Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu
1. Lý do chọn đề tài và bối cảnh thực tiễn
Trong bối cảnh khoa học kỹ thuật hiện đại, các hệ thống điều khiển và giám sát tự động (SCADA) đã trở thành một phần thiết yếu trong sản xuất công nghiệp và đời sống. Xu hướng ứng dụng tự động hóa vào lĩnh vực nông nghiệp công nghệ cao, cụ thể là mô hình vườn trong nhà kính, đang phát triển mạnh mẽ tại nhiều quốc gia trên thế giới như Nhật Bản, Mỹ, Pháp, Hà Lan, Trung Quốc và Israel.
Mô hình nhà kính được bao bọc bởi kính, nhựa trong hoặc nilon nhằm bảo vệ cây trồng khỏi các tác động bất lợi của thời tiết như mưa gió, bão, đồng thời giữ nhiệt độ ổn định. Mặc dù chi phí đầu tư ban đầu cho nhà kính tương đối cao, chất lượng nông sản thu được đạt tiêu chuẩn tốt. Để nâng cao hiệu quả vận hành và tối ưu hóa việc quản lý các thông số vi khí hậu trong nhà kính, nhóm sinh viên Khoa Điện – Điện tử Viễn thông thuộc Trường Đại học Giao thông Vận tải TP.HCM đã tiến hành thực hiện đề tài "Hệ thống giám sát và điều khiển vườn thông minh" trong khuôn khổ đồ án môn học SCADA nâng cao.
2. Mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu
Đề tài hướng tới việc giải quyết các nhiệm vụ kỹ thuật cụ thể:
- Nghiên cứu các thành phần phần cứng bao gồm các vi điều khiển, mạch điều khiển công suất, cảm biến đo đạc môi trường và cơ cấu chấp hành phục vụ chăm sóc cây trồng.
- Khảo sát nguyên lý hoạt động và cấu trúc của các chuẩn giao tiếp công nghiệp và vi điều khiển phổ biến: I2C, UART và 1-Wire.
- Nghiên cứu nền tảng máy chủ lưu trữ (Web Server) và dịch vụ điện toán đám mây Firebase của Google để quản lý dữ liệu thời gian thực.
- Xây dựng sơ đồ khối, lưu đồ giải thuật, tích hợp mạch phần cứng và thiết kế giao diện điều khiển, giám sát đa nền tảng qua ứng dụng di động (Android Studio) và giao diện trang web.
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
- Đối tượng nghiên cứu: Hệ thống SCADA ứng dụng trong mô hình vườn thông minh; các thiết bị đo đạc thông số môi trường (nhiệt độ, độ ẩm đất, ánh sáng, nước mưa); các cơ cấu chấp hành (động cơ bơm nước, động cơ bước kéo rèm/mái che, rơ-le đóng ngắt); giao thức truyền thông dữ liệu và hệ thống máy chủ cơ sở dữ liệu thời gian thực.
- Phạm vi thực hiện: Đồ án môn học SCADA nâng cao thực hiện tại Trường Đại học Giao thông Vận tải TP.HCM vào năm 2022 bởi Nhóm 8 (Lớp TD18) dưới sự hướng dẫn của giảng viên Trần Quang Vinh.
Cơ sở lý thuyết và phương pháp
1. Cơ sở lý thuyết
Đồ án xây dựng dựa trên các nền tảng lý thuyết kỹ thuật điều khiển và tự động hóa:
- Nguyên lý truyền thông nối tiếp:
- Chuẩn giao tiếp I2C (Inter-Integrated Circuit): Giao thức truyền thông đồng bộ 2 dây (SDA, SCL), cơ chế định địa chỉ 7-bit hoặc 10-bit, hỗ trợ cấu hình đa chủ - đa tớ (Multi-Master / Multi-Slave) với điện trở kéo lên ($4.7\text{ k}\Omega$).
