2.2.9.1 Động cơ quạt tản nhiệt
Chương 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT Thông số kỹ thuật: - Điện áp hoạt động: 12VDC. - Dòng: 1A. - Công suất: 12W. - Kích thước: 12 x 12 x 2.5cm.
2.2.9.2 Loa gọi chim
Hình 2.17 Mạch loa. Thông số kỹ thuật:
- Điện áp hoạt động: 12VDC. - Dòng: 1A.
- Công suất: 12W.
2.2.9.3 Máy phun sương
Hình 2.18 Mạch phun sương. Thông số kỹ thuật:
- Điện áp hoạt động: 12VDC. - Dòng: 1A.
Chương 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.2.9.4 Máy sưởi Hình 2.19 Máy sưởi. Thông số kỹ thuật: - Cân nặng: 400g - Điện áp: 220V/50Hz. - Công suất: 1000W. 2.2.10Relay SRD12VDC
Relay là một chuyển mạch hoạt động bằng điện. Dòng điện chạy qua cuộn dây relay tạo ra một từ trường hút lõi sắt non làm thay đổi công tắc chuyển mạch. Dòng điện qua cuộn dây có thể được bật hoặc tắt vì thế relay có hai vị trí chuyển mạch qua lại. Các chân đấu nối và chân chuyển mạch của relay thường được kí hiệu là COM/POLE, NC và NO:
- COM/POLE: là nơi kết nối đường cấp nguồn chờ. - NC và NO là hai chân chuyển đổi.
Trong đó: NC là điểm thường đóng, chân COM/POLE được kết nối với NC khi cuộn dây rơle không nhiễm từ (khi 2 đầu cuộn dây không được cấp điện).
NO là điểm thường mở, COM/POLE được kết nối với NO khi cuộn dây rơle được từ hóa (được cấp điện).
Chương 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT
Thông số kĩ thuật của Relay SRD 12VDC bao gồm: - Điện áp điều khiển: 12V.
- Dòng cực đại: 10A.
- Thời gian tác động: 10ms, thời gian nhả hãm: 5ms. - Nhiệt độ hoạt động: -45°C ~ 75°C.
2.3GIỚI THIỆU ỨNG DỤNG TRÊN ĐIỆN THOẠI
2.3.1ĐIỀU KHIỂN, GIÁM SÁT MÔ HÌNH NHÀ YẾN BẰNG ĐIỆN THOẠI
Ngày nay, xã hội phát triển mãnh mẽ, kỹ thuật ngày càng hiện đại nên cuộc sống tiện ích cùng với những thiết bị thông minh đang là xu hướng chính. Hiện nay đa phần mỗi người trong chúng ta đều có một thiết bị smartphone dùng để liên lạc và trao đổi thông tin. Song song với đề tài thiết kế thi công hệ thống nhà yến thì nhóm nhận thấy việc ứng dụng đưa thông tin trạng thái của mô hình nhà yến lên điện thoại là một việc làm cần thiết để người nuôi dễ dàng nắm bắt tình trạng mô hình nhà yến của mình một cách nhanh nhất và hiệu quả nhất. Qua tìm hiểu nhóm nhận thấy app blynk là một app trên điện thoại phổ biến giúp chúng ta có thể khai thác và quản lí dữ liệu của thiết bị một cách tốt nhất, bên cạnh đó cũng dễ dàng giúp người dùng truy cập và quản lí hiệu quả nhất.
Hình 2.21 Hình ảnh giao diện app blynk.
Blynk là một ứng dụng chạy trên nền tảng iOS và Android để điều khiển và giám sát thiết bị thông qua internet. Blynk không bị ràng buộc với những phần cứng cụ thể nào cả, thay vào đó, nó hỗ trợ phần cứng cho bạn lựa chọn như Arduino, Raspberry Pi, ESP8266 và nhiều module phần cứng phổ biến khác [6].
Chương 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT
2.3.2 BẬT TẮT THIẾT BỊ NGOẠI VI THÔNG QUA TRỢ LÝ ẢO GOOGLE
2.3.2.1Tổng quan về Google Asisstant.
Google Assistant là một trợ lý cá nhân ảo được phát triển bởi Google. Đây là sự phát triển của tính năng Android có tên gọi Google Now, cung cấp cho bạn thông tin mà không cần bạn phải hỏi. Google Assistant là đối thủ cạnh tranh với Siri của Apple, Alexa của Amazon và Cortana của Microsoft. Hiện nay thời đại công nghệ phát triển, việc điều khiển các thiết bị thông qua trợ lí ảo không còn là xa lạ với các nước trên thế giới. Hiện tại ở Việt Nam thì Google Assistant đã có hỗ trợ tiếng việt giúp cho việc điều khiển Google Assistant trở nên dễ dàng hơn bao giờ hết.
