Chương 1: “Tổng quan đề tài”. Chương này trình bày lí do chọn đề tài, đối tượng cùng phạm vi nghiên cứu, nội dung, ý nghĩa thực tiễn và trình bày bỗ cục của đề tài. Chương 2: “Cơ sở lý thuyết”. Trong chương này, em trình bày, giới thiệu chi tiết về các thông số kỹ thuật linh kiện của đề tài và phân tích, thiết kế sơ đồ khối liên kết với nhau.
Chương 3: “Phân tích và thiết kế hệ thống”. Chương này trình bày cách lựa chọn linh kiện, vẽ sơ khối và nêu chức năng, nguyên lí hoạt động của từng khối trong đề tài. Sơ đồ kết nối giữa các khối với khối vi điều khiển, cũng như kết nối với khối nguồn. Tiếp đó là sơ đồ nguyên lí toàn mạch của đề tài giúp nhìn tổng quan hơn về hệ thống.
Chương 4: “Thi công hệ thống”. Trong phần này, em trình bày cách lắp đặt hệ thống, cách lập trình của hệ thống với các chế độ tự động, thủ công. Bên cạnh đó đi kèm là hình ảnh thực tế. Chương 5: “Kết luận và hướng phát triển”.
Trong phần này, em trình bày về những kết quả đạt được của hệ thống cũng như những kết quả chưa đạt được. Đồng thời đưa ra giải pháp khắc phục cũng như hướng phát triển để đề tài được ứng dụng vào trong đời sống. 15 CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Sơ đồ khối KHỐI CÁCH LY KHỐI GIAO KHỐI CẢM TIẾP NGƯỜI BIẾN DÙNG KHỐI VI XỬ LÍ KHỐI HIỂN KHỐI LƯU THỊ TRỮ KHỐI NGUỒN Hình 2.2 Phân tích sơ đồ khối 2.1 Khối nguồn Bộ chuyển đổi nguồn điện AC sang DC Adapter. Chức năng: Cung cấp nguồn điện cho board mạch và các thiết bị hoạt động.
“Nguồn Adapter 5v 2A dùng làm nguồn cung cấp cho các thiết bị sử dụng mức điện áp 5VDC. Là nguồn thích hợp cho ở cứng di động 2,5inch, Tivi mini, DVD di động, Tivi BOX, thiết bị âm thanh và video không dây, các thiết bị sạc, MP3/MP4, bộ định tuyến, công tắc, đèn màu, máy ảnh,…”[3] Thông số kỹ thuật: - Đầu cắm AC chuẩn Hoa Kỳ. - Công suất hiệu quả 95%. - Điện áp ngõ vào AC 100V-220V 50-60Hz.
- Dòng điện áp ngõ ra DC 5v. - Cường độ dòng điện 2A. 16 - Jack đầu ra DC: 5.5mm (tương thích 5. 2 Hình ảnh thực tế Adapter 2.2 Khối vi điều khiển Chức năng: xử lí toàn bộ thông tin và vận hành toàn bộ hệ thống.
Module Wi-Fi Esp8266 Node MCU “Esp8266 là một Module Wi-Fi giá rẻ và được đánh giá rất cao cho các ứng dụng liên quan đến internet và Wi-Fi cũng như các ứng dụng truyền nhận sử dụng thay thế cho các Module vô tuyến khác. Xử lí và lưu trữ mạnh mẽ cho phép nó được tích hợp các bộ cảm biến, vi điều khiển và các thiết bị ứng dụng cụ thể khác thông qua GPIOS với một chi phí tối thiểu và một PCB”. 3 Hình ảnh và sơ đồ chân Module Esp8266 17 Các chức năng chính: - Hổ trợ chuẩn 802. - Chuẩn điện áp hoạt động 3.4GHz, hổ trợ WPA/WPA2.
- Có ba chế độ hoạt động: Client, Access point, Both client và access point. - Hổ trợ hai giao tiếp TCP và UDP. - Hổ trợ các chuẩn bảo mật. - Làm việc như các máy chủ có thể kết nối với 5 máy con.
- Led báo truyền nhận TX/RX. Cấu hình thiết bị và sơ đồ chân hết nối: Hình 2. 4 Cấu hình của Module ESP8266 Node MCU - RESET: chân reset, kéo xuống MASS để reset. - ADC: chân đọc dữ liệu Analog.
