Đồ án: Thiết kế hệ thống giám sát nhiệt độ, độ ẩm hiển thị qua App Blynk (ĐH Sư phạm Kỹ thuật)

Tiểu luận đồ án vi điều khiển: Thiết kế hệ thống. Tìm hiểu về vi điều khiển và ứng dụng trong thiết kế hệ thống điện tử. Tải ngay!

• Tác giả: Bùi Quang Huy
• Người hướng dẫn: Ts. Đoàn Lê Anh
• Trường học: Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật
• Chuyên ngành: Cơ Điện Tử
• Đề tài: Thiết Kế Hệ Thống Giám Sát Thông Số Nhiệt Độ Độ Ẩm Hiển Thị Lên App Blynk
• Loại tài liệu: Đồ án vi điều khiển
• Năm xuất bản: 2022
• Địa điểm: Đà Nẵng

Mục lục chi tiết

• Lời mở đầu
• 1. CHƯƠNG 1: PHẦN MỞ ĐẦU
• 1.1. Mục đích thực hiện đề tài
• 1.2. Giải quyết vấn đề
• 1.3. Giới hạn vấn đề
• 1.4. Tổng quan các phƣơng pháp đo nhiệt độ hiện nay
• 1.4.1. Đo nhiệt độ bằng phƣơng pháp tiếp xúc
• 1.4.2. Đo nhiệt độ bằng nhiệt điện trở
• 1.4.3. Đo nhiệt độ bằng cặp nhiệt ngẫu
• 1.4.4. Đo nhiệt độ bằng IC cảm biến
• 1.4.5. Đo nhiệt độ bằng phƣơng pháp không tiếp xúc
• 1.5. Một số phƣơng pháp đo độ ẩm thông dụng hiện nay
• 1.6. Sơ đồ tổng quan hệ thống
• 2. CHƢƠNG 2: TỔNG QUAN HỆ THỐNG
• 2.1. Cảm biến do nhiệt độ LM35
• 2.2. Cảm biến đo độ ẩm
• 2.3. Cảm biến độ ẩm và nhiệt độ DHT1
• 2.4. Khối xử lí trung tâm
• 2.4.1. Giới thiệu về adruino mega 2560
• 2.4.2. Các thông số kỹ thuật của Ardiuno Mega 2560:
• 2.4.3. Quy trình giao tiếp
• 2.4.4. Cách dùng phần mềm với adruino mega 2560
• 2.4.5. Một số ứng dụng của adruino mega 2560 trong thực tế:
• 2.5. Giới thiệu về LCD
• 2.5.1. Sơ đồ và chức năng của các chân
• 2.5.2. Vùng RAM hiển thị DDRAM: (Display Data RAM)
• 2.5.3. Vùng ROM chứa kí tự CGROM: Character Generator ROM
• 2.5.4. Tập lệnh LCD
• 2.5.5. Mô phỏng và code mẫu
• 2.6. Giới thiệu một số link kiện cơ bản
• 2.6.1. Quạt tản nhiệt 5vdc
• 2.6.2. Dây Bread board
• 2.7. Giao tiếp bằng Module wifi ESP8266
• 2.7.1. Thông số kỹ thuật
• 2.7.2. Quản lý năng lƣợng NODE MCU ESP8266
• 2.7.3. Chế độ hoạt động của ESP8266
• 2.7.4. Giới thiệu appblynk và cách đăng kí tài khoản appblynk
• 2.7.5. Bƣớc 2 :Cấu hình các thông số cảm biến DHT11 trên App Blynk
• 2.8. Phần mềm điều khiển
• 2.8.1. Các phần mềm sử dụng
• 3. CHƢƠNG 3: THIẾT KẾ HỆ THỐNG
• 3.1. Hoạt động của hệ thống
• 3.2. Khảo sát và vẽ lƣu đồ thuật toán
• 3.3. Bảng liệt kê linh kiện
• 3.4. Thiết kế phần cứng cho hệ thống
• 3.5. Chƣơng trình cho hệ thống
• 3.5.1. Viết chƣơng trình code cho arduio mega
• 3.5.2. Viết code chƣơng trình cho NODEMCU
• 4. CHƢƠNG 4: KẾT LUẬN
• 4.1. Kết quả đạt đƣợc của đề tài
• 4.2. Một số khó khăn khi thực hiện đề tài:

Tóm tắt

I. Tổng Quan Thiết Kế Hệ Thống Giám Sát Nhiệt Độ Độ Ẩm

Trong bối cảnh khoa học kỹ thuật phát triển mạnh mẽ, điện tử số ngày càng khẳng định vai trò quan trọng trong việc nâng cao chất lượng cuộc sống. Nhiệt độ và độ ẩm là hai yếu tố khí hậu quan trọng, ảnh hưởng lớn đến nhiều quá trình công nghệ, nông nghiệp và trong sinh hoạt hàng ngày. Ứng dụng cảm biến nhiệt độ độ ẩm rất đa dạng, từ việc xác định độ ẩm của đất, nhiệt độ trong nhà máy, phòng thí nghiệm, đến việc giám sát nhà thông minh. Bài viết này đi sâu vào thiết kế hệ thống giám sát nhiệt độ độ ẩm, sử dụng các vi điều khiển phổ biến, đảm bảo độ chính xác cao và khả năng ứng dụng linh hoạt. Theo tài liệu gốc, mục tiêu là "ứng dụng kiến thức đã học để tạo ra một sản phẩm giúp người học có hứng thú đam mê trong học tập cũng như khả năng ứng dụng và thực tế cao". Hệ thống này có thể giám sát và điều khiển nhiệt độ, độ ẩm từ xa thông qua IoT (Internet of Things), mang lại sự tiện lợi và hiệu quả cho người sử dụng. Ví dụ, trong công nghiệp, hệ thống có thể được dùng để đảm bảo điều kiện bảo quản sản phẩm tối ưu, ngăn ngừa hư hỏng do nhiệt độ hoặc độ ẩm không phù hợp. Trong nông nghiệp, nó có thể giúp người nông dân điều chỉnh hệ thống tưới tiêu và thông gió một cách chính xác, tăng năng suất cây trồng. Việc xây dựng hệ thống này đòi hỏi kiến thức về mạch điện tử, lập trình vi điều khiển, và giao tiếp truyền thông. Các công cụ hỗ trợ như Proteus và Altium Designer cũng rất quan trọng trong quá trình thiết kế và mô phỏng mạch điện. Từ đó giúp người học có thể hiểu rõ hơn về những ứng dụng của lập trình vi điều khiển.

