3.3.2.1. Module ESP 8266
ESP8266 là một mạch vi điều khiển dùng để điều khiển các thiết bị điện tử. Thêm vào đó nó được tích hợp wi-fi 2.4GHz có thể dùng cho lập trình. Module có khả năng kết nối Internet qua mạng Wi-Fi một cách nhanh chóng và sử dụng rất ít linh kiện đi kèm. Hiện nay tất cả các dòng chip ESP8266 trên thị trường đều mang nhãn ESP8266EX, là phiên bản nâng cấp của ESP8266, ví dụ như: ESP8266E01, ESP8266 E02, ESP8266 E06, ESP8266 E10, ESP8266 E11, ESP8266 E12, ESP8266 E12E…. [23]
Hình 3.5. Module ESP8266
Module ESP8266 là kít phát triển dựa trên nền chíp WiFi SoC ESP8266 với thiết kế dễ dàng sửa dụng vì tích hợp sẵn mạch nạp sử dụng chíp CP2102 trên borad. Bên trong ESP8266 có sẵn một lõi vi xử lý vì thế có thể trực tiếp lập trình cho ESP8266 mà không cần thêm bất kì vi xử lý nào nữa. Hiện tại có hai ngôn ngữ thông dụng nhất có thể lập trình cho ESP8266 là sử dụng trực tiếp phần mềm IDE của Arduino để lập trình với bộ thư viện riêng hoặc sử dụng phần mềm Node MCU.
Thông số kĩ thuật
- WiFi: 2.4 GHz hỗ trợ chuẩn 802.11 b/g/n - Điện áp hoạt động: 2.5-3.6V - Điện áp đầu vào (khuyên dùng): 7-12V - Điện áp đầu vào (giới hạn): Max 3.6V
- Chân Digital I/O: 11
- Chân PWM Digital I/O: 10 chân trừ chân D0 - Chân đầu vào Analog: 1 chân 10bit (max 3.3V) - Dòng sử dụng I/O Pin: 70mA
- Dòng sử dụng 3.3V Pin: MAX 200mA
- Bộ nhớ Flash: 4MB – MAX 16MB
- Bộ nhớ: 128 KB
- Kích thước: 49 x 24.5 x 13mm.
- Giao tiếp: Cable Micro USB ( tương đương cáp sạc điện thoại ) - Hỗ trợ bảo mật: WPA/WPA2
- Tích hợp giao thức TCP/IP
- Lập trình trên các ngôn ngữ: C/C++, Micropython,…
Bộ vi xử lý ESP8266EX tích hợp bộ xử lý RISC 32-bit của Tensilica L106, đạt được mức tiêu thụ điện năng cực thấp và đạt tốc độ xung nhịp tối đa 160 MHz. Hệ điều hành thời gian thực (RTOS) và ngăn xếp WiFi cho phép khoảng 80% sức mạnh xử lý có sẵn để lập trình và phát triển ứng dụng người dùng. Được thiết kế cho các thiết bị di động, thiết bị điện tử có thể đeo và các ứng dụng IoT, ESP8266EX đạt được mức tiêu thụ điện năng thấp với sự kết hợp của một số công nghệ độc quyền. Kiến trúc tiết kiệm năng lượng có ba chế độ hoạt động: Chế độ hoạt động, chế độ ngủ và chế độ ngủ sâu. Điều này cho phép thiết kế chạy bằng pin chạy lâu hơn.
Đặc biệt, ESP8266EX có 17 chân GPIO có thể được gán cho các chức năng khác nhau bằng cách lập trình các thanh ghi thích hợp. Mỗi GPIO có thể được cấu hình với pull-up bên trong hoặc pull-down, hoặc thiết lập trở kháng cao, và khi được cấu hình làm đầu vào, dữ liệu được lưu trong các thanh ghi nhớ, đầu vào có thể cũng được đặt thành các ngắt CPU kích hoạt cạnh hoặc kích hoạt cấp. Các chân này có thể được ghép với các chức năng khác như I2C, I2S, UART, PWM,…
Đối với các hoạt động điện năng thấp, các GPIO cũng có thể được thiết lập để giữ trạng thái hoạt động ví dụ, khi chip bị tắt, tất cả tín hiệu cho phép đầu ra có thể được đặt ở mức thấp.
