Thiết kế và triển khai mô hình quản lý nhà yến thông minh ứng dụng công nghệ NB-IoT

CƠ SỞ LÝ THUYẾT

TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ

• Tính toán và thiết kế hệ thống 1. Khối cảm biến

- Khối xử lí trung tâm và kết nối Internet: Điều khiển toàn bộ hoạt động của bộ điều khiển - quản lí truyền và nhận dữ liệu với websever, điều khiển thiết bị. Hiện nay, trên thị trường có nhiều loại cảm biến nhiệt độ, độ ẩm có thể sử dụng trong đề tài như AMT1001, DHT11, DHT22… Để thuận tiện trong việc xác định cũng như so sánh, điều chỉnh nhiệt độ, độ ẩm sao cho phù hợp với môi trường sống của chim yến, chúng em quyết định sử dụng cảm biến nhiệt độ, độ ẩm SHT20 RS485. Điểm khác biệt của cảm biến này là nó sử dụng giao thức giao tiếp Modbus giúp dữ liệu có thể truyền đi xa và tốc độ nhanh hơn và có thể cùng lúc giao tiếp nhiều cảm biến.

- Trong quá trình nhận dữ liệu từ cảm biến SHT20 đến Arduino, Arduino sẽ kích hoạt chân RE để cho phép mô-đun RS485 nhận dữ liệu từ cảm biến. PCF8563, MCP7940N… nhưng thông dụng nhất là loại DS1307 RTC, nó đáp ứng đầy đủ điều kiện về thời gian, có thể lưu được thời gian bằng pin đồng hồ và kết nối dễ dàng thông qua giao tiếp I2C cùng với giá thành rẻ, vì vậy nhóm quyết định sử dụng mô-đun DS1307 RTC. Từ đó, khối sẽ tính toán xử lý các điều kiện và điều khiển các thiết bị khối ngoại vi và đảm nhiệm việc đưa dữ liệu để hiển thị lên website.

Chức năng của khối hiển thị: dùng để hiển thị thông tin, trạng thái hoạt động của các thiết bị ngoại vi cũng như nhiệt độ, độ ẩm hiện tại. Có rất nhiều linh kiện để lựa chọn cho khối hiển thị như: LCD, Led ma trận, màn hình OLED… Tuy nhiên nhóm em chọn module LCD 20x4 làm khối hiển thị cho mạch. Khối điều khiển thiết bị ngoại vi có chức năng nhận tín hiệu từ khối xử lí để đóng mở relay, bật tắt các thiết bị như: quạt, máy phun sương, loa, máy sưởi.

Linh kiện cho khối nguồn: Nguồn xung là một bộ nguồn có tác dụng chuyển từ dòng điện xoay chiều sang dòng điện một chiều nhờ vào cơ chế dao động xung tạo mạch điện tử kết hợp với một biến áp xung.

THI CÔNG HỆ THỐNG

• Thi công hệ thống 1. Mạch in PCB
• Lập trình hệ thống 1. Lưu đồ giải thuật
• Thiết kế Website
• Tài liệu hướng dẫn và thao tác 1. Tài liệu hướng dẫn

Ở tầng 1 có các thiết bị để điều khiển nhiệt độ, độ ẩm phù hợp với môi trường sinh sống của chim yến, hai bên tường có các lỗ thông gió được mô phỏng theo những ngôi nhà yến ngoài thực tế. - Chế độ điều khiển tự động: Dựa vào các thông số như nhiệt độ, độ ẩm và thời gian đã được cài đặt giới hạn để điều khiển bật, tắt các thiết bị như máy phun sương, loa, quạt và máy sấy. Nếu độ ẩm hiện tại nằm trong khoảng giới hạn độ ẩm đã cài đặt, thì tiến tới kiểm tra nhiệt độ hiện tại có nằm trong khoảng nhiệt độ đã cài đặt trước hay chưa.

