CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG TƯỚI CÂY TỰ ĐỘNG
2.1.2. Phần mềm blynk
Hình 2. 2 : Phần mềm Blynk
SVTH: Nguyễn Thanh Tùng MSV: 18108771
Trường ĐH Kinh Doanh & Công Nghệ HN Hệ thống chăm sóc vườn cây thơng minh
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 lựa chọn như Arduino, Raspberry Pi, ESP8266 và nhiều module phần cứng phổ biến khác. Những lý do nên sử dụng Blynk:
– Dễ sử dụng: việc cài đặt ứng dụng và đăng ký tài khoản trên điện thoại rất đơn giản cho cả IOS và Android
– Chức năng phong phú: Blynk hỗ trợ rất nhiều chức năng với giao diện đẹp và thân thiện.
– Khơng phải lập trình ứng dụng: nếu khơng có kiến thức về lập trình app cho Android cũng như IOS thì Blynk là một ứng dụng tuyệt vời để khám phá thế giới IOTs.
– Điều khiển, giám sát thiết bị ở bất kì đâu thơng qua internet
– Ứng dụng Blynk - cho phép tạo giao diện cho các dự án bằng cách sử dụng các widget khác nhau.
– Blynk Server - chịu trách nhiệm về tất cả các giao tiếp giữa điện thoại thơng minh và phần cứng. Có thể sử dụng Blynk Cloud hoặc chạy cục bộ máy chủ Blynk riêng. Nó là mã nguồn mở, có thể dễ dàng xử lý hàng nghìn thiết bị và thậm chí có thể được khởi chạy trên Raspberry Pi.
– Thư viện Blynk - dành cho tất cả các nền tảng phần cứng phổ biến - cho phép giao tiếp với máy chủ và xử lý tất cả các lệnh đến và lệnh đi.
Hình 2. 3:Các bước thiết lập
SVTH: Nguyễn Thanh Tùng MSV: 18108771
Trường ĐH Kinh Doanh & Công Nghệ HN Hệ thống chăm sóc vườn cây thơng minh
Hình 2. 4: Thư viện trong Blynk
Cấu hình app Blynk theo các bước sau: 1. Tạo tài khoản
2. Tạo một project, đây được hiểu giống như là một ứng dụng. 3. Điền tên Project và chọn Board phần cứng
SVTH: Nguyễn Thanh Tùng MSV: 18108771
Trường ĐH Kinh Doanh & Công Nghệ HN Hệ thống chăm sóc vườn cây thơng minh
Hình 2. 5 : Đăng nhập, lựa chọn chức năng
Mỗi project, Blynk sẽ gửi 1 mã Auth Token để nhập vào trong code của Board mạch điều khiển NodeMCU, có thể lựa chọn nhiều chức năng như nút bấm, hẹn giờ, LCD… để đưa vào project.
SVTH: Nguyễn Thanh Tùng MSV: 18108771
Trường ĐH Kinh Doanh & Công Nghệ HN Hệ thống chăm sóc vườn cây thơng minh
Hình 2. 6: Cấu hình các chân điều khiển
Sau khi chọn xong đối tượng, nhấp vào để cấu hình chân, các mức logic… Các cấu hình này sẽ tác động đến board phần cứng. Ví dụ nhấn nút thì chân gp16 sẽ chuyển từ trạng thái logic 1 sang logic 0.
SVTH: Nguyễn Thanh Tùng MSV: 18108771
Trường ĐH Kinh Doanh & Công Nghệ HN Hệ thống chăm sóc vườn cây thơng minh
Hình 2. 7: Lập trình cho board phần cứng
Sau khi cài đặt xong trên điện thoại thì lập trình cho board phần cứng. Thư viện Blynk trên Arduino IDE hỗ trợ rất nhiều ví dụ cho Blynk để có thể dùng thử, hiểu cách thức hoạt động…
SVTH: Nguyễn Thanh Tùng MSV: 18108771
Trường ĐH Kinh Doanh & Công Nghệ HN Hệ thống chăm sóc vườn cây thơng minh
Hình 2. 8: Lựa chọn loại mạch sử dụng
2.2. Các chuẩn giao tiếp
Việc sử dụng giao thức I2C cho arduino kết nối với nhau là cực kì đơn giản và chính xác, số lượng arduino có thể kết nối trong cùng 1 mạng, dưới sự điều hành của 1 boad arduino chủ lên tới hơn 100 boad arduino con.
2.2.1. Giao tiếp I2C
I2C là tên viết tắt của cụm từ tiếng anh “Inter-Integrated Circuit”. Nó là một giao thức giao tiếp được phát triển bởi Philips Semiconductors để truyền dữ liệu giữa một bộ xử lý trung tâm với nhiều IC trên cùng một board mạch chỉ sử dụng hai đường truyền tín hiệu.
SVTH: Nguyễn Thanh Tùng MSV: 18108771
Trường ĐH Kinh Doanh & Công Nghệ HN Hệ thống chăm sóc vườn cây thơng minh
Hình 2. 9: Giao tiếp I2C
Do tính đơn giản của nó nên loại giao thức này được sử dụng rộng rãi cho giao tiếp giữa vi điều khiển và mảng cảm biến, các thiết bị hiển thị, thiết bị IoT, EEPROMs, v.v …
- Đặc điểm
- Chỉ cần có hai đường bus (dây) chung để điều khiển bất kỳ thiết bị / IC nào trên mạng I2C
- Cơ chế đơn giản để xác thực dữ liệu được truyền
- Sử dụng hệ thống địa chỉ 7 bit để xác định một thiết bị / IC cụ thể trên bus I2C
- Các mạng I2C dễ dàng mở rộng. Các thiết bị mới có thể được kết nối đơn giản với hai đường bus chung I2C.
2.2.2. Giao tiếp SPI
SPI (Serial Peripheral Bus) là một chuẩn truyền thông nối tiếp tốc độ cao do hãng Motorola đề xuất. Đây là kiểu truyền thơng Master-Slave, trong đó có 1 chip Master điều phối q trình tuyền thơng và các chip Slaves được điều khiển bởi Master vì thế truyền thơng chỉ xảy ra giữa Master và Slave. SPI là một cách truyền song công (full duplex) nghĩa là tại cùng một thời điểm quá trình truyền
SVTH: Nguyễn Thanh Tùng MSV: 18108771
Trường ĐH Kinh Doanh & Công Nghệ HN Hệ thống chăm sóc vườn cây thơng minh
và nhận có thể xảy ra đồng thời. SPI đôi khi được gọi là chuẩn truyền thơng “4 dây” vì có 4 đường giao tiếp trong chuẩn này đó là SCK (Serial Clock), MISO (Master Input Slave Output), MOSI (Master Ouput Slave Input) và SS (Slave Select).
- MISO - Mang các dữ liệu từ các thiết bị SPI về arduino - MOSI - Mang các dữ liệu từ Arduino đến các thiết bị SPI - SS - Chọn thiết bị SPI cần làm việc
- SCK - dòng đồng bộ
Đối với Arduino Mega: MISO là chân 50, MOSI là chân 51, SCK là chân 52 và SS thường là chân 53.
2.2.3. Giao tiếp UART
Tên đầy đủ UART là “Universal Asynchronous Receiver / Transmitter”, và nó là một vi mạch sẵn có trong một vi điều khiển nhưng khơng giống như một giao thức truyền thông (I2C & SPI). Chức năng chính của UART là truyền dữ liệu nối tiếp. Trong UART, giao tiếp giữa hai thiết bị có thể được thực hiện theo hai cách là giao tiếp dữ liệu nối tiếp và giao tiếp dữ liệu song song.
SVTH: Nguyễn Thanh Tùng MSV: 18108771
Trường ĐH Kinh Doanh & Công Nghệ HN Hệ thống chăm sóc vườn cây thơng minh
Hình 2. 10:Giao tiếp uart
Sơ đồ khối UART bao gồm hai thành phần là máy phát và máy thu được hiển thị bên dưới. Phần máy phát bao gồm ba khối là thanh ghi giữ truyền, thanh ghi dịch chuyển và logic điều khiển. Tương tự, phần máy thu bao gồm một thanh ghi giữ, thanh ghi thay đổi và logic điều khiển. Hai phần này thường được cung cấp bởi một bộ tạo tốc độ baud. Trình tạo này được sử dụng để tạo tốc độ khi phần máy phát và phần máy thu phải truyền hoặc nhận dữ liệu.
Hình 2. 11: Sơ đồ khối UART
Thanh ghi giữ trong máy phát bao gồm byte dữ liệu được truyền. Các thanh ghi thay đổi trong máy phát và máy thu di chuyển các bit sang phải hoặc trái cho SVTH: Nguyễn Thanh Tùng MSV: 18108771
Trường ĐH Kinh Doanh & Công Nghệ HN Hệ thống chăm sóc vườn cây thơng minh
đến khi một byte dữ liệu được truyền hoặc nhận. Một logic điều khiển đọc (hoặc) ghi được sử dụng để biết khi nào nên đọc hoặc viết.
Máy phát tốc độ baud giữa máy phát và máy thu tạo ra tốc độ dao động từ 110 bps đến 230400 bps. Thông thường, tốc độ truyền của vi điều khiển là 9600 đến 115200.[6]
- Ưu và nhược điểm của UART
+ Nó chỉ cần hai dây để truyền dữ liệu + Tín hiệu CLK là khơng cần thiết.
+ Nó bao gồm một bit chẵn lẻ để cho phép kiểm tra lỗi
+ Sắp xếp gói dữ liệu có thể được sửa đổi vì cả hai mặt được sắp xếp + Kích thước khung dữ liệu tối đa là 9 bit
+ Nó khơng chứa một số hệ thống phụ (hoặc)
+ Tốc độ truyền của UART phải ở mức 10% của nhau
2.3. Lựa chọn linh kiện
a. Tổng quan
- Bộ điều khiển tích hợp, phù hợp cho các ứng dụng từ thấp đến trung bình. - Tất cả thu gọn trong một bộ xử lý, tiết kiệm không gian và năng lượng. - Cài đặt, lập trình và vận hành cực kì đơn giản.
- Tích hợp web-server với những trang web tiêu chuẩn dễ dàng cho người sử dụng
- Có khả năng ghi dữ liệu để lưu trữ khi chạy chương trình. - Có các đầu vào/ra tín hiệu số và tín hiệu tương tự.
b. Chức năng
- Dùng để hiển thị, giám sát và thực hiện các lệnh từ phần mềm arduino xuất tín hiệu ra
c. Nhiệm vụ
- Giúp cho hệ thống vận hành tốt hơn, tối ưu hiệu quả nhất cho hệ thống tưới,… SVTH: Nguyễn Thanh Tùng MSV: 18108771
Trường ĐH Kinh Doanh & Công Nghệ HN Hệ thống chăm sóc vườn cây thơng minh
Các linh kiện được sử dụng trong mơ hình:
Bang 1 1:Danh sách các linh kiện sử dụng trên mơ hình
STT TÊN LINH KIỆN SỐ LƯỢNG
1 Mạch điều khiển 1
2 Cảm biến độ ẩm đất 3
3 Cảm biến DHT 11 1
4 Màn hình lcd I2C 1
5 Bơm mini mơ hình 3
SVTH: Nguyễn Thanh Tùng MSV: 18108771
Trường ĐH Kinh Doanh & Công Nghệ HN Hệ thống chăm sóc vườn cây thơng minh
Bang 1 2:Kết nối LCD_I2C với Mạch điều khiển
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.