Đồ án HCMUTE: Thiết kế hệ thống quản lý nông trại hiệu quả

Khám phá đồ án HCMUTE thiết kế hệ thống quản lý nông trại, giải pháp tối ưu hóa quy trình sản xuất và quản lý nông nghiệp hiệu quả.

• Tác giả: Bùi Đức Dĩnh
• Người hướng dẫn: Ts. Phan Văn Ca
• Trường học: Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM
• Chuyên ngành: Công Nghệ Kỹ Thuật Máy Tính
• Đề tài: Thiết Kế Hệ Thống Quản Lý Nông Trại
• Loại tài liệu: Đồ Án Tốt Nghiệp
• Năm xuất bản: 2017
• Địa điểm: TP. Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• LỜI CẢM ƠN
• TÓM TẮT
• MỤC LỤC
• DANH MỤC HÌNH
• CÁC TỪ VIẾT TẮT
• 1. CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU
• 1.1. ĐẶT VẤN ĐỀ
• 1.2. MỤC TIÊU ĐỀ TÀI
• 1.3. NỘI DUNG
• 1.4. BỐ CỤC QUYỂN BÁO CÁO
• 2. CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
• 2.1. GIỚI THIỆU NODEMCU ESP8266
• 2.2. SƠ ĐỒ KẾT NỐI CỦA NODEMCU ESP8266
• 2.3. MÔI TRƯỜNG LẬP TRÌNH TRÊN NODEMCU ESP8266
• 2.4. MODULE LCD 20X4
• 2.5. MODULE KẾT NỐI CHUẨN I2C
• 2.6. CẢM BIẾN DHT11
• 2.7. MODULE CẢM BIẾN ÁNH SÁNG BH1750
• 2.8. MODULE THỜI GIAN THỰC DS1307
• 2.9. GIAO THỨC I2C
• 3. CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ HỆ THỐNG
• 3.1. YÊU CẦU HỆ THỐNG
• 3.2. THIẾT KẾ HỆ THỐNG
• 3.3. THIẾT KẾ PHẦN CỨNG
• 3.3.1. Thiết kế từng khối
• 3.3.2. Sơ đồ nguyên lí hệ thống
• 3.4. THIẾT KẾ PHẦN MỀM
• 3.4.1. Chức năng hoạt động của phần mềm
• 3.4.2. Lưu đồ giải thuật trên web server
• 3.4.3. Lưu đồ giải thuật trên thiết bị di động
• 4. CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ
• 4.1. KẾT QUẢ MÔ HÌNH THI CÔNG
• 4.1.1. Hình thực tế Web Server và ứng dụng di động
• 4.1.2. Hình ảnh thực tế phần cứng
• 4.2. HOẠT ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG
• 5. CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN
• 5.1. KẾT LUẬN
• 5.2. HƯỚNG PHÁT TRIỂN
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Giới thiệu Hệ thống Quản lý Nông trại Thông minh tại HCMUTE

Đề tài Thiết kế hệ thống quản lý nông trại hiệu quả tại HCMUTE tập trung vào việc xây dựng một hệ thống quản lý nông trại thông minh, giải quyết các vấn đề trong quản lý sản xuất nông nghiệp. Hệ thống tích hợp Internet of Things (IoT) trong nông nghiệp, cho phép giám sát từ xa nông trại và tự động hóa nông nghiệp. Mục tiêu chính là tăng năng suất nông nghiệp và giảm chi phí sản xuất nông nghiệp, hướng tới nông nghiệp bền vững và nông nghiệp chính xác. Nghiên cứu ứng dụng công nghệ thông tin trong nông nghiệp, cụ thể là phần mềm quản lý nông trại, phục vụ quản lý nguồn lực nông nghiệp và phân tích dữ liệu nông nghiệp. Hệ thống được thiết kế và phát triển tại HCMUTE (Trường Đại học Công nghệ TP.HCM), đóng góp vào nghiên cứu nông nghiệp và xu hướng công nghệ nông nghiệp hiện nay.

1.1 Mục tiêu và phạm vi nghiên cứu

Nghiên cứu tập trung vào việc thiết kế và triển khai một hệ thống quản lý nông trại thông minh dựa trên nền tảng IoT. Hệ thống này bao gồm các cảm biến thu thập dữ liệu về nhiệt độ, độ ẩm, ánh sáng, và các yếu tố khác ảnh hưởng đến sản xuất nông nghiệp. Dữ liệu này được truyền đến một web server và một ứng dụng di động cho phép người dùng theo dõi và điều khiển từ xa các thiết bị trong nông trại. Hệ thống cũng tích hợp chức năng phân tích dữ liệu lớn (big data trong nông nghiệp) để hỗ trợ ra quyết định trong quản lý sản xuất. Phạm vi nghiên cứu bao gồm thiết kế phần cứng, phát triển phần mềm, và thử nghiệm hệ thống trong môi trường thực tế. Mục tiêu là xây dựng một hệ thống hiệu quả, dễ sử dụng, và có thể mở rộng để đáp ứng nhu cầu của các loại hình nông trại khác nhau. Nghiên cứu tập trung vào quản lý chất lượng nông sản và đảm bảo an toàn thực phẩm. Mô hình quản lý nông trại hiệu quả được xây dựng dựa trên chuỗi cung ứng nông sản hiện đại.

1.2 Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu sử dụng phương pháp tiếp cận tổng hợp, kết hợp giữa lý thuyết và thực tiễn. Giai đoạn đầu tiên tập trung vào nghiên cứu cơ sở lý thuyết về IoT, các loại cảm biến, vi điều khiển, và phần mềm liên quan. Tiếp theo là thiết kế hệ thống, bao gồm thiết kế phần cứng và phần mềm. Phần cứng bao gồm các cảm biến, module điều khiển, và các thiết bị kết nối. Phần mềm bao gồm phần mềm quản lý dữ liệu, ứng dụng di động, và web server. Giai đoạn cuối cùng là triển khai và thử nghiệm hệ thống trong môi trường thực tế, thu thập dữ liệu, và phân tích kết quả. Phân tích dữ liệu nông nghiệp được thực hiện để đánh giá hiệu quả của hệ thống. Việc sử dụng hệ thống tưới tiêu thông minh và thu hoạch tự động cũng được xem xét để tối ưu hóa hệ thống. Nghiên cứu cũng đề cập đến mô hình kinh doanh nông nghiệp và thương mại điện tử nông sản.

II. Thiết kế Hệ thống

Phần này trình bày chi tiết về kiến trúc hệ thống, bao gồm phần cứng và phần mềm. Phần cứng bao gồm các cảm biến (cảm biến DHT11, cảm biến ánh sáng BH1750), module vi điều khiển (NodeMCU ESP8266), module relay, và các thiết bị ngoại vi khác. Phần mềm được xây dựng trên nền tảng PHP và Android. Ứng dụng quản lý nông trại cung cấp giao diện người dùng thân thiện, cho phép người dùng theo dõi dữ liệu, điều khiển các thiết bị, và quản lý dữ liệu một cách hiệu quả. Web server đóng vai trò trung tâm trong việc thu thập, xử lý và phân phối dữ liệu. Cơ sở dữ liệu MySQL được sử dụng để lưu trữ thông tin. Hệ thống sử dụng giao thức TCP/IP để truyền dữ liệu giữa các thành phần.