3.3.2.2. Cảm biến nhiệt độ, độ ẩm DHT11
Hình 3.6 Cảm biến nhiệt độ, độ ẩm DHT11
Cảm biến độ ẩm và nhiệt độ DHT11 lấy dữ liệu thông qua giao tiếp 1 wire (giao tiếp digital 1 dây truyền dữ liệu duy nhất). Bộ tiền xử lý tín hiệu tích hợp trong cảm biến giúp có được dữ liệu chính xác mà không phải qua bất kỳ tính toán nào. [24]
Thông số kỹ thuật:
- Điện áp đầu vào từ 3 đến 5VDC. - Kích thước 15x12x5.5mm.
- Đo tốt ở dải nhiệt độ từ 0 đến 50 độ C sai số +/- 2 độ C. - Đo tốt ở độ ẩm 20 - 80 % RH. Sai số 5%.
- Tần số lấy mẫu tối đa 1%.
- DHT11 gửi và nhận dữ liệu với một dây tín hiệu DATA, với chuẩn dữ liệu truyền 1 dây phải đảm bảo sao cho ở chế độ chờ (idle) dây DATA có giá trị ở mức cao, nên trong mạch sử dụng DHT11, dây DATA phải được mắc với một trở kéo bên ngoài (thông thường giá trị là 4.7kΩ).
3.3.2.3. Cảm biến độ ẩm đất
Cảm biến độ ẩm đất có thể hiển thị chính xác thông số độ ẩm đất. 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 ẩm của đất đạt ngưỡng thiết lập, đầu ra DO sẽ chuyển trạng thái từ mức thấp lên mức cao. [25]
Thông số kỹ thuật
- Kích thước PCB: 3cm * 1.6cm - VCC: 3.3V-5V
- DO: Đầu ra tín hiệu số (0 và 1)
- AO: Đầu ra Analog (Tín hiệu tương tự)
Hình 3.7 Cảm biến độ ẩm đất và LM393
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.
3.3.2.4. Cảm biến mức nước
Cảm biến mức nước được sử dụng là một loại phao điện từ có hoạt động như một công tắc từ. [26]
Bình thường hai tiếp điểm của phao khi chưa có nước tiếp xúc sẽ ở trạng thái đóng, khi có mực chất lỏng làm phao nổi lên sẽ chuyển trạng thái. Thường được sử dụng để cảnh báo mực nước đầy, hệ thống bơm tưới tự ngắt.
Hình 3.8. Cảm biến mức nước
Thông số kỹ thuật:
- Dòng tiêu thụ: Tối đa 300mA - Tuổi thọ: 100 triệu lần đóng/ngắt.
- Nhiệt độ làm việc: 85oC - Áp suất làm việc: 1Mpa - Áp lực: 1Mpa
3.3.2.5. Module relay 2 kênh
Module relay 2 kênh được thiết kế nhỏ gọn và có khả năng chống nhiễu tốt, transistor giúp cách ly hoàn toàn mạch vi điều khiển với rơ le bảo đảm vi điều khiển hoạt động ổn định. [27]
Hình 3.9. Module Relay 2 kênh 5V
Thông số kỹ thuật: - Trọng lượng: 31g - Điện áp nuôi: DC 5V - 2 led báo trạng thái relay
- Đầu ra điện thế đóng ngắt tối đa: DC 30V / 10A, AC 250V / 10A - Điện áp cung cấp: 5V DC
- Dòng điện hoạt động: >100mA
- Tải max: 250V 10A AC hoặc DC 30V 10A - Kích thước: 50x45 mm
3.3.2.6. Máy bơm 12V
Hình 3.10. Máy bơm 12V Thông số kỹ thuật:
- Điện áp làm việc: 12VDC - Dòng không tải: 0,23A
- Lưu lượng: 2-3 lít / phút (12V) - Áp suất đầu ra: 1-2,5 kg
- Độ sâu hút đạt được: 1-2,5 mét
- Tuổi thọ làm việc bình thường: 2-3 năm - Bơm đường kính: 35mm – 40mm