LCD_I2C Mạch điều khiển
SCL SCL SDA SDA VCC 5V GND GND Bang 1 3: Kết nối DHT11 DHT11 Mạch điều khiển Data Pin 4 VCC 5V GND GND
Bang 1 4: Danh sách các linh kiện trên mạch
Tìm hiểu linh kiện
SVTH: Nguyễn Thanh Tùng MSV: 18108771
STT TÊN LINH KIỆN SỐ LƯỢNG
1 Atmega 328 1
2 Esp 8266 1
3 CH 340G 1
4 Opto pc817 5
Trường ĐH Kinh Doanh & Công Nghệ HN Hệ thống chăm sóc vườn cây thơng minh
2.4.1 Chip atmega 328P
Hình 2. 12:Chip atmega 328
- Atmega328 - 16au là một loại vi điều khiển do hãng Atmel sản xuất, thích hợp cho những ứng dụng điều khiển, là loại IC dán. Atmega328 là loại chip nổi tiếng và thông dụng nhất của hãng Atmel, Atmega 328 với cấu hình mạnh mẽ, là chip xử lý trung tâm của Arduino Mega328
Thông số kĩ thuật:
- Thể loại: Mạch tích hợp (IC) - Phân loại: Nhúng - Vi điều khiển - Sê-ri: AVR® ATmega
- Bao bì: Khay - Bộ xử lý lõi: AVR - Kích thước lõi: 8 bit - Tốc độ: 16 MHz
- Kết nối: EBI / EMI, I²C, SPI
- Thiết bị ngoại vi: Phát hiện / thiết lập lại màu nâu, POR, PWM, WDT - Số lượng I/O: 86
SVTH: Nguyễn Thanh Tùng MSV: 18108771
Trường ĐH Kinh Doanh & Công Nghệ HN Hệ thống chăm sóc vườn cây thơng minh
- Kích thước bộ nhớ chương trình: 256KB (128K x 16) - Loại bộ nhớ chương trình: FLASH
- Kích thước EEPROM: 4K x 8 - Kích thước RAM: 8K x 8
- Điện áp - Cung cấp (Vcc / Vdd): 4,5 V ~ 5,5 V - ộ chuyển đổi dữ liệu A/D 16x10b
- Loại dao động nội bộ
- Nhiệt độ hoạt động: -40°C ~ 85 C
2.3.1. LCD_I2C
Hình 2. 13: Module lcd
LCD có q nhiều chân gây khó khăn trong q trình kết nối và chiếm dụng nhiều chân của vi điều khiển. Module chuyển đổi I2C cho LCD sẽ giải quyết vấn đề này cho bạn, thay vì sử dụng tối thiểu 6 chân của vi điều khiển để kết nối với LCD (RS, EN, D7, D6, D5 và D4) thì với module chuyển đổi bạn chỉ cần sử dụng 2 chân (SCL, SDA) để kết nối. Module chuyển đổi I2C hỗ trợ các loại LCD sử dụng driver HD44780(LCD 1602, LCD 2004, …), kết nối với vi điều
SVTH: Nguyễn Thanh Tùng MSV: 18108771
Trường ĐH Kinh Doanh & Công Nghệ HN Hệ thống chăm sóc vườn cây thơng minh
khiển thơng qua giao tiếp I2C, tương thích với hầu hết các vi điều khiển hiện nay.
