Để tạo 1 website chúng ta cần một host và một tên miền. Host là một không gian trên máy chủ mà chúng ta cần thuê để lưu trữ dữ liệu trang web. Tên miền là địa chỉ dẫn đến website.
Hostinger.vn là một trang web cho phép chúng ta tạo hosting miễn phí trên đó, đồng thời nó cũng cung cấp sẵn một số tên miền mặc định. Ngoài hostinger, còn một số trang web tương tự: 000webhost.com, byethost.com, atspace.com…
Truy cập vào https://www.hostinger.vn/ và đăng ký tài khoản. Sau đó đăng nhập vào tài khoản vừa tạo và lập một hosting.
54 Bên trong quản lý fille. Truy cập thư mục /public_html. Ấn vào Edit file index.html để chỉnh sửa trang chủ.
* Tổng kết: Trong chương này tác giả đã đưa ra mục tiêu và yêu cầu của hệ thống
từ đó tác giả đi thiết kế hệ thống theo mục tiêu và yêu cầu đề ra dựa trên sự tìm hiểu và phân tích lý thuyết của hệ thống ở chương 1.
55
CHƯƠNG 3: THỰC THI THIẾT KẾ HỆ THỐNG VÀ KẾT QUẢ 3.1 Thực thi các khối thu thập dữ liệu
3.1.1 Khối cảm biến nhiệt độ
Cảm Biến Nhiệt Độ LM35 được sản xuất bởi hãng national Semiconductor dải đo
từ 0 Độ đến 100 độ C. LM35 là cảm biến tiêu hao điện năng thấp sử dụng điện áp 5V. Cảm biến gồm có 3 chân, 2 chân nguồn, 1 chân tín hiệu ra dạng Analog.
Chân dữ liệu của LM35 là chân ngõ ra điện áp dạng tuyến tính. Chân số 2 cảm biến xuất ra cứ 1mV = 0.1°C (10mV = 1°C). Để lấy dữ liệu ở dạng °C chỉ cần lấy điện áp trên chân OUT đem chia cho 10.
Hình 18: Sơ đồ nguyên lý mạch cảm biến nhiệt độ dùng LM35
Thông số kỹ thuật
Điện áp đầu vào từ 4V đến 30V Điện áp ra: -1V đến 6V
Công suất tiêu thụ là 60uA
56 Trở kháng đầu ra thấp 0.1 cho 1mA tải
Độ chính xác thực tế: 1/4°C ở nhiệt độ phòng và 3/4°C ngoài khoảng -55°C tới 150°C.
Sơ đồ đấu nối chân được thực hiện theo hình 18
- Chân dương nguồn của cảm biến LM35 được nối với chân +5V của Arduino - Chân âm nguồn của cảm biến LM35 nối với chân GND của Arduino
- Chân tín hiệu của cảm biến LM35 được nối chân 0 của Arduino như trên hình 18
Cảm Biến Nhiệt Độ DS18B20 dùng để đo những nơi cách xa board điều khiển hơn,
hoặc ở trong môi trường ẩm ướt. Cảm biến nhiệt độ DS18B20 chống nước có thể đo lên đến 125 Độ, nhưng do dây dẫn được làm từ nhựa PVC nên chỉ có khả năng đo từ 100 Độ trở xuống. Tín hiệu ra của cảm biến là dạng tín hiệu số, cho nên cảm biến sẽ không bị suy hao tín hiệu trên dây dẫn, cảm biến DS18B20 có độ phân giải từ 9- 12 bit, dữ liệu được truyền qua chẩn 1-wire, vì vậy chỉ cần 1 chân vi điều khiển để lấy dữ liệu từ cảm biến. Điện áp sử dụng từ 3.0V - 5.0V. Mỗi Cảm Biến Nhiệt DS18B20 đều có 1 mã số duy nhất, nên có thể sử dụng nhiều cảm biến để lấy dữ liệu nhiều nơi chỉ trên 1 dây.