2.1 Thiết kế phần cứng

Phần cứng được thiết kế để đảm bảo độ tin cậy và khả năng mở rộng. NodeMCU ESP8266, một module vi điều khiển tích hợp Wi-Fi, được lựa chọn làm trung tâm điều khiển. Các cảm biến được kết nối với NodeMCU ESP8266 thông qua giao tiếp I2C hoặc GPIO. Dữ liệu từ các cảm biến được xử lý và truyền đến web server qua mạng Wi-Fi. Hệ thống sử dụng các module relay để điều khiển các thiết bị ngoại vi, chẳng hạn như hệ thống tưới tiêu, hệ thống chiếu sáng. Thiết kế hệ thống nông nghiệp thông minh này đảm bảo sự ổn định và chính xác của quá trình thu thập và xử lý dữ liệu. Việc lựa chọn các linh kiện phù hợp và thiết kế mạch điện tối ưu hóa năng lượng tiêu thụ. Hệ thống tự động hóa nông nghiệp dựa trên việc lập trình logic chính xác cho NodeMCU ESP8266.

2.2 Thiết kế phần mềm

Phần mềm bao gồm ba thành phần chính: Ứng dụng di động (Android), web server, và cơ sở dữ liệu. Ứng dụng di động cho phép người dùng theo dõi dữ liệu từ xa, điều khiển các thiết bị, và nhận thông báo cảnh báo. Web server được phát triển bằng PHP, xử lý dữ liệu từ các cảm biến, và cung cấp giao diện người dùng cho việc quản lý nông trại. Cơ sở dữ liệu MySQL lưu trữ dữ liệu một cách hiệu quả và đảm bảo tính toàn vẹn của dữ liệu. Phần mềm quản lý nông trại được thiết kế với giao diện người dùng trực quan, dễ sử dụng. Quản lý dữ liệu được thực hiện một cách tự động, giúp người dùng tiết kiệm thời gian và công sức. Phân tích dữ liệu giúp đưa ra các quyết định quản lý hợp lý. Hệ thống quản lý dữ liệu cũng bao gồm tính năng phân tích dữ liệu lớn để nhận diện các xu hướng và vấn đề trong sản xuất.

III. Kết quả và Thảo luận

Kết quả thử nghiệm cho thấy hệ thống hoạt động ổn định và hiệu quả. Hệ thống có khả năng thu thập và xử lý dữ liệu chính xác, cho phép người dùng giám sát và điều khiển nông trại từ xa. Ứng dụng di động và web server cung cấp giao diện thân thiện và dễ sử dụng. Phân tích dữ liệu giúp người dùng đưa ra các quyết định quản lý hợp lý, dẫn đến tăng năng suất và giảm chi phí. Hệ thống có khả năng mở rộng và tích hợp với các thiết bị khác. Nghiên cứu đã góp phần vào việc ứng dụng công nghệ thông tin và IoT vào nông nghiệp bền vững.

3.1 Đánh giá hiệu quả hệ thống

Hệ thống đã đạt được các mục tiêu đề ra. Kết quả thử nghiệm cho thấy hệ thống hoạt động ổn định và hiệu quả trong việc thu thập, xử lý và hiển thị dữ liệu. Ứng dụng quản lý nông trại giúp người dùng tiết kiệm thời gian và công sức trong việc quản lý nông trại. Phân tích dữ liệu cho phép người dùng đưa ra các quyết định quản lý chính xác, giúp tăng năng suất và giảm chi phí sản xuất. Hệ thống quản lý nông trại thông minh này đã chứng minh được tính khả thi và hiệu quả của việc ứng dụng công nghệ thông tin trong nông nghiệp. Giám sát từ xa nông trại giúp người dùng chủ động trong việc xử lý các sự cố và rủi ro. Tự động hóa nông nghiệp giúp tối ưu hóa quá trình sản xuất. Việc tích hợp với các thiết bị khác giúp hệ thống linh hoạt và đáp ứng nhu cầu đa dạng của người dùng.

3.2 Hướng phát triển trong tương lai

Hệ thống có thể được mở rộng để tích hợp thêm nhiều loại cảm biến, phục vụ nhiều loại hình nông nghiệp khác nhau. Có thể tích hợp các thuật toán trí tuệ nhân tạo để tự động hóa quá trình quản lý và ra quyết định. Việc tích hợp với các hệ thống thương mại điện tử sẽ giúp người nông dân tiếp cận thị trường một cách hiệu quả hơn. Nghiên cứu sâu hơn về phân tích dữ liệu lớn và học máy để tối ưu hóa năng suất và giảm thiểu rủi ro. Mô hình kinh doanh nông nghiệp cần được nghiên cứu kỹ hơn để đảm bảo tính bền vững và hiệu quả kinh tế. An toàn thực phẩm là yếu tố cần được ưu tiên trong quá trình phát triển và ứng dụng hệ thống. Hệ thống tưới tiêu thông minh và thu hoạch tự động là những hướng phát triển quan trọng trong tương lai.

Nội dung chính

Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Trong sự phát triển của nền nông nghiệp hàng hóa và kinh tế trang trại hiện đại, việc ứng dụng khoa học kỹ thuật vào quản lý và giám sát vận hành đóng vai trò thiết yếu nhằm nâng cao năng suất, chất lượng sản phẩm cũng như tiết kiệm công lao động. Trong chăn nuôi gia súc (đặc biệt là bò thịt và bò sữa), các yếu tố môi trường như nhiệt độ, độ ẩm và cường độ ánh sáng tác động trực tiếp đến sức khỏe, khả năng tăng trọng và sản lượng sữa của đàn nuôi. Phương thức quản lý truyền thống đòi hỏi người nuôi phải trực tiếp đến tận chuồng trại để kiểm tra thủ công các thông số môi trường và đóng cắt thiết bị điện, gây tốn thời gian và hạn chế tính kịp thời trong xử lý sự cố.

Trước thực trạng đó, đề tài "Thiết kế hệ thống quản lý nông trại" được thực hiện nhằm xây dựng một hệ thống giám sát và điều khiển chuồng trại từ xa ứng dụng công nghệ Internet of Things (IoT).