Ưu điểm
Tiết kiệm chân cho vi điều khiển Dễ dàng kết nối với LCD
Thông số kĩ thuật
Điện áp hoạt động: 2.5-6V DC
-Hỗ trợ màn hình: LCD1602,1604,2004 (driver HD44780) -Giao tiếp: I2C
-Địa chỉ mặc định: 0X27 (có thể điều chỉnh bằng ngắn mạch chân A0/A1/A2)
-Kích thước: 41.5mm(L)x19mm(W)x15.3mm(H) -Trọng lượng: 5g
-Tích hợp Jump chốt để cung cấp đèn cho LCD hoặc ngắt -Tích hợp biến trở xoay điều chỉnh độ tương phản cho LCD
SVTH: Nguyễn Thanh Tùng MSV: 18108771
Trường ĐH Kinh Doanh & Công Nghệ HN Hệ thống chăm sóc vườn cây thơng minh
2.3.2. Module Thu phát wifi
Hình 2. 14: Module ESP8266
ESP8266 là một chip tích hợp cao - System on Chip (SoC), có khả năng xử lý và lưu trữ tốt, cung cấp khả năng vượt trội để trang bị thêm tính năng wifi cho các hệ thống khác hoặc đóng vai trị như một giải pháp độc lập.
ESP8266 cung cấp khả năng kết nối mạng wifi đầy đủ và khép kín, bạn có thể sử dụng nó để tạo một web server đơn giản hoặc sử dụng như một access point.
Thông số kỹ thuật
- Wifi 802.11 b/g/n
- Wifi 2.4 GHz, hỗ trợ WPA/WPA2 - Chuẩn điện áp hoạt động 3.3v
- Chuẩn giao tiếp nối tiếp UART với tốc độ Baud lên đến 115200 - Có 3 chế độ hoạt động: Client, Access Point, Both Client and Access Point
- Hỗ trợ các chuẩn bảo mật như: OPEN, WEP, WPA_PSK, WPA2_PSK, WPA_WPA2_PSK
SVTH: Nguyễn Thanh Tùng MSV: 18108771
Trường ĐH Kinh Doanh & Công Nghệ HN Hệ thống chăm sóc vườn cây thơng minh
- Hỗ trợ cả 2 giao tiếp TCP và UDP
- Tích hợp cơng suất thấp 32-bit CPU có thể được sử dụng như là bộ vi xử lý ứng dụng
- SDIO 1.1 / 2.0, SPI, UART
- Làm việc như các máy chủ có thể kết nối với 5 máy trạm.
2.3.3. Cam biến DHT 11
Hình 2. 15: Cảm biến độ ẩm đất DHT11
Cảm biến độ ẩm và nhiệt độ DHT11 Temperature Humidity Sensor là cảm biến rất thơng dụng hiện nay vì chi phí rẻ và rất dễ lấy dữ liệu thơng 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 bạn có được dữ liệu chính xác mà khơng phải qua bất kỳ tính tốn nào. So với cảm biến đời mới hơn là DHT22 thì DHT11 cho khoảng đo và độ chính xác kém hơn rất nhiều.
Thông tin kỹ thuật:
- Nguồn: 3 -> 5 VDC.
- Dòng sử dụng: 2.5mA max (khi truyền dữ liệu). - Đo tốt ở độ ẩm 20 to 70%RH với sai số 5%.
SVTH: Nguyễn Thanh Tùng MSV: 18108771
Trường ĐH Kinh Doanh & Công Nghệ HN Hệ thống chăm sóc vườn cây thơng minh
- Đo tốt ở nhiệt độ 0 to 50°C sai số ±2°C. - Tần số lấy mẫu tối đa 1Hz (1 giây 1 lần) - Kích thước 15mm x 12mm x 5.5mm. - 4 chân, khoảng cách chân 0.1''.
2.4.4 Chip nạp CH340G
Hình 2. 16: Chíp nạp Ch340G
Chip nạp CH340G là một bộ chuyển đổi USB-TTL này dựa trên chip chuyển đổi CH340G USB sang Serial TTL. Mơ-đun có thể được sử dụng cho tín hiệu mức logic 3.3V, và có tùy chọn chuyển từ mức logic 5V sang 3.3V bằng cách sử dụng shunt 2 chân được cung cấp cùng với mô-đun.
Khi bạn đã cài đặt các trình điều khiển, mơ-đun sẽ xuất hiện như một cổng COM nối tiếp bình thường trên máy tính của bạn, làm cho nó tương thích với hầu hết các chương trình đầu cuối và mơi trường phát triển chẳng hạn như Arduino IDE.
Thông số kỹ thuật:
- Ngõ ra giao tiếp mức TTL - Đèn LED hiển thị trạng thái.
SVTH: Nguyễn Thanh Tùng MSV: 18108771
Trường ĐH Kinh Doanh & Công Nghệ HN Hệ thống chăm sóc vườn cây thông minh
- Đầu ra điện áp 3.3V và 5V, đáp ứng với thiết bị nguồn 3.3V và 5V. - Kích thước: 55x16 mm
- Hỗ trợ Win: Server 2008 / Win7 / Win8 32 bit / 64 bit. - Hỗ trợ Win 98 / ME / 2000 / XP / Server 2003 / VISTA
2.4.5 Opto PC817
Hình 2. 17: Opto PC817
PC817 là một opto được sử dụng rất phổ biến, nó chứa một LED hồng ngoại và một transistor quang trong một gói. Opto hay còn được gọi là cách ly quang là những linh kiện dạng IC có từ 4 chân đến nhiều chân, chủ yếu được sử dụng để cách ly hai mạch với nhau.
Hoạt động của nó rất đơn giản, khi một điện áp được đặt vào LED hồng ngoại được nối trên chân 1 và 2, LED sẽ được kích hoạt và ánh sáng được nhận bởi transistor quang bên trong làm cho nó ở trạng thái bão hịa từ đó nối chân 3 và 4 với nhau. PC817 là một opto được sử dụng rộng rãi và hoạt động trong mạch điện tử chỉ với nhiệm vụ cách ly. Nếu bạn cần nhiều tác vụ cách ly hơn cùng lúc thì bạn cũng có thể sử dụng các opto khác có chứa vài LED hồng ngoại và transistor quang trong một gói duy nhất.
Tính năng / Thơng số kỹ thuật PC817 Loại gói: Dip 4 chân và SMT
SVTH: Nguyễn Thanh Tùng MSV: 18108771
Trường ĐH Kinh Doanh & Công Nghệ HN Hệ thống chăm sóc vườn cây thơng minh
Loại transistor: NPN
Dịng cực góp tối đa (IC): 50mA
Điện áp cực góp - cực phát tối đa (VCEO): 80V Điện áp bão hịa cực góp - cực phát: 0,1 đến 0,2 Điện áp cực phát - cực gốc tối đa (VEBO): 6V Cơng suất tiêu tán cực góp tối đa (Pc): 200 mW
Nhiệt độ lưu trữ và hoạt động phải là: -55 đến +120 độ C để lưu trữ và -30 đến +100 để hoạt động
Sơ đồ chân PC817
Hình bên dưới là sơ đồ chân của opto này. Chúng ta dựa vào chấm tròn trên opto là điểm bắt đầu. Đó là điểm đánh dấu chân dương của LED hồng ngoại từ đó xác định các chân khác theo thứ tự như hình.
Hình 2. 18: Sơ đồ chân PC817
Các ứng dụng
Cách ly mạch điều khiển và mạch công suất
SVTH: Nguyễn Thanh Tùng MSV: 18108771
Trường ĐH Kinh Doanh & Công Nghệ HN Hệ thống chăm sóc vườn cây thơng minh
Thay thế và tương đương
Thay thế và tương đương của opto PC817 là PC816, PC123, TLP621, TLP321, TLP421, PC17K1, H11A817, SFH615A, PS2501-1, PS2561-1, PS2571-1, LTV-816, LTV-817 (-V), LTV123, LTV-610 K1010, K817P, SFH615A
Công dụng của cách ly quang PC817
Nếu bạn định thiết kế một mạch điện tử trong đó có khả năng xảy ra đột biến điện áp hoặc tăng điện áp có thể làm yếu hoặc phá hủy các linh kiện hoặc mạch thì bạn có thể sử dụng cách ly quang PC817 để cách ly mạch. Hơn nữa, nó cũng có thể được sử dụng để loại bỏ nhiễu từ tín hiệu điện tử, cách ly các mạch điện một chiều và điện áp thấp khỏi các mạch điện xoay chiều và điện áp cao. Bạn cũng có thể sử dụng nó khi bạn muốn kiểm soát điện áp lớn hơn hoặc điện áp AC từ bất kỳ tín hiệu nhỏ nào có thể là tín hiệu kỹ thuật số hoặc tín hiệu analog. Cách sử dụng opto PC817
Sử dụng opto PC817 rất dễ dàng, có bốn chân được thể hiện chi tiết sơ đồ chân ở trên. Chân 1 là cực dương hoặc chân dương của LED hồng ngoại phải được nối từ tín hiệu đầu ra của mạch và chân 2 phải được nối với đất. Phần khác của mạch mà bạn muốn cách ly hoặc điều khiển phải được nối với chân 3 (cực phát của transistor quang) và chân 4 (cực góp của transistor quang). Chân 3 và chân 4 hoạt động giống như transistor bình thường, giống như cực phát và cực góp của transistor BJT.
