Chương 1: Tổng quan. Chương 2: Cơ sở lý thuyết. Chương 3: Thiết kế hệ thống. Chương 4: Kết quả.
Chương 5: Kết luận, hướng phát triển. 3 do an Chương 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2. Giới thiệu Raspberry Pi là máy tính trên một board mạch, được phát triển bởi Raspberry Pi Foundation, được phân phối bởi Sony, Qsida, Egoman và được phân phối bởi Element14, RS Components và Egoman. Raspberry Pi được xây dựng từ bộ xử lý SoC Broadcom BCM2835, là chip xử lý mobile mạnh, có kích thước nhỏ, điện năng thấp, bao gồm CPU, GPU, bộ xử lý âm thanh/video và các tính năng khác.
Với đặc tính giá rẻ và đa năng, Raspberry Pi là một lựa chọn tốt cho trải nghiệm lập trình. Phần cứng Hệ thống sử dụng Raspberry Pi 2 Model B+ V1.1 Raspberry Pi 2 Model B+ V1.2 Cấu hình: Chip: Broadcom BCM2835. Core architecture: ARM11. CPU: 700 MHz ARM1176JZF-S.
GPU: Dual Core VideoCore IV® Multimedia Co-Processor. Hỗ trợ Open GL ES 2.0, tăng tốc phần cứng OpenVG, và bộ giải mã 1080p30 H. RAM: 512MB SDRAM. Thẻ nhớ: sử dụng MicroSD.
Kích thước 85 × 56 × 17mm. Nguồn: micro USB 5V, 2A. 4 do an Các kết nối: Ethernet: Cổng mạng Ethernet 10/100Mbps. Video: HDMI hỗ trợ phiên bản 1.4 và Composite RCA (PAL và NTSC).
Audio: Cổng ra 3. USB: 4 cổng USB 2. Camera: Connector 15-pin MIPI Camera Serial Interface (CSI-2). Display: Connector Display Serial Interface (DSI).
Memory Card Slot: MicroSD.2 Sơ đồ chân và phần cứng Rasperry Pi 5 do an 2. Phần mềm Raspberry Pi có rất nhiều hệ điều hành hỗ trợ như: Raspbian, Ubuntu MATE, Snappy Ubuntu Core, Windows 10 IoT Core, OSMC, LibbreELLECT, PiNet, RISC OS. Trong đó Raspbian là hệ điều hành chính thức của Raspberry Pi Foundation. Raspbian là hệ điều hành miễn phí, dựa trên Debian, một biến thể của Linux, được tối ưu cho phần cứng Raspberry Pi.
Raspbian dễ sử dụng, tương thích với mọi phiên bản của Raspberry Pi và được hỗ trợ bởi cộng đồng thế giới. Raspbian có 2 giao diện: giao diện dòng lệnh (text console) và giao diện đồ họa (GUI). Với giao diện dòng lệnh, người dùng điều khiển bằng các câu lệnh.3 Giao diện dòng lệnh Với giao diện đồ họa, cũng như đa số các phiên bản Linux khác, Raspbian sử dụng X-server11 làm server đồ họa và LXDE làm client. LXDE là một client đồ họa nhẹ, tiêu tốn ít CPU, RAM, cho phép người dùng điều khiển bằng bàn phím, chuột.4 Giao diện đồ họa 6 do an 2.
Cảm biến nhiệt độ, độ ẩm DHT11 2. Giới thiệu DHT11 là cảm biến nhiệt độ và độ ẩm thay thế cho SHT1x vì giá thành rẻ, hoạt động ổn định, chống nhiễu mạnh, khoảng cách truyền tín hiệu lớn, dành cho những nơi không yêu cầu cao về độ chính xác. Thông số kỹ thuật Điện áp hoạt động: 3. Phạm vi đo nhiệt độ: 0-50oC.
Độ chính xác nhiệt độ: ±2oC. Phạm vi đo độ ẩm: 20-90%. Độ chính xác độ ẩm: ±5%. Có 4 chân: VCC, DATA, NC, GND.