Hệ thống hướng tới các mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu cụ thể:

1. Xây dựng khối phần cứng thu thập dữ liệu môi trường lắp đặt tại trang trại, có khả năng đo đạc các thông số môi sinh và điều khiển các thiết bị điện vận hành.
2. Thiết lập máy chủ Web (Web server) cùng cơ sở dữ liệu để liên tục tiếp nhận, lưu trữ và hiển thị các thông số cảm biến theo thời gian thực, đồng thời cung cấp giao diện điều khiển thiết bị qua Internet.
3. Phát triển ứng dụng di động trên hệ điều hành Android giúp người dùng giám sát các thông số môi trường, điều khiển thiết bị điện, thiết lập lịch hẹn giờ bật máy bơm và nhập dữ liệu quản lý đàn vật nuôi (số lượng, tuổi, ngày nhập chuồng).

Đối tượng nghiên cứu của đề tài là hệ thống nhúng thu thập dữ liệu môi trường, các cơ cấu chấp hành chuồng trại và các nền tảng phần mềm giao tiếp đa phương tiện (Web, Mobile). Phạm vi nghiên cứu tập trung vào mô hình trang trại quy mô vừa và nhỏ, đo lường 3 thông số môi trường cơ bản (nhiệt độ, độ ẩm không khí, cường độ ánh sáng), điều khiển 3 tải điện (đèn chiếu sáng, quạt làm mát, máy bơm nước) và đồng bộ dữ liệu thông qua hạ tầng mạng không dây Wi-Fi nội bộ kết nối Internet.

---

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Khung lý thuyết và công nghệ nền tảng

Nghiên cứu ứng dụng các nền tảng phần cứng, giao thức truyền thông và công nghệ phần mềm tiêu chuẩn trong lĩnh vực hệ thống nhúng và mạng máy tính:

• Vi điều khiển SoC ESP8266 (NodeMCU ESP-12): Sử dụng vi xử lý tích hợp Wi-Fi chuẩn IEEE 802.11 b/g/n (băng tần 2.4 GHz, hỗ trợ bảo mật WPA/WPA2), tích hợp chip nạp UART CP2102, 10 chân GPIO logic 3.3V DC (hỗ trợ giao tiếp PWM, I2C, SPI, 1-Wire và 1 kênh ADC trên chân A0).
• Chuẩn giao tiếp Bus I2C (Inter-Integrated Circuit): Giao thức truyền thông nối tiếp đồng bộ 2 dây gồm đường dữ liệu Serial Data (SDA) và đường xung giữ nhịp Serial Clock (SCL), sử dụng điện trở kéo lên nguồn dương (pull-up resistors) từ 1kΩ đến 4.7kΩ cho các chân cực máng hở (open-drain). Giao tiếp này được dùng để kết nối đồng thời module thời gian thực DS1307, cảm biến ánh sáng BH1750 và module mở rộng màn hình LCD.
• Cảm biến và cơ cấu phần cứng: Cảm biến nhiệt độ - độ ẩm DHT11 (chuẩn giao tiếp 1-Wire), cảm biến cường độ ánh sáng BH1750 (ADC 16-bit tích hợp, ngõ ra số theo đơn vị lux), module thời gian thực RTC DS1307 (đi kèm bộ nhớ EEPROM AT24C32 32Kbit và pin nguồn dự phòng duy trì hoạt động đến 10 năm), màn hình ký tự LCD 20x4 và mạch kích đóng ngắt Relay 5V mức thấp (Active Low).
• Mô hình bộ giao thức TCP/IP: Ứng dụng mô hình mạng 4 tầng (Tầng liên kết dữ liệu, Tầng Internet với IP/ICMP/IGMP, Tầng giao vận với TCP/UDP và Tầng ứng dụng) để truyền gói tin dữ liệu cảm biến và lệnh điều khiển thông qua các yêu cầu HTTP.
• Ngôn ngữ kịch bản máy chủ PHP: Xử lý tiếp nhận dữ liệu từ vi điều khiển và ứng dụng di động qua các phương thức HTTP GET (truyền tham số qua URL) và HTTP POST (truyền tham số qua HTTP header).
• Hệ quản trị cơ sở dữ liệu MySQL: Tổ chức lưu trữ bảng dữ liệu cảm biến theo mốc thời gian và bảng thông tin quản lý đàn vật nuôi.
• Nền tảng Android: Phát triển giao diện và logic ứng dụng bằng môi trường Android Studio, sử dụng ngôn ngữ Java để xử lý nghiệp vụ, kết nối mạng và ngôn ngữ XML để thiết kế giao diện người dùng.

Phương pháp nghiên cứu thực tế

Đề tài áp dụng phương pháp thiết kế kỹ thuật kết hợp thực nghiệm:

1. Thiết kế sơ đồ khối và sơ đồ nguyên lý: Phân chia hệ thống thành các khối chức năng độc lập (khối xử lý trung tâm, khối cảm biến, khối hiển thị, khối chấp hành, khối nguồn), lựa chọn linh kiện theo tiêu chuẩn điện áp và dòng tải.
2. Xây dựng thuật toán và lập trình phần mềm nhúng: Thiết kế các lưu đồ thuật toán phân luồng tác vụ đọc cảm biến, đóng gói dữ liệu, gửi dữ liệu lên máy chủ và phân tích phản hồi để điều khiển rơ-le.
3. Phát triển phần mềm đa nền tảng: Lập trình backend PHP/MySQL trên máy chủ Web và xây dựng giao diện ứng dụng di động Android.
4. Gia công, tích hợp phần cứng và kiểm thử thực nghiệm: Đấu nối các module thực tế trên mạch thử nghiệm, tiến hành nạp code cho NodeMCU qua Arduino IDE, kiểm tra khả năng truyền nhận tín hiệu mạng và độ ổn định khi đóng ngắt các thiết bị điện 12V.

Nguồn dữ liệu của nghiên cứu bao gồm: dữ liệu thời gian thực thu thập từ các đầu đo cảm biến (DHT11, BH1750, DS1307), dữ liệu nhập thủ công từ người quản lý nông trại qua ứng dụng Android, và các thông số vận hành của hệ thống lưu trong cơ sở dữ liệu MySQL.

