CHƯƠNG 3:THIẾT KẾ HỆ THỐNG VÀ CHẾ TẠO MÔ HÌNH
3.3. Chế tạo mô hình
3.3.1. Các thiết bị sử dụng trong mô hình
3.3.1.1. ESP32 WROOM 32E [1]
Hình 3.13: Vi điều khiển ESP32
Trong mô hình hệ thống, ESP32 WROOM 32E được dùng làm bộ điểu khiển Master và 2 Slave.
Module ESP32-WROOM bao gồm:
- 38 chân GPIO.
- Điện áp logic là 2,7 đến 3,3 V.
- 1 Enable Button (Chân reset) và 1 User Button (GPIO 0).
- Led báo nguồn và User Led (GPIO 2).
- 3 UART: Serial Debug mặc định là UART 0.
- Clock: 240MHz.
- Chân đầu vào: GPIO 34 đến 39 – input only pins. Các chân này không có nội trở kéo lên hoặc kéo xuống. Chúng không thể được sử dụng làm output, vì vậy chỉ sử dụng các chân này làm input.
- Bộ chuyển đổi tương tự sang số (ADC): ESP32 có 18 kênh input ADC và độ phân giải 12 bit (trong khi ESP8266 chỉ có 1 kênh ADC độ phân giải 10 bit).
- Bộ chuyển đổi kỹ thuật số sang tương tự (DAC):
+ DAC1 (GPIO25) + DAC2 (GPIO26)
- Chân PWM: Bộ điều khiển ESP32 LED PWM có 16 kênh độc lập có thể được cấu hình để tạo tín hiệu PWM với các đặc tính khác nhau. Tất cả các chân có thể hoạt động như output đều có thể được sử dụng làm chân PWM (GPIO từ 34 đến 39 không thể tạo PWM). Các thông số cấu hình:
+ Tần số tín hiệu.
+ Duty cycle.
+ Kênh PWM.
+ Chân GPIO xuất tín hiệu.
- Chân I2C: ESP32 có hai kênh I2C và bất kì chân nào cũng có thể cấu hình làm chân SDA và SCL. Khi sử dụng ESP32 với Arduino IDE, chân I2C mặc định là:
+ GPIO 21 (SDA) + GPIO 22 (SCL) - Chân SPI:
+ ESP32 có module giao tiếp SPI với thiết bị ngoại vi, gọi là SPI0, SPI1, HSPI, VSPI. SPI0 chỉ dành riêng để kết nối bộ nhớ flash của ESP32 với các thiết bị bộ nhớ flash khác bên ngoài.
+ SPI1 được kết nối cũng tương tự như SPI0 nhưng nó dùng để ghi dữ liệu cho
+ HSPI và VSPI và sử dụng tự do. SPI1 và HSPI và VSPI đều có 3 cổng kết với chip, giúp chúng ta dễ dàng kết nối đồng thời với 3 slave bằng giao tiếp SPI mà ESP32 sẽ là thiết bị master.
- Chân Interrupts: Tất cả các GPIO có thể được cấu hình như ngắt.
3.3.1.2. Cảm biến độ ẩm đất
Cảm biến độ ẩm đất Soil Moisture Sensor thường được sử dụng trong các mô hình tưới nước tự động, vườn thông minh, ..., cảm biến giúp xác định độ ẩm của đất qua đầu dò và trả về giá trị Analog, Digital qua 2 chân tương ứng để giao tiếp với Vi điều khiển để thực hiện vô số các ứng dụng khác nhau.
Hình 3.14: Cảm biến độ ẩm đất - Thông số kỹ thuật: [7]
+ Điện áp hoạt động: 3.3~5VDC
+ Tín hiệu đầu ra:
• Analog: theo điện áp cấp nguồn tương ứng.
• Digital: High hoặc Low, có thể điều chỉnh độ ẩm mong muốn bằng biến trở thông qua mạch so sánh LM393 tích hợp.
+ Kích thước: 3 x 1.6cm.
+ Sơ đồ chân:
VCC 3.3V ~ 5V
GND GND của nguồn ngoài
DO Đầu ra tín hiệu số (mức cao hoặc mức thấp) AO Đầu ra tín hiệu tương tự (Analog)
3.3.1.3. Cảm biến mưa
- Thông số kỹ thuật: [8]
+ Điện áp: 5V + Led báo nguồn ( Màu xanh) + Led cảnh báo mưa ( Màu đỏ) + Hoạt động dựa trên nguyên lý: Nước rơi vào board sẽ tạo ra môi trường dẫn
điện.
