Thiết kế và thi công mô hình nhà kính trồng cà chua sử dụng IOTS

Thiết Kế và Thi Công Mô Hình Nhà Kính Trồng Cà Chua Sử Dụng IoT Tại HCMUTE

• Tác giả: Phạm Hoàng Vũ
• Người hướng dẫn: PGS. Nguyễn Thanh Hải
• Trường học: Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Kỹ Thuật Điện Tử Truyền Thông
• Đề tài: Thiết kế và thi công mô hình nhà kính trồng cà chua sử dụng IOTS
• Loại tài liệu: đồ án tốt nghiệp
• Năm xuất bản: 2019
• Địa điểm: Tp. Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• LỜI CẢM ƠN
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ LĨNH VỰC NGHIÊN CỨU
• 1.1. MỤC ĐÍCH VÀ GIỚI HẠN ĐỀ TÀI
• 1.2. NỘI DUNG THỰC HIỆN
• 2. CHƯƠNG 2: MỘT SỐ MÔ HÌNH TRỒNG RAU TRONG NHÀ KÍNH
• 2.1. Mô hình nhà lưới kín
• 2.2. Mô hình nhà lưới hở
• 2.3. Mô hình trồng rau trong hộ gia đình
• 2.4. INTERNET OF THINGS
• 2.4.1. Ứng dụng của IoT
• 2.4.2. NHỮNG CHUẨN TRUYỀN DỮ LIỆU
• 2.4.2.1. Chuẩn giao tiếp I2C
• 2.4.2.2. Chuẩn giao tiếp One-Wire
• 2.4.2.3. Chuẩn giao tiếp UART
• 2.5. TÌM HIỂU VỀ PHP
• 2.5.1. Giới thiệu về PHP

Tóm tắt

I. Giới thiệu về Mô hình nhà kính trồng cà chua sử dụng IoT tại HCMUTE

Đồ án tốt nghiệp "Thiết kế và thi công mô hình nhà kính trồng cà chua sử dụng IoT" tại Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh (HCMUTE) tập trung vào việc xây dựng một mô hình nhà kính thông minh để trồng cà chua. Đồ án ứng dụng công nghệ IoT trong nông nghiệp, cụ thể là sử dụng các cảm biến và vi điều khiển để giám sát và điều khiển các yếu tố môi trường trong nhà kính, nhằm tối ưu hóa quá trình sinh trưởng của cây cà chua và tăng năng suất. Nhà kính trồng cà chua này được thiết kế với hai chế độ hoạt động: tự động hóa (AUTO) và thủ công (MANUAL), cho phép người dùng kiểm soát các thông số môi trường một cách linh hoạt. Đây là một nghiên cứu thực tiễn, đóng góp vào lĩnh vực nghiên cứu nông nghiệp và ứng dụng công nghệ IoT tại HCMUTE.

1.1 Mục tiêu và phạm vi nghiên cứu

Mục tiêu chính là thiết kế và thi công một mô hình trồng cà chua trong nhà kính sử dụng IoT. Hệ thống cần điều khiển các thiết bị như quạt, đèn, máy bơm nước, v.v... bằng màn hình cảm ứng và giám sát từ xa qua internet. Các thông số môi trường như nhiệt độ, độ ẩm, ánh sáng sẽ được giám sát và hiển thị. Hệ thống hoạt động bằng năng lượng mặt trời và có hai chế độ điều khiển nhà kính thông minh: AUTO và MANUAL. Phạm vi nghiên cứu tập trung vào cây cà chua. Mô hình có kích thước hạn chế (80x50x50cm) và chỉ mang tính chất mô hình học tập. Nghiên cứu khoa học nhà kính này tập trung vào việc kiểm chứng khả năng ứng dụng công nghệ.

1.2 Phương pháp nghiên cứu

Đồ án áp dụng phương pháp nghiên cứu thực nghiệm. Các bước thực hiện bao gồm: thiết kế sơ đồ khối hệ thống, thiết kế và thi công mạch nguồn, lập trình thu thập dữ liệu từ các cảm biến (cảm biến nhà kính) như FC28, DHT22, BH1750, lập trình giao tiếp với module ESP8266 và thiết kế website quản lý dữ liệu, thiết kế giao diện người dùng trên màn hình cảm ứng HMI UART LCD, thiết kế mạch công suất, tích hợp các khối thành mô hình hoàn chỉnh, gỡ lỗi và hiệu chỉnh hệ thống. Dữ liệu thu thập được từ các cảm biến nhà kính được xử lý và phân tích để đánh giá hiệu quả của hệ thống. Việc sử dụng Arduino Mega 2560 làm bộ xử lý trung tâm là một lựa chọn quan trọng trong quá trình xây dựng nhà kính.

II. Phân tích hệ thống nhà kính thông minh

Hệ thống sử dụng IoT để giám sát và điều khiển môi trường trong nhà kính. Giám sát nhà kính bằng IoT được thực hiện thông qua các cảm biến, thu thập dữ liệu về nhiệt độ, độ ẩm, ánh sáng và lượng mưa. Dữ liệu này được truyền đến bộ điều khiển trung tâm (Arduino Mega 2560), xử lý và hiển thị trên màn hình HMI và website. Chế độ AUTO tự động điều chỉnh các thiết bị dựa trên các ngưỡng cài đặt sẵn. Chế độ MANUAL cho phép người dùng điều khiển thủ công. Thu thập dữ liệu nhà kính và phân tích dữ liệu nhà kính là hai khía cạnh quan trọng trong việc đánh giá hiệu quả của hệ thống. Quản lý nhà kính được đơn giản hóa nhờ vào khả năng giám sát từ xa.

2.1 Cảm biến và thiết bị

Hệ thống sử dụng các cảm biến như DHT22 (đo nhiệt độ và độ ẩm), FC28 (đo độ ẩm đất), BH1750 (đo ánh sáng). Các thiết bị điều khiển bao gồm máy bơm nước, hệ thống phun sương, quạt và đèn. Cảm biến nhà kính được lựa chọn dựa trên độ chính xác và khả năng tương thích với hệ thống. Việc sử dụng ESP8266 cho phép kết nối không dây với internet, giúp giám sát từ xa. Thiết kế nhà kính cần đảm bảo sự bố trí hợp lý của các cảm biến và thiết bị điều khiển để tối ưu hiệu quả hoạt động.