- CH_PD: kích hoạt chip, sử dụng cho Flash Boot và update lại Module. - VCC: nguồn cấp 3. - TXD: chân Tx của giao thức UART. - RXD: chân Rx của giao thức UART.
- GND: chân MASS. Chế độ hoạt động: có 3 chế độ hoạt động. - Wi-Fi Access point.3 Khối giao tiếp với người dùng Hình 2. 5 App Blynk - Được thiết kế giành cho IOT.
Nó điều khiển các phần cứng từ xa, hiển thị dữ liệu, lưu trữ dữ liệu… [5] - Có ba thành phần chính: o Blynk app: tạo giao diện cho sản phẩm bằng cách kéo thả các widget khác nhau. o Blynk server: xử lí dữ liệu trung tâm giữa smart phone, máy tính bảng và phần cứng. Sử dụng Blynk cloud để cung cấp hoặc tạo máy chủ riêng cho người sử dụng. o Library Blynk: hổ trợ hầu hết các nền tảng phần cứng phổ biến, cho phép giao tiếp với máy chủ và xử lí tất cả các lệnh đến và đi.
Tính năng và đặc điểm: - Cung cấp API và giao diện người dùng tương tự cho tất cả các thiết bị và phần cứng được hổ trợ. - Kết nối Server bằng cách sử dụng Wi-Fi, Bluetooth, USB, GSM,… 19 - Các tiện ích trên giao diện dễ sử dụng. - Thao tác kéo thả trực tiếp trên giao diện không cần viết mã. - Lịch sử được lưu trữ dễ theo dõi.
- Có thể tích hợp thêm chức năng bằng cách sử dụng các cổng kết nối ảo tích hợp trên Blynk app. - Gửi mail, thông báo real time, tweet… - Thông tin liên lạc thiết bị đến thiết bị bằng widget.4 Khối cách ly Module Relay 12VDC 1 kênh H/L “Là một công tắc điện từ được vận hành bởi một dòng điện tương đổi nhỏ có thể bật hoặc tắt một dòng điện khác lớn hơn nhiều. Bộ trung tâm của relay là một nam châm điện. Relay là một đòn bẩy điện: khi bật relay bằng một dòng điện nhỏ và nó bật (đòn bẩy) một thiết bị khác sử dụng dòng điện lớn hơn nhiều.
6 Hình ảnh Module Relay 12VDC 1 kênh H/L Các ký hiệu trên Relay: - Trên relay có 3 kí hiệu: o COM: là chân chung, luôn được kết nối với một trong hai chân còn lại. Còn việc kết nối chung với chân nào phụ thuộc vào trạng thái hoạt động của relay. o NC: là điểm thường đóng, chân COM/POLE được kết nối với NC khi cuộn dây relay không nhiễm từ. o NO: là điểm thường mở, chân COM/POLE được kết nối với NO khi relay được từ hóa.
20 - Trên relay còn có ba chân để kích thích, trong đó: o Chân (+): kích hiệu điện thế tối ưu vào chân này. o Chân (-): nối với cực âm. o Chân (S): chân tín hiệu, tùy thuộc vào loại Module relay mà nó sẽ làm nhiệm vụ kích relay.5 Khối hiển thị Chức năng: Hiển thị thông số đo đạc của hệ thống. Màn hình test LCD 1602 xanh lá “LCD 1602 được sử dụng trong rất nhiều ứng dụng của vi điều khiển.
Nó có rất nhiều ưu điểm với các dạng hiển thị khác như: hiển thị kí tự đa dạng (chữ số, kí tự đồ họa), dễ dàng đưa vào mạch ứng dụng với nhiều giao tiếp khác nhau, tiêu tốn ít tài nguyên hệ thống, giá thành rẻ”. [7] Thông số kỹ thuật: - Điện áp tối đa 7V. - Điện áp tối thiểu -0. - Hoạt động ổn định ở 2.
- Điện áp ra mức cao >2. - Điện áp ra mức thấp <0. - Nguồn cấp 350uA-600uA. - Nhiệt độ hoạt động -30-75 độ C.