---

Thiết kế và triển khai hệ thống

Kiến trúc và thiết kế phần cứng

Hệ thống phần cứng được tổ chức thành 5 khối chức năng chính xoay quanh vi điều khiển NodeMCU ESP8266:

• Khối xử lý trung tâm (NodeMCU ESP8266): Đóng vai trò làm Master trên bus I2C, đọc dữ liệu từ các cảm biến, xử lý thuật toán hẹn giờ, điều khiển đóng cắt các chân rơ-le và duy trì kết nối Wi-Fi để gửi/nhận dữ liệu với máy chủ.
• Khối cảm biến:
  • Cảm biến DHT11: Đo nhiệt độ (dải đo 0–50°C, sai số ±2°C) và độ ẩm (dải đo 20%–95%, sai số ±5%), tần số lấy mẫu 1Hz, chân dữ liệu Data kết nối vào chân D3 (GPIO0) của NodeMCU.
  • Cảm biến ánh sáng BH1750: Đo cường độ sáng từ 1 đến 65535 lx với độ phân giải cao (sử dụng chế độ H-Resolution 1 lx), kết nối bus I2C với chân SCL nối D1 (GPIO5) và SDA nối D2 (GPIO4).
  • Module RTC DS1307: Cung cấp thông tin ngày, tháng, năm, giờ, phút, giây; kết nối song song trên bus I2C vào chân D1 (SCL) và D2 (SDA).
• Khối hiển thị (LCD 20x4): Hiển thị trực quan 4 dòng thông tin trạng thái hệ thống, nhiệt độ, độ ẩm và ánh sáng. Màn hình được ghép nối qua module chuyển đổi I2C (sử dụng IC điều khiển với địa chỉ mặc định 0x27 hoặc 0x3F) để giảm số lượng dây kết nối với vi điều khiển xuống còn 2 dây (SDA, SCL).
• Khối cơ cấu chấp hành: Gồm board 3 Relay 5V DC (kích hoạt ở mức logic thấp 0V nhằm bảo vệ vi điều khiển), điều khiển đóng cắt nguồn điện cho 3 thiết bị thực thi dùng nguồn 12V 2A gồm: đèn chiếu sáng, quạt thông gió và máy bơm nước.
• Khối nguồn: Bộ nguồn hạ áp cung cấp nguồn 5V 2A cho mạch vi điều khiển NodeMCU và cuộn hút relay; đồng thời cấp nguồn 12V 2A riêng biệt cho các thiết bị thuộc khối chấp hành.

Thành phần / Module	Chuẩn kết nối / Giao tiếp	Chân kết nối trên NodeMCU	Điện áp hoạt động	Chức năng kỹ thuật
NodeMCU ESP-12	Wi-Fi 802.11 b/g/n, UART	D0 - D10, A0, USB	5V DC (Micro USB)	Vi điều khiển trung tâm và truyền nhận Wi-Fi
DHT11	Chuẩn 1 dây (1-Wire Data)	Chân D3 (GPIO0)	3.3V - 5V DC	Đo nhiệt độ (0-50°C) và độ ẩm (20-95%)
BH1750	Bus I2C (Chế độ H-Resolution)	D1 (SCL), D2 (SDA)	3.3V - 5V DC	Đo cường độ ánh sáng (1 - 65535 lx)
DS1307	Bus I2C (Địa chỉ 64 thanh ghi)	D1 (SCL), D2 (SDA)	5V DC (Pin 3V backup)	Cung cấp thời gian thực và lịch chuẩn
LCD 20x4 + Module I2C	Bus I2C (Địa chỉ 0x27 / 0x3F)	D1 (SCL), D2 (SDA)	5V DC	Hiển thị 4 dòng ký tự trạng thái và thông số
Module 3 Relay	Kích mức thấp (Active Low 0V)	Các chân GPIO ngõ ra	5V DC (Tiếp điểm 250VAC/30VDC 10A)	Đóng/ngắt điện cho đèn, quạt, bơm 12V

Thiết kế phần mềm và luồng dữ liệu

Phần mềm hệ thống được thiết kế theo mô hình phân tán với luồng điều khiển khép kín giữa 3 thành phần:

1. Chương trình nhúng trên NodeMCU ESP8266:

   • Hàm Setup(): Khởi tạo các cổng vào/ra (GPIO), thiết lập màn hình LCD, khởi động bus I2C và thiết lập kết nối Wi-Fi tới trạm phát (Access Point). Khi kết nối thành công, vi điều khiển in thông tin khởi động lên màn hình LCD.
   • Vòng lặp Loop(): Kết nối đến Web server và tuần tự thực hiện các chương trình con:
     • readSenSor(): Đọc các giá trị nhiệt độ, độ ẩm từ DHT11 và độ rọi từ BH1750, cập nhật chuỗi ký tự hiển thị lên màn hình LCD 20x4.
     • sentData(): Đóng gói các giá trị cảm biến và gửi bản tin HTTP request lên Web server, sau đó chờ nhận chuỗi phản hồi từ máy chủ.
     • readDS1307(): Đọc các thanh ghi thời gian thực (giây, phút, giờ, ngày, tháng, năm).
     • xuly_dlweb(): Tách chuỗi phản hồi từ máy chủ để trích xuất chế độ vận hành (Auto/Manual), trạng thái mong muốn của các thiết bị (ON/OFF) và mốc thời gian hẹn giờ máy bơm.
     • control(): So khớp các biến điều khiển để xuất mức logic ra các chân rơ-le tương ứng.

2. Hệ thống Web Server và Cơ sở dữ liệu MySQL:

   • Tiếp nhận chuỗi tham số từ vi điều khiển gửi lên qua phương thức GET/POST, thực thi câu lệnh SQL để ghi dữ liệu đo vào cơ sở dữ liệu MySQL.
   • Xây dựng giao diện web bao gồm: Trang đăng nhập xác thực người dùng; Trang hiển thị thông số môi trường cập nhật theo thời gian thực (truy cập qua địa chỉ máy chủ cục bộ); Trang bảng điều khiển thiết bị cho phép bật/tắt thủ công (Manual mode); Trang cài đặt hẹn giờ tưới tự động (Auto mode); Trang thống kê và xuất báo cáo dữ liệu quản lý vật nuôi.

3. Ứng dụng di động trên nền tảng Android:

   • Cung cấp 4 phân hệ chức năng tương tác: (1) Nút "Cập nhập" để lấy thông số cảm biến môi trường mới nhất từ máy chủ; (2) Nút "Điều khiển thiết bị" chuyển sang màn hình bật/tắt đèn, quạt, máy bơm; (3) Nút "Hẹn giờ" thiết lập mốc thời gian chạy máy bơm tự động; (4) Nút "Nhập dữ liệu" phục vụ việc lưu trữ số lượng đàn, tuổi vật nuôi và ngày nhập chuồng lên máy chủ cơ sở dữ liệu.

---

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Giới thiệu

Chương 1 trình bày bối cảnh chuyển dịch của ngành chăn nuôi nông nghiệp hàng hóa, phân tích nhu cầu ứng dụng công nghệ giám sát tự động thay thế cho phương pháp quản lý thủ công tại chuồng trại. Tác giả xác định rõ mục tiêu chế tạo hệ thống quản lý nông trại tích hợp phần cứng thu thập dữ liệu tại chỗ, máy chủ Web và ứng dụng di động Android. Chương này cũng phác thảo nội dung thực hiện và cấu trúc bố cục 5 chương của quyển báo cáo tốt nghiệp.

Chương 2: Cơ sở lý thuyết

Chương 2 tổng hợp toàn diện các nền tảng lý thuyết và thông số kỹ thuật của các linh kiện, giao thức được áp dụng trong đề tài:

• Phân tích cấu trúc phần cứng của kit NodeMCU ESP8266 (ESP-12, chip nạp CP2102, sơ đồ chân GPIO và môi trường lập trình C/C++ trên Arduino IDE).
• Giới thiệu cấu tạo, nguyên lý hiển thị của màn hình LCD 20x4 (16 chân ghép nối) và mạch chuyển đổi giao tiếp I2C giúp tiết kiệm chân vi điều khiển.
• Chi tiết hóa đặc tính kỹ thuật của các cảm biến: DHT11 (đo nhiệt độ, độ ẩm), BH1750 (đo cường độ ánh sáng số qua I2C với 3 chế độ H-Resolution 0.5 lx, H-Resolution 1 lx, L-Resolution 4 lx) và module RTC DS1307 (cấu trúc bộ nhớ 64 thanh ghi, trong đó có 8 thanh ghi thời gian thực, chip nhớ AT24C32).
• Phân tích nguyên lý truyền nhận trên bus nối tiếp I2C với 2 đường SDA, SCL và điện trở kéo.
• Trình bày kiến trúc 4 tầng của bộ giao thức TCP/IP, cấu trúc đóng mở gói dữ liệu qua các tầng (Stream, TCP segment, IP Datagram, Frame).
• Giới thiệu ngôn ngữ kịch bản máy chủ PHP, so sánh 2 phương thức truyền dữ liệu HTTP GET (truyền qua URL, giới hạn 1024 ký tự, lưu trong mảng $_GET) và HTTP POST (truyền qua header, bảo mật hơn, lưu trong mảng $_POST).
• Trình bày nguyên lý hệ quản trị cơ sở dữ liệu quan hệ MySQL và cú pháp truy vấn SQL chuẩn ANSI.
• Giới thiệu nền tảng Android, cấu trúc dự án trên Android Studio với ngôn ngữ Java xử lý logic và XML thiết kế giao diện.

Chương 3: Thiết kế hệ thống

Chương 3 đi sâu vào phân tích yêu cầu kỹ thuật và triển khai thiết kế chi tiết:

• Đưa ra mô hình tổng quan hệ thống gồm 3 phân hệ chính (Phần cứng tại chuồng trại, Ứng dụng Android và Web Server).
• Xây dựng sơ đồ khối và sơ đồ nguyên lý chi tiết kết nối giữa NodeMCU ESP8266 với khối cảm biến (DHT11 qua chân D3; BH1750 và DS1307 song song qua chân D1, D2), khối hiển thị (LCD qua bus I2C) và khối thực thi (3 relay kích mức 0V điều khiển tải 12V 2A).
• Thiết kế giải thuật phần mềm thông qua các lưu đồ chi tiết: lưu đồ chương trình chính trên kit (Setup và Loop), các chương trình con chuyên biệt (readSenSor, sentData, xuli_dlweb, control), lưu đồ trao đổi dữ liệu trên Web Server và lưu đồ xử lý tương tác của ứng dụng Android.

Chương 4: Kết quả

Chương 4 công bố các kết quả thực nghiệm sau khi hoàn thiện thi công:

• Hình ảnh mô hình phần cứng thực tế đã được đấu nối hoàn chỉnh, cấp nguồn và gắn các cảm biến, module rơ-le.
• Giao diện vận hành thực tế của Web Server gồm: trang đăng nhập hệ thống, trang hiển thị dữ liệu cảm biến thời gian thực, trang điều khiển đóng ngắt thiết bị ở chế độ thủ công (Manual) và trang thống kê dữ liệu xuất nhập vật nuôi.
• Giao diện ứng dụng di động Android hiển thị trực quan các nút chức năng (Cập nhập, Điều khiển thiết bị, Nhập dữ liệu, Hẹn giờ).
• Kết quả thử nghiệm đóng ngắt đèn, quạt, máy bơm thông qua nút nhấn trên giao diện Web và ứng dụng di động; kiểm chứng hiển thị dữ liệu nhiệt độ, độ ẩm, ánh sáng trên màn hình LCD ở chế độ tự động (Automatic).

Chương 5: Kết luận và hướng phát triển

Chương 5 tổng kết lại toàn bộ các mục tiêu kỹ thuật đã đạt được trong quá trình nghiên cứu, đánh giá mức độ ổn định của hệ thống phần cứng và phần mềm. Đồng thời, tác giả chỉ ra các mặt hạn chế tồn đọng và đề xuất các giải pháp nâng cấp, mở rộng hệ thống trong tương lai.

---

Kết quả và đóng góp

Kết quả kỹ thuật đạt được

Đồ án đã chế tạo thành công mô hình thực nghiệm hệ thống quản lý nông trại với các kết quả cụ thể:

• Hoàn thiện phần cứng tích hợp: Ghép nối thành công board điều khiển NodeMCU ESP8266 với 3 cụm cảm biến (DHT11, BH1750, DS1307), màn hình LCD 20x4 giao tiếp I2C và khối 3 rơ-le kích mức thấp. Hệ thống vận hành ổn định với 2 nguồn cấp độc lập (5V 2A cho mạch logic/relay và 12V 2A cho thiết bị thực thi).
• Vận hành hai chế độ linh hoạt:
  • Chế độ thủ công (Manual Mode): Cho phép người dùng trực tiếp bật/tắt đèn chiếu sáng, quạt gió, máy bơm thông qua các nút bấm ảo trên giao diện Web hoặc ứng dụng di động Android qua mạng Wi-Fi/Internet.
  • Chế độ tự động (Automatic Mode): Cho phép thiết lập mốc thời gian thực từ ứng dụng di động hoặc web để tự động kích hoạt máy bơm nước theo lịch trình, hiển thị trạng thái lên LCD 20x4.
• Đồng bộ dữ liệu đa nền tảng: Thu thập và hiển thị chính xác các thông số môi trường (nhiệt độ °C, độ ẩm %, cường độ ánh sáng lux) lên màn hình LCD tại chỗ, đồng thời đẩy dữ liệu lên máy chủ Web cục bộ và ứng dụng di động theo chu kỳ.
• Cơ sở dữ liệu quản lý chuồng trại: Thiết lập thành công cơ sở dữ liệu MySQL lưu trữ dữ liệu môi trường và các thông số quản lý vật nuôi (số lượng con, độ tuổi, ngày nhập chuồng), hỗ trợ người nuôi theo dõi lịch sử sinh trưởng.

Đóng góp của đề tài

• Ứng dụng giải pháp vi điều khiển tích hợp Wi-Fi giá thành thấp (NodeMCU ESP8266) thay thế cho các bộ vi điều khiển truyền thống phải gắn thêm module RF hoặc Ethernet rời cồng kềnh.
• Tối ưu hóa số lượng chân kết nối của vi điều khiển bằng cách tận dụng chuẩn giao tiếp I2C để tích hợp cùng lúc nhiều thiết bị ngoại vi (cảm biến ánh sáng, module thời gian thực, module mở rộng màn hình LCD).
• Xây dựng giải pháp quản lý chuồng trại toàn diện kết hợp cả hai khía cạnh: giám sát/điều khiển thông số môi trường vật lý và quản lý thông tin hành chính của đàn vật nuôi trên cùng một hệ thống phần mềm.

---

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Hạn chế của đề tài

• Cảm biến DHT11 có dải đo nhiệt độ (0–50°C) và độ ẩm (20%–95%) ở mức cơ bản với sai số nhiệt độ ±2°C và độ ẩm ±5%, chưa đáp ứng tốt các môi trường chăn nuôi đòi hỏi độ chính xác cao hoặc điều kiện khắc nghiệt.
• Mô hình mới triển khai thử nghiệm trên phạm vi một cụm nút cảm biến duy nhất (đơn điểm), chưa tạo thành mạng cảm biến không dây phân tán diện rộng cho các trang trại quy mô lớn.
• Hệ thống phụ thuộc hoàn toàn vào kết nối mạng Wi-Fi; khi mất kết nối mạng, khả năng tương tác từ xa qua Web và ứng dụng di động bị gián đoạn.

Hướng nghiên cứu tiếp

• Nâng cấp và thay thế các đầu đo bằng dòng cảm biến công nghiệp có độ bền cao, dải đo rộng hơn và độ sai số thấp hơn.
• Mở rộng mạng lưới thu thập dữ liệu thành mô hình nhiều nút cảm biến (Multi-node Sensor Network) trải đều trên các phân khu chuồng trại khác nhau.
• Hoàn thiện thuật toán điều khiển tự động thông minh: tự động kích hoạt quạt khi nhiệt độ vượt ngưỡng, tự động bật đèn khi độ rọi dưới mức cho phép, kết hợp cảnh báo sự cố qua tin nhắn hoặc thông báo đẩy (Push Notification).
• Nâng cao tính bảo mật cho giao thức truyền nhận dữ liệu giữa vi điều khiển, máy chủ và ứng dụng di động.

---

Giá trị tham khảo

Báo cáo đồ án tốt nghiệp là tài liệu tham khảo hữu ích cho:

• Sinh viên ngành Công nghệ Kỹ thuật Máy tính, Điện tử - Viễn thông, Kỹ thuật Điều khiển & Tự động hóa, Công nghệ Thông tin: Có thể tham khảo phương pháp thiết kế một hệ thống IoT hoàn chỉnh từ tầng phần cứng mạch điện, lập trình nhúng C/C++ trên nền SoC ESP8266 đến tầng ứng dụng Web (PHP/MySQL) và Mobile (Android Studio).
• Người thực hiện các đề tài về Nông nghiệp thông minh (Smart Farm): Có thể kế thừa sơ đồ nguyên lý ghép nối nhiều thiết bị I2C trên cùng một bus, giải thuật đóng gói/phân tích chuỗi dữ liệu HTTP giữa vi điều khiển và máy chủ, cũng như cấu trúc cơ sở dữ liệu quản lý nông trại.
• Phần đáng tham khảo nhất: Chương 3 với sơ đồ kết nối chi tiết từng khối phần cứng, sơ đồ nguyên lý toàn hệ thống và các lưu đồ giải thuật phân luồng chương trình (readSenSor, sentData, xuli_dlweb, control).

---

Câu hỏi thường gặp

1. Vi điều khiển NodeMCU ESP8266 giao tiếp với cảm biến ánh sáng BH1750 và module RTC DS1307 qua chuẩn nào và sử dụng các chân GPIO nào?
NodeMCU ESP8266 giao tiếp với cả cảm biến BH1750 và module thời gian thực DS1307 thông qua chuẩn giao tiếp nối tiếp 2 dây I2C. Các chân kết nối được sử dụng là chân D1 (GPIO5) cho đường xung nhịp SCL và chân D2 (GPIO4) cho đường dữ liệu SDA.

2. Cảm biến DHT11 trong hệ thống có thông số kỹ thuật, dải đo và sai số như thế nào?
DHT11 hoạt động ở mức điện áp 3–5V DC, dòng tiêu thụ khi truyền dữ liệu là 2.5mA, tần số lấy mẫu tối đa 1Hz. Cảm biến có phạm vi đo độ ẩm từ 20% đến 95% với sai số ±5%, phạm vi đo nhiệt độ từ 0°C đến 50°C với sai số ±2°C, sử dụng chuẩn giao tiếp 1-Wire kết nối vào chân D3 của vi điều khiển.

3. Khối cơ cấu chấp hành sử dụng linh kiện gì và được kích hoạt bằng mức logic nào để đảm bảo an toàn cho vi điều khiển?
Khối chấp hành sử dụng module 3 rơ-le 5V DC (tiếp điểm đóng ngắt tối đa 250VAC-10A hoặc 30VDC-10A) dùng để đóng ngắt nguồn 12V 2A cho đèn, quạt và máy bơm. Mạch rơ-le được thiết kế kích hoạt ở mức logic thấp (Active Low - 0V vào chân IN) để tránh hiện tượng quá dòng gây hư hỏng chân vi điều khiển.

4. Ứng dụng di động Android và Web Server hỗ trợ quản lý những thông tin cụ thể nào về đàn vật nuôi?
Hệ thống cho phép người dùng nhập và lưu trữ vào cơ sở dữ liệu MySQL các thông số cơ bản của đàn vật nuôi khi nhập trại bao gồm: số lượng con, độ tuổi của vật nuôi và ngày nhập chuồng, hỗ trợ người nuôi theo dõi và thống kê trực tiếp trên giao diện web và điện thoại.

5. Quy trình xử lý dữ liệu của chương trình nhúng trên NodeMCU ESP8266 trong vòng lặp chính diễn ra theo các hàm con nào?
Trong vòng lặp Loop(), vi điều khiển tuần tự gọi các hàm con: readSenSor() (đọc dữ liệu DHT11, BH1750 và xuất ra LCD), sentData() (đóng gói gửi lên Web server qua HTTP và chờ phản hồi), readDS1307() (đọc thời gian thực), xuli_dlweb() (giải mã chuỗi phản hồi từ web để lấy chế độ và trạng thái thiết bị), và control() (kiểm tra biến và kích đóng ngắt rơ-le theo lệnh hoặc lịch hẹn giờ).

---

Kết luận

Đồ án "Thiết kế hệ thống quản lý nông trại" của sinh viên Bùi Đức Dĩnh và Phan Tấn Duy đã hoàn thành trọn vẹn mục tiêu thiết kế và chế tạo mô hình giám sát chuồng trại ứng dụng công nghệ IoT. Hệ thống tích hợp thành công vi điều khiển NodeMCU ESP8266 với các cụm cảm biến môi trường (DHT11, BH1750, DS1307), màn hình hiển thị LCD 20x4 và khối rơ-le đóng cắt thiết bị 12V. Toàn bộ dữ liệu đo lường và trạng thái điều khiển được đồng bộ thông suốt với máy chủ Web PHP/MySQL và ứng dụng di động Android, đáp ứng tốt nhu cầu giám sát thông số môi trường và hỗ trợ quản lý vật nuôi từ xa trong mô hình nông nghiệp hiện đại.