Nguyên lí hoạt động DHT11 sử dụng chuẩn giao tiếp 1 dây: MCU điều khiển, đọc dữ liệu từ DHT11 bằng 1 chân duy nhất (DATA). Chân này được kéo lên bởi 1 điện trở khoảng 5kΩ.6 Sơ đồ kết nối DHT11 và MCU Dữ liệu từ DHT11 gồm 40 bit: 8 bit giá trị phần nguyên độ ẩm, 8 bit giá trị phần thập phân độ ẩm, 8 bit giá trị phần nguyên nhiệt độ, 8 bit giá trị phần thập phân nhiệt độ và 8 bit kiểm tra chẵn lẻ. Ví dụ 1: 40 bit dữ liệu nhận được là: 0011 0101 0000 0000 0001 1000 0000 0000 0100 1101 High humidity Low humidity High temp Low temp Parity bit 00110101+00000000+00011000+00000000＝01001101 Dữ liệu nhận được chính xác. 7 do an Độ ẩm: 0011 0101 = 35H = 53% Nhiệt độ: 0001 1000 = 18H = 24oC Ví dụ 2: 40 bit dữ liệu nhận được là 0011 0101 0000 0000 0001 1000 0000 0000 0100 1001 High humidity Low humidity High temp Low temp Parity bit 00110101+00000000+00011000+00000000＝01001101≠01001001 Dữ liệu nhận được không chính xác.
Khi MCU bắt đầu gửi tín hiệu mức thấp, DHT11 chuyển từ chế độ công suất thấp sang chế độ công suất cao. Khi nhận được tín hiệu mức cao, DHT gửi một tín hiệu Response và lấy dữ liệu nhiệt độ, độ ẩm vừa đo được để gửi đi.7 Giản đồ thời gian DHT11 Các bước đọc ngoại vi: Bước 1: sau khi DHT11 bật nguồn, dữ liệu nhiệt độ và độ ẩm được ghi lại, chân DATA được kéo lên mức cao, được thiết lập là ngõ vào của MCU. Lúc này, MCU có thể giao tiếp với DHT11. Bước 2: chân I/O của MCU được thiết lập là chân ngõ ra, tạo tín hiệu Start bằng cách kéo chân DATA xuống mức thấp trong khoảng thời gian >18ms.
Sau đó, chân I/O của MCU được thiết lập là chân ngõ vào, đợi tín hiệu response từ DHT11.8 Tín hiệu Start Bước 3: sau khoảng thời gian 20-40µs, DHT11 sẽ đưa chân DATA xuống thấp. Sau 40µs mà MCU không nhận được tín hiệu mức thấp từ DHT11 thì sẽ không giao tiếp được. DHT11 tạo tín hiệu Response bằng cách đưa chân DATA xuống thấp trong 80µs rồi đưa lên cao trong 80µs. Nếu nhận được tín hiệu Response, MCU có thể bắt đầu đọc dữ liệu.
8 do an Hình 2.9 Tín hiệu response Bước 4: DHT11 gửi 40 bit dữ liệu. Bit 0: ở mức thấp 50µs rồi lên mức cao trong khoảng 26-28µs. Bit 1: ở mức thấp 50µs rồi lên mức cao trong 70µs (hình 2. Tín hiệu kết thúc: DHT11 để ngõ ra ở mức thấp 50ms sau gửi xong 40 bit dữ liệu.
Chân DATA chuyển sang trạng thái ngõ vào vì điện trở kéo lên. DHT11 tiếp tục đo nhiệt độ, độ ẩm, đợi tín hiệu từ MCU. Đồ án sử dụng module DHT11 đã ra chân. Cảm biến độ ẩm đất 2.
Giới thiệu Đây là một cảm biến nước đơn giản có thể dùng để phát hiện độ ẩm đất. Khi độ ẩm thấp, đầu ra ở mức cao. Khi độ ẩm cao, đầu ra ở mức thấp. Vì vậy có thể sử dụng cảm biến này để chế tạo thiết bị tưới cây tự động.11 Module cảm biến độ ẩm đất 2.
Thông số kỹ thuật Điện áp hoạt động: 3. Độ nhạy của cảm biến có thể được điều chỉnh chiết áp màu xanh dương. Có 2 ngõ ra: đầu ra số AO, đầu ra tương tự DO chính xác hơn. Kích thước PCB: 3cm x 1.
Có indicator báo nguồn và indicator báo thay đổi ngõ ra số. Có lỗ cố định để dễ dàng lắp đặt. 9 do an Chip so sánh LM393 Có 4 dây: VCC (3.3-5V), GND, AO , DO. Cảm biến ánh sáng quang trở 2.
Giới thiệu Quang trở là điện trở có trị số giảm khi được chiếu sáng. Hoạt động dựa theo hiện tượng quang điện: khi có photon có năng lượng đủ lớn đập vào sẽ làm electron bật ra khỏi phân tử, làm giảm điện trở. Mức độ dẫn điện phụ thuộc vào số photon hấp thụ. Điện trở tối thường trên 1MΩ và giảm xuống có thể dưới 100Ω khi được chiếu sáng mạnh.
