đặt vấn đề dẫn nhập lý do chọn đề tài, mục tiêu, nội dung nghiên cứu, các giới hạn thông số và bố cục đồ án. - Chương 2: Cơ Sở Lý Thuyết Chương này trình bày quy trình hoạt động, giới thiệu phần cứng, lựa chọn linh kiện thiết bị, giới thiệu các chuẩn giao tiếp, các ngôn ