Module cảm biến độ ẩm đất gồm hai phần:
+ Đầu dò: Hai đầu đo của đầu dò được cắm vào đất để phát hiện độ ẩm. Dùng dây nối giữa cảm biến và module chuyển đổi, khi độ ầm của đất đạt ngưỡng thiết lập, đầu ra DO sẽ chuyển trạng thái từ mức thấp lên mức cao. Thông tin về độ ẩm đất sẽ được đọc về và gởi tới module chuyển đổi.
+ Module chuyển đổi: Module chuyển đổi có cấu tạo chính gồm một IC so sánh LM393, một biến trở, 4 điện trở dán 100 ohm và 2 tụ dán. Biến trở có chức năng định ngưỡng so sánh với tín hiệu độ ẩm đất đọc về từ cảm biến. Ngưỡng so sánh và tín hiệu cảm biến sẽ là 2 đầu vào của IC so sánh LM393. Khi độ ẩm thấp hơn ngưỡng định trước, ngõ ra của IC là mức cao (1), ngược lại là mức thấp (0).
2.4.4.1 Thông số kỹ thuật:
Điện áp hoạt động: 3.3V-5V
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)
28
2.4.4.2 Ứng dụng
Module cảm biến độ ẩm đất có thể được sử dụng cho các ứng dụng nơng nghiêp, tưới nước tự động cho các vườn cây khi đất khô, hoặc dùng trong các ứng dụng của hệ thống nhà thông minh.
2.4.5 Cảm biến ánh sáng
Cảm biến ánh sáng quang trở CDS có tích hợp sẵn Op-amp và biến trở so sánh mức tín hiệu giúp cho việc nhận biết tín hiệu trở nên dễ dàng, cảm biến ánh sáng này thường dùng để nhận biết, bật tắt thiết bị theo cường độ ánh sáng mơi trường.
Hình 2.12: Cảm biến ánh sáng
2.4.5.1 Thông số kỹ thuật
Điện áp hoạt động 3.3 – 5 V
Kết nối 4 chân với 2 chân cấp nguồn (VCC và GND) và 2 chân tín hiệu ngõ ra
(AO và DO).
Hỗ trợ cả 2 dạng tín hiệu ra Analog và TTL. Ngõ ra Analog 0 – 5V tỷ lệ thuận
với cường độ ánh sáng, ngõ TTL tích cực mức thấp.
Độ nhạy cao với ánh sáng được tùy chỉnh bằng biến trở .
Kích thước 32 x 14mm
2.4.5.2 Ứng dụng
29
Điều khiển đèn chiếu sáng tự động
Hệ thống cảnh báo chống trộm sử dụng kết hợp với module lazer
Đo nhịp tim
Truyền tải dữ liệu bằng thu nhận xung laser
2.4.6 Cảm biến dịng ACS712 5A
Hình 2.13:Cảm biến dịng ACS712 5A
Cảm biến dòng điện sử dụng IC ACS712 dùng để do dịng lên đến 5A. Đặc biệt đường tín hiệu analog tỉ lệ nhiễu thấp.
Khi đo DC
+ Ta mắc tải nối tiếp Ip+ và Ip- , dòng điện sẽ đi từ Ip+ đến Ip- sẽ tạo ra Vout từ 2.5V đến 5V tương ứng là 0 đến 5A. Nếu mắc ngược lại thì Vout sẽ từ 2.5 đến 0V và dòng ra sẽ là từ 0 đến -5A. Ban đầu khi chưa có Ip Vout sẽ là 2.5V, khi có Ip thì dựa vào Ip dần tiến tới 0 hay dần tiến tới 5V để t có thể xác định được chiều của dịng điện.
Khi đo AC
+ Với AC thì ta khơng cần quan tâm đến chiều ta cấp 5V khi chưa có Ip thì Vout = 2.5V, khi có dịng xoạy chiều Ip đo dịng thay đổi theo hình sin nên Vout sẽ thay đổi từ 0 đến 5V tương ứng là -5A ~ 5A
30
2.4.6.1 Thông số kỹ thuật:
Nguồn cấp 5V
Điện trở dây dẫn trong là 1.2mΩ.
Độ nhạy đầu ra từ 94 - 104mV/A
Thời gian đáp ứng ngõ vào là 5us
Đo được cả AC và DC
2.4.6.2 Ứng dụng
Dùng để đo dòng điện AC/DC, cảm biến có kích thước nhỏ gọn, dễ kết nối, giá trị trả ra là điện áp Analog tuyến tính theo cường độ dịng điện cần đo nên rất dễ kết nối và lập trình với Vi điều khiển, thích hợp với các ứng dụng cần đo dịng AC/DC với độ chính xác cao.
2.4.7 Module L298
Có khả năng điều khiển 2 động cơ DC, dòng tối đa 2A mỗi động cơ, mạch tích hợp diod bảo vệ và IC nguồn 7805 giúp cấp nguồn 5VDC cho các module khác (chỉ sử dụng 5V này nếu nguồn cấp <12VDC).
31
2.4.7.1 Thông số kỹ thuật
Có 2 bộ cầu H
Sử dụng IC cơng suất L298N (ST NEW)
Điện áp tín hiệu 5V/ 0mA-36mA
Điện áp hoạt động động cơ 5V-35V
Dòng điều khiển động cơ 2A/1 mạch cầu H
Nhiệt độ hoạt động -20 tới +135
Công suất đầu ra 1 cầu H 25W
Trọng lượng 30g
Kích thước 43*43*27mm
2.4.7.2 Ứng dụng
Mạch điều khiển động cơ DC L298 dễ sử dụng, chi phí thấp, dễ lắp đặt, là sự lựa chọn tối ưu trong tầm giá.
2.4.8 LCD I2C 1602
32
2.4.8.1 Thông số kỹ thuật:
Điện áp hoạt động là 5 V.
Địa chỉ I2C: 0x27 (có thể thay đổi theo đơn hàng của nhà sản xuất)
Màu: Xanh lá
Kích thước lỗ bắt ốc: 74mm x 30mm
Kích thước của mạch: 80mm x 36mm x 19m
Trọng lượng 38g
2.4.8.2 Chức năng của từng chân LCD 1602:
Chân số 1 VSS : chân nối đất cho LCD được nối với GND của mạch điều khiển Chân số 2 VDD : chân cấp nguồn cho LCD, được nối với VCC=5V của mạch điều khiển
Chân số 3 VE : điều chỉnh độ tương phản của LCD
Chân số 4 RS : chân chọn thanh ghi, được nối với logic "0" hoặc logic "1":
+ Logic “0”: Bus DB0 - DB7 sẽ nối với thanh ghi lệnh IR của LCD (ở chế độ “ghi” - write) hoặc nối với bộ đếm địa chỉ của LCD (ở chế độ “đọc” - read)
+ Logic “1”: Bus DB0 - DB7 sẽ nối với thanh ghi dữ liệu DR bên trong LCD Chân số 5 R/W : chân chọn chế độ đọc/ghi (Read/Write), được nối với logic “0” để ghi hoặc nối với logic “1” đọc
Chân số 6 E : chân cho phép (Enable). Sau khi các tín hiệu được đặt lên bus DB0-DB7, các lệnh chỉ được chấp nhận khi có 1 xung cho phép của chân này như sau:
+ Ở chế độ ghi: Dữ liệu ở bus sẽ được LCD chuyển vào thanh ghi bên trong khi phát hiện một xung (high-to-low transition) của tín hiệu chân E
+ Ở chế độ đọc: Dữ liệu sẽ được LCD xuất ra DB0-DB7 khi phát hiện cạnh lên (low-to-high transition) ở chân E và được LCD giữ ở bus đến khi nào chân E xuống mức thấp
Chân số 7 đến 14 - D0 đến D7: 8 đường của bus dữ liệu dùng để trao đổi thơng tin với MPU. Có 2 chế độ sử dụng 8 đường bus này là: Chế độ 8 bit (dữ liệu được
33
truyền trên cả 8 đường, với bit MSB là bit DB7) và Chế độ 4 bit (dữ liệu được truyền trên 4 đường từ DB4 tới DB7, bit MSB là DB7)
Chân số 15 A : nguồn dương cho đèn nền Chân số 16 K : nguồn âm cho đèn nền
2.4.8.3 Ứng dụng
Màn hình text LCD 1602 kèm module I2C sử dụng driver HD44780, có khả năng hiển thị 2 dịng với mỗi dịng 16 ký tự, màn hình có độ bền cao, rất phổ biến, nhiều code mẫu và dễ sử dụng thích hợp cho những người mới học và làm dự án.
Màn hình LCD được hàn sẵn module giao tiếp I2C giúp việc giao tiếp được dễ dàng và nhanh chóng hơn rất nhiều, người dùng không phải tốn công hàn i2c, mà giá thành lại rẻ hơn mua từng món.
2.4.9 Bơm 12v
Hình 2.16: Hình ảnh bơm 12V
Máy bơm mini áp lực 12V 12W 2L sử dụng bơm nước chất lỏng, bơm nước máy khoan máy cắt, bơm nước máy CNC và hê thống tưới. Đây là loại máy bơm có áp lực sử dụng điện 12V DC và có kịch thước nhỏ gọn mini. Máy bơm mini tiện lợi chất lượng sử dụng cho nhiều việc trong cuộc sống.
34
Máy bơm mini áp lực 12V 12W 2L là dòng máy bơm mini nhỏ với công xuất tiêu thụ 12w và lưu lượng 2 lít/phút có khả năng tự hút. Được dùng bơm thực phẩm, bơm làm mát máy khoan, bơm định lượng, bơm nước hồ cá, bơm tưới và bơm chất lỏng khác. 2.4.9.1 Thông số kỹ thuật: Điện áp: 9V ~ 12V DC Công xuất: 12 W Áp lực: < 0.1 Mpa Lưu lượng: 2.0 L/phút Ống nước vào ra: 10 mm. Tự hút nước cao 1 mét. Đẩy cao trên 2 mét
Đầu bơm công nghệ mới chất lượng. Motor lõi đồng tuổi thọ cao.
Motor 385 12V chất lượng.
Chất liệu: Đồng - Gang - Nhựa ABS. Kích thước: 90 x 40 x 35 mm.
Trọng lượng: 110 gam.
Sử dụng nguồn điện ắc quy 12V 1.5Ah trở lên. Sử dụng biến thế adapter 12V 2A trở lên.
2.4.9.2 Ứng dụng
Dùng làm máy bơm vệ sinh xe, rửa xe. Dùng làm máy phun tưới cây. Dùng làm máy bơm phun sương, tưới lan,… Dùng làm máy bơm nước vào bể chứa. Dùng làm bơm thực phẩm. Dùng làm máy bơm trợ lực máy giặt. Dùng làm bơm làm mát hệ thống.
35
2.4.10 Đèn led 12v
Hình 2.17: Đèn led 12v
+ Sử dụng :
Led thanh 12V dài 1m, có thể cắt ngắn đoạn 4.5cm. Các trường hợp đã cắt mà đầu nối lại với nhau phải sử dụng dây diện rời và dùng đầu hàn thiếc
Tính cơng suất khi chọn nguồn: 1 bộ nguồn 12V 5A ~60w, Tức là nguồn Max tải là 60w, trên thực tế chỉ nên sử dụng tải đến 85% tức là công suất sử dụng tối đa là 51w. tương đương khoảng 3,6m led thanh => một bộ nguồn 12V 10A sử dụng được cho 7,2m led thanh
Cố định thanh led 12V bằng máng U nhôm hoặc máng V nhôm. Khi hoạt động thanh led phát nhiệt khá nóng nên khơng dùng keo 502, băng dính 2 mặt hoặc một số loại keo không chịu nhiệt. Khơng đấu nối tiếp q 4m led thanh vì mạch dẫn điện trên thanh led Max công suất là 60w (tương đương 4m).
36
Chương 3: PHƯƠNG PHÁP GIẢI QUYẾT
3.1 Giới thiệu mơ hình
Mơ hình mà nhóm thực hiện cũng chính là mơ hình thực nghiệm, vậy nên mơ hình thiết kế và thi Cơng phải đáp ứng được các yêu cầu sau:
Hiển thị được giá trị nhiệt độ, độ ẩm khơng khí và độ ẩm đất.
Điều khiển được các thiết bị ngoại vi bằng hai hình thức: bằng tay và tự động.
Mơ hình đạt được sự ổn định và tính chính xác cao.
Phù hợp với điều kiện kinh tế.
3.2 Tính tốn và thiết kế hệ thống 3.2.1 Thiết kế sơ đồ khối của hệ thống.
Internet + Server blynk Khối cảmbiến + DHT- 11 + Cảm biến ánh sấng + Cảm biến độ ẩm đất Khối chấp hành + Module L298 + Động cơ bơm + Đèn Khối xử lý Esp32
Khối điều khiển + Nút bấm
+ App điện thoại
Khối giám sát + LCD1602
+ App điện thoại
37
Khối điều xử lý Esp32
Khối điều khiển trung tâm sử dụng ESP32 có hiệu năng cao, dùng để điều khiển các thiết bị khác trong hệ thống:
Điều khiển đọc dữ liệu từ cảm biến.
Truyền dữ liệu lên web qua thiết bị trung gian.
Khối cảm biến:
Bao gồm cảm biến nhiệt độ, cảm biến độ ẩm có tính chính xác cao, dùng để thu thập dữ liệu về nhiệt độ, đổ ẩm xung quanh đối tượng canh tác, từ đó đưa tín hiệu về khối điều khiển trung tâm, so sánh với giá trị đặt trước, rồi sau đó khối điều khiển trung tâm sẽ xử lý để phù hợp với yêu cầu của giá trị đặt trước.
Khối giám sát :
Khối hiển thị sử dụng màn hình trực tiếp từ smartphone dùng để hiển thị số liệu đọc được từ khối cảm biến.
Khối điều khiển
Nhận tín hiệu từ để điều khiển các thiết bị (thiết bị hoạt động dựa trên tín hiệu của cảm biến, được lập trình từ khối điều khiển).
Internet blynk
Nhận dữ liệu từ khối điều khiển trung tâm, hiển thị trạng thái hoạt động của các thiết bị ngoại vi, giá trị đọc được từ các cảm biến và điều khiển hoạt động của thiết bị. [7]
38
3.3 Sơ đồ nguyên lý
Hình 3.2: Sơ đồ nguyên lí + Nguyên lý hoạt động
Hệ thống hoạt động ở 2 chế độ Manual và Auto, chúng ta thay đổi chế độ bằng nút nhấn điều khiển tại mơ hình hoặc trên app điện thoại
Hệ thống vẫn hoạt động bình thường khi mất kết nối với wifi
Ở chế độ manual điều khiển tắt mở các thiết bị bằng nút nhấn tại mơ hình hoặc app trên điện thoại, hiển thị dữ liệu cảm biến trên LCD và điện thoại
Ở chế độ auto hệ thế sẽ kiểm tra dữ liệu đọc từ cảm biến để so sánh với giá trị hạn mức được cài đặt trên app
Nếu độ ẩm đất thấp dưới mức cài đặt hệ thống sẽ tự động bật bơm tưới và hiển thị trên app cho đến khi độ ẩm đất đạt mức yêu cầu
Hệ thống đọc cảm biến ánh sáng để điều khiển mức sáng của đèn, trời càng tối đèn càng sáng và ngược lại. (Khoa T. Đ., 2019)
39
3.4 Lưu đồ giản thuật
sai
Bắt đầu
Khối tạo hệ thống Khối tạo khuynh
Mkn=1
Kiểm tra Wifi