7 Hình ảnh LCD 1602 xanh lá 21 2.6 Khối cảm biến Chức năng: đo đạc thông số môi trường, ngoại cảnh gửi đến khối vi xử lí.1 Cảm biến Dht22 - Dht22 là một cảm biến độ ẩm, nhiệt độ kỹ thuật số cơ bản. Sử dụng một cảm biến độ ẩm điện dung và một điện trở nhiệt độ. Từ đó đo độ ,ẩm, nhiệt độ của không khí xung quanh và phát ra tín hiệu kỹ thuật số trên chân dữ liệu, ở Dht22 không cần chân đầu vào Analog. - Dht22 hiệu chỉnh tín hiệu kỹ thuật số đầu ra.
Sử dụng phương thức thu thập tín hiệu kỹ thuật số và công nghệ cảm biến độ ẩm riêng biệt, đảm bảo chất lượng ổn định và mức độ tin cậy. - Các phần tử của nó được kết nối với máy tính chip đơn 8 bit. - Các cảm biến của Module này đều được bù nhiệt độ và hiệu chuẩn chính xác và hệ số hiệu chuẩn được lưu dưới dạng chương trình trong OTP, khi Dht22 phát hiện, nó sẽ trích dẫn hệ số từ bộ nhớ máy. - Dht22 có kích thước nhỏ gọn, tiêu thụ thấp và có khoảng cách truyền dài 20m cho phép nó trở thành cảm biến phù hợp với mọi ứng dụng khắc nghiệt.
- Dht22 có bốn chân, giúp thuận tiện trong khả năng kết nối. 8 Hình ảnh cảm biến Dht22 Thông số kỹ thuật: - Nguồn cấp 3-5VDC. - Dòng điện sử dụng tối đa khi truyền dữ liệu 2. 22 - Sử dụng tốt ở độ ẩm 0100%RH với sai số 2-5%.
- Sử dụng tốt ở nhiệt độ -40-80 độ C với sai số -0. - Tần số lấy mẫu tối đa 0. - Kích thước 27mm x 59mm x13. - Khoảng cách chân 0.
Nguyên lý hoạt động của DHT22: “Dht22 có thành phần hai điện cực với chất dưỡng ẩm giữa chúng, từ đó đo được độ ẩm. Tức là, khi độ ẩm thay đổi, điện trở giữa các chất nền thay đổi hoặc là độ dẫn của chất nền thay đổi”. Sơ đồ chân DHT22: Chân Tên Chức năng 1 VCC Nguồn 2 Data Đầu ra dữ liệu nhiệt độ, độ ẩm 3 Nc Không có kết nối nên không được sử dụng 4 Ground Kết nối mạch của đất Bảng 2.2 Cảm biến độ ẩm đất ( Soil Moisture Sensor) “Cảm biến độ ẩm đất đo và hiển thị chính xác giá trị độ ẩm đất đo được. Ứng dụng trong các mô hình thiết kế vườn thông minh, tưới tiêu tự động.
Độ nhạy cảm biến này có thể tùy chỉnh theo từng loại mô hình do người sử dụng cài đặt. Cảm biến này có phần đầu dài dùng để cắm vào đất, khi độ ẩm đất đạt mức thích hợp, đầu ra DO sẽ chuyển tráng thái từ mức thấp – mức cao”. 9 Hình ảnh cảm biến độ ẩm đất Thông số kỹ thuật: - Nguồn cấp 3. - Tín hiệu ra: o Analog theo điện áp cáp nguồn tương ứng.
o Digital mức cao hoặc thấp, có thể điều chỉnh độ ẩm tương ứng thông qua mạch so sánh LM393 tích hợp. - Kích thước 3 x 1. Nguyên lý hoạt động: “Cảm biến hoạt động dựa vào nguyên lí hấp thụ hơi nước sau đó biến đổi cảm nhận thành phần, tính chất trong cảm biến dẫn đến thiết bị điện trở thay đổi giá trị, xuất hiện sự biến đổi của dòng điện nhờ vậy xác định được độ ẩm đất thay đổi”. Sơ đồ chân cảm biến độ ẩm đất: Chân Tên Chức năng 1 VCC Nguồn 2 GND Kết nối mạch của đất 3 DO Đầu ra tín hiệu số 4 AO Đầu ra tín hiệu tương tự Bảng 2.
2 Sơ đồ chân cảm biến độ ẩm đất 24 2.3 Cảm biến ánh sáng “Cảm biến ánh sáng LDR là một thiết bị quang điện chuyển đổi ánh sáng thành tín hiệu điện.