2.2 Phần mềm và giao diện người dùng

Phần mềm được phát triển để giám sát và điều khiển hệ thống. Giao diện người dùng trên màn hình HMI UART LCD cho phép người dùng tương tác trực tiếp với hệ thống. Website cung cấp giao diện giám sát từ xa và cho phép người dùng thay đổi cài đặt. Ứng dụng IoT trong trồng trọt này sử dụng PHP để phát triển website, tạo điều kiện dễ dàng quản lý. Thiết kế phần mềm nhằm đảm bảo tính trực quan, dễ sử dụng và cung cấp đầy đủ thông tin cần thiết.

III. Kết luận và hướng phát triển

Đồ án đã thành công trong việc thiết kế và thi công mô hình nhà kính trồng cà chua sử dụng IoT. Hệ thống hoạt động ổn định, đáp ứng được các yêu cầu đề ra. Mô hình trồng cà chua này thể hiện tiềm năng ứng dụng công nghệ IoT trong nông nghiệp. Tuy nhiên, mô hình còn hạn chế về quy mô và tính năng. Các hướng phát triển trong tương lai bao gồm mở rộng quy mô, tích hợp thêm các cảm biến và tính năng thông minh khác, xây dựng hệ thống tự động hóa hoàn toàn, và nghiên cứu ứng dụng cho nhiều loại cây trồng khác. Phát triển bền vững nông nghiệp cần sự hỗ trợ mạnh mẽ từ nông nghiệp công nghệ cao.

Nội dung chính

Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Nông nghiệp là ngành kinh tế truyền thống giữ vị trí quan trọng trong cơ cấu kinh tế Việt Nam. Tuy nhiên, quy mô, năng suất và chất lượng sản phẩm nông sản trong nước còn nhiều hạn chế do phương thức canh tác chủ yếu phụ thuộc vào lao động thủ công và chịu ảnh hưởng trực tiếp từ biến đổi thời tiết, sâu bệnh. Mô hình nhà kính bắt đầu được áp dụng tại Việt Nam từ năm 2001 và đã chứng minh hiệu quả trong việc cách ly môi trường bất lợi, kéo dài mùa vụ và tối ưu hóa điều kiện sinh trưởng. Trước sự phát triển của công nghệ Internet vạn vật (IoT), việc tự động hóa quá trình giám sát và điều khiển môi trường vi khí hậu trong nhà kính trở thành một hướng tiếp cận kỹ thuật tất yếu nhằm tiết kiệm nhân lực và nâng cao độ chính xác.

Đồ án "Thiết kế và thi công mô hình nhà kính trồng cà chua sử dụng IOTS" được thực hiện bởi nhóm sinh viên ngành Công nghệ Kỹ thuật Điện tử - Truyền thông (chuyên ngành Điện tử công nghiệp), Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh, dưới sự hướng dẫn của PGS. TS. Nguyễn Thanh Hải (tháng 07/2019).

Mục tiêu và các nhiệm vụ nghiên cứu được xác định cụ thể trong văn bản bao gồm:

1. Thiết kế và thi công hoàn thiện mô hình phần cứng nhà kính phục vụ đối tượng cây trồng cụ thể là cây cà chua.
2. Thiết kế mạch nguồn cung cấp sử dụng năng lượng mặt trời kết hợp bộ lưu trữ ắc quy, đảm bảo hoạt động độc lập không phụ thuộc trực tiếp vào điện lưới.
3. Xây dựng hệ thống thu thập dữ liệu vi khí hậu thông qua các khối cảm biến (nhiệt độ, độ ẩm không khí, độ ẩm đất, cường độ ánh sáng, phát hiện mưa).
4. Thiết kế và lập trình khối xử lý trung tâm, khối hiển thị/điều khiển tại chỗ qua màn hình cảm ứng công nghiệp HMI chuẩn UART.
5. Thiết lập khối giao tiếp không dây Wi-Fi qua module ESP8266 để truyền dữ liệu lên máy chủ web (WampServer, PHP/MySQL) và nền tảng IoT (ThingSpeak), cho phép giám sát và điều khiển từ xa qua Internet.
6. Xây dựng thuật toán điều khiển hỗ trợ 2 chế độ vận hành: Tự động (AUTO) theo ngưỡng cài đặt sinh trưởng của cây cà chua và Thủ công (MANUAL) theo lệnh can thiệp của người dùng.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

• Đối tượng nghiên cứu: Quy trình giám sát vi khí hậu và tự động hóa cơ cấu chấp hành cho cây cà chua (Solanum lycopersicum).
• Phạm vi nghiên cứu: Dừng lại ở quy mô mô hình học tập thực nghiệm với kích thước kết cấu nhà kính là $80 \times 50 \times 50\text{ cm}$ (Dài $\times$ Rộng $\times$ Cao), kiểm nghiệm hoạt động tại không gian phòng thí nghiệm/thực hành.

---

Cơ sở lý thuyết và phương pháp tiếp cận

Đồ án thuộc dạng đề tài thiết kế và thi công hệ thống kỹ thuật - nhúng kết hợp ứng dụng IoT. Cơ sở lý thuyết và phương pháp tiếp cận được xây dựng trên các nền tảng kỹ thuật sau:

• Khái niệm và kiến trúc IoT: Nghiên cứu mô hình mạng lưới kết nối thiết bị theo định nghĩa của Kevin Ashton (1999), thu thập dữ liệu từ các cảm biến vật lý, truyền dẫn qua mạng không dây và xử lý tập trung trên nền tảng điện toán/máy chủ.
• Các chuẩn giao tiếp truyền dữ liệu số:
  • Chuẩn 1-Wire (Dallas): Giao tiếp nối tiếp không đồng bộ sử dụng duy nhất một đường tín hiệu dữ liệu (kết hợp cấp nguồn ký sinh qua tụ điện 800 pF) để truyền dữ liệu giữa vi điều khiển và cảm biến DHT22.
  • Chuẩn I2C (Inter-Integrated Circuit): Chuẩn truyền thông nối tiếp đồng bộ theo mô hình Master-Slave qua hai đường dây SDA (Serial Data) và SCL (Serial Clock), dùng để đọc dữ liệu quang thông từ cảm biến BH1750.
  • Chuẩn UART (Universal Asynchronous Receiver-Transmitter): Chuẩn truyền thông nối tiếp không đồng bộ toàn phần (Full-duplex) với hai đường Tx/Rx, sử dụng để kết nối giữa vi điều khiển trung tâm với màn hình cảm ứng HMI và module Wi-Fi ESP8266.
• Ngôn ngữ và nền tảng lập trình Web/Cơ sở dữ liệu:
  • PHP (Hypertext Preprocessor): Ngôn ngữ kịch bản phía máy chủ (Server-side) nhận request từ trình duyệt, xử lý dữ liệu qua hai phương thức GET và POST, tương tác với hệ quản trị cơ sở dữ liệu qua thư viện MySQLi/PDO.
  • WampServer / Apache / MySQL: Môi trường web server cục bộ trên hệ điều hành Windows phục vụ lưu trữ dữ liệu đo và giao diện điều khiển.
  • Nền tảng ThingSpeak: Dịch vụ đám mây IoT cung cấp kênh thu thập dữ liệu thời gian thực, vẽ đồ thị phân tích và xuất dữ liệu ra tệp bảng tính.
• Phương pháp nghiên cứu thực tế:
  • Phương pháp phân tích - tính toán công suất tiêu thụ điện tĩnh và động của toàn bộ linh kiện nhằm xác định dung lượng tấm pin năng lượng mặt trời, ắc quy và bộ chuyển đổi DC-DC.
  • Phương pháp thiết kế phần cứng theo module hóa (khối nguồn, khối điều khiển trung tâm, khối đo lường, khối công suất relay, khối giao tiếp truyền thông).
  • Phương pháp lập trình nhúng bằng ngôn ngữ C/C++ (Wiring) trên nền tảng Arduino IDE.
  • Phương pháp thực nghiệm kiểm thử tính năng và hiệu chỉnh sai số thiết bị trên mô hình thực tế.