Cách chạy lâu dài an toàn trong mạch
Để chạy lâu dài một cách an tồn linh kiện này trong mạch ln giữ nó ở dưới định mức tối đa tuyệt đối. Không được tải quá 50mA, LED hồng ngoại bên trong sẽ giống như bạn điều khiển LED thông thường với điện trở giới hạn dịng điện, do đó ln sử dụng điện trở giới hạn dòng điện ở chân 1 của opto là cực SVTH: Nguyễn Thanh Tùng MSV: 18108771
Trường ĐH Kinh Doanh & Công Nghệ HN Hệ thống chăm sóc vườn cây thơng minh
dương hoặc chân dương của LED hồng ngoại. Không vận hành thiết bị ở nhiệt độ dưới -30 độ C và trên 100 độ C và luôn bảo quản ở nhiệt độ trên -55 độ C và dưới 125 độ C.
2.4.6 Relay 5V 10A
Hình 2. 19: Relay
Relay 5V 10A cấu tạo đơn giản, khơng có opto cách ly, kích thước khá nhỏ gọn so với các loại khác. Module relay 5V 10A là Module kích hoạt relay gồm 1 rơ le hoạt động tại điện áp 5VDC, kích trạng thái đóng mở ở múc cao. Được sử dụng để đóng ngắt tải với cơng suất phù hợp, đầu ra có thường đóng, thường mở dễ sử dụng và tiết kiệm chi phí.
Thơng số kĩ thuật:
- Dòng AC max: 10 A - Dòng AC min: 6 A
- Diameter, PCB hole: 1.3 mm - Length / Height, external: 22 mm - Material, contact: Silver alloy
- Nhiệt độ hoạt động: - 45 °C to 75 °C - Công suất cuộn dây (coil) DC: 360 mW
SVTH: Nguyễn Thanh Tùng MSV: 18108771
Trường ĐH Kinh Doanh & Công Nghệ HN Hệ thống chăm sóc vườn cây thơng minh
- Thời gian tác động: 10 ms - Thời gian nhả hãm: 5 ms
- Điện áp điều khiển cuộn dây (coil): 5 V
Điện áp: 5VDC Kích mức cao
+ Tiếp điểm relay 220V 10A (Lưu ý tiếp điểm, khơng phải điện áp ra) + NC: Thường đóng
+ NO: Thường mở + COM: Chân chung Ký hiệu nguồn:
+ VCC, GND là nguồn ni Relay + In là chân tín hiệu điều khiển
2.3.4. Cam biến độ ẩm đất
Hình 2. 20: Cảm biến độ ẩm đất
SVTH: Nguyễn Thanh Tùng MSV: 18108771
Trường ĐH Kinh Doanh & Công Nghệ HN Hệ thống chăm sóc vườn cây thơng minh
Cảm biến đo độ ẩm đất là một module cảm biến độ ẩm dùng để đóng cắt relay khi độ ẩm của đất ở nơi đo thay đổi quá ngưỡng chúng ta cài đặt. Mình thường đầu ra của module sẽ ở mức thấp, khi cảm biến phát hiện thiếu nước. Module sẽ chuyển về mức cao, điều khiển relay đóng và máy bơm hoạt động. Khi nước đã được bơm đầy, cảm biến phát hiện đủ nước. Module tự động về mức thấp, điều khiển mở relay.