- Chuẩn giao tiếp UART (Universal Asynchronous Receiver/Transmitter): Giao tiếp không đồng bộ sử dụng hai đường dẫn Tx, Rx và đường nối đất chung (GND), tốc độ truyền baud rate dao động từ 110 bps đến 230.400 bps, khung dữ liệu gồm Start-bit, Data bits (5-9 bit), Parity bit và Stop bit.
- Chuẩn giao tiếp 1-Wire (Dallas Semiconductor): Giao thức truyền nhận dữ liệu trên một dây tín hiệu duy nhất, hỗ trợ 1 Master và nhiều Slave thông qua mã định danh 64-bit ROM ID riêng biệt của từng chip.
- Mô hình máy chủ web và dịch vụ Backend-as-a-Service:
- Cấu trúc Web Server phần cứng và phần mềm (HTTP Server), xử lý các tệp tài liệu HTML, CSS, PHP và JavaScript.
- Nền tảng Google Firebase với dịch vụ Realtime Database (cơ sở dữ liệu cấu trúc dạng cây JSON phân cấp), Cloud Firestore, Firebase Authentication, Crashlytics và Firebase Analytics.
2. Phương pháp nghiên cứu và triển khai
Đồ án sử dụng phương pháp thiết kế kỹ thuật thực nghiệm và tích hợp hệ thống phần cứng - phần mềm:
- Phương pháp tính toán và lựa chọn linh kiện: Đánh giá thông số kỹ thuật của từng module cảm biến, mạch điều khiển động cơ và vi điều khiển để đảm bảo tương thích điện áp, công suất và chuẩn tín hiệu.
- Phương pháp lập trình nhúng và thiết kế giao diện: Viết chương trình điều khiển phần cứng trên nền tảng Arduino IDE/NodeMCU; lập trình giao diện Web bằng HTML/CSS/JavaScript kết hợp thư viện Chart.js; lập trình giao diện ứng dụng di động trên Android Studio.
- Nguồn dữ liệu: Dữ liệu thu thập từ các đầu dò cảm biến thực tế (DS18B20, TEMT6000, cảm biến độ ẩm đất, cảm biến mưa) được truyền tải thời gian thực lên Firebase Realtime Database.
Thiết kế và triển khai hệ thống kỹ thuật
1. Danh mục và thông số kỹ thuật phần cứng
Hệ thống tích hợp các linh kiện phần cứng và cảm biến chuyên dụng để giám sát và xử lý tự động môi trường vườn trồng:
| STT |
Tên thiết bị / Linh kiện |
Mã hiệu (Model) |
Thông số kỹ thuật chính |
Chức năng trong hệ thống |
| 1 |
Bo mạch Arduino UNO R3 DIP |
B1HZ |
Vi điều khiển ATmega328 (8-bit, 16 MHz), Flash 32KB, SRAM 2KB, EEPROM 1KB, 14 chân Digital I/O (6 chân PWM), 6 chân Analog (10-bit) |
Thu thập tín hiệu cảm biến, xử lý điều khiển cơ cấu chấp hành |
| 2 |
Kit RF Wifi ESP8266 NodeMCU Lua |
HS000592 |
SoC ESP8266, chip nạp/UART CP2102, GPIO 3.3VDC, hỗ trợ nạp trực tiếp từ Arduino IDE, kích thước $25 \times 50\text{ mm}$ |
Thu phát sóng Wi-Fi, kết nối IoT và gửi dữ liệu lên Firebase |
| 3 |
Mạch điều khiển động cơ DC L298 |
HS000695 |
IC L298 Dual Full Bridge, áp vào 5–30VDC, dòng tối đa 2A/cầu, công suất tối đa 25W/cầu, tích hợp IC nguồn 7805 (5VDC) |
Điều khiển bật/tắt và đảo chiều động cơ bơm nước |
| 4 |
Động cơ bơm nước Water Pump P385 |