Tiếp tục kiểm tra nhiệt độ hiện tại lớn hơn hoặc bằng giới hạn nhiệt độ trên thì bật máy phun sương, ngược lại thì bật sưởi để ổn định nhiệt độ. Còn nếu ban đầu độ ẩm không ổn định, bật quạt và sưởi với trường hợp độ ẩm lớn hơn hoặc bằng giới hạn độ ẩm trên và ngược lại nếu thấp hơn giới hạn độ ẩm dưới thì bật máy phun sương. Hiện nay có rất nhiều phần mềm lập trình chuyên dụng cho module, và đặc biệt với những vi điều khiển như Arduino UNO thì phần mềm Arduino IDE là phần mềm phù hợp nhất.

Để sử dụng phần mềm Arduino IDE mới nhất hiện nay, truy cập vào website https://www.arduino.cc/en/software và tải phần mềm xuống phù hợp với hệ điều hành của máy tính. Cơ sở dữ liệu thời gian thực (Real time Database) là nơi người dùng có thể tạo dữ liệu để điều khiển và hiển thị các thông tin như nhiệt độ, độ ẩm. Trong đề tài này, website được lập trình sử dụng ngôn ngữ Dart trên framework đó là Flutter chính vì vậy ta cần cài đặt Flutter và Dart trong phần mềm Visual Studio Code để thực hiện.

Sau khi đăng ký tên trang web, bước tiếp theo ta cần cài đặt SDK Firebase 2 bằng cách sử dụng npm với câu lệnh “npm install firebase” hoặc sử dụng thẻ JavaScript và copy đoạn mã được Firebase cung cấp vào trang index.html của trang web.

KẾT QUẢ, NHẬN XÉT VÀ ĐÁNH GIÁ

• Kết quả chế độ bằng tay 1. Hệ thống sưởi
• Kết quả mô hình hệ thống
• Nhận xét và đánh giá 1. Ưu điểm

Kết luận: Trong trường hợp nhiệt độ không ổn định, các thiết bị điều khiển ngoại vi đã được bật tắt đưa nhiệt độ về ngưỡng ổn định. Trong trường hợp độ ẩm chưa ổn định sẽ tiến hành kiểm tra với 2 khoảng độ ẩm tương ứng là mức cao và mức thấp. Kết luận: Khi độ ẩm nằm ngoài ngưỡng ổn định, các thiết bị ngoại vi điều khiển đã hoạt động tốt và cân bằng độ ẩm về ngưỡng ổn định.

Nhận xét: Trong chế độ điều khiển tự động, hệ thống đáp ứng tốt với các điều kiện nhiệt độ, độ ẩm trong khoảng 60 giây và ổn định trong khoảng thời gian dài. Từ đó nhận thấy, chế độ điều khiển tự động đã đáp ứng được yêu cầu đề ra, điều khiển được các thiết bị theo nhiệt độ, độ ẩm và thời gian dựa theo ngưỡng đặt trước. Trong mô hình này hệ thống sưởi được sử dụng để làm giảm độ ẩm và giảm nhiệt độ đã hoàn toàn đáp ứng được yêu cầu đề ra.

- Phớa trỏi là bảng theo dừi trạng thỏi cỏc thiết bị, tại chế độ Tự động sẽ chỉ theo dừi được trạng thỏi cỏc thiết bị thụng qua cỏc nỳt nhấn. Kết quả: Website có thể điều khiển các thiết bị và hiện các thông số từ cơ sở dữ liệu gửi lên một cách nhanh chóng, đáp ứng tốt. - Mô hình nhà yến được thiết kế và lắp đặt hợp lý, gọn gàng, rộng rãi sát với thực tế và sử dụng những thiết bị có giá thành hợp lý.

Bên cạnh đó, mô hình điều khiển cũng được thiết kế gọn và sử dụng linh kiện phổ biến và hoạt động tốt đạt yêu cầu đề ra.