1.1. Tầm Quan Trọng Của Giám Sát Nhiệt Độ và Độ Ẩm

Giám sát nhiệt độ và độ ẩm đóng vai trò then chốt trong nhiều lĩnh vực. Trong công nghiệp, việc kiểm soát chặt chẽ các thông số này giúp đảm bảo chất lượng sản phẩm, đặc biệt là trong các ngành như dược phẩm, thực phẩm, và điện tử. Ví dụ, việc bảo quản vắc-xin đòi hỏi nhiệt độ phải được duy trì ổn định trong khoảng từ 2°C đến 8°C. Bất kỳ sự dao động nào cũng có thể làm giảm hiệu quả của vắc-xin, gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến sức khỏe cộng đồng. Trong nông nghiệp, cảm biến nhiệt độ độ ẩm giúp tối ưu hóa điều kiện sinh trưởng của cây trồng. Việc theo dõi độ ẩm đất và nhiệt độ không khí giúp người nông dân điều chỉnh hệ thống tưới tiêu và thông gió một cách hiệu quả, giảm thiểu lãng phí nước và năng lượng. Trong nhà thông minh, hệ thống điều khiển nhiệt độ độ ẩm giúp tạo ra môi trường sống thoải mái và tiết kiệm năng lượng. Việc tự động điều chỉnh hệ thống điều hòa không khí và hệ thống sưởi dựa trên các thông số môi trường giúp giảm thiểu hóa đơn tiền điện và nâng cao chất lượng cuộc sống. Bên cạnh đó, việc giám sát nhiệt độ và độ ẩm cũng rất quan trọng trong việc bảo tồn các tác phẩm nghệ thuật và tài liệu lịch sử. Các bảo tàng và thư viện thường sử dụng các hệ thống giám sát chuyên dụng để đảm bảo rằng các hiện vật được bảo quản trong điều kiện tối ưu, ngăn ngừa hư hỏng do nấm mốc, mục nát, hoặc các tác động tiêu cực khác.

1.2. Ứng Dụng Thực Tế Của Hệ Thống Giám Sát Từ Xa

Hệ thống giám sát nhiệt độ độ ẩm từ xa có rất nhiều ứng dụng tiềm năng. Trong công nghiệp, hệ thống có thể được sử dụng để theo dõi điều kiện bảo quản hàng hóa trong kho bãi và trong quá trình vận chuyển. Giám sát từ xa cho phép các nhà quản lý theo dõi liên tục nhiệt độ và độ ẩm, đảm bảo rằng hàng hóa được bảo quản trong điều kiện tối ưu. Ví dụ, hệ thống có thể được sử dụng để theo dõi nhiệt độ trong các container chở hàng đông lạnh, đảm bảo rằng thực phẩm không bị hỏng trong quá trình vận chuyển. Trong nông nghiệp, hệ thống giám sát từ xa có thể giúp người nông dân theo dõi điều kiện môi trường trên đồng ruộng một cách liên tục. Các cảm biến được đặt trên đồng ruộng sẽ gửi dữ liệu về nhiệt độ, độ ẩm, và các thông số môi trường khác về một server trung tâm. Người nông dân có thể truy cập dữ liệu này thông qua web application hoặc mobile application, cho phép họ đưa ra các quyết định tưới tiêu và chăm sóc cây trồng một cách chính xác. Trong lĩnh vực y tế, hệ thống có thể được sử dụng để theo dõi nhiệt độ trong các tủ bảo quản thuốc và vắc-xin. Giám sát từ xa đảm bảo rằng các loại thuốc và vắc-xin được bảo quản trong điều kiện nhiệt độ phù hợp, duy trì hiệu quả của chúng. Hệ thống cũng có thể gửi cảnh báo đến các nhân viên y tế nếu nhiệt độ vượt quá ngưỡng cho phép, cho phép họ can thiệp kịp thời.

II. Vấn Đề Thách Thức Khi Xây Dựng Hệ Thống Giám Sát

Việc xây dựng hệ thống giám sát nhiệt độ độ ẩm không phải lúc nào cũng dễ dàng. Có nhiều thách thức cần phải vượt qua để đảm bảo hệ thống hoạt động chính xác và hiệu quả. Một trong những thách thức lớn nhất là lựa chọn cảm biến nhiệt độ độ ẩm phù hợp. Có rất nhiều loại cảm biến khác nhau trên thị trường, mỗi loại có ưu và nhược điểm riêng. Việc lựa chọn cảm biến phù hợp đòi hỏi phải xem xét các yếu tố như độ chính xác, dải đo, độ ổn định, và giá thành. Một thách thức khác là thiết kế mạch điện tử phù hợp. Mạch điện phải đảm bảo rằng cảm biến được cấp nguồn ổn định và tín hiệu từ cảm biến được xử lý một cách chính xác. Thiết kế mạch in (PCB) cũng là một công đoạn quan trọng, đảm bảo rằng các linh kiện được kết nối với nhau một cách chắc chắn và mạch điện hoạt động ổn định. Lập trình vi điều khiển cũng là một thách thức không nhỏ. Vi điều khiển phải được lập trình để đọc dữ liệu từ cảm biến, xử lý dữ liệu, và gửi dữ liệu đến server hoặc hiển thị trên màn hình hiển thị. Việc lập trình đòi hỏi kiến thức về ngôn ngữ lập trình C/C++ và kiến thức về các giao thức giao tiếp truyền thông như UART, I2C, SPI. Cuối cùng, việc đảm bảo tính ổn định và độ tin cậy của hệ thống cũng là một thách thức quan trọng. Hệ thống phải hoạt động liên tục trong thời gian dài mà không bị lỗi hoặc gián đoạn. Để đạt được điều này, cần phải lựa chọn các linh kiện chất lượng cao, thiết kế mạch điện chắc chắn, và viết phần mềm ổn định.

2.1. Lựa Chọn Cảm Biến Nhiệt Độ Độ Ẩm Phù Hợp

Việc lựa chọn cảm biến nhiệt độ độ ẩm là một bước quan trọng trong quá trình thiết kế hệ thống giám sát. Có nhiều loại cảm biến khác nhau trên thị trường, mỗi loại có ưu và nhược điểm riêng. Một số loại cảm biến phổ biến bao gồm LM35, DHT11, DHT22, và SHT31. LM35 là một cảm biến nhiệt độ tương tự, có độ chính xác cao và dễ sử dụng. Tuy nhiên, nó không đo được độ ẩm. DHT11 và DHT22 là các cảm biến nhiệt độ độ ẩm kỹ thuật số, có giá thành rẻ và dễ giao tiếp với vi điều khiển. Tuy nhiên, độ chính xác của chúng không cao bằng LM35 và SHT31. SHT31 là một cảm biến nhiệt độ độ ẩm kỹ thuật số, có độ chính xác cao và độ ổn định tốt. Tuy nhiên, giá thành của nó cao hơn so với DHT11 và DHT22. Khi lựa chọn cảm biến, cần phải xem xét các yếu tố như độ chính xác, dải đo, độ ổn định, độ phân giải, và giá thành. Nếu yêu cầu độ chính xác cao, nên lựa chọn SHT31 hoặc LM35. Nếu yêu cầu giá thành rẻ, có thể lựa chọn DHT11 hoặc DHT22. Ngoài ra, cũng cần phải xem xét môi trường làm việc của cảm biến. Nếu cảm biến phải hoạt động trong môi trường khắc nghiệt, cần phải lựa chọn cảm biến có khả năng chống chịu tốt với nhiệt độ, độ ẩm, và các yếu tố môi trường khác.

2.2. Thiết Kế Mạch Điện Tử và PCB Chuyên Nghiệp

Thiết kế mạch điện tử và thiết kế mạch in (PCB) là hai công đoạn quan trọng trong quá trình xây dựng hệ thống giám sát. Mạch điện phải đảm bảo rằng cảm biến được cấp nguồn ổn định và tín hiệu từ cảm biến được xử lý một cách chính xác. PCB phải đảm bảo rằng các linh kiện được kết nối với nhau một cách chắc chắn và mạch điện hoạt động ổn định. Để thiết kế mạch điện, cần phải sử dụng các phần mềm thiết kế mạch điện tử như Proteus hoặc Altium Designer. Các phần mềm này cho phép người dùng vẽ sơ đồ nguyên lý, mô phỏng hoạt động của mạch điện, và tạo ra file Gerber để sản xuất PCB. Khi thiết kế mạch điện, cần phải chú ý đến các yếu tố như điện áp, dòng điện, trở kháng, và nhiễu. Cần phải lựa chọn các linh kiện có thông số phù hợp và đảm bảo rằng mạch điện được bảo vệ khỏi các tác động bên ngoài. Khi thiết kế PCB, cần phải chú ý đến các yếu tố như kích thước, lớp, và khoảng cách giữa các đường mạch. Cần phải đảm bảo rằng PCB có đủ không gian để đặt các linh kiện và các đường mạch được bố trí một cách hợp lý để giảm thiểu nhiễu. Việc sử dụng các phần mềm thiết kế PCB chuyên nghiệp giúp đảm bảo rằng PCB được thiết kế đúng tiêu chuẩn và có chất lượng cao.

III. Giải Pháp 1 Giám Sát Nhiệt Độ Độ Ẩm Dùng Arduino DHT11

Sử dụng Arduino kết hợp với DHT11 là một giải pháp đơn giản và hiệu quả để giám sát nhiệt độ độ ẩm. Arduino là một nền tảng vi điều khiển mã nguồn mở, dễ sử dụng và có cộng đồng hỗ trợ lớn. DHT11 là một cảm biến nhiệt độ độ ẩm kỹ thuật số, có giá thành rẻ và dễ giao tiếp với Arduino. Giải pháp này phù hợp cho các ứng dụng đơn giản, không đòi hỏi độ chính xác quá cao. Để xây dựng hệ thống, cần kết nối DHT11 với Arduino thông qua một vài dây điện. Sau đó, cần viết chương trình Arduino để đọc dữ liệu từ DHT11 và hiển thị dữ liệu trên màn hình hiển thị hoặc gửi dữ liệu đến server. Chương trình Arduino có thể được viết bằng ngôn ngữ C/C++ và sử dụng thư viện DHT11 để đơn giản hóa việc giao tiếp với cảm biến. Giải pháp này có ưu điểm là đơn giản, dễ thực hiện, và giá thành rẻ. Tuy nhiên, độ chính xác của DHT11 không cao bằng các cảm biến khác và phạm vi đo của nó cũng hạn chế. Do đó, giải pháp này không phù hợp cho các ứng dụng đòi hỏi độ chính xác cao hoặc cần đo trong môi trường khắc nghiệt.