---

Thiết kế và triển khai hệ thống

1. Kiến trúc phần cứng và sơ đồ khối

Hệ thống được thiết kế thành một cấu trúc mạch kín gồm 8 khối chức năng phối hợp hoạt động:

       [Khối Relay & Công Suất]                                    [Khối Giao Tiếp Wi-Fi]
    [Khối Cơ Cấu Chấp Hành]                                        [Khối Web Server / IoT]
(Bơm, Quạt, Đèn, Rèm, Mái vòm)                                  (WampServer, PHP, ThingSpeak)

• Khối xử lý trung tâm: Sử dụng board mạch Arduino Mega 2560 tích hợp vi điều khiển ATmega2560 (vi điều khiển 8-bit họ AVR, tần số dao động 16 MHz, bộ nhớ Flash 256 KB, SRAM 8 KB, EEPROM 4 KB, 54 chân Digital I/O với 15 kênh PWM và 16 kênh Analog 10-bit). Vi điều khiển chịu trách nhiệm thu nhận toàn bộ tín hiệu cảm biến, thực thi giải thuật đóng ngắt, điều khiển hiển thị và định tuyến dữ liệu truyền thông.
• Khối truyền thông Wi-Fi: Sử dụng module ESP8266-01 (chuẩn IEEE 802.11 b/g/n, điện áp hoạt động 3.3V), giao tiếp với Arduino Mega qua cổng phần cứng UART thông qua tập lệnh AT (AT Command) với tốc độ baud mặc định 9600/115200 bps.
• Khối hiển thị tại chỗ: Màn hình màu cảm ứng HMI UART LCD tích hợp bộ xử lý đồ họa riêng, thiết kế giao diện thông qua phần mềm chuyên dụng, cho phép hiển thị các thông số môi trường, trạng thái tải và nhập mật khẩu truy cập để can thiệp chế độ.

2. Khối cảm biến đo lường môi trường

Tên cảm biến	Thông số đo lường	Dải đo & Độ chính xác	Chuẩn giao tiếp	Điện áp hoạt động
DHT22 (AM2302)	Nhiệt độ, độ ẩm không khí	0 – 50°C (sai số ±2%), 20 – 90% RH (sai số ±5%)	Digital 1-Wire	3.3V – 5V
FC28	Độ ẩm của đất	Mức logic DO (qua IC LM393) và tương tự AO (sai số > 5%)	Analog / Digital	3.3V – 5V
BH1750	Cường độ ánh sáng	1 – 65535 lx (độ phân giải ADC 16-bit tích hợp)	I2C (tần số tối đa 400 kHz)	3V – 5V
YL-83	Phát hiện trời mưa	Tín hiệu TTL mức logic 0/1 (qua bộ so sánh LM393)	Digital (DO) / Analog (AO)	3V – 5V

3. Khối cơ cấu chấp hành và mạch công suất

Khối chấp hành bao gồm các thiết bị phục vụ tạo vi khí hậu tối ưu cho cây cà chua:

• Máy bơm nước HT001674SP: Loại bơm chìm mini không chổi than, công suất 5W, lưu lượng $3.3\text{ lít/phút}$, điện áp làm việc từ 3V – 4.5V (hoặc cấp qua mạch điều khiển 12V), làm mát bằng chính môi trường nước.
• Quạt tản nhiệt vi khí hậu: Gồm 2 quạt DC 12V (kích thước $6 \times 6 \times 1.5\text{ cm}$) bố trí theo nguyên lý đối lưu: 1 quạt hút khí nóng/ẩm từ bên trong đẩy ra ngoài và 1 quạt thổi không khí tươi từ bên ngoài vào.
• Hệ thống chiếu sáng & sưởi: Đèn LED dây 5V/12V cung cấp quang phổ bổ sung (quang thông 1210 lm/m) khi thiếu sáng; Đèn sợi đốt Halogen HS1HP 12VDC phát xạ nhiệt sưởi ấm khi nhiệt độ xuống thấp.
• Cơ cấu đóng mở mái vòm và rèm che:
  • Động cơ Servo MG996R: Nhông kim loại, góc quay 180°, mô-men xoắn lớn hơn $9.5\text{ kg}\cdot\text{cm}$ (tại 6V), dùng để điều khiển mở nắp mái vòm thông gió khi nhiệt độ cao và tự động đóng kín khi phát hiện có mưa.
  • Động cơ DC giảm tốc JGB37-520: Nguồn 12VDC, tốc độ không tải 22 RPM, mô-men xoắn $13.5\text{ kg}\cdot\text{cm}$, kết hợp Shield mở rộng L293D (tích hợp 2 IC cầu H L293D và IC ghi dịch 74HC595) để kéo/thu rèm che nắng khi cường độ sáng vượt ngưỡng.
• Module Relay 8 kênh 5V: Sử dụng cách ly quang (Opto-coupler), cuộn hút 5VDC dòng tiêu thụ ~80 mA/kênh, chịu tải tiếp điểm tối đa $250\text{VAC}-10\text{A}$ hoặc $30\text{VDC}-10\text{A}$, đóng vai trò cầu nối đóng ngắt an toàn giữa vi điều khiển và tải động lực 12V.