Hình 19: Sơ đồ nguyên lý mạch cảm biến nhiệt độ dùng DS18B20
Thông số kỹ thuật: Điện áp cấp: 3~5v
Dải đo từ - 55 Độ Đến 125 Độ Độ phân dải tùy chỉnh từ 9 - 12 bit
57 Chuẩn giao tiếp 1 Wire
1 ID 64 bit được ghi trực tiếp vào cảm biến Có thể sử dụng nhiều cảm biến trên 1 chân Thời gian phản hồi < 750ms
Cách kết nối 3 chân: - Dây đỏ- VCC - Dây đen- GND - Dây vàng- DATA
Kích thước 90cm - đường kính đầu cảm biến 4mm Sơ đồ đấu nối chân được thực hiện như hình 19.
- Chân dương nguồn của cảm biến DS18B20 nối với +5V của Arduino - Chân âm nguồn của cảm biến DS18B20 nối với chân GND của Arduino - Chân tín hiệu của cảm biến DS18B20 được nối với chân 2 của Arduino
Ở đây tác giả trình bày cả hai loại cảm biến nhiệt độ, tuy nhiên trong hệ thống tác giả thiết kể chỉ sử dụng cảm biến DS18B20 với lý do sau:
- Đâu ra của cảm biến DS18B20 là tín hiệu số - Dữ liệu được truyền qua chuẩn 1-wire
3.1.2 Khối cảm biến độ ẩm
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. Cảm
biến độ ẩm đất có thể sử dung tưới hoa tự động khi không có người quản lý khu
vườn của bạn hoặc dùng trong những ứng dụng tương tự như trồng cây.
Độ nhạy của Cảm biến phát hiện độ ẩm đất có thể tùy chỉnh được (Bằng cách điều chỉnh chiết áp màu xanh trên board mạch).
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.
58
Hình 20: Sơ đồ nguyên lý mạch cảm biến độ ẩm đất LM393
Ứng dụng Đọc độ ẩm đất. Hệ thống tưới tiêu tự động. Thông số kỹ thuật Điện áp hoạt động: 3.3V-5V Kích thước PCB: 3cm * 1.6cm
Led đỏ báo nguồn vào, Led xanh báo độ ẩm. IC so sánh : LM393
VCC: 3.3V-5V GND: 0V
DO: Đầu ra tín hiệu số (0 và 1)
AO: Đầu ra Analog (Tín hiệu tương tự) Nguyên lý hoạt động
59
Hình 21: Sơ đồ nguyên lý hoạt động của LM393
Khi module cảm biến độ ẩm phát hiện, khi đó sẽ có sự thay đổi điện áp ngay tại đầu vào của IC LM393. Ic này nhận biết có sự thay đổi nó sẽ đưa ra một tín hiệu 0V để báo hiệu. và thay đổi như thế nào sẽ được tính toán để đọc độ ẩm đất.
+Cảm biến độ ẩm đất rất nhạy với độ ẩm môi trường xung quanh, thường được sử dụng để phát hiện độ ẩm của đất.
+ Khi độ ẩm đất vượt quá giá trị được thiết lập, ngõ ra của module D0 ở mức giá trị là 0V.
+ Ngõ ra D0 có thể được kết nối trực tiếp với vi điều khiển như (Arduino,PIC,AVR,STM), để phát hiện cao và thấp, và do đó để phát hiện độ ẩm của đất.
+ Đầu ra Analog AO có thể được kết nối với bộ chuyển đổi ADC, bạn có thể nhận được các giá trị chính xác hơn độ ẩm của đất.
60 Sơ đồ đấu nối chân được thực hiện như hình 20
- Chân dương nguồn của cảm biến nối với chân +5V của Arduino - Chân âm nguồn của cảm biến nối với chân GND của Arduino - Chân tín hiệu DO của cảm biến nối với chân số 7 của Arduino - Chân tín hiệu AO của cảm biến nối chân số 0 của cảm biến như hình
3.1.3 Khối cảm biến ánh sáng
Cảm Biến Ánh Sáng Quang Trở nhạy cảm nhất với cường
độ ánh sáng môi trường thường được sử dụng để phát hiện độ sáng môi trường xung quanh và cường độ ánh sáng. Khi cường độ ánh sáng môi trường xung quanh bên ngoài vượt quá một ngưỡng quy định, ngõ ra của module D0 là mức logic thấp.