- Thông Số Kĩ Thuật Của Module Cảm Biến Đo Độ Ẩm Trong Đất
- 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). a) Nguyên lý hoạt động của cảm biến.
Sự hấp thụ độ ẩm (hơi nước) làm biến đổi thành phần cảm nhận trong cảm biến (ở đây là các chat hóa học như LiCL, P2O5) làm thay đổi điện trở của cảm biến qua đó xác định được độ ẩm.
b) Nguyên lý hoạt động của module.
Module đo độ ẩm đất gồm 1 cảm biến độ ẩm đất và 1 board mạch xử lý tín hiệu.
Cảm biến độ ẩm đất được cắm xuống vùng đất cần đo độ ẩm. c) Các cổng vào ra của board.
SVTH: Nguyễn Thanh Tùng MSV: 18108771
Trường ĐH Kinh Doanh & Công Nghệ HN Hệ thống chăm sóc vườn cây thơng minh
2 chân vcc và gnd cấp nguồn cho mạch 2 chân đầu vào cảm biến
2 chân đầu ra gồm D0 và A0 1 mạch so sánh.
d) Hoạt động của board
Khi cấp nguồn, led báo nguồn sáng,
Mạch có 2 đầu ra D0 và A0 tương ứng với digital output và analog output Board mạch tích hợp 1 mạch phân áp và 1 mạch so sánh sử dụng opam. Mạch phân áp đưa tín hiệu đầu ra analog đưa vào chân so sánh của mạch opam và chân đầu ra analog.
Mạch so sánh có chức năng so sánh và đưa tính hiệu logic (1 or 0) ở đầu ra digital. Ngồi ra board cịn tích hợp 2 led gồm led báo nguồn và led báo trạng thái.
Ở chân digital output: Mạch hoạt động như sau: Cài đặt ngưỡng so sánh bằng biến trở. Điện trở của cảm biến tỷ lệ thuận với độ ẩm, độ ẩm càng cao điện trở càng cao, mặt khác theo sơ đồ phân áp, điện áp đầu ra mạch phân áp tỉ lệ thuận với điện trở cảm biến, vậy độ ẩm đất tỷ lệ thuận với điện áp đầu ra. Khi thay đổi độ ẩm -> điện trở trên cảm biến thay đổi dẫn đến điện áp đầu ra đưa vào cổng so sánh trên opam thay đổi, điện áp này được so sánh với điện áp đặt được đặt bằng biến trở, nếu điện áp đọc về từ cảm biến chưa vượt qua ngưỡng đặt thì đầu ra D0 là mức thấp và led báo trạng thái không sáng, khi điện áp đầu vào vượt qua ngưỡng đặt thì đầu ra D0 là mức cao và led báo trạng thái sẽ sáng lên.
Ở chân analog output: chân này được nối trực tiếp với mạch phân áp của cảm biến không qua mạch so sánh opam, đưa trực tiếp tín hiệu điện áp tới đầu ra A0, phục vụ cho các mục đích đo lường, quan trắc, giảm sát, …
Sơ đồ nguyên lí của cảm biến độ ẩm trong đất:
SVTH: Nguyễn Thanh Tùng MSV: 18108771
Trường ĐH Kinh Doanh & Công Nghệ HN Hệ thống chăm sóc vườn cây thơng minh
Hình 2. 21: Sơ đồ nguyên lí cảm biến độ ẩm đất
Ứng Dụng Của Module Cảm Biến Đo Độ Ẩm Trong Đất:
Module cảm biến độ ẩm đất có 2 đầu ra D0 và A0 với các mục đích điều