4. Tính toán và thiết kế khối nguồn độc lập

Hệ thống hoạt động hoàn toàn bằng năng lượng mặt trời, không sử dụng điện lưới trực tiếp. Bảng tính toán dòng điện tiêu thụ cực đại của hệ thống được xác định:

Thiết bị / Linh kiện	Số lượng	Dòng điện tiêu thụ danh định
Arduino Mega 2560	1	30 mA
Module Relay 8 kênh	1	1000 mA (1 A)
Động cơ Servo MG996R	1	500 mA (0.5 A)
Động cơ DC giảm tốc JGB37-520	1	200 mA
Đèn LED dây	1	500 mA (0.5 A)
Bóng đèn sưởi sợi đốt/Halogen	1	500 mA (0.5 A)
Tổng các module cảm biến	1 bộ	1000 mA (1 A)
Màn hình HMI UART LCD	1	85 mA
Giao tiếp UART	1	100 mA
Module Wi-Fi ESP8266	1	500 mA (0.5 A)
Tổng dòng điện tiêu thụ cực đại		~6 A

Cấu hình bộ nguồn được lựa chọn:

• Tấm pin năng lượng mặt trời: 2 tấm pin quang điện loại $12\text{V} - 10\text{W}$ (Điện áp danh định $V_{mp} = 17.07\text{V}$, dòng danh định $I_{mp} = 0.58\text{A}$, điện áp hở mạch $V_{oc} = 21.6\text{V}$).
• Bộ điều khiển sạc Solar Controller 10A: Điều khiển sạc thông minh theo phương pháp điều chế độ rộng xung (PWM) 4 giai đoạn, tự động ngắt tải khi ắc quy cạn dưới $10.5\text{V}$ và ngắt nạp khi điện áp đầy đạt $13.8\text{V} - 14\text{V}$, chống dòng điện rò ngược từ ắc quy lên tấm pin vào ban đêm.
• Ắc quy lưu trữ: Ắc quy chì-axit kín khí $12\text{V} - 9\text{Ah}$, tuổi thọ thiết kế 5 năm, nội trở $\sim 14\text{ m}\Omega$, đảm bảo cung cấp liên tục cho hệ thống khi không có bức xạ mặt trời.
• Module hạ áp LM2596 ADJ: Nhận điện áp đầu vào 12V từ ắc quy, hạ áp xung (tần số 150 kHz, hiệu suất cao, dòng ra cực đại 3A) để tạo hai đường nguồn phụ trợ ổn định $5\text{VDC}$ và $3.3\text{VDC}$ cấp cho vi điều khiển, màn hình, cảm biến và module Wi-Fi.

---

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1. TỔNG QUAN VỀ LĨNH VỰC NGHIÊN CỨU

Chương này phân tích bối cảnh nền nông nghiệp Việt Nam, chỉ rõ khoảng cách công nghệ sản xuất so với thế giới khi các quy trình chủ yếu vẫn dựa vào lao động chân tay. Tác giả tổng kết tiến trình ứng dụng mô hình nhà kính tại Việt Nam từ năm 2001 và sự cần thiết của việc kết hợp mạng lưới Internet of Things để tự động hóa khâu giám sát vi khí hậu. Chương 1 xác định rõ mục đích nghiên cứu, giới hạn đề tài ở mô hình thực nghiệm $80 \times 50 \times 50\text{ cm}$ cho cây cà chua, cùng danh mục 12 bước nội dung triển khai từ khảo sát, thiết kế mạch nguồn, lập trình nhúng, thiết kế giao diện web/HMI đến thi công, cân chỉnh phần cứng.

Chương 2. MỘT SỐ MÔ HÌNH TRỒNG RAU TRONG NHÀ KÍNH

Chương 2 trình bày tổng quan về các dạng nhà trồng rau phổ biến trong thực tế:

• Mô hình nhà lưới kín: Ưu điểm che chắn hoàn toàn côn trùng và biến động thời tiết, khung sắt/cột bê tông bền vững; nhược điểm chi phí ban đầu cao, đòi hỏi diện tích lớn, màng lưới dễ giảm chất lượng sau 6–8 tháng và nguy cơ tồn lưu mầm bệnh nếu không luân canh.
• Mô hình nhà lưới hở: Chi phí thấp, giảm tác hại mưa gió, thích hợp trồng mùa mưa; nhược điểm không ngăn được côn trùng phá hoại và không có hệ thống tự động kiểm soát.
• Mô hình hộ gia đình / trồng rau nước sâu: Quy mô nhỏ, không tích hợp tự động hóa nên không được lựa chọn làm đối tượng nghiên cứu của đề tài.

Bên cạnh đó, chương này hệ thống hóa cơ sở kỹ thuật IoT, phân tích ứng dụng lịch sử (máy bán nước tự động tại Đại học Carnegie Mellon những năm 1980), so sánh các chuẩn truyền thông nối tiếp I2C, 1-Wire, UART và trình bày chi tiết cú pháp lập trình PHP, cơ chế thông dịch của máy chủ Web (Apache), cách truyền nhận biến qua phương thức GET/POST, và phương thức kết nối cơ sở dữ liệu MySQL qua MySQLi/PDO.

Chương 3. TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG

Chương 3 là phần trọng tâm kỹ thuật của đồ án, mô tả chi tiết sơ đồ khối, nguyên lý làm việc và tính toán thông số cho từng module phần cứng:

• Trình bày chi tiết cơ chế định thời giao tiếp 1-Wire của cảm biến DHT22 (xung Start $>800\ \mu\text{s}$, phản hồi $20-40\ \mu\text{s}$, chuỗi xung 40-bit gồm 5 byte dữ liệu và công thức kiểm tra checksum).
• Phân tích nguyên lý làm việc của cảm biến độ ẩm đất FC28, cảm biến ánh sáng BH1750 (giao tiếp I2C), cảm biến mưa YL-83 và module Relay 8 kênh.
• Chi tiết hóa thông số kỹ thuật của các cơ cấu chấp hành: Động cơ servo MG996R, động cơ DC giảm tốc JGB37-520 điều khiển qua Shield L293D (dùng thanh ghi dịch 74HC595 kết nối các chân Digital 4, 7, 8, 12 của Arduino), bơm HT001674SP, quạt và đèn sưởi/chiếu sáng.
• Lập bảng tính toán cân bằng dòng tiêu thụ của toàn hệ thống ($\sim 6\text{A}$ đỉnh), từ đó tính toán chọn bộ pin mặt trời $12\text{V}-10\text{W}$, ắc quy $12\text{V}-9\text{Ah}$, bộ sạc PWM 10A và mạch hạ áp LM2596.
• Thiết lập lưu đồ thuật toán chương trình chính, lưu đồ giải thuật cho 2 chế độ:
  • Chế độ AUTO: Tự động đọc dữ liệu cảm biến; nếu nhiệt độ vượt ngưỡng thì bật quạt thổi/hút và mở servo mái vòm; nếu nhiệt độ thấp thì bật đèn Halogen; nếu đất thiếu ẩm thì kích hoạt bơm nước; nếu ánh sáng yếu thì bật đèn LED; nếu ánh sáng quá mạnh thì kích hoạt động cơ DC kéo rèm che; nếu có tín hiệu mưa thì tự động đóng servo mái vòm.
  • Chế độ MANUAL: Ưu tiên nhận lệnh trực tiếp từ các nút nhấn cảm ứng trên màn hình HMI hoặc các nút bấm trên giao diện Web PHP để đóng/ngắt thiết bị theo ý muốn của người dùng.