3.1. Kết Nối Cảm Biến DHT11 Với Arduino Mega 2560 Chi Tiết

Để kết nối cảm biến DHT11 với Arduino Mega 2560, bạn cần thực hiện theo các bước sau: Đầu tiên, xác định các chân của DHT11. DHT11 có 3 chân: VCC (nguồn), DATA (dữ liệu), và GND (đất). Tiếp theo, kết nối chân VCC của DHT11 với chân 5V của Arduino Mega 2560. Kết nối chân GND của DHT11 với chân GND của Arduino Mega 2560. Cuối cùng, kết nối chân DATA của DHT11 với một chân kỹ thuật số bất kỳ của Arduino Mega 2560. Trong ví dụ này, giả sử chúng ta kết nối chân DATA của DHT11 với chân số 2 của Arduino Mega 2560. Sau khi kết nối phần cứng, cần viết chương trình Arduino để đọc dữ liệu từ DHT11. Chương trình cần sử dụng thư viện DHT11 để đơn giản hóa việc giao tiếp với cảm biến. Thư viện DHT11 cung cấp các hàm để đọc nhiệt độ và độ ẩm từ cảm biến. Chương trình cũng cần hiển thị dữ liệu lên màn hình hiển thị hoặc gửi dữ liệu đến server thông qua giao tiếp truyền thông như UART hoặc kết nối internet.

3.2. Lập Trình Arduino Đọc và Hiển Thị Dữ Liệu DHT11

Để lập trình Arduino đọc và hiển thị dữ liệu từ DHT11, bạn có thể sử dụng đoạn code sau: cpp #include <DHT.h> #define DHTPIN 2 // Chân kết nối với DHT11 #define DHTTYPE DHT11 // Loại cảm biến DHT DHT dht(DHTPIN, DHTTYPE); void setup() { Serial.begin(9600); dht.begin(); } void loop() { delay(2000); float h = dht.readHumidity(); float t = dht.readTemperature(); if (isnan(h) || isnan(t)) { Serial.println("Failed to read from DHT sensor!"); return; } Serial.print("Humidity: "); Serial.print(h); Serial.print(" % "); Serial.print("Temperature: "); Serial.print(t); Serial.println(" *C"); } Đoạn code trên sử dụng thư viện DHT.h để giao tiếp với DHT11. Trong hàm setup(), chương trình khởi tạo giao tiếp Serial và khởi động cảm biến DHT11. Trong hàm loop(), chương trình đọc độ ẩm và nhiệt độ từ DHT11 và hiển thị dữ liệu lên Serial Monitor. Nếu đọc dữ liệu không thành công, chương trình sẽ hiển thị thông báo lỗi. Chương trình trên chỉ là một ví dụ đơn giản. Bạn có thể tùy chỉnh chương trình để hiển thị dữ liệu trên màn hình hiển thị hoặc gửi dữ liệu đến server thông qua kết nối internet.

IV. Giải Pháp 2 ESP32 ESP8266 Cho Giám Sát IoT Nhiệt Độ Độ Ẩm

ESP32 và ESP8266 là các vi điều khiển tích hợp Wi-Fi, rất phù hợp cho các ứng dụng IoT (Internet of Things). Sử dụng ESP32 hoặc ESP8266 để giám sát nhiệt độ độ ẩm cho phép bạn kết nối hệ thống với internet và truy cập dữ liệu từ xa thông qua web application hoặc mobile application. Để xây dựng hệ thống, cần kết nối cảm biến nhiệt độ độ ẩm với ESP32 hoặc ESP8266. Sau đó, cần viết chương trình để đọc dữ liệu từ cảm biến, xử lý dữ liệu, và gửi dữ liệu đến server thông qua kết nối internet. Chương trình có thể được viết bằng ngôn ngữ C/C++ và sử dụng các thư viện ESP32 hoặc ESP8266 để đơn giản hóa việc giao tiếp với cảm biến và internet. Giải pháp này có ưu điểm là khả năng kết nối internet, cho phép truy cập dữ liệu từ xa và điều khiển hệ thống từ xa. Tuy nhiên, việc lập trình ESP32 hoặc ESP8266 phức tạp hơn so với lập trình Arduino và đòi hỏi kiến thức về các giao thức giao tiếp truyền thông như TCP/IP và HTTP.

4.1. Thiết Lập ESP32 ESP8266 Kết Nối WiFi và MQTT Broker

Để thiết lập ESP32 hoặc ESP8266 kết nối WiFi và MQTT Broker, bạn cần thực hiện theo các bước sau: Đầu tiên, cài đặt thư viện ESP32 hoặc ESP8266 vào Arduino IDE. Tiếp theo, viết chương trình để kết nối ESP32 hoặc ESP8266 với WiFi. Chương trình cần sử dụng thư viện WiFi để kết nối với mạng WiFi và lấy địa chỉ IP. Sau đó, viết chương trình để kết nối ESP32 hoặc ESP8266 với MQTT Broker. MQTT Broker là một server trung gian, cho phép các thiết bị IoT giao tiếp với nhau thông qua giao thức MQTT. Chương trình cần sử dụng thư viện MQTT để kết nối với MQTT Broker và đăng ký các chủ đề (topic). Sau khi kết nối thành công với WiFi và MQTT Broker, bạn có thể gửi và nhận dữ liệu thông qua giao thức MQTT.

4.2. Gửi Dữ Liệu Nhiệt Độ Độ Ẩm Lên Cloud Với ESP32 ESP8266

Để gửi dữ liệu nhiệt độ độ ẩm lên cloud với ESP32 hoặc ESP8266, bạn cần thực hiện theo các bước sau: Đầu tiên, đọc dữ liệu nhiệt độ và độ ẩm từ cảm biến. Tiếp theo, tạo một JSON object chứa dữ liệu nhiệt độ và độ ẩm. Sau đó, gửi JSON object đến MQTT Broker thông qua giao thức MQTT. MQTT Broker sẽ chuyển tiếp JSON object đến các ứng dụng hoặc thiết bị đã đăng ký chủ đề tương ứng. Trên cloud, bạn có thể sử dụng các dịch vụ cloud như AWS IoT, Google Cloud IoT, hoặc Microsoft Azure IoT để nhận và xử lý dữ liệu nhiệt độ và độ ẩm. Các dịch vụ cloud này cung cấp các công cụ để lưu trữ, phân tích, và hiển thị dữ liệu nhiệt độ và độ ẩm. Bạn cũng có thể sử dụng các dịch vụ cloud này để tạo ra các quy tắc và cảnh báo dựa trên dữ liệu nhiệt độ và độ ẩm.

V. Ứng Dụng Giám Sát Nông Nghiệp Thông Minh Với Vi Điều Khiển

Giám sát nông nghiệp thông minh là một ứng dụng quan trọng của hệ thống giám sát nhiệt độ độ ẩm. Trong nông nghiệp, việc kiểm soát chặt chẽ các thông số môi trường như nhiệt độ và độ ẩm có thể giúp tối ưu hóa điều kiện sinh trưởng của cây trồng và tăng năng suất. Sử dụng vi điều khiển như Arduino, ESP32, hoặc ESP8266 để xây dựng hệ thống giám sát nông nghiệp thông minh cho phép người nông dân theo dõi điều kiện môi trường trên đồng ruộng một cách liên tục và đưa ra các quyết định tưới tiêu và chăm sóc cây trồng một cách chính xác. Hệ thống có thể được trang bị các cảm biến khác nhau để đo nhiệt độ, độ ẩm, độ ẩm đất, ánh sáng, và các thông số môi trường khác. Dữ liệu từ các cảm biến được gửi về một server trung tâm thông qua kết nối internet. Người nông dân có thể truy cập dữ liệu này thông qua web application hoặc mobile application và điều khiển hệ thống tưới tiêu và thông gió từ xa.

5.1. Xây Dựng Hệ Thống Tưới Tiêu Tự Động Dựa Trên Độ Ẩm Đất

Để xây dựng hệ thống tưới tiêu tự động dựa trên độ ẩm đất, bạn có thể sử dụng cảm biến độ ẩm đất để đo độ ẩm của đất và điều khiển máy bơm nước. Cảm biến độ ẩm đất được cắm vào đất và gửi dữ liệu về vi điều khiển. Vi điều khiển so sánh dữ liệu độ ẩm đất với một ngưỡng cho phép. Nếu độ ẩm đất thấp hơn ngưỡng cho phép, vi điều khiển sẽ bật máy bơm nước để tưới cho cây trồng. Nếu độ ẩm đất cao hơn ngưỡng cho phép, vi điều khiển sẽ tắt máy bơm nước. Hệ thống có thể được lập trình để tưới cho cây trồng theo lịch trình hoặc dựa trên các điều kiện môi trường khác như nhiệt độ và ánh sáng. Việc sử dụng hệ thống tưới tiêu tự động giúp tiết kiệm nước, giảm chi phí nhân công, và tăng năng suất cây trồng.

5.2. Giám Sát Môi Trường Nhà Kính và Điều Khiển Tự Động

Giám sát môi trường nhà kính và điều khiển tự động là một ứng dụng quan trọng của hệ thống giám sát nhiệt độ độ ẩm. Trong nhà kính, việc kiểm soát chặt chẽ các thông số môi trường như nhiệt độ, độ ẩm, ánh sáng, và CO2 có thể giúp tối ưu hóa điều kiện sinh trưởng của cây trồng và tăng năng suất. Sử dụng vi điều khiển để xây dựng hệ thống giám sát môi trường nhà kính cho phép người nông dân theo dõi điều kiện môi trường trong nhà kính một cách liên tục và điều khiển hệ thống thông gió, sưởi ấm, làm mát, và chiếu sáng từ xa. Hệ thống có thể được lập trình để tự động điều chỉnh các thông số môi trường dựa trên dữ liệu từ các cảm biến và các quy tắc được thiết lập. Việc sử dụng hệ thống giám sát môi trường nhà kính và điều khiển tự động giúp tiết kiệm năng lượng, giảm chi phí nhân công, và tăng năng suất cây trồng.