Trích đoạn nội dung tài liệu

ĐẶT VẤN ĐỀ Hiện nay, xã hội ngày càng phát triển và khoa học kỹ thuật càng ngày càng tiên tiến. Nhu cầu về kỹ thuật càng đƣợc chú trọng hơn. Đặc biệt là những công trình nghiên cứu khoa học, thiết kế ra những sản phẩm có thể giúp con ngƣời nâng cao mức sống, tạo ra các thực phẩm sạch và an toàn. Việc ứng dụng các mô hình quản lý nông trại thông minh vào thực tế để theo dõi các thông số môi trƣờng, môi sinh từ đó chúng ta có thể phân tích dữ liệu thu thập và có các giải pháp hợp lý để giúp việc chăm sóc và quản lý đạt hiệu quả và năng suất cao.Vì thế chúng tôi chọn đề tài “Thiết kế hệ thống quản lý nông trại” 1.2 MỤC TIÊU ĐỀ TÀI Xây dựng hệ thống gồm ba phần chính: Phần cứng thu thập dữ liệu đƣợc lắp ở trang trại, web server và ứng dụng di động để ngƣời dùng có thể dễ dàng tƣơng tác.

Đề tài Thiết kế hệ thống quản lý nông trại đƣợc thực hiện có chức năng:  Cập nhật dữ liệu về trạng thái các thiết bị và các thông số từ cảm biến liên tục lên Server và cơ sở dữ liệu qua môi trƣờng qua Internet.  Ngƣời dùng có thể giám sát và điều khiển các thiến bị điện từ xa qua trình duyệt web và ứng dụng trên smartphone.3 NộI DUNG Mô hình phần cứng thiết kế đơn giản, kết nối các thiết bị vận hành nông trại, và theo dõi các thông số của môi trƣờng thông qua cảm biến.Truyền các thông số 1 do an dữ liệu môi trƣờng lên server và ứng dụng di động để ngƣời dùng theo dõi và quản lý. Web server cho phép theo dõi các thông số môi trƣờng và có thể thao tác điều khiển các thiết bị vận hành .Và có cơ sở dữ liệu để có theo dõi các thông số môi trƣờng qua từng ngày. Ứng dụng di động có giao diện đơn giản, xem đƣợc các thông số môi trƣờng, môi sinh, có thể điều khiển đƣợc các thiết bị, và cập nhật dữ liệu thông số về số lƣợng vật nuôi, tuổi, ngày nhập.4 BỐ CỤC QUYỂN BÁO CÁO Nội dung chính của đề tài đƣợc trình bày với năm chƣơng nhƣ sau: Chƣơng 1 Giới thiệu Trong chƣơng này nêu ra đƣợc tình hình nghiên cứu hiện nay, lý do và mục tiêu chọn đề tài, nội dung đề tài.

Chƣơng 2: Cơ sở lý thuyết Các lý thuyết chính liên quan đến các thành phần phần cứng và phần mềm cả hệ thống. Chƣơng 3: Phân tích thiết kế hệ thống. Trong chƣơng này mục đích là thiết kế phần cứng, xây dựng phần mềm cho hệ thống với những yêu cầu đặt ra. Từ sơ đồ khối tổng quát và sơ đồ khối chi tiết để tiến hành lựa chọn các linh kiện cho các khối.

Xây dựng chƣơng trình trên NodeMCU ESP8266 ,WebServer,App Android. Thực hiện quá trình truyền dữ liệu của các cảm biến đến Web server và điện thoại smart phone,dùng giao diện Web và App Andriod trên điện thoại để điều khiển thiết bị và hẹn giờ bật máy bơm nƣớc thông qua kết nối internet. Chƣơng 4: Kết quả và đánh giá Trình bày về kết quả thi công phần cứng, phần mềm và đánh giá ƣu nhƣợc điểm của hệ thống. Chƣơng 5: Kết luận và hƣớng phát triển Đƣa ra các kết luận về những vấn đề mà trong quá trình nghiên cứu đã đạt đƣợc và chƣa đạt đƣợc.

Đƣa ra hƣớng phát triển đề tài trong tƣơng lai. 2 do an CHƢƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 GIỚI THIỆU NODEMCU ESP8266 2.1 Giới thiệu: ESP8266 là một chip tích hợp cao, đƣợc thiết kế cho nhu cầu của một thế giới kết nối mới, thế giới Internet of thing (IOT). ESP8266 cung cấp một giải pháp kết nối mạng Wi-Fi đầy đủ và khép kín, cho phép nó có thể lƣu trữ các ứng dụng hoặc để giảm tải tất cả các chức năng kết nối mạng Wi-Fi từ một bộ xử lý ứng dụng. ESP8266 có xử lý và khả năng lƣu trữ mạnh mẽ cho phép nó đƣợc tích hợp với các bộ cảm biến, vi điều khiển và các thiết bị ứng dụng cụ thể khác thông qua GPIOs.

ESP8266 là module wifi giá rẻ và đƣợc sử dụng rộng rãi trong các ứng dụng liên quan đến Internet và Wifi cũng nhƣ các ứng dụng truyền nhận sử dụng thay thế cho các module RF khác. Hiện tại thì đã có tới 14 phiên bản của ESP8266,nhƣng với đề tài chúng em lựa chọn NodeMCU ESP8266. NodeMCU ESP8266 là kit phát triển dựa trên nền chip Wifi SoC với thiết kế dễ dàng sửa dụng vì tích hợp sẵn mạch nạp sử dụng chíp CP2102 trên borad. Bên trong ESP8266 có sẵn một lõi vi sử lý vì thế bạn có thể trực tiếp lập trình cho ESP8266 mà không cần thêm bất kì con vi sử lý nào nữa.

Hiện tại có hai ngôn ngữ có thể lập trình cho ESP8266, sử dụng trực tiếp phần mềm IDE của Arduino để lập trình với bộ thƣ viện riêng hoặc sử dụng phần mềm node MCU, nó kết hợp các chức năng của WIFI, vi xử lý và ngôn ngữ LUA ESP8266 với thiết kế dễ sử dụng và đặc biệt là có thể sử dụng trực tiếp trình biên dịch của Arduino để lập trình và nạp code, điều này khiến việc sử dụng và lập trình các ứng dụng trên ESP8266 trở nên rất đơn giản,ESP 8266 đƣợc dùng cho các ứng dụng cần kết nối, thu thập dữ liệu và điều khiển qua sóng Wifi, đặc biệt là các ứng dụng liên quan đến IoT. 3 do an Hình 2.1 : Hình ảnh NodeMCU ESP8266 NodeMCU ESP8266 gồm:  IC chính: ESP 8266 WiFi SoC phiên bản ESP 12.  Phiên bản firmware: NodeMCU.  Chip nạp và giao tiếp UART: CP2102.