HS000439 |
Điện áp 6–12VDC, dòng 0.7A, lưu lượng 1–2 L/phút, thời gian chạy liên tục < 1h, kích thước $90 \times 40 \times 35\text{ mm}$ |
Bơm tưới nước cho cây trồng |
| 5 |
Động cơ 390 |
XF9U |
Kích thước $\varnothing 27.6 \times 47\text{ mm}$, trục $2.3\text{ mm}$, tốc độ 5.000 rpm (6V), 10.000 rpm (12V), 20.000 rpm (24V), nặng 97g |
Chấp hành truyền động phụ trợ |
| 6 |
Động cơ bước Size 42 (1.8°/bước) |
LFMF |
Kích thước $42 \times 42 \times 32\text{ mm}$, trục $5\text{ mm}$, góc bước 1.8°, nặng 220g |
Cơ cấu kéo mở rèm che/mái che nhà kính |
| 7 |
Driver điều khiển động cơ bước A4988 |
6R08 |
Áp ngõ ra tới 35V, dòng đỉnh 2A, 5 chế độ vi bước (Full, 1/2, 1/4, 1/8, 1/16), tính dòng: $\text{Current Limit} = \text{V}_{\text{REF}} \times 2.5$ |
Lái động cơ bước, chỉnh vi bước qua các chân MS1, MS2, MS3 |
| 8 |
Cảm biến nhiệt độ DS18B20 |
Dây mềm |
Vỏ thép không gỉ $\varnothing 6 \times 50\text{ mm}$, cáp PVC 1m, nguồn 3–5.5V, dải đo -55°C đến +125°C, sai số $\pm 0.5^\circ\text{C}$ (-10°C đến +85°C), 1-Wire |
Đo nhiệt độ không khí và môi trường trong nhà kính |
| 9 |
Cảm biến độ ẩm đất |
M9BI |
Nguồn 3.3–5V, IC so sánh LM393, ngõ ra Analog (AO) và Digital (DO), kích thước PCB $3.4\text{ cm}$ |
Đo độ ẩm của đất, phát hiện tình trạng thiếu nước |
| 10 |
Cảm biến cường độ ánh sáng TEMT6000 |
43UY |
Phototransistor mắc phân áp Analog tuyến tính, độ nhạy tối đa bước sóng 570nm, góc nhạy $\pm 60^\circ$, ức chế tia hồng ngoại (IR) |
Giám sát cường độ sáng chiếu vào vườn |
| 11 |
Cảm biến mưa |
5JDK |
Nguồn 5V, IC so sánh LM358, ngõ ra AO/DO, mức DO cao (5-12V) khi khô và DO thấp (0V) khi có nước rơi trên bề mặt |
Phát hiện thời tiết mưa ngoài trời |
| 12 |
Công tắc cảm biến ánh sáng Relay V3 |
— |
Điện áp 12VDC, tải tiếp điểm AC250V 10A / DC35V 10A, ngõ ra NO/NC |
Đóng ngắt tự động thiết bị chiếu sáng theo quang trở |
| 13 |
Module 2 Relay có Opto cách ly |
QAZ4 |
Nguồn 5VDC, dòng tiêu thụ 80mA/relay, tiếp điểm AC250V 10A / DC30V 10A, chân COM, NO, NC cách ly quang |
Đóng ngắt thiết bị công suất cao an toàn cho vi điều khiển |
| 14 |
Màn hình LCD 1602 kèm Module I2C |
67HZ / BZOZ |
Kích thước $80 \times 36 \times 12.5\text{ mm}$, 2 dòng $\times$ 16 ký tự, IC HD44780, giao tiếp qua bus I2C (SDA, SCL) nguồn 2.5–6V |
Hiển thị trực tiếp các thông số môi trường tại chỗ |
2. Các chuẩn giao tiếp triển khai trong hệ thống
Hệ thống ứng dụng phối hợp 3 chuẩn truyền thông nối tiếp:
- I2C: Sử dụng để kết nối vi điều khiển Arduino với màn hình LCD 1602 thông qua mạch chuyển đổi giao tiếp I2C PCF8574/driver tương đương, giảm số lượng dây kết nối từ 6 chân dữ liệu (RS, EN, D4-D7) xuống còn 2 dây tín hiệu (SDA, SCL).
- UART: Sử dụng đường truyền Tx, Rx để truyền thông nối tiếp giữa mạch Arduino UNO R3 và Kit ESP8266 NodeMCU, cũng như lập trình nạp code thông qua IC chuyển đổi CP2102.
- 1-Wire: Sử dụng trên cảm biến DS18B20, cho phép truyền dữ liệu số 9-12 bit trên một dây duy nhất với thời gian chuyển đổi nhiệt độ tối đa 750ms ở độ phân giải 12-bit.
3. Kiến trúc phần mềm và cơ sở dữ liệu
- Cơ sở dữ liệu đám mây Firebase: Hệ thống sử dụng dịch vụ Realtime Database của Google để đồng bộ trạng thái cảm biến và lệnh điều khiển giữa vi điều khiển và người dùng. Dữ liệu được tổ chức dưới dạng cấu trúc cây (JSON tree / Parent-Children).
- Lập trình giao diện Web giám sát:
- Xây dựng bằng HTML5, CSS3, JavaScript kết hợp PHP.
- Tích hợp thư viện Chart.js để hiển thị biểu đồ diễn biến nhiệt độ, độ ẩm theo trục thời gian.
- Các hàm chức năng chính được phát triển trên giao diện Web bao gồm:
- Hàm điều khiển nút nhấn ở chế độ thủ công (manual): Cho phép người dùng trực tiếp bật/tắt máy bơm, rèm che qua giao diện.
- Ghi giá trị tới Firebase: Đẩy các trạng thái điều khiển từ web lên Realtime Database.
- Import Firebase vào JavaScript: Nhúng SDK Firebase để thiết lập kết nối dữ liệu.
- Chức năng đăng nhập vào hệ thống: Phân quyền quản trị và bảo mật tài khoản người dùng.
- Hàm hiển thị lịch sử trên bảng (table): Trích xuất các bản ghi dữ liệu cảm biến theo hàng và cột.
- Hàm làm mới table: Cập nhật bảng dữ liệu khi có thay đổi.
- Hàm hiển thị lịch sử ở ngày hiện tại: Lọc và xem dữ liệu phát sinh trong 24 giờ.
- Hàm tìm kiếm lịch sử theo ngày: Truy vấn các giá trị đo môi trường trong quá khứ.
- Giao diện App di động: Xây dựng ứng dụng Android Studio kết nối với cơ sở dữ liệu để giám sát và thao tác từ thiết bị di động.
Nội dung chính theo từng chương
Chương I: Tổng quan
Chương tổng quan trình bày về xu hướng ứng dụng nhà kính trong nông nghiệp trồng rau và hoa. Tác giả phân tích cấu trúc bao bọc bằng kính hoặc màng nhựa nhằm tạo hiệu ứng giữ nhiệt và bảo vệ cây trồng khỏi các hình thái thời tiết cực đoan. Đồ án điểm qua kinh nghiệm phát triển nhà kính nông nghiệp tại các quốc gia tiên tiến như Nhật Bản, Pháp, Mỹ, Hà Lan, Israel, Trung Quốc, khẳng định sự cần thiết của việc xây dựng hệ thống tự động hóa điều khiển vi khí hậu.
Chương II: Tìm hiểu phần cứng
Chương này đi sâu vào khảo sát chi tiết cấu tạo, nguyên lý vận hành, thông số điện áp, dòng điện, công suất và sơ đồ chân kết nối của 15 linh kiện, module thiết bị kỹ thuật:
- Động cơ và mạch cầu công suất: Động cơ DC P385, động cơ 390, động cơ bước size 42, mạch điều khiển L298 và A4988 (với các cấu hình vi bước qua pin MS1, MS2, MS3 và công thức tính dòng $I = 2.5 \times \text{V}_{\text{REF}}$).
- Khối xử lý trung tâm và kết nối: Arduino UNO R3 (ATmega328) và Kit RF ESP8266 NodeMCU Lua (CP2102).
- Khối cảm biến môi trường: DS18B20 (nhiệt độ 1-Wire), cảm biến độ ẩm đất (LM393), cảm biến mưa (LM358), cảm biến ánh sáng TEMT6000 và mạch công tắc rơ-le quang trở Relay V3.
- Khối hiển thị và đóng cắt: Màn hình LCD 1602, mạch chuyển tiếp I2C và module Relay cách ly quang Opto 5V.
Chương III: Các chuẩn giao tiếp
Chương III phân tích chuyên sâu 3 giao thức truyền thông nối tiếp:
- Giao thức I2C: Trình bày cấu trúc gói tin (Start condition, Stop condition, Address frame 7/10 bit, Read/Write bit, ACK/NACK bit, Data frame 8 bit), quy trình 6 bước truyền nhận dữ liệu giữa Master và Slave, và giải pháp định địa chỉ khi kết nối đa Master - đa Slave với điện trở kéo $4.7\text{ k}\Omega$.
- Giao thức UART: Phân tích các chế độ Simplex, Half-duplex, Full-duplex; sơ đồ khối máy phát (Tx) và máy thu (Rx) gồm các thanh ghi dịch và logic điều khiển; định dạng khung truyền dữ liệu và cấu trúc vi mạch nạp CP2102.
- Giao thức 1-Wire: Trình bày nguyên lý định thời xung mức thấp ($\mu\text{s}$) để quy định các thao tác: gửi bit 1, gửi bit 0, đọc bit và phát xung Reset kiểm tra sự hiện diện của Slave. Chương cũng phân biệt hai chế độ: Standard ($15.4\text{ Kb/s}$, $65\mu\text{s/bit}$) và Overdrive ($125\text{ Kb/s}$, $8\mu\text{s/bit}$).
Chương IV: Lập trình Web Server và Firebase
Chương IV làm rõ khái niệm máy chủ lưu trữ (phần cứng, phần mềm HTTP Server) cùng các quy tắc Textual và Stateless của giao thức HTTP. Nội dung so sánh đặc điểm giữa hai hệ điều hành máy chủ phổ biến:
- Windows Server: Hệ điều hành thương mại đóng của Microsoft, tối ưu cho bộ công cụ .NET, giao diện trực quan.
- Linux Server: Hệ điều hành mã nguồn mở (Ubuntu, Debian, CentOS...), chi phí thấp, tối ưu hiệu năng chạy các ngôn ngữ Java, PHP, Python, C/C++.
Bên cạnh đó, chương phân tích vai trò của HTML5 trong định hình cấu trúc, CSS trong định dạng phong cách giao diện và PHP trong xử lý kịch bản phía server. Phần Firebase phân tích các ưu điểm của Realtime Database (đồng bộ thời gian thực không cần backend phức tạp, bảo mật kết nối SSL) và nhược điểm tổ chức dữ liệu dạng cây phi quan hệ (NoSQL JSON tree) đối với người dùng quen thuộc với SQL.
Chương V: Sơ đồ khối hệ thống và mô hình ứng dụng
Chương V trình bày sơ đồ khối liên kết phần cứng, lưu đồ giải thuật điều khiển hệ thống và thiết kế phần mềm ứng dụng:
- Xây dựng giao diện Web tích hợp biểu đồ Chart.js và giao diện ứng dụng Android Studio.
- Thiết kế các module xử lý chức năng: Đăng nhập hệ thống, điều khiển thiết bị chế độ thủ công (Manual), ghi và đọc trạng thái Realtime Database, hiển thị bảng lịch sử đo lường và truy vấn dữ liệu môi trường theo ngày.
Chương VI: Kết luận và hướng phát triển
Đánh giá mức độ hoàn thiện của đồ án môn học, tổng kết quá trình tích hợp phần cứng - phần mềm SCADA và đề xuất các định hướng nâng cấp hệ thống.
Kết quả và đóng góp
1. Kết quả kỹ thuật đạt được
- Tích hợp phần cứng hoàn chỉnh: Lắp ráp và vận hành đồng bộ các khối vi điều khiển Arduino UNO R3, ESP8266 NodeMCU, module 2 Relay cách ly quang, driver L298 điều khiển máy bơm P385 (lưu lượng 1–2 L/phút) và driver A4988 điều khiển động cơ bước size 42.