Thông số kỹ thuật Điện áp cực đại: 250VDC. Công suất cực đại: 200mW. Giá trị đỉnh Spectrum: 540nm. Kháng ánh sáng (10lux): 10-20KΩ.
Kháng tối: 2MΩ. Nhiệt độ hoạt động: từ -30 đến 70oC. Thời gian đáp ứng: 30ms. Đồ án sử dụng module quang trở đã ra chân.12 Module quang trở 2.
Giới thiệu Raspberry Pi không có ADC nên không thể đọc trực tiếp tín hiệu tương tự từ cảm biến độ ẩm đất và cảm biến ánh sáng. MCP3008 là IC chuyển đổi tương tự sang số là dạng mà Raspberry Pi có thể hiểu được.13 MCP3008 10 do an 2. Thông số kỹ thuật Điện áp hoạt động: 2. Nhiệt độ hoạt động: từ -40 tới 85oC.
Giao tiếp SPI. Giới thiệu LCD có khả năng hiển thị kí tự đa dạng, trực quan, nhiều giao thức giao tiếp, tốn ít tài nguyên hệ thống và giá thành rẻ. LCD có nhiều dạng, phân biệt theo kích thước. Đồ án sử dụng LCD20x4 để có thể hiển thị đầy đủ các thông số.
Thông số kỹ thuật 4 hàng, mỗi hàng 20 kí tự. Chip điều khiển HD44780. 16 chân giao tiếp.16 Sơ đồ chân LCD 11 do an Bảng 2.1 Các chân của LCD Thứ tự Tên chân Input/Output Chức năng tín hiệu 1 Vss Power GND 2 Vdd Power +5V 3 Vo Analog Điều chỉnh tương phản 4 RS Input Chọn thanh ghi 5 RW Input Chọn chế độ đọc/ghi 6 E Input Cho phép dạng xung chốt 7 D0 I/O Chân dữ liệu LBS 8 D1 I/O Chân dữ liệu 9 D2 I/O Chân dữ liệu 10 D3 I/O Chân dữ liệu 11 D4 I/O Chân dữ liệu 12 D5 I/O Chân dữ liệu 13 D6 I/O Chân dữ liệu 14 D7 I/O Chân dữ liệu MBS 15 A Input Blacklight Anode 16 K Input Blacklight Cathode Chip điều khiển HD44780 có 2 thanh ghi 8-bit là thanh ghi lệnh IR và thanh ghi dữ liệu DR. IR chứa mã lệnh điều khiển LCD, chỉ có thể ghi.
DR chứa dữ liệu từ bên ngoài gửi đến hoặc bên trong bộ nhớ LCD. Cả 2 thanh ghi đều được nối với các đường dữ liệu D0-D7 và được lựa chọn tùy theo các chân điều khiển RS, RW. HD44780 có 3 loại bộ nhớ: DDRAM chứa dữ liệu cần hiển thị, CGROM chứa định dạng ký tự và CGRAM chứa các định dạng ký tự do người dùng cài đặt. DDRAM là RAM chứa dữ liệu hiển thị.
Nó có thể chứa tối đa 80 ký tự 8 bit. Các ô nhớ không dùng để hiển thị của DDRAM có thể dùng vào mục đích khác.17 Địa chỉ ký tự LCD20x4 CGROM chứa các ký tự đã được định dạng sẵn: 208 ký tự 5x8 và 32 ký tự 5x10 điểm ảnh. Người sử dụng không thể thay đổi trên CGROM. Bàn phím ma trận 2.
Giới thiệu Bàn phím ma trận (keypad) là một thiết bị nhập chứa các nút nhấn cho phép người dùng nhập các chữ số, chữ cái hoặc ký hiệu vào bộ điều khiển. Keypad không chứa tất cả bảng mã ASCII như keyboard và vì thế keypad thường được tìm thấy trong các thiết bị chuyên dụng. Đồ án sử dụng bàn phím ma trận 4x4.18 Bàn phím ma trận 4x4 2. Nguyên lí hoạt động Bàn phím ma trận 4x4 có 16 nút nhấn nhưng chỉ cần 8 chân GPIO để giao tiếp: 4 chân hàng ngang và 4 chân hàng dọc.
Sử dụng phương pháp quét để xác định phím được nhấn: với mỗi hàng Ri (i=1,2,3,4) cấp cực âm (0V) cho hàng Ri, kiểm tra điện áp ở chân Cj (j=1,2,3,4) bất kì. Nếu Cj ở mức thấp là phím đang được nhấn, ngược lại chưa được nhấn.19 Sơ đồ nguyên lý bàn phím ma trận 4x4 2. Giao tiếp SPI 2.