2 3.1 ĐIỀU KHIỂN, GIÁM SÁT MÔ HÌNH NHÀ YẾN BẰNG ĐIỆN THOẠI
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 (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Cảm biến quang trở - Điện áp làm việc: 3.3 ~ 5VDC. - Output: Digital. - Có thể điều chỉnh cường độ ánh sáng phát hiện bằng biến trở gắn trên cảm biến. - Kích thước: 3.2cm x 1.4cm. Có tích hợp sẵn opamp và biến trở so sánh mức tín hiệu giúp cho việc nhận biết tín hiệu trở nên dễ dàng.
Độ chính xác chưa cao.
BH1750 - Nguồn: 3~5VDC. - Giao tiếp: I2C.
- Khoảng đo: 1 -> 65535 lux. - Kích cỡ: 21*16*3.3mm.
Cảm biến có ADC nội và bộ tiền xử lý nên giá trị được trả ra là giá trị trực tiếp cường độ ánh sáng lux mà không phải qua bất kì xử lí hay tính toán nào thông qua giao tiếp I2C.
Không đo được cường độ ánh sáng hồng ngoại
TSL2561 - Nguồn: 3.3~5VDC
- Dòng điện tiêu thụ: 0.6mA. - Đo được cường độ ánh sáng thường và hồng ngoại (IR). - Giao tiếp: I2C mức TTL 3.3~5VDC.
- Khoảng đo: 0.1 ~ 40.000 Lux. - Kích cỡ: 20 x 14mm.
Độ ổn định và độ chính xác cao
Cảm biến có ADC nội và bộ tiền xử lý nên giá trị được trả ra là giá trị trực tiếp cường độ ánh sáng lux mà không qua bất kì xử lí nào nhờ thông qua giao tiếp I2C.
Khoảng đo ánh sáng nhỏ hơn BH1750.
Bảng 3.2 Thông số kĩ thuật và ưu nhược điểm của các cảm biến ánh sáng.
Tiến hành lựa chọn linh kiện: Từ yêu cầu thiết kế, thiết bị cần 1 cảm biến có thể
đo ánh sáng trong khoảng 0 – 100 lux. Qua bảng so sánh nhóm nhận thấy cảm biến cường độ sáng BH1750 đáp ứng được các yêu cầu. Cảm biến có ADC nội và bộ tiền xử lý nên giá trị được trả ra là giá trị trực tiếp cường độ ánh sáng lux mà không phải qua bất kì xử lí hay tính toán nào thông qua giao tiếp I2C. Bên cạnh đó giá thành của sản phẩm rẻ hơn so với cảm biến TSL2561. Vì vậy nhóm quyết định sử dụng cảm biến BH1750.
Chương 3. TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ
Hình3. 3 Sơ đồ nguyên lí khối cảm biến ánh sáng.
Trong sơ đồ nguyên lí khối ánh sáng, chân số 1 của cảm biến BH1750 là chân cấp nguồn, chân số 5 là chân nối đất, chân số 2 và số 3 là chân kết nối theo chuẩn I2C với Arduino Mega 2560. Chân số 4 là chân ADD là chân không sử dụng.
Nguyên lí hoạt động: Khi có cấp nguồn từ nguồn xung hoặc nguồn trực tiếp của
Arduino mega 2560, cảm biến BH1750 sẽ thu thập dữ liệu ánh sáng từ môi trường cần đo, chuyển đổi cường độ ánh sáng đo được sang kỹ thuật số và gửi giá trị về khối xử lí trung tâm thông qua giao tiếp I2C ở 2 chân SDA và SCL của Arduino Mega 2560.