- Thu thập dữ liệu môi trường ổn định: Hệ thống đọc chính xác các giá trị vật lý từ cảm biến nhiệt độ DS18B20 (sai số $\pm 0.5^\circ\text{C}$), cảm biến độ ẩm đất (LM393), cảm biến ánh sáng TEMT6000 (độ nhạy 570nm) và cảm biến mưa (LM358).
- Hệ thống hiển thị và giám sát đa kênh:
- Hiển thị thông số tại chỗ trên màn hình LCD 1602 qua giao tiếp I2C 2 dây.
- Truyền thông tin không dây qua Wi-Fi lên máy chủ Firebase Realtime Database.
- Xây dựng thành công giao diện Web giám sát với các chức năng đăng nhập, vẽ đồ thị biến thiên qua Chart.js, hiển thị bảng dữ liệu thời gian thực và tra cứu lịch sử theo ngày.
- Xây dựng giao diện ứng dụng di động trên nền tảng Android Studio.
2. Đóng góp của đề tài
- Hệ thống hóa chi tiết các thông số kỹ thuật, phương thức đấu nối và cách thức giao tiếp của 15 module phần cứng điện tử và cảm biến thông dụng trong nông nghiệp thông minh.
- Phân tích sâu về mặt lý thuyết và phương pháp triển khai thực tế của 3 chuẩn truyền thông cơ bản trong ngành tự động hóa (I2C, UART, 1-Wire).
- Ứng dụng thành công mô hình SCADA kết hợp Internet of Things (IoT) và dịch vụ đám mây Firebase vào bài toán tự động hóa nhà kính, cung cấp một giải pháp mẫu có tính ứng dụng thực tiễn cao cho sinh viên ngành Điện - Tự động hóa.
Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp
1. Hạn chế
- Hệ thống cơ sở dữ liệu Firebase Realtime Database tổ chức theo cấu trúc dạng cây JSON (Parent-Children), gây khó khăn nhất định trong việc truy vấn phức tạp và quản lý dữ liệu lớn so với các hệ quản trị cơ sở dữ liệu quan hệ SQL truyền thống.
- Cáp cảm biến nhiệt độ bọc nhựa PVC giới hạn nhiệt độ hoạt động tối đa dưới 100°C để đảm bảo độ bền dây dẫn.
- Động cơ bơm nước Water Pump P385 có giới hạn thời gian chạy liên tục dưới 1 giờ để tránh quá tải nhiệt.
2. Hướng phát triển
Tài liệu đề xuất hướng nghiên cứu tiếp tục mở rộng hệ thống:
- Nâng cấp và hoàn thiện các thuật toán điều khiển tự động thông minh hơn cho nhiều vùng vi khí hậu khác nhau trong nhà kính.
- Mở rộng thêm các cơ cấu chấp hành công suất lớn và bổ sung các loại cảm biến nông nghiệp chuyên sâu (như đo nồng độ $\text{CO}_2$, dinh dưỡng đất).
- Tối ưu hóa giao diện người dùng và cải thiện cấu trúc lưu trữ dữ liệu lịch sử phục vụ phân tích dài hạn.
Giá trị tham khảo
Báo cáo đồ án là tài liệu tham khảo kỹ thuật hữu ích cho:
- Sinh viên ngành Kỹ thuật Điện, Điện tử, Tự động hóa và IoT: Có thể tham khảo làm tài liệu hướng dẫn thực hành cho các môn học như SCADA, Hệ thống nhúng, Vi điều khiển, và Đồ án tốt nghiệp.
- Người nghiên cứu triển khai hệ thống nhúng nông nghiệp: Cung cấp thông số chi tiết, sơ đồ chân và lưu ý kỹ thuật của các dòng cảm biến (DS18B20, TEMT6000, cảm biến đất, cảm biến mưa) và driver động cơ (L298, A4988).
- Phần đáng tham khảo nhất:
- Mục phân tích nguyên lý và quy trình truyền dữ liệu của các chuẩn I2C, UART và 1-Wire (tính toán định thời xung và định địa chỉ).