Chương 4. THI CÔNG HỆ THỐNG

Chương 4 ghi lại toàn bộ quy trình gia công cơ khí và tích hợp hệ thống:

• Thi công phần mềm: Cài đặt WampServer tạo localhost; lập trình giao diện Web bằng Dreamweaver/Notepad++ hiển thị bảng dữ liệu thời gian thực; cấu hình kênh ThingSpeak để trích xuất biểu đồ biến thiên và xuất tệp Excel; thiết kế giao diện HMI bằng phần mềm lập trình cho màn hình UART, gán địa chỉ biến, thiết lập màn hình khóa đăng nhập mật khẩu và biên dịch xuất file .tft nạp vào màn hình.
• Thi công phần cứng: Lắp dựng bộ khung nhôm kích thước $80 \times 50 \times 50\text{ cm}$; gia công mạch in hạ áp nguồn LM2596; đấu nối dây tín hiệu từ Arduino Mega 2560 đến module Relay 8 kênh, module ESP8266 và các cảm biến; tích hợp toàn bộ mạch điều khiển vào tủ điện chuyên dụng bên trong mô hình.

Chương 5. NHẬN XÉT – ĐÁNH GIÁ

Trình bày kết quả chạy thử nghiệm thực tế của mô hình:

• Màn hình cảm ứng HMI khởi động ổn định, chức năng khóa bảo mật bằng mật khẩu hoạt động chính xác trước khi cho phép truy cập màn hình chọn chế độ.
• Các cảm biến (DHT22, FC28, BH1750, YL-83) ghi nhận và cập nhật liên tục thông số môi trường của chậu cây mẫu.
• Chế độ AUTO tự động kích hoạt các relay tương ứng khi thông số vi khí hậu vượt hoặc giảm dưới ngưỡng cài đặt.
• Chế độ MANUAL tiếp nhận và thực thi tức thời lệnh điều khiển thiết bị từ màn hình HMI cũng như từ trang Web qua mạng Wi-Fi.

Chương 6. KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN

Tổng kết mức độ hoàn thành nhiệm vụ đồ án và đề xuất các giải pháp nâng cấp, mở rộng hệ thống trong tương lai.

---

Kết quả và đóng góp

1. Kết quả kỹ thuật đạt được

• Chế tạo thành công mô hình vật lý nhà kính hoàn chỉnh với kích thước kết cấu $80 \times 50 \times 50\text{ cm}$, tích hợp đầy đủ hệ thống khung nhôm, tủ điện điều khiển, hệ thống che chắn cơ học (mái vòm servo, rèm che động cơ DC) và các cảm biến vi khí hậu.
• Vận hành thành công hệ thống cấp nguồn độc lập từ 2 tấm pin năng lượng mặt trời $12\text{V}-10\text{W}$, bộ sạc PWM 10A, ắc quy $12\text{V}-9\text{Ah}$ và các mạch giảm áp LM2596, đảm bảo cung cấp các mức điện áp $12\text{V}$, $5\text{V}$, $3.3\text{V}$ ổn định cho toàn bộ tải có tổng dòng tiêu thụ đỉnh xấp xỉ $6\text{A}$.
• Lập trình nhúng hoàn thiện trên vi điều khiển ATmega2560 (Arduino Mega), xử lý chính xác dữ liệu từ 4 loại cảm biến qua các chuẩn giao tiếp 1-Wire, I2C, Analog/Digital và xuất tín hiệu điều khiển cách ly qua module Relay 8 kênh.
• Triển khai thành công hai chế độ điều khiển linh hoạt: Chế độ tự động (AUTO) bám sát các ngưỡng môi trường sinh trưởng của cây cà chua và chế độ thủ công (MANUAL) can thiệp theo ý muốn.
• Xây dựng hệ thống giám sát đa kênh: Tại chỗ qua màn hình cảm ứng HMI UART LCD có phân quyền mật khẩu; từ xa qua giao diện Web PHP/MySQL (trên nền WampServer) và nền tảng đám mây ThingSpeak có chức năng vẽ biểu đồ và lưu trữ dữ liệu sang file Excel.

2. Đóng góp của đề tài

• Tích hợp đồng bộ giải pháp năng lượng tái tạo (pin mặt trời) vào hệ thống IoT nông nghiệp quy mô nhỏ, chứng minh khả năng tự chủ năng lượng cho các mô hình canh tác tại các khu vực xa lưới điện.
• Cung cấp tài liệu thiết kế chi tiết về việc kết hợp vi điều khiển Arduino Mega 2560 với module Wi-Fi ESP8266, màn hình công nghiệp HMI UART và hệ thống cơ cấu chấp hành đa dạng (bơm, quạt đối lưu, đèn sưởi, đèn quang hợp, động cơ DC kéo rèm và servo mở mái).

---

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

1. Hạn chế

• Đồ án dừng lại ở quy mô mô hình học tập thử nghiệm kích thước nhỏ ($80 \times 50 \times 50\text{ cm}$), chưa thử nghiệm trực tiếp tại các trang trại nông nghiệp thực tế với diện tích canh tác lớn.
• Cảm biến độ ẩm đất FC28 sử dụng phương pháp đo điện trở tiếp xúc nên có sai số tương đối cao ($>5%$) và dễ bị oxy hóa bề mặt sau một thời gian cắm trong đất ẩm.
• Module Wi-Fi ESP8266-01 sử dụng giao tiếp tập lệnh AT qua cổng UART nối tiếp, tốc độ truyền và khả năng xử lý đồng thời nhiều luồng dữ liệu còn hạn chế so với các thế hệ vi điều khiển tích hợp Wi-Fi trực tiếp (như NodeMCU ESP8266 hay ESP32).
• Máy chủ web WampServer được triển khai trên môi trường máy chủ cục bộ (Localhost), việc truy cập điều khiển từ xa qua Internet phụ thuộc vào việc NAT port hoặc trung gian qua ThingSpeak.