VI. Kết Luận Xu Hướng Phát Triển Của Giám Sát Nhiệt Độ Độ Ẩm

Hệ thống giám sát nhiệt độ độ ẩm bằng vi điều khiển đang ngày càng phát triển và được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực. Với sự phát triển của IoT (Internet of Things), các hệ thống giám sát nhiệt độ độ ẩm ngày càng trở nên thông minh và kết nối. Các hệ thống này có thể thu thập dữ liệu từ nhiều cảm biến, phân tích dữ liệu, và đưa ra các quyết định điều khiển một cách tự động. Xu hướng phát triển của hệ thống giám sát nhiệt độ độ ẩm tập trung vào các yếu tố sau: Tăng cường độ chính xác và độ tin cậy của cảm biến. Phát triển các cảm biến mới có khả năng đo các thông số môi trường khác như ánh sáng, CO2, và các chất ô nhiễm. Tích hợp các công nghệ trí tuệ nhân tạo (AI) và học máy (Machine Learning) để phân tích dữ liệu và đưa ra các dự đoán. Phát triển các web application và mobile application thân thiện với người dùng để hiển thị dữ liệu và điều khiển hệ thống từ xa. Giảm giá thành và tăng tính dễ sử dụng của hệ thống.

6.1. Tương Lai Của Cảm Biến Không Dây và Mạng Cảm Biến

Tương lai của cảm biến không dây và mạng cảm biến rất hứa hẹn. Cảm biến không dây cho phép thu thập dữ liệu từ xa mà không cần kết nối dây, giúp giảm chi phí lắp đặt và bảo trì. Mạng cảm biến cho phép kết nối nhiều cảm biến với nhau để tạo thành một hệ thống giám sát toàn diện. Trong tương lai, cảm biến không dây sẽ trở nên nhỏ hơn, rẻ hơn, và tiêu thụ ít năng lượng hơn. Các mạng cảm biến sẽ trở nên thông minh hơn và có khả năng tự cấu hình và tự phục hồi. Cảm biến không dây và mạng cảm biến sẽ được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực như nông nghiệp, công nghiệp, y tế, và nhà thông minh.

6.2. Tích Hợp Trí Tuệ Nhân Tạo Vào Hệ Thống Giám Sát

Việc tích hợp trí tuệ nhân tạo (AI) vào hệ thống giám sát mang lại nhiều lợi ích. AI có thể được sử dụng để phân tích dữ liệu từ các cảm biến và đưa ra các dự đoán về xu hướng và sự kiện trong tương lai. AI cũng có thể được sử dụng để tự động điều khiển hệ thống dựa trên dữ liệu từ các cảm biến và các quy tắc được thiết lập. Ví dụ, trong nông nghiệp, AI có thể được sử dụng để dự đoán nhu cầu tưới tiêu của cây trồng và điều khiển hệ thống tưới tiêu một cách tự động. Trong công nghiệp, AI có thể được sử dụng để phát hiện các bất thường trong quá trình sản xuất và cảnh báo cho người vận hành. Việc tích hợp AI vào hệ thống giám sát giúp tăng hiệu quả, giảm chi phí, và nâng cao tính an toàn.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Đặt vấn đề Sự biến đổi nhiệt độ trong môi trƣờng sẽ ảnh hƣởng đến quá trình làm việc của thiết bị. Nhƣng khi chúng ta nắm bắt đƣợc nhiệt độ làm việc của hệ thống giúp ta biết đƣợc tình trạng làm việc và có những xử lý kịp thời hƣ hỏng. Việc dùng phƣơng pháp thủ công xác định đƣợc nhiệt độ sẽ trở nên ít chính xác và tốn thời gian hơn. Thay vào đó sẽ dùng cảm biến nhiệt độ - độ ẩm để có đƣợc độ chính cao và ít thời gian hơn.

Chúng ta còn có thể áp dụng cảm biến nhiệt độ - độ ẩm khống chế giới hạn nhiệt độ nào đó tùy vào ứng dụng thực tiễn. Giải quyết vấn đề Mạch đo nhiêt độ - độ ẩm sử dụng DHT11 hiển thị LCD trên Arduino sẽ trở nên gần gũi với ngƣời sử dụng hơn, giao diện dễ gần thân thiện, độ chính xác tƣơng đối cao, chúng cũng đƣợc chế tạo bởi các linh kiện điện tử , lập trình tự động có hoạt động tự động theo ý muốn ngƣời lập trình. Do đó em chọn đề tài này để thực hiện Giới hạn vấn đề Trong quá trình thực hiện đề tài này có nhiều vấn đề phát sinh nhƣ : do thời gian có hạn, tài liệu tham khảo còn ít và kiến thức còn hạn chế cũng nhƣ kinh nghiệm non kém nên không thể tránh khỏi những thiếu sót 1. Tổng quan các phƣơng pháp đo nhiệt độ hiện nay 1.1 Đo nhiệt độ bằng phƣơng pháp tiếp xúc 6 Đại Học Sƣ Phạm Kỹ Thuật Lớp HP:221DAVDKCDT02 Đồ Án Vi Điều Khiển GVHD: TS Đoàn Lê Anh 1.2 Đo nhiệt độ bằng nhiệt điện trở Nguyên lí hoạt động : điện trở của một số kim loại thay đổi theo nhiệt độ và dựa vào sự thay đổi điện trở đó ngƣời ta đo đƣợc nhiệt độ cần đo.

Vật liệu dùng làm chuyển đổi của nhiệt điện trở là có hệ số nhiệt độ lớn và ổn định , điện trở suất khá lớn. Trong công nghiệp nhiệt điện trở chia thành hai loại : +Nhiệt điện trở kim loại. +Nhiệt điện trở bán dẫn.3 Đo nhiệt độ bằng cặp nhiệt ngẫu : Dựa trên nguyên tắc thay đổi sức điện động khi cặp nhiệt điện thay đổi.4 Đo nhiệt độ bằng IC cảm biến Có rất nhiều IC cảm biến nhiệt độ có sẵn để đơn giản hóa phạm vi rộng nhất của các thách thức giám sát nhiệt độ. Các cảm biến nhiệt độ silicon này khác biệt đáng kể với các loại đƣợc đề cập ở trên trong một vài cách quan trọng.

Đầu tiên là phạm vi nhiệt độ hoạt động. IC cảm biến nhiệt độ có thể hoạt động trong phạm vi nhiệt độ danh nghĩa từ -55 ° C đến + 150 ° C 1.5 Đo nhiệt độ bằng phƣơng pháp không tiếp xúc Sử dụng thiết bị đo nhiệt độ từ xa (thƣờng gọi là súng đo nhiệt độ hồng ngoại hay súng hồng ngoại) Bảng 1 : So sánh ưu điểm và nhược điểm của các phương pháp đo nhiệt độ Stt Tên phƣơng pháp Ƣu điểm Nhƣợc điểm 1 Nhiệt điện trở ổn định , chính Đắt tiền xác , tuyến tính Cần phải cung cấp hơn so với cặp nguồn dòng nhiệt ngẫu Điện trở tuyệt đối thấp 2 Cặp nhiệt ngẫu Là thành phần tích Phi tuyến cực cung cấp công Điện áp cung cấp suất thấp Đơn giản rẻ Đòi hỏi điện áp Tầm thay đổi rộng tham chiếu 7 Đại Học Sƣ Phạm Kỹ Thuật Lớp HP:221DAVDKCDT02 Đồ Án Vi Điều Khiển GVHD: TS Đoàn Lê Anh Tầm đo nhiệt độ Kém ổn định nhất rộng Kém nhạy nhất 3 IC cảm biến Tuyến tính nhất Nhiệt độ đo thấp Ngõ ra có giá trị Cần cung cấp cao nhất nguồn dòng cho Rẻ tiền cảm biến 4 Đo nhiệt độ bằng Ttầm đo nhiệt độ Ccấu tạo phức phƣơng pháp không rộng tạp tiếp xúc 2 Một số phƣơng pháp đo độ ẩm thông dụng hiện nay Xác định độ ẩm đóng vai trò quan trọng trong cuộc sống hiện nay nhằm đảm bảo môi trƣờng bảo quản tốt nhất cho các loại vật liệu, vật dụng, hàng hóa…trong các ngành công nghiệp chế biến và thí nghiệm. Cùng chúng tôi điểm danh qua 7 phƣơng pháp xác định độ ẩm thông dụng hiện nay.Phƣơng pháp sấy khô - Ứng dụng: Xác định độ ẩm của bánh kẹo, các loại bột… - Dụng cụ: Cân sấy ẩm - Cách thực hiện: + Chỉnh bàn cân sao cho bọt thủy về tâm để cân chính xác nhất. + Cho mẫu vật lên cân đến khi đạt khối lƣợng cần phân tích độ ẩm.

+ Chọn chế độ đo, thời gian và nhiệt độ sấy cần thiết đối với mẫu (100 độ đến 105 độ C). + Cân sấy ẩm sẽ sấy vật liệu, sau đó tự tính toán phần tram độ ẩm của mẫu sau khi sấy. + Kết quả độ ẩm của mẫu sau khi sấy đƣợc hiển thị trên màn hình. - Ƣu điểm: Kết quả đo độ ẩm chính xác, sai số thấp, cân chính xác khôi lƣợng mẫu, thiết kế nhỏ gọn, dễ sử dụng, tiết kiệm thời gian.

-Nhƣợc điểm: Chỉ thích hợp khối lƣợng mẫu đo nhỏ, phải chuẩn bị mẫu trƣớc khi đo, mẫu sau khi đo xong không còn sử dụng đƣợc nữa. Phƣơng pháp điện trở -Ứng dụng: Đo độ ẩm của gỗ, vật liệu xây dựng…. 8 Đại Học Sƣ Phạm Kỹ Thuật Lớp HP:221DAVDKCDT02 Đồ Án Vi Điều Khiển GVHD: TS Đoàn Lê Anh -Dụng cụ: Máy đo độ ẩm gỗ, vật liệu xây dựng - Cách thực hiện: + Cắm hoặc chọc đầu cắm điện trực tiếp vào vùng mẫu muốn đo + Kết quả đo hiển thị trên màn hình. -Ƣu điểm: Nhỏ gọn, dễ sử dụng mọi lúc mọi nơi đo độ ẩm chỉ trong một thao tác, không tốn thời gian chuẩn bị mẫu.

- Nhƣợc điểm: Phải đo nhiều lần ở nhiều vị trí khác nhau để có giá trị trung bình nhất nên có thể làm hỏng mẫu đo. Đo độ ẩm bằng máy đo có đầu dò - Ứng dụng: Xác định độ ẩm của giấy hay những vật liệu mỏng - Dụng cụ: Máy đo độ ẩm giấy - Cách thực hiện: + Khởi động máy đo, áp đầu dò của máy vào bề mặt giấy + Kết quả đo hiển thị trên màn hình điện tử -Ƣu điểm: Nhỏ gọn, dễ sử dụng, tiện lợi trong việc khảo sát độ ẩm giấy trong kho, đo trực tiếp trên mẫu không làm hƣ hại đến mẫu. -Nhƣợc điểm: Thiết kế chuyên biệt để đo giấy 2. Phƣơng pháp nguyên lí điện trở -Ứng dụng: Đo độ ẩm ngũ cốc, các loại hạt - Dụng cụ: Máy đo độ ẩm hạt cầm tay (điện trở nằm ngoài), máy có điện trở nằm trong buồng phân tích mẫu - Cách thực hiện: + Với máy đo độ ẩm hạt cầm tay: Cắm hoặc chọc đầu cắm điện trực tiếp vào vùng mẫu muốn đo.

Kết quả đo hiển thị trên màn hình. + Với loại có buồng chứa mẫu: Chuẩn bị mẫu => Cho mẫu vào buồng/khay chƣa mẫu và bấm nút “Start” => Kết quả sẽ hiển thị trên màn hình sau vài giây phân tích. - Ƣu điểm: Kết quả đo nhanh, thao tác ít, dễ sử dụng và không làm hƣ hại đến mẫu. Máy đo có buồng chứa mẫu có chế độ đo ẩm cho từng loại hạt chuyên biệt.

-Nhƣợc điểm: + Máy đo ẩm dạng que nhọn cho kết quả kém chính xác khi đo các loại hạt to. 9 Đại Học Sƣ Phạm Kỹ Thuật Lớp HP:221DAVDKCDT02 Đồ Án Vi Điều Khiển GVHD: TS Đoàn Lê Anh + Máy đo ẩm có buồng chứa mẫu có kích thƣớc không đƣợc nhỏ gọn lắm. Phƣơng pháp khúc xạ ánh sáng - Ứng dụng: Đo độ ẩm mật ong - Dụng cụ: Khúc xạ kế - Cách thực hiện: + Đối với khúc xạ kế loại cơ, nhỏ một vài giọt mẫu lên bề mặt lăng kính, đậy nắp lăng kính sao cho khối lƣợng mẫu tràn đều trên bề mặt lăng kính. Đặt khúc xạ kế ngang tầm mắt và đọc kết quả thông qua thị kính.

+ Đối với khúc xạ kế loại điện tử: cho vài giọt mẫu lên lăng kính và bấm phím “Start” kết quả sẽ hiển thị sau vài giây trên màn hình điện tử. -Ƣu điểm: Dễ sử dụng, cho kết quả nhanh, nhỏ gọn có thể bỏ túi -Nhƣợc điểm: Vì khúc xạ kế nên sẽ phụ thuộc ít nhiều vào nguồn sáng. Phƣơng pháp điện trở - Ứng dụng: Đo độ ẩm đất - Dụng cụ: Máy đo pH và độ ẩm đất Takemura DM 15 - Cách thực hiện: + Cắm đầu đo của máy vào nơi đất cần đo sao cho đất ngập cả 3 vòng kim loại. + Ấn và giữ phím màu trắng trên thân máy để đọc phần trăm độ ẩm trên màn hình và thả tay ra nếu muốn đọc chỉ số pH.

- Ƣu điểm: nhỏ gọn, tiện lợi, dễ sử dụng, giá thành thấp. - Nhƣợc điểm: Phải đo nhiều lần trên nhiều vị trí khác nhau trong khoảng 1 mét vuông để tính độ ẩm và độ pH trung bình. Đo độ ẩm không khí - Ứng dụng: Đo độ ẩm không khí - Dụng cụ: Ẩm kế điện tử loại treo tƣờng /cầm tay, máy đo độ ẩm có đầu dò rời - Cách thực hiện: + Ẩm kế điện tử loại treo tƣờng dùng để xác định độ ẩm một cách liên tục trong các kho chứa, nhà máy, xí nghiệp, văn phòng và nhà ở. + Ẩm kế điện tử loại cầm tay và máy đo độ ẩm có đầu dò rời dùng để đi khảo sát độ ẩm tại hiện trƣờng kho bãi, container… 10 Đại Học Sƣ Phạm Kỹ Thuật Lớp HP:221DAVDKCDT02 Đồ Án Vi Điều Khiển GVHD: TS Đoàn Lê Anh 3.

Sơ đồ tổng quan hệ thống Kkhối cảm Kkhối xử lí Kkhối điều biến trung tâm khiển khối hiển thị Kkhối nguồn Khối app blynk oàn hệ thống Giải thích từng thành phần : Khối cảm biến là mạch thu nhận dữ liệu có chức năng thu thập các thông số cảm biến , xử lí và sau đó gửi về khối xử lí trung tâm Khối trung tâm xử lí tín hiệu mọi thông tin từ nhận dữ liệu , điều khiển động cơ , thiết bị cũng nhƣ đƣa dữ liệu lên server Khối điều khiển là cacs mạch điều khiển bao gồm relay để bật tắt động cơ , và các đèn báo Khối hiển thị là các module hiển thị nhƣ lcd , … Khối bluetool ,app bao gồm dữ liệu lên điện thoại. Khối nguồn đƣợc dùng để cung cấp áp cho hoạt động cho các khối còn lại 11 Đại Học Sƣ Phạm Kỹ Thuật Lớp HP:221DAVDKCDT02 Đồ Án Vi Điều Khiển GVHD: TS Đoàn Lê Anh Hình 2. 7: giao diện làm việc của Arduino IDE 2. Cách dùng phần mềm với adruino mega 2560 : Chọn loại vi điều khiển ( Arduino Mega 2560): Vào mục tool => Board “Arduino/Genuino Mega 2560 or Mega 2560”=> Chọn Arduino/Genuino Mega 2560 or Mega 2560.

24 Đại Học Sƣ Phạm Kỹ Thuật Lớp HP:221DAVDKCDT02 Đồ Án Vi Điều Khiển GVHD: TS Đoàn Lê Anh Hình 1.