- Cấu trúc tích hợp dữ liệu từ Arduino/ESP8266 lên Firebase Realtime Database và hiển thị giao diện Web với Chart.js.
Câu hỏi thường gặp
1. Mạch chuyển đổi I2C giúp tối ưu hóa việc kết nối màn hình LCD 1602 với Arduino như thế nào?
Thông thường, để giao tiếp với màn hình LCD 1602 sử dụng driver HD44780, vi điều khiển cần tối thiểu 6 chân tín hiệu (RS, EN, D4, D5, D6, D7). Khi sử dụng module chuyển đổi I2C, hệ thống chỉ cần 2 chân truyền thông nối tiếp là SDA (Serial Data) và SCL (Serial Clock), giúp tiết kiệm chân I/O trên vi điều khiển Arduino UNO R3 và đơn giản hóa việc đi dây mạch.
2. Cảm biến nhiệt độ DS18B20 giao tiếp theo chuẩn nào và có đặc điểm kỹ thuật gì nổi bật?
DS18B20 sử dụng chuẩn giao tiếp 1-Wire (truyền nhận trên 1 dây tín hiệu). Cảm biến có dải đo từ -55°C đến +125°C với sai số $\pm 0.5^\circ\text{C}$ trong khoảng -10°C đến +85°C, độ phân giải tùy chọn từ 9 đến 12 bit (thời gian chuyển đổi tối đa 750ms ở 12 bit). Mỗi cảm biến có một mã định danh riêng lưu trên EEPROM, cho phép kết nối nhiều cảm biến trên cùng một đường truyền.
3. Driver A4988 điều khiển động cơ bước hỗ trợ những chế độ hoạt động nào và cách thiết lập?
Mạch A4988 hỗ trợ 5 chế độ vi bước: Full bước, 1/2 bước, 1/4 bước, 1/8 bước và 1/16 bước. Người dùng thiết lập chế độ thông qua mức logic tại 3 chân MS1, MS2, MS3 (nếu thả nổi 3 chân này, module sẽ mặc định ở chế độ Full bước). Dòng điện giới hạn được điều chỉnh thông qua biến trở theo công thức $\text{Current Limit} = \text{V}_{\text{REF}} \times 2.5$.
4. Giao diện Web của hệ thống cung cấp những tính năng xử lý dữ liệu nào?
Giao diện Web được xây dựng bằng HTML/CSS/JavaScript kết hợp Chart.js và SDK Firebase, cung cấp các tính năng: đăng nhập tài khoản; điều khiển bật/tắt thiết bị thủ công (Manual); ghi dữ liệu trạng thái tới Firebase; hiển thị biểu đồ biến thiên thông số môi trường; hiển thị bảng dữ liệu lịch sử; làm mới bảng; lọc dữ liệu ngày hiện tại và tìm kiếm lịch sử đo theo ngày cụ thể.
Kết luận
Báo cáo đồ án môn học "SCADA nâng cao: Hệ thống giám sát và điều khiển vườn thông minh" của Nhóm 8 (Lớp TD18, Trường Đại học Giao thông Vận tải TP.HCM) đã hoàn thành việc thiết kế và tích hợp một hệ thống điều khiển tự động hoàn chỉnh từ tầng phần cứng đến tầng ứng dụng giám sát. Đề tài làm rõ nguyên lý của các chuẩn truyền thông công nghiệp (I2C, UART, 1-Wire), kết nối thành công các cảm biến môi trường và cơ cấu chấp hành thông qua Arduino UNO R3 và ESP8266. Toàn bộ thông số đo đạc được đồng bộ hóa lên máy chủ đám mây Firebase Realtime Database và hiển thị trực quan trên giao diện Web (Chart.js) cùng ứng dụng Android Studio. Công trình là tài liệu tham khảo kỹ thuật có giá trị thực tiễn cao cho sinh viên và kỹ sư trong lĩnh vực tự động hóa và nông nghiệp công nghệ cao.