2.3.2.2 Điều khiển thiết bị bằng giọng nói thông qua Google Assistant Tiếng Việt sử
dụng ESP8266, Blynk và IFTTT
Việc kết nối và điều khiển các thiết bị từ ESP8266 với Blynk thật sự dễ dàng. Nhưng để Blynk hiểu được những câu lệnh như bật đèn, tắt đèn... để truyền đến NodeMCU ESP8266 và thực thi hành động thì chúng ta cần liên kết với một trang Web làm trung gian có tên là IFTTT.
Hình 2.22 Liên kết điều khiển thiết bị bằng Google Assistant.
IFTTT - If This Then That là công cụ để có thể giúp tự động hoá các công việc hàng ngày. Đây là một trong những trợ lý ảo giúp mình rất nhiều trong quá trình xây dựng website [7]. Với IFTTT chúng ta có thể đặt câu lệnh thực thi cho google assistant. Các bước tiếp theo là chúng ta sẽ nhập địa chỉ wifi, nhập URL của Blynk Server và mã Token của App Blynk thông qua Web IFTTT để liên kết chúng lại với nhau. Kết quả có thể bật tắt thiết bị ngoại vi thông qua trợ lý ảo Google Assistant.
Chương 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.4GIỚI THIỆU VỀ WEBSITE
Mạng lưới vạn vật kết nối Internet hoặc là Mạng lưới thiết bị kết nối Internet viết tắt là IoT (tiếng Anh: Internet of Things) là một kịch bản của thế giới, khi mà mỗi đồ vật, con người được cung cấp một định danh của riêng mình, và tất cả có khả năng truyền tải, trao đổi thông tin, dữ liệu qua một mạng duy nhất mà không cần đến sự tương tác trực tiếp giữa người với người, hay người với máy tính. IoT đã phát triển từ sự hội tụ của công nghệ không dây, công nghệ vi cơ điện tử và Internet. Nói đơn giản là một tập hợp các thiết bị có khả năng kết nối với nhau, với Internet và với thế giới bên ngoài để thực hiện một công việc nào đó. IOT có ứng dụng rộng lớn vô cùng, có thể kể tới như: dùng trong quản lí các thiết bị cá nhân, mua sắm thông minh, các thiêt bị đồng hồ đo thông minh. Song song với đề tài thi công hệ thống nhà yến, nhóm nhận thấy việc ứng dụng IOT để điều khiển các thiết bị bên trong mô hình nhà yến là việc làm cần thiết và hiệu quả. Người dùng qua đó có thể dễ dàng theo dõi các thông số và điều khiển trực tiếp các thiết bị trong nhà yến thông qua kết nối internet. Việc thiết kế website để ứng dụng vào quá trình nông nghiệp và đặc biệt là nuôi yến giúp ích và đỡ công sức cho người nuôi chim rất nhiều. Vì những lí do trên nên nhóm thực hiện quyết định thiết kế website trong mô hình quản lí nhà yến.
Chương 3. TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ
Chương 3. TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ
3.1YÊU CẦU THIẾT KẾ
Qua khảo sát thực tế và vận dụng những kiến thức đã học, nhóm thực hiện thiết kế một hệ thống quản lý nhà yến trong đó bao gồm các chức năng sau:
- Hệ thống hoạt động ổn định trong khoảng nhiệt độ từ 20oC đến 50oC. - Hệ thống hoạt động ổn định trong khoảng độ ẩm từ 60% đến 90%. - Hệ thống hoạt động ổn định trong khoảng ánh sáng 0 lux – 30 lux. - Thiết bị có thể đo thời gian thực.
- Thiết bị có thể hiển thị LCD các thông số của nhà yến bao gồm: • Hiển thị nhiệt độ, độ ẩm, ánh sáng, thời gian thực.
• Hiển thị các trạng thái của thiết bị ngoại vi bao gồm: loa, quạt, máy sưởi, máy phun sương, động cơ servo.
- Thiết bị có thể bật tắt tự động và bằng tay các thiết bị ngoại vi bao gồm: • Hệ thống gọi chim yến: Loa.
• Hệ thống tăng độ ẩm: Máy phun sương. • Hệ thống tăng nhiệt độ: Máy sưởi. • Hệ thống làm mát: Quạt tản nhiệt.
• Hệ thống tăng giảm ánh sáng: Động cơ servo.
- Thiết bị có khả năng xử lí các dữ liệu từ cảm biến thu được từ môi trường bên ngoài, qua đó xử lí và điều khiển bật tắt các thiết bị ngoại vi tự động.
- Thiết bị có thể kết nối wifi và truyền nhận từ xa các dữ liệu, có chống nhiễu trên đường truyền.