Đọc cảm biến Hiển thị LCD Kiểm tra nút nhấn Mode stare=0 Chế độ manual Chế độ auto Kết thúc
Kết nối Server blynk Truyền dữ liệu Server
40
+ Giải thích lưu đồ
Khai báo các thiết bị kết nối đầu vào và đầu ra như cảm biến, bơm, đèn... Khởi tạo kết nối esp32 với wifi để truy cập vào sever Blynk
Kiểm tra xem hệ thống đã kết nối được với wifi hay chưa
Nếu chưa kết nối được thì kiểm tra lại kết nối và thử kết nối lại, hệ thống vẫn có khả năng thu thập dữ liệu từ cảm biến, điều khiển các thiết bị qua nút nhấn đồng thời hiển thị lên LCD
Nếu kết nối được với wifi thì hệ thống sẽ truy cập vào server của Blynk, lúc này hệ thống thu thập dữ liệu từ cảm biến, điều khiển các thiết bị qua nút nhấn, hiển thị lên LCD đồng thời truyền nhận toàn bộ dữ liệu điều khiển, cảm biến lên Blynk và ngược lại
41
Chương 4: QUY TRÌNH THIẾT KẾ MƠ HÌNH VƯỜN IOT CHIẾU SÁNG IOT CHIẾU SÁNG
4.1 Lập trình
4.1.1 Phần mềm lập trình.
Chương trình được lập trình trên phần mềm − Cài đặt blynk
Blynk là một phần mềm mã nguồn mở được thiết kế cho các ứng dụng IoT(Internet of Things). Ứng dụng giúp người dùng điều khiển phần cứng từ xa , có thể hiển thị dữ liệu cảm biến , lưu trữ dữ liệu , biến đổi dữ liệu hoặc làm nhiều việc khác
Bạn hãy thử tưởng tượng khi bạn ấn vào một nút nhấn trên phần mềm lập tức bóng đèn sáng lên và ngược lại !
Nền tảng Blynk có ba phần chính
Blynk App – Ứng dụng Blynk cho phép khởi tạo giao diện cho các dự án của mình
Blynk Server – Chịu trách nhiệm giao tiếp qua lại hai chiều giữa điện thoại và phần cứng. Bạn có thể sử dụng server của Blynk nhưng sẽ bị giới hạn điểm Enegry. Trong các hướng dẫn sau này mình sẽ sử dụng Server riêng của mình! Và bạn cũng có thể sử dụng nó
Blynk Library – Thư viện chứa các nền tảng phổ biến , giúp việc giao tiếp phần cứng với Server dễ dàng hơn (Anh, 2018)[9]
Bước 1: Tải và cài đặt ứng dụng Blynk từ Google Play Store hoặc Apple App Store
42
Bước 2: Bạn tạo một tài khoản trên Blynk App cho riêng bạn sử dụng email cá nhân
của bạn.
Ở bước này, bạn sẽ có 2 sự lựa chọn là sử dụng server mặc định của Blynk hoặc sử dụng server của Blocky. Với server mặc định thì bạn sẽ bị hạn chế số lượng các control (widget) trong khi thiết kế giao diện và bỏ tiền ra mua Energy để tăng số lượng control lên. Tuy nhiên với server của Blocky thì bạn được cấp một giới hạn rất lớn nền gần như bạn không cần phải mua thêm để đáp ứng nhu cầu của bạn.
Trong các bài hướng dẫn này chúng ta sẽ ưu tiên sử dụng server của Blocky để thoải mái xây dựng ứng dụng theo ý mình. Để Blynk app sử dụng server của Blocky thì khi tạo account mới hoặc Login, bạn cần thay đổi sang địa chỉ server riêng của Blocky thay vì sử dụng server mặc định. Bạn nhập vào blynk.getblocky.com, port