2. Hướng nghiên cứu tiếp

• Mở rộng quy mô diện tích nhà kính sang quy mô thực địa, nâng cấp công suất hệ thống pin mặt trời, ắc quy lưu trữ và các cơ cấu chấp hành công nghiệp (bơm công suất lớn, quạt hút công nghiệp, hệ thống phun sương tự động).
• Thay thế cảm biến độ ẩm đất FC28 bằng các dòng cảm biến điện dung chuyên dụng (như cảm biến EC5 hoặc cảm biến độ ẩm đất công nghiệp) để nâng cao độ chính xác và tuổi thọ hoạt động.
• Nâng cấp bộ vi xử lý và truyền thông bằng việc chuyển đổi sang các chip xử lý SoC mạnh mẽ hơn (như ESP32 hoặc máy tính nhúng Raspberry Pi) để xử lý dữ liệu phức tạp, tích hợp thêm camera nhận diện sâu bệnh và phát triển ứng dụng di động (Mobile App) chuyên dụng thay thế giao diện web tĩnh.
• Triển khai máy chủ web lên hạ tầng đám mây (Cloud Server / Web Hosting) với tên miền tĩnh và giao thức bảo mật HTTPS để tăng cường tính ổn định và an toàn thông tin.

---

Giá trị tham khảo

Đồ án là tài liệu kỹ thuật thực hành có giá trị tham khảo đối với:

• Sinh viên các ngành Kỹ thuật Điện tử, Điện tử - Truyền thông, Kỹ thuật Điều khiển & Tự động hóa, Cơ điện tử và Công nghệ Thông tin: Cung cấp mẫu thiết kế hệ thống nhúng hoàn chỉnh từ khâu tính toán tải nguồn, ghép nối phần cứng vi điều khiển (Arduino Mega 2560), giao tiếp module ngoại vi (ESP8266, HMI LCD, Shield L293D, Relay) đến lập trình phần mềm máy chủ PHP/MySQL và IoT Cloud.
• Người làm đề tài về nông nghiệp thông minh (Smart Agriculture) và trạm quan trắc vi khí hậu: Tham khảo tài liệu tính toán hệ thống nguồn điện độc lập bằng năng lượng mặt trời (Solar PWM) và thuật toán phân loại điều khiển tự động / thủ công cho các hệ cơ cấu chấp hành vi khí hậu.

---

Câu hỏi thường gặp

1. Hệ thống sử dụng nguồn điện nào để duy trì hoạt động và tổng dòng điện tiêu thụ là bao nhiêu?
Hệ thống sử dụng nguồn năng lượng mặt trời độc lập gồm 2 tấm pin quang điện $12\text{V}-10\text{W}$, bộ điều khiển sạc thông minh Solar PWM 10A, bình ắc quy lưu trữ chì-axit $12\text{V}-9\text{Ah}$ và module hạ áp LM2596 ADJ để tạo các mức điện áp $12\text{V}$, $5\text{V}$, $3.3\text{V}$. Tổng dòng điện tiêu thụ cực đại được tính toán trong thiết kế xấp xỉ $6\text{A}$.

2. Điểm khác biệt giữa hai chế độ vận hành MANUAL và AUTO trong mô hình là gì?
Ở chế độ MANUAL, người dùng chủ động bật/tắt từng thiết bị (máy bơm, quạt, đèn led, đèn sưởi, động cơ rèm, servo mái) thông qua giao diện màn hình cảm ứng HMI UART hoặc giao diện web. Ở chế độ AUTO, vi điều khiển trung tâm tự động so sánh dữ liệu đọc về từ các cảm biến với các ngưỡng vi khí hậu cài đặt sẵn cho cây cà chua để tự động đóng ngắt các cơ cấu chấp hành tương ứng mà không cần sự can thiệp của con người.

3. Khối cảm biến của hệ thống gồm những loại nào và đo lường các thông số gì?
Hệ thống tích hợp 4 loại cảm biến: DHT22 (đo nhiệt độ dải $0-50^\circ\text{C}$ và độ ẩm không khí $20-90%\text{ RH}$ qua chuẩn 1-Wire), FC28 (đo độ ẩm đất thông qua bộ so sánh LM393), BH1750 (đo cường độ ánh sáng từ $1-65535\text{ lx}$ qua chuẩn I2C) và YL-83 (phát hiện có mưa qua tín hiệu số TTL).

4. Dữ liệu giám sát từ mô hình được gửi lên máy tính và Internet bằng cách nào?
Vi điều khiển Arduino Mega 2560 gửi dữ liệu sang module Wi-Fi ESP8266-01 thông qua giao tiếp UART bằng tập lệnh AT. Module ESP8266 kết nối mạng Wi-Fi và gửi dữ liệu qua giao thức HTTP (phương thức GET/POST) đến máy chủ Web Server cục bộ (WampServer chạy PHP/MySQL) và kênh đám mây ThingSpeak để hiển thị biểu đồ trực quan cũng như xuất tệp dữ liệu Excel.

5. Các cơ cấu chấp hành chuyển động cơ khí trong mô hình thực hiện những chức năng gì?
Động cơ Servo MG996R (góc quay $180^\circ$, lực kéo $>9.5\text{ kg}\cdot\text{cm}$) được dùng để đóng/mở nắp mái vòm thông gió và tránh mưa cho khu vườn; Động cơ DC giảm tốc JGB37-520 ($12\text{VDC}$, mô-men xoắn $13.5\text{ kg}\cdot\text{cm}$) điều khiển thông qua Shield L293D được dùng để kéo và thu rèm che nắng khi cường độ ánh sáng vượt ngưỡng.

