên nguồn thông qua một điện trở Giá trị điện trở này có thể thamkhảo trong datasheet của thiết bị/các thiết bị slave

Hình 2.8 Giao tiếp One - Wire

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

ưu đường truyền thì cần một bộ định thời để delay chính xác nhất

CHƯƠNG 2 : CƠ SỞ LÝ THUYẾT

Hình 2.9 Giao tiếp One - Wire

Bốn thao tác hoạt động cơ bản của bus 1 wire là Reset/Presence, gửi bit 1, 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 trả về 1 khoảng D

 Read (Đọc một Bit) : Master kéo xuống 0 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 nhả lên mức 1 sau đó cấuhình Master là chân In delay I (us) rồi đọc giá trị slave trả về Nếu bằng 0 thì cho phépgiao tiếp, nếu bằng 1 đường truyền lỗi hoặc slave đang bận

CHƯƠNG 3 : TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ

CHƯƠNG 3 TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ

3.1 GIỚI THIỆU

Đề tài “Thiết kế và thi công hệ thống IoTs chăm sóc vườn cây ăn quả sử

dụng pin năng lượng mặt trời” bao gồm:

 Hệ thống chính là điều khiển vườn cây ăn quả bằng màn hình cảm ứng HMI.Sau đó, dữ liệu cảm biến, trạng thái hoạt động của các thiết bị sẽ được gửi lên Internet

Hệ thống có 2 chế độ hoạt động là MANUAL và AUTO Ở chế độ MANUAL ngườidùng có thể điều khiển các thiết bị một cách chủ động, bật tắt các thiết bị tùy ý mà khôngcần phụ thuộc vào các điều kiện của môi trường Còn ở chế độ AUTO, cho phép ngườidùng cài đặt các thông giới hạn của môi trường, từ đó các thiết bị sẽ hoạt động theo cácthông số mà môi trường đo đạc được

 Hệ thống mở rộng bao gồm: Hệ thống điều khiển thiết bị từ xa thông quaInternet, hiển thị trạng thái hoạt động của các thiết bị, điều khiển bật tắt các thiết tùy trongchế độ MANUAL, và cho phép người dùng thiết lập các giá trị môi trường giới hạn trong chế

độ AUTO Khi chuyển chế độ hoạt động trên web thông qua Internet thì phần cứng sẽchuyển đổi chế độ hoạt động theo

CHƯƠNG 3 : TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ

3.2 TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG

3.2.1 THIẾT KẾ SƠ ĐỒ KHỐI HỆ THỐNG

Hệ thống gồm 8 khối ghép lại với nhau theo nhiều hướng tạo nên một hệ thống hoạt động ổn định được trình bày trong sơ đồ khối hình 3.1 như sau:

KHỐI XỬ LÝ TRUNG TÂM

KHỐI WEBSERVER

KHỐI

RELAY CẤU

CHẤ P

HÀNH

KHỐI NGUỒN

Hình 3.1 Sơ đồ khối hệ thống