 Tích hợp Led,nút Reset, Falsh.  API điền khiển sự kiện cho các ứng dụng mạng.  10 chân GPIO giao tiếp mức 3.3V DC từ D0 – D10, có chức năng PWM, I2C, giao tiếp SPI, 1-Wire và ADC trên chân A0.  Cấp nguồn: 5V DC Micro USB.

 Kết nối mạng WiFi (có thể là sử dụng nhƣ điểm truy cập và/hoặc trạm máy chủ lƣu trữ một, máy chủ web), kết nối internet để lấy hoặc tải lên dữ liệu.  Tƣơng thích hoàn toàn với trình biên dịch Arduino.  Chi phí phù hợp cho các dự án Internet of Things (IoT).  Tích hợp anten PCB trace trên module  Tiêu chuẩn wifi : 802.11b/g/n, với tần số 2.4GHz và hổ trợ bảo mật WPA/WPA2  Khoảng cách giữa các chân 2mm 4 do an 2.2 Sơ đồ kết nối của NodeMCU ESP 8266.

Sau đây là sơ đồ chân kết nối của NodeMCU ESP8266: Hình 2.2 : Sơ đồ chân NodeMCU ESP8266 2.3 Môi trƣờng lập trình trên NODEMCU ESP8266. Song song với các phiên bản Arduino khác nhau nhƣ UNO R3, Tiny. ESP8266 NodeMCU là một trong những mạch phổ biến trong việc phát triển các dự án IoTs. Ƣu điểm của mạch này là module wifi đƣợc tích hợp sẵn và sử dụng một vi điều khiển mạnh mẽ hơn so với Arduino nguyên thủy.

Với ESP8266 NodeMCU, ngoài việc sử dụng ngôn ngữ lập trình Lua ta còn có thể lập trình sử dụng ngôn ngữ C/C++ thông qua Arduino IDE. Arduino IDE để tích hợp thƣ viện hỗ trợ cho việc lập trình ESP8266 NodeMCU cũng nhƣ cách biên dịch, nạp code và kiểm tra.2 MODULE LCD 20X4 LCD là các loại màn hình tinh thể lỏng nhỏ dùng để hiển thị các dòng chữ hoặc số trong bảng mã ASCII. Không giống các loại LCD lớn , LCD đƣợc chia sẵn thành từng ô và ứng với mỗi ô chỉ có thể hiển thị một kí tự ASCII. Mỗi ô của Text LCD bao gồm các “chấm” tinh thể lỏng, việc kết hợp “ẩn” và “hiện” các chấm này sẽ tạo thành một ký tự cần hiển thị.

Trong các LCD, các mẫu ký tự 5 do an đƣợc định nghĩa sẵn. Kích thƣớc của Text LCD đƣợc định nghĩa bằng số ký tự có thể hiển thị trên 1 dòng và tổng số dòng mà LCD có. Màn hình LCD 20x4 là loại có 4 dòng và mỗi dòng có thể hiển thị tối đa 20 ký tự.3: Sơ đồ chân LCD 20x4 Lcd có tất cả 16 chân Chân cấp nguồn: vss (nối nguồn 5V), VDD (nối 0V), V0 (điều chỉnh độ tƣơng phản). RS: Chân chọn thanh ghi (Register select).

Nối chân RS với logic “0” (GND) hoặc logic “1” (VCC) để chọn thanh ghi. Logic “0”: Bus DB0-DB7 sẽ nối với thanh ghi lệnh IR của LCD (ở chế độ “ghi” - write) hoặc nối với bộ đếm địa chỉ của LCD (ở chế độ “đọc” - read). Logic “1”: Bus DB0-DB7 sẽ nối với thanh ghi dữ liệu DR bên trong LCD. RW: Chân chọn chế độ đọc/ghi (Read/Write).

Nối chân R/W với logic “0” để LCD hoạt động ở chế độ ghi, hoặc nối với logic “1” để LCD ở chế độ đọc. Chân cho phép chốt xung kí tự (Enable). Sau khi các tín hiệu đƣợc đặt lên bus DB0-DB7, các lệnh chỉ đƣợc chấp nhận khi có 1 xung cho phép của chân E. Ở chế độ ghi: Dữ liệu ở bus sẽ đƣợc LCD chuyển vào (chấp nhận) thanh ghi bên trong nó khi phát hiện một xung (high-to-low transition) của tín hiệu chân E.

Ở chế độ đọc: Dữ liệu sẽ đƣợc LCD xuất ra DB0-DB7 khi phát hiện cạnh lên (low-to-high transition) ở chân E và đƣợc LCD giữ ở bus đến khi nào chân E xuống mức thấp. D0-D7: Chân dữ liệu. A, K: Chân điều khiển đèn nền.3 MODULE KẾT NỐI CHUẨN I2C 2.1 Giới thiệu: Thông thƣờng, để sử dụng màn hình LCD, bạn sẽ phải mất rất nhiều chân trên pin raspberry pi để điều khiển. Do vậy, để đơn giản hóa công việc, ngƣời ta đã tạo ra một loại mạch điều khiển màn hình LCD sử dụng giao tiếp I2C.

Chỉ tốn 2 chân (SDA và SCL) của MCU kết nối với 2 chân (SDA và SCL) của KIT RAS PI để điều khiển màn hình, thay vì 8 dây nhƣ cách thông thƣờng. Ngoài ra còn có thể điều chỉnh độ tƣơng phản bằng biến trở gắn trên module. 4: Sơ đồ chân kết nối LCD 20x4 2.2 Thông số kỹ thuật:  Kích thƣớc: 41.3mm(H)  Chuẩn giao tiếp I2C  1 jumper điều chỉnh ON/OFF đèn màn hình.  Nguồn sử dụng cho module là 2.

 Tốc độ truyền dữ liệu lên đến 400Kbps.  Địa chỉ mặc định: 0x27, có thể mắc vào I2C bus tối đa 8 module (3bit address set), địa chỉ mới 0x3F.4 CẢM BIẾN DHT11 2.1 Giới thiệu DHT11 là cảm biến nhiệt độ và độ ẩm. Nó ra đời sau và đƣợc sử dụng thay thế cho dòng SHT1x ở những nơi không cần độ chính xác cao về nhiệt độ và độ ẩm. DHT11 có chuẩn giao tiếp 1 dây data.

5: Module DHT11 tích hợp với 3 chân kết nối 2.2 Thông số kỹ thuật:  Điện áp hoạt động: 3-5.  Dòng sử dụng khi truyền dữ liệu: 2.  Tần số lấy mẫu tối đa: 1Hz.  Thời gian truyền tín hiệu tối đa: 20ms.