---

Kết luận

Đồ án tốt nghiệp "Thiết kế và thi công mô hình nhà kính trồng cà chua sử dụng IOTS" của sinh viên Phạm Hoàng Vũ và Đinh Thành Lâm đã hoàn thành trọn vẹn mục tiêu thiết kế và thi công một hệ thống nhà kính tự động hóa quy mô thực nghiệm ($80 \times 50 \times 50\text{ cm}$). Đề tài đã làm chủ quy trình tính toán hệ thống năng lượng mặt trời độc lập, tích hợp thành công vi điều khiển Arduino Mega 2560 với đa dạng cảm biến môi trường, cơ cấu chấp hành công suất và module truyền thông Wi-Fi ESP8266. Hệ thống vận hành ổn định trên cả hai chế độ AUTO/MANUAL, cung cấp khả năng điều khiển - giám sát đồng thời tại chỗ qua màn hình cảm ứng HMI và từ xa qua giao diện Web/ThingSpeak, tạo tiền đề kỹ thuật vững chắc cho việc ứng dụng IoT vào nông nghiệp công nghệ cao.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Chương 1. TỔNG QUAN VỀ LĨNH VỰC NGHIÊN CỨU Nước ta là một nước nông nghiệp nhưng quy mô, chất lượng và sản lượng của nước ta nhiều năm nay vẫn thấp hơn các nước khác. Nguyên nhân chính là công nghệ sản xuất còn lạc hậu, chủ yếu dựa vào tay chân. Mô hình nhà kính đã được nước ta thực hiện từ năm 2001 và tính đến nay đã có hàng trăm mô hình được triển khai.

Đặc biệt là sự bùng nổ về công nghệ Internet of Things (IoT) là tiền đề để hoàn thiện mô hình này, làm tăng sự linh hoạt, thích ứng với mọi điều kiện thời tiết, giảm thiểu tối đa nguồn nhân lực, tăng độ chính xác trong giám sát và điều khiển môi trường phù hợp nhất với cây trồng. Trên cơ sở và yêu cầu thực tế, cũng như xu hướng phát triển của công nghệ mà nhóm đã quyết định thực hiện đề tài “Thiết kế và thi công mô hình nhà kính trồng cà chua sử dụng IOTS”. Mô hình sử dụng các loại cảm biến như cảm biến mưa, FC28, DHT22, BH1750 để thu thập dữ liệu về bộ xử lý trung tâm là board Arduino Mega 2560 sau khi xử lý sẽ hiển thị trên màn hình cảm ứng HMI UART LCD. Cùng với công nghệ IoT để tạo ra một mô hình nuôi trồng giám sát và điều khiển chặt chẽ mọi lúc mọi nơi.

MỤC ĐÍCH VÀ GIỚI HẠN ĐỀ TÀI a. Mục đích Thiết kế và thi công mô hình trồng cà chua nhà kính. Điều khiển được các thiết bị như quạt, đèn, máy bơm, động cơ bằng màn hình cảm ứng. Ngoài ra hệ thống còn có khả năng giám sát từ xa, hiển thị nhiệt độ, độ ẩm, cường độ ánh sáng, và thông báo có mưa hay không.

Hệ thống sử dụng nguồn pin năng lượng mặt trời và hoạt động ở hai chế độ AUTO và MANUAL. Hạn chế đề tài  Chọn cây Cà Chua làm đối tượng nghiên cứu.  Đồ án dừng ở mức mô hình học tập.  Thiết kế mô hình nhà kính có kích thước dài x rộng x cao là 80x50x50cm.

NỘI DUNG THỰC HIỆN  Thiết kế sơ đồ khối cho toàn hệ thống.  Thiết kế và thi công mạch nguồn cho hệ thống. 18 do an  Viết chương trình đo thông số của vườn cây: đo độ ẩm của đất dùng cảm biến FC28, đo nhiệt độ, độ ẩm dùng cảm biến DHT22.  Thực hiện chạy chương trình đo các cảm biến ngõ vào với board Arduino Mega 2560.

 Thiết kế và lập trình giao tiếp module ESP8266 để nhập và gửi dữ liệu.  Thiết kế và lập trình web để có thể quản lý theo dõi thông tin dữ liệu.  Thiết kế giao diện giao tiếp với người dùng qua màn hình cảm ứng.  Thiết kế mạch công suất ngõ ra.

 Tiến hành tổng hợp kết nối các khối lại vào trong mô hình.  Chỉnh sửa các lỗi điều khiển, lỗi lập trình của các thiết bị.  Thi công mô hình và cân chỉnh.  Chạy thử và hiệu chỉnh.

19 do an Chương 2. MỘT SỐ MÔ HÌNH TRỒNG RAU TRONG NHÀ KÍNH Hiện nay mô hình trồng rau nhà kính phát triển mạnh trên nhiều quốc gia trên thế giới và cả ở Việt Nam, trong đó có một số mô hình được đánh giá cao mà ta không thể bỏ qua. Mô hình nhà lưới kín Loại nhà lưới được phủ kín hoàn toàn bằng lưới cả trên mái cũng như xung quanh, có cửa ra vào cũng được phủ kín bằng lưới.Thường có kiểu mái bằng hoặc nghiêng sang hai bên. Khung nhà lưới được làm bằng cột bê tông hoặc bộ khung bằng sắt.

 Ưu điểm: - Tận dụng được các khung sắt và cột bê tông cho các mùa vụ tiếp theo. - Tác dụng che chắn và đảm bảo môi trường bên trong nhà lưới là tách biệt và không chịu ảnh hưởng của điều kiện ngoại cảnh. - Khắc phục được phần nào yếu tố địa lý đối với đặc thù trồng rau. - Thích hợp với hầu hết loại rau đặc biệt làcác cây có khả năng chống chọi với điều kiện tự nhiên tương đối yếu.1: Mô hình nhà lưới kín  Nhược điểm: - Chí phí đầu tư ban đầu lớn.

- Cần khoảng đất rộng gần nguồn nước, môi trường tự nhiên khộng quá khắc nghiệt với cây trồng. 20 do an - Mầm bệnh dễ tồn tại nếu không có quá trình xen canh cây trồng khác hoặc khoảng cách giữa các vụ ngắn. - Vật liệu dệt lưới thường không có chất lượng quá tốt chỉ đáp ứng được việc sử dụng trong vòng 6-8 tháng. Mô hình nhà lưới hở Mô hình trồng rau này chỉ được che chắn trên mái hoặc một phần bao xung quanh chủ yếu để giảm bớt tác hại của mưa gió giúp cho cây trồng được cả vào mùa mưa.