Hình 22: Sơ đồ nguyên lý của mạch cảm biến ánh sáng
Đặc tính nổi bật: Nhỏ gọn.
61 Các thành phần phụ như điện trở, tụ điện... cần thiết cho mạch đã được gắn đầy đủ. Bạn chỉ cần cấp nguồn, nối dây điều khiển vào rơ le là có thể tắt/mở bóng đèn hay các thiết bị điện khác theo cường độ ánh sáng chiếu vào cảm biến.
Sử dụng điện áp chuẩn 5V tương thích với nền tảng Arduino. Thông số kỹ thuật
Ngõ ra A0 là ngõ Analog dùng để đo giá trị một giá trị cường độ ánh sáng chính xác hơn.
Điện áp vào từ 3.3V - 5V
Tích hợp sẵn bộ so sánh opamp LM393.
Trên mạch có 1 biến trở 10K ohm dùng để điều chỉnh độ nhạy sáng. Sơ đồ đấu nối chân được thực hiện như hình 20
- Chân dương nguồn của cảm biến nối với chân +5V của Arduino - Chân âm nguồn của cảm biến nối với chân GND của Arduino
- Chân ra tín hiệu Analog nối với chân A0 của Arduino, chân ra tín hiệu số nối với chân D7 của Arduino.
3.2 Quá trình thực hiện
Nguồn pin 9V cấp cho Arduino + Test Arduino
Kết nối Arduino với máy tính qua dây cáp, sau đó mở phần mềm Arduino lên. Trong phần mềm Arduino, vào Tools > Board, chọn “Arduino/Genuinouno
Vào File >Example> Basic > Blink rồi chạy upload lên arduion. Nếu led 13 của Arduino nháy liên tục thì kết nối thành công.
Nếu đèn không sáng, kiểm tra lại dây kết nối, chọn cổng port Arduino
3.2.1 Sơ đồ nguyên lý mạch thu thập dữ liệu cảm biến
Ta sử dụng 3 cảm biến để: đo nhiệt độ, độ ẩm, ánh sáng. Mạch nguyên lý:
62
Hình 23: Sơ đồ nguyên lý của hệ thống
Mạch in:
Hình 24: Sơ đồ mạch in
63
Hình 25: Hình ảnh thực tế của sản phẩm
- Sau khi lắp xong mạch, ta nạp code measure_4_sensor.ino(để cùng thư mục với file doc) vào phần mềm arduino và upload.
- Mở Serial terminal (Shift+Ctrl+M), nếu thấy cập nhật dữ liệu cảm biến thì thành công.
3.2.2 Thiết lập mạng cho Arduino
- Gắn module Ethernet shield vào Arduino
- Gắn cable ethernet RJ45 vào shield, sau đó cấp nguồn cho Arduino
- Mở phần mềm Arduino, vào File> ExamPles> Enthernet> Dhcp Address Printer, chỉnh sửa địa chỉ MAC rồi upload code lên arduino. Nếu cửa sổ terminal hiện địa chỉ IP tức là kết nối mạng thành công.
Lưu ý: Ethernet chỉ hoạt động nếu có led đỏ, led vàng, led xanh trên shield sáng nhấp nháy (nếu không hoạt động thì bạn kiểm tra lại dây cáp enthernet). Địa chỉ MAC thường có sẵn ở mặt sau của Arduino (đối với arduino đời mới), nếu không tìm thấy thì có thể lấy ngẫu nhiên một địa chỉ MAC sao cho hiện thời nó là duy nhất ở trên internet.
- Ta có thể sử dụng Arduino như 1 websever để tạo một trang web trên mạng bằng IP được cấp ví dụ trên. Vào File >ExamPles>Enthernet>Websever, chỉnh sửa địa
64 chỉ MAC và IP rồi upload. Bạn có thể truy cập vào trang web băng địa chỉ IP để xem dữ liệu đã được upload.
- Với ví dụ websever, ta đã gửi dữ liệu lên internet thành công. Tuy nhiên để làm được nhiều thứ hơn thì chúng ta cần một máy chủ lớn hơn nhiều, đây sẽ là phần tiếp theo chúng ta sẽ tìm hiểu.
3.2.3 Truyền thông Internet
Ta thu thập dữ liệu từ Arduino, và cần một trang web để có thể theo dõi nó từ xa. Với ví dụ websever, ta đã sử dụng Arduino như một máy chủ web, tuy nhiên ta không thể làm được gì nhiều với dung lượng Ram của Arduino.
Vì vậy, bây giờ cần có một công cụ hỗ trợ để có thể lưu trữ dữ liệu lâu dài và hiển thị dữ liệu một cách trực quan cho người dùng. Có một số trang web cung cấp máy chủ miễn phí mà ta có thể sử dụng như : Xilely, 2lemetry, exosite, carritots, grovestream, thingspeak, opennenergymonitor.
Ta sẽ chọn Thingspeak cho đề tài này.
Thingspeak dễ dàng đăng ký và dễ dàng sử dụng với người bắt đầu với hệ thống lệnh API đơn giản. Nó có thể lưu trữ được dữ liệu khá lâu và hiển thị dữ liệu cảm biến bằng đồ thị trực quan. Tuy nhiên, Thingspeak sử dụng giao thức HTTP cũ, vì vậy mình khuyến khích các bạn sử dụng các trang web sử dụng HTTPS để phù hợp với các công nghệ tiên tiến nhất.
65 * Sử dụng Thingspeak:
- Đăng ký một tài khoản tại https://thingspeak.com/users/sign_up, tạo channel để lưu dữ liệu.
- Sau khi tạo channel, chú ý thông tin quan trọng của channel là API Keys (quyền đọc/ghi dữ liệu), sẽ dùng trong code.
- Bây giờ ta sẽ tiến hành gửi dữ liệu lên Thingspeak
- Vào phần mềm Arduino, mở file main.ino(cùng thư mục với file doc) - Sau khi chạy code, Thingspeak sẽ nhận được data như hình 29
Trang web giao tiếp với người dùng: http://iotapp.96.lt/
3.3 Mô hình thực nghiệm giám sát và điều khiển thông số nhiệt độ, độ ẩm và ánh sáng sử dụng truyền thông M2M ánh sáng sử dụng truyền thông M2M
Hình 27: Mô hình thực nghiệm cho vườn ươn cây chè
Với ý tưởng thiết kế một hệ thống mang tính ứng dụng vào đời sống hàng ngày, do vậy trên đây em đã thiết kế mô hình thực nghiệm dựa trên cấu trúc nền tảng của truyền thông M2M ứng dụng trong nông nghiệp, cụ thể là sử dụng cảm biển độ ẩm LM393, cảm biến nhiệt độ DS18B20 và cảm biến ánh sáng để giám giát 3 thông số
66 độ ẩm, ánh sáng và nhiệt độ cho mô hình vườn ươm. Từ các giá trị thu về của cảm biến mà ta có thể thấy được qua Internet người theo dõi sẽ đưa ra quyết định điều khiển thiết bị để thay đổi các tham số đó. Ví dụ như theo dõi tham số truyền về của cảm biến LM393 nếu thấy độ ẩm thấp quá mức quy định thì ta sẽ điều khiển cho máy bơm nước tưới cho cây cho phù hợp, tương tự cho các thông số khác. Tuy nhiên, bước đầu chỉ là thí nghiệm trên một diện tích rất nhỏ và các cảm biến có độ chính xác chưa cao. Quá trình theo dõi và điều khiển được thể hiện qua hình sau:
Hình 28: Kết quả hiển thị trên Thinkspeak.com
Nút “turn on” và “turn off “ trên hình trên là để điều khiển thiết bị qua Internet để thay đổi các tham số của cảm biến truyền về.
67 Trên hình trên em đã sử dụng 5 field của thingspeak để hiện thị, trong đó có 3 field là hiện thị tham số của cảm biến, 2 field còn lại là field Relay control cho biết trạng thái điều khiển là bật hay tắt thiết bị, field Relay status cho biết kết quả của quá trình điều khiển thiết bị thực.
Trường nhiệt độ cho phép ta theo dõi thông số nhiệt độ của vườn ươm, nếu nhiệt độ hớn hơn 280C thì nút “turn on” sẽ được bật lên để cho hệ thống quạt làm mát hoạt động. Trường độ ẩm cho phép ta theo dõi thông sô độ ẩm đất trong vườn ươm, nếu độ ẩm nhỏ hơn 80% thì nút “turn on” sẽ được bật để kích hoạt hệ thống máy bơm nước hoạt động, ngược lại nếu độ ẩm lớn hơn 85% thì nút “turn off” sẽ được bật để tắt hệ thống máy bơm. Tương tự cho trường ánh sáng, nếu ánh sáng nhỏ hơn 70% thì nút “turn on” sẽ được bật để kích hoạt hệ thống bóng đèn trong vườn ươm hoạt động.
* Tổng kết: Toàn bộ chương 3 tác giả đã trình bày chi tiết quá trình đấu nối hệ
thống cũng như thiết kế chi tiết từng module thu thập nhiệt độ, độ ẩm, ánh sáng cho vườn ươm cây chè tại vườn nhà tác giả với địa chỉ đã nói trên. Kết quả thu được trên thực tế như mạch cứng và các thông số được thể hiện trên giao diện Web như đã trình bày ở trên.
- Đánh giá hệ thống: hệ thống đảm bảo được hầu hết các yêu cầu đặt ra về việc thu thập và hiện thị dữ liệu thu được cũng như điều khiển quay trở lại các thiết bị dựa trên giới hạn các tham số thu được như nhiệt độ, ánh sáng, độ ẩm.
3.4 Kết luận
Đề tài có thể được ứng dụng trong đo đạc thời tiết các vùng trên đất nước. Nhưng có thể làm bộ phận cảnh báo, bảo vệ nhà, cảnh báo thiên tai (với các cảm biến phù hợp).
Đây chỉ là giao tiếp đơn giản giữa arduino với internet. Chúng ta hoàn toàn có thể đo nhiều dữ liệu khác và điều khiển arduino linh hoạt hơn nữa để tạo nhiều sản phẩm hữu ích hơn.
Để tăng tính cơ động của sản phẩm, chúng ta có thể thay ethernet bằng module wifi esp8266. Vẫn làm tương tự, nối dây esp8266 vào arduino phù hợp và chạy code main_with_wifi.ino. Chú ý: Với wifi thì cần cấp nguồn 3.3v bằng 1 nguồn riêng ( không nên dùng chân 3.3v của arduino).
Các mạng không dây hiện nay là chủ yếu là thiết kế cho truyền thông giữa người với người (H2H: human to human) với những yêu cầu cao về chất lượng dịch vụ,
68 độ trễ thiết lập cuộc gọi, khả năng di động, đáp ứng tính năng tương tác cao của con người. Bởi vì truyền thông M2M mang đến những yêu cầu rất khác so với truyền thông H2H truyền thống và hiện nay số lượng thiết bị truyền thông M2M càng ngày càng nhiều, mạng truy cập không dây chắc chắn sẽ phải được cải tiến để thích ứng với loại truyền thông mới này. Chủ đề truyền thông M2M thu hút được một sự quan tâm hết sức đặc biệt của cộng đồng nghiên cứu và công nghiệp gần