+ Có 2 dạng tín hiệu: Analog( AO) và Digital (DO) + Dạng tín hiệu : TTL, đầu ra 100mA ( Có thể sử dụng trực tiếp Relay, Còi
công suất nhỏ…) + Điều chỉnh độ nhạy bằng biến trở.
+ Sử dụng LM358 để chuyển AO –> DO + Kích thước: 5.4*4.0mm
+ Dày 1.6mm
Hình 3.15: Cảm biến mưa
3.3.1.4. Cảm biến DHT11
Hình 3.16: Module DHT11 - Thông số kỹ thuật: [9]
+ 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
3.3.1.5. Màn hình LCD
- Thông số kỹ thuật [14]:
+ Điện áp hoạt động là 5 V.
+ Chữ đen, nền xanh lá + Khoảng cách giữa hai chân kết nối là 0.1 inch
Hình 3.17: Màn hình LCD
3.3.1.6. Module I2C
Hình 3.18: Module I2C - Thông số kỹ thuật [14]
+ Kích thước: 41,5 mm ×19 mm ×15,3 mm + Điện áp hoạt động: 2,5 – 6V
+ Giao tiếp: I2C + Jump chốt: Cung cấp đèn cho LCD hoặc ngắt + Biến trở xoay độ tương phản cho LCD.
3.3.1.7. Module Relay
Hình 3.19: Module Relay - Mô tả: dùng một năng lượng nhỏ để đóng cắt nguồn năng lượng lớn.
Module Relay dùng Relay 5 chân SRD-12VDC là loại linh kiện đóng ngắt điện cơ đơn giản.
- Thông số kỹ thuật: [13]
+ Điện áp điều khiển : 12V.
+ Dòng điện cực đại : 10A.
+ Thời gian tác động : 10ms.
+ Thời gian nhả hãm : 5ms.
+ Nhiệt độ hoạt động : -45 độ C đến 75 độ C.
- Sơ đồ cấu tạo relay:
Dùng 3 chân để kích:
+: cấp hiệu điện thế kích tối ưu vào chân này.
- : nối với cực âm.
S: chân tín hiệu, tùy vào loại module relay mà nó sẽ làm nhiệm vụ kích
relay.
Nếu dùng module relay kích ở mức cao và chân S để cấp điện thế dương vào thì module relay của bạn sẽ được kích, ngược lại thì không. Tương tự với module relay kích ở mức thấp.
- Sơ đồ:
Hinh 3.20: Sơ đồ cấu tạo relay.
+ Chân 1 và chân 2 được nối vào cuộn hút, khi có điện vào cuộn hút sẽ hút tiếp điểm chuyển từ vị trí 4 xuống tiếp điểm.
+ Chân 3 đặt điện áp (nếu là loại 12V thì đặt 12V DC vào).
+ Chân 4 và chân 5 là tiếp điểm.
3.3.1.8. Quạt mini
Sử dụng quạt Mini 12 V (Hình 3.21) để mô phỏng thiết bị được điều khiển trong hệ thống.
- Thông số kỹ thuật: [15]
+ Kích thước: 6x6x1.5 cm + Xuất xứ: Taiwan
+ Điện áp: 12 VDC + Màu sắc: Đen
Hình 3.21: Quạt mini 12 V
3.3.1.9. Bơm mini
Hình 3.22: Máy bơm mini - Thông số kỹ thuật: [16]
+ Điện áp: 5V + Công suất: 5W + Lưu lượng: khoảng 4.5L/phút + Chiều cao bơm nước lên ~ 45cm + Chiều dài motor: 38mm
+ Đường kính motor: 27.5mm + Chiều dài đầu bơm: 36.5mm + Đường kính máy bơm: 34.5mm + Đường kính đầu bơm nước và hút nước: 9mm + Trọng lượng: 60 gram
3.3.1.10. Động cơ DC cuốn mái che
Động cơ DC (Hình 3.23) được sử dụng trong mô hình hệ thống mái che, để mô phỏng quá trình đóng mở mái che.
- Thông số kỹ thuật: [17]
+ Tốc độ: 2150 vòng/phút.
+ Momen xoắn: 0,2 kg.cm + Điện áp hoạt động: DC 3-12 V.
+ Đường kính: 12 mm.
+ Đường kính trục: 3 mm.
+ Công suất định mức: 1,2 W.
+ Cân nặng: Khoảng 10,5 g.
Hình 3.23: Động cơ DC cuốn mái che