Thiết kế rất đơn giản với kiểu mái bằng hoặc mái nghiên hai bên, khung cũng làm bằng cột bê tông hoặc khung sắt hàn, bắt ốc vít.2: Mô hình nhà lưới hở  Ưu điểm: - Mô hình sử dụng ít chi phí. - Chống chọi được các điều kiện thời tiết như mưa gió, ngăn cản được các loài động vật chăn thả tự do.  Nhược điểm: - Không thể ngăn chặn các loài côn trùng, - Cũng giống nhà lưới kín không có khả năng tự cung cấp nguồn năng lượng, vận hành, chăm sóc, giám sát vẫn phải sử dụng yếu tố con người là chính, gây khó khăn cho người không có kinh nghiệm về trồng trọt. Mô hình trồng rau trong hộ gia đình Mô hình trồng rau hộ gia đình, đặc điểm riêng của mỗi nhà, khoảng không nên mô hình rất đa dạng thiết kế, lắp đặt từ đơn giản đến phức tạp để đáp ứng với nhu cầu của hộ gia đình.

Một số hình thức phổ biến như: trồng trong thùng phuy, trong ống nhựa, thùng xốp. Quy mô nhỏ, nên chỉ đáp ứng được nhu cầu sử dụng của gia đình, năng suất thường không 21 do an cao, không sử dụng các thiết bị điện tử và tự động nên trong đề tài này sẽ không xét tới mô hình trồng rau này.3:Mô hình trồng rau nước sâu 2. INTERNET OF THINGS Internet of Things (IoT) được đưa ra vào năm 1999 bởi Kevin Ashton, ông là một nhà khoa học đã sáng lập ra Trung tâm Auto-ID ở đại học MIT. IoT là mạng lưới thiết bị kết nối Internet và cũng là một kịch bản của thế giới, khi mà mỗi đồ vật, con người được cung cấp một định danh của riêng mình, và tất cả có khả năng truyền tải, trao đổi thông tin, dữ liệu qua một mạng duy nhất mà không cần đến sự tương tác trực tiếp giữa người với người, hay người với máy tính.

IoT đã phát triển từ sự hội tụ của công nghệ không dây, công nghệ vi cơ điện tử và Internet. Nói đơn giản là một tập hợp các thiết bị có khả năng kết nối với nhau, với Internet và với thế giới bên ngoài để thực hiện một công việc nào đó. Việc kết nối thì có thể thực hiện qua Wi-Fi, mạng viễn thông băng rộng (3G, 4G), Bluetooth, ZigBee, hồng ngoại, các thiết bị có thể là điện thoại thông minh, máy pha cafe, máy giặt, tai nghe, bóng đèn, và nhiều thiết bị khác. 22 do an Hình 2.

Sơ đồ khối một hệ thống IoT cơ b bản  Ứng dụng củaa IoT: Những ứng dụng đầầu tiên của IoT thường được phát triển vềề việc điểu khiển các thiết bị qua mạng Internet bao gồồm cả thiết bị công cộng và thiết bị gia đình. Trong các tư liệu vềề IoT, người ta thường nhắc đến một chiếcc máy bán nư nước giải khát tự động tại trường Đại họcc Carnegie Mellon (Mỹ)(M vào đầu những ng năm 1980 như là m một thiết bị đầu tiên mở màn cho xu hướng hư này, chiếc máy được lập trình đểể có thể kết nối với người điều khiểnn qua Internet, nhằm nh kiểm tra tình trạng của máy và bổ sung nưnước khi cần thiết mà không cần sự tiếp xúc kiểm m tra trực tr tiếp. NHỮNG CHUẨN N TRUYỀN TRUY DỮ LIỆU Truyền dữ liệuu là cách mà các thiết thi bị có giao tiếp, trao đổii thông tin vvới nhau. Có hai cách để truyền dữ liệuu đó là truyền truy dữ liệu nối tiếp và truyền dữ liệệu song song, mặc dù chỉ có hai cách truyền dữ liệuu nhưng lại l có rất nhiều chuẩn truyền dữ li liệu, một số chuẩn truyền dữ liệu phổ biến hiệnn nay đó là One-Wire, UART, I2C.

Chuẩn giao tiếp I2C I2C là một chuẩnn truyền truy nối tiếp theo mô hình chủ-tớ. Mộtt thi thiết bị chủ có thể điều khiển được nhiều thiết bị tớ.t Muốn giao tiếp với thiết bị nào, thiếtt bbị chủ phải gửi đúng địa chỉ của thiết bị đó rồi mớii được đư phép ghi và đọc dữ liệu.5:Giao tiếp I2C 23 do an Giao tiếp I2C gồm m 2 dây: Serial Data (SDA) và Serial Clock (SCL). SDA là đư đường truyền dữ liệu 2 hướng, ng, còn SCL là đường truyền xung đồng hồ và ch chỉ theo một hướng. Khi một thiết bị ngoại vi kết nốối vào vào đường I2C thì chân SDA sẽ nốii vvới dây SDA, chân SCL sẽ nối vào dây SCL củaa bus.

Chuẩn giao tiếp p One-Wire One One-Wire là một hệệ thống bus giao tiếp với thiết bị đượcc thithiết kế bởi Dallas, chuẩn này cung cấp cả dữ liệu tốốc độ thấp, truyền tín hiệu, và nguồnn nuôi qua cùng m một chân tín hiệu đơn. One-Wire cũngũng tương t tự như I2C, nhưng với tốc độ truyềền dữ liệu thấp và khoảng cách xa hơn, nó thườngng được đư sử dụng để giao tiếp với các thiết bị nh nhỏ giá rẻ như nhiệt kế kĩ thuật số và công cụ đo thờ ời tiết. Một mạng lưới của các thiết bị One One-Wire với một thiết bị điều khiển chính được gọii là một m MicroLAN. Một tính năng đặcc biệt bi của bus là khả năng chỉ sử dụng ng hai dây tín hi hiệu: Data và Gnd.

Để thực hiện điềuu này, các thiết thi bị One-Wire bao gồm một tụ điệnn 800pF đđể trữ điện, và cung cấp nguồn trong quá trình đường đư Data đang hoạt động.6:Giao tiếp One-Wire 2. Chuẩn giao tiếp p UART UART là kiểu truyềền thông tin nối tiếp không đồng bộ, thườ ờng là một mạch tích hợp được sử dụng trong việcc truyền truy dẫn dữ liệu nối tiếp giữaa máy tính và các thi thiết bị ngoại vi. Rất nhiều vi điều khiển hiện nay đãđ được tích hợp UART, UART thườ ờng được dùng trong máy tính công nghiệp, truyềnn thông, vi điều đi khiển, hay một số các thiết bịị truyền tin khác. Mục đích củaa UART là để đ truyền tín hiệu qua lại lẫnn nhau (ví ddụ truyền tín hiệu từ Laptop vào Modem và ngượcngư lại), truyền từ vi điều khiển tớii vi đi điều khiển, từ laptop tới vi điều khiển.