- Thiết bị có thể truyền nhận dữ liệu với điện thoại bằng ứng dụng, bao gồm: • Hiển thị các thông số trong nhà yến về ánh sáng, nhiệt độ, độ ẩm.
• Hiển thị trạng thái động cơ servo tăng giảm ánh sáng trong mô hình nhà yến. • Điều khiển các thiết bị ngoại vi bằng nút nhấn trên ứng dụng điện thoại. - Thiết bị có thể giao tiếp với Google Assistant.
- Thiết bị có thể truyền nhận dữ liệu với Website, bao gồm:
• Hiển thị thông tin các thông số nhiệt độ, độ ẩm, ánh sáng trên Website. • Có thể điều khiển các thiết bị ngoại vi từ Website.
Chương 3. TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ
Từ những yêu cầu đặt ra, nhóm thực hiện tiến hành đi thiết kế sơ đồ khối, tính toán thiết kế mạch và tiến hành lựa chọn linh kiện cho mạch.
3.2SƠ ĐỒ KHỐI VÀ CHỨC NĂNG
3.2.1Sơ đồ khối
Từ yêu cầu thiết kế đặt ra, tiến hành thiết kế sơ đồ khối của hệ thống bao gồm các khối: khối cảm biến, khối thời gian thực, khối xử lí trung tâm, khối hiển thị và khối điều khiển các thiết bị ngoại vi. Để cho thiết bị hoạt động thì cần khối nguồn cấp cho toàn mạch.
Chương 3. TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ
3.2.2Nguyên lý hoạt động và chức năng từng khối
Sơ đồ khối bao gồm 6 khối, chức năng của từng khối như sau:
- Khối nguồn: Cung cấp nguồn cho toàn bộ các khối.
- Khối xử lí trung tâm và kết nối internet, kết nối điện thoại: Điều khiển toàn
bộ hoạt động của bộ điều khiển - quản lí truyền và nhận dữ liệu với websever, điều khiển thiết bị. Truyền nhận dữ liệu với điện thoại để điều khiển qua điện thoại từ xa.
- Khối cảm biến: Đọc giá trị của các cảm biến đưa vào khối xử lý.
- Khối thời gian thực: Khối có nhiệm vụ cung cấp giá trị thời gian thực cho thiết
bị. Nhờ thời gian thực, thiết bị có thể hoạt động đúng so với thời gian thực tế. Khối xử lý sẽ lấy thời gian này nhằm so sánh với điều kiện để bật tắt thiết bị loa, máy phun sương, máy sưởi và quạt.
- Khối hiển thị: Hiển thị thông tin các giá trị cảm biến và trạng thái hoạt động
của các thiết bị.
- Khối điều khiển thiết bị ngoại vi: Khối có nhiệm vụ nhận tín hiệu từ khối xử
lý để điều khiển ngõ ra relay đóng mở khóa các thiết bị ngoại vi gồm: loa, máy phun sương, máy sưởi, quạt.
3.3TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ MẠCH
3.3.1Khối cảm biến
3.3.1.1 Khối cảm biến nhiệt độ, độ ẩm
Cảm biến nhiệt độ, độ ẩm dùng để đo nhiệt độ và độ ẩm của môi trường. Tất cả thông số sẽ được đưa vào khối xử lí trung tâm để so sánh với điều kiện nhiệt độ, độ ẩm của chim yến, qua đó điều chỉnh cho thích hợp. Hiện nay trên thị trường có rất nhiều loại cảm biến đo nhiệt độ, độ ẩm như cảm biến nhiệt độ LM35, cảm biến nhiệt độ DHT11, DHT22. Thông số kĩ thuật của các loại cảm biến nhiệt độ, độ ẩm được đưa ra như bảng sau:
Tên Thông số nổi bật Ưu điểm Nhược điểm
DHT22 - Điện áp hoạt động: 5V.
- Khoảng đo độ ẩm: 0% – 100% RH sai số 2% RH.
- Khoảng đo nhiệt độ: -40 ~ 80 độ C sai số 0.5% độ C.
- Tần số lấy mẫu tối đa 0.5Hz (2 giây / lần). - Kích thước: 28mm x 12mm x 10mm. Có độ chính xác cao và khoảng đo hoạt động rộng hơn cảm biến DHT11. Chỉ có thể nhận được dữ liệu mới từ nó mỗi 2 giây một lần, vì vậy khi sử dụng thư viện đọc cảm biến có thể lên tới 2 giây.
Chương 3. TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ
SHT10 - Cảm biến hoạt động với logic 3V hoặc 5V.
- Kích thước: đường kính 14mm, dài 50mm, chiều dài cáp: 1 mét.
- Đo độ ẩm với độ chính xác 4,5%. - Đo nhiệt độ với độ chính xác 0.5 độ C.
Có lớp vỏ chống thấm nước. Có thể được dùng để cảm nhận thời tiết bên ngoài. Thường sử dụng trong đo độ ẩm đất và giá thành khá cao.
LM35 - Điện áp đầu vào từ 4V đến 30V, điện áp ra: -1V đến 6V.
- Công suất tiêu thụ là 60uA. - Độ phân giải điện áp đầu ra là 10mV/độC. - Độ chính xác cao ở 25 C là 0.5 C. - Độ chính xác thực tế: 1/4°C ở nhiệt độ phòng. Có điện áp Analog đầu ra tuyến tính theo nhiệt độ thường được sử dụng để đo nhiệt độ của môi trường hoặc theo dõi nhiệt độ của thiết bị, cảm biến có kiểu chân TO-92 với chỉ 3 chân rất dễ giao tiếp và sử dụng.
Chỉ sử dụng để đo được nhiệt độ, chưa đo được độ ẩm.
DHT11 - Điện áp hoạt động: 5VDC. - Chuẩn giao tiếp: TTL, 1 wire.
- Khoảng đo độ ẩm: 20%-80%RH sai số ± 5%RH.
- Khoảng đo nhiệt độ: 0-50°C sai số ± 2°C.
- Tần số lấy mẫu tối đa 1Hz (1 giây / lần). - Kích thước: 28mm x 12mm x10m. Cảm biến tích hợp đo được nhiệt độ và độ ẩm, độ chính xác khá cao, tín hiệu ngõ ra dạng số, rất dễ lấy dữ liệu thông qua giao tiếp 1-wire.
Khoảng đo hoạt động nhỏ hơn DHT22.
Bảng 3.1 Thông số kĩ thuật và ưu nhược điểm của các cảm biến nhiệt độ, độ ẩm.
Tiến hành lựa chọn linh kiện: Từ yêu cầu thiết kế, thiết bị cần 1 cảm biến có thể đo
nhiệt độ ở 0-50°C, độ ẩm đo được trong khoảng 0-90%. Nhận thấy cảm biến DHT11 đáp ứng được các yêu cầu. Cảm biến DHT11 tích hợp đo được nhiệt độ và độ ẩm, độ chính xác khá cao, tín hiệu ngõ ra dạng số, rất dễ lấy dữ liệu thông qua giao tiếp 1-wire. Bên cạnh đó cảm biến có mức giá thành phù hợp nên nhóm quyết định sử dụng cảm biến trong thiết bị.
Chương 3. TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ
Sau khi lựa chọn được linh kiện, tiến hành thiết kế sơ đồ nguyên lí khối cảm biến nhiệt độ, độ ẩm.
Hình 3.2 Sơ đồ nguyên lí khối nhiệt độ, độ ẩm.
Trong sơ đồ nguyên lí khối nhiệt độ, chân số 1 của cảm biến DHT là chân cấp nguồn, chân số 3 là chân nối đất, chân số 2 là chân DATA, là chân dữ liệu giao tiếp theo chuẩn một chân vi xử lý. Dữ liệu ngõ ra của cảm biến DHT11 là dạng số, có thể dùng bất cứ vi điều khiển nào để lấy dữ liệu ra. Dữ liệu ngõ ra được kết nối vào chân GPIO10. Dữ liệu độ ẩm mà cảm biến đo được mức từ 20% ~ 90%. Nhiệt độ đo từ 0 ~ 50 độ C. Nguồn hoạt động 3-5V nên có thể lấy nguồn trực tiếp từ Arduino mega 2560 hay lấy từ nguồn xung.
3.3.1.2 Khối cảm biến ánh sáng
Cảm biến đo cường độ ánh sáng là thiết bị dùng để đo cường độ ánh sáng của môi trường. Thông số thu được quy chuyển về giá trị số theo đơn vị chung là Lux. Qua đó người dùng có thể đọc được cường độ ánh sáng trong môi trường cần đo và áp dụng cho nhu cầu sử dụng. Trong mô hình nhà nuôi chim yến, việc trang bị cảm biến ánh sáng để đo cường độ sáng và điều chỉnh lượng ánh sáng phù hợp với tập tính sống của loài chim yến là cần thiết. Hiện nay trên thị trường có nhiều loại cảm biến ánh sáng như: cảm biến quang trở, cảm biến BH1750 FVI, TL2561. Mỗi loại có ưu nhược điểm khác nhau và được trình bày như bảng sau:
Chương 3. TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ
Tên Thông số nổi bật Ưu điểm Nhược điểm
Cảm biến quang trở - Điện áp làm việc: 3.3 ~ 5VDC. - Output: Digital. - Có thể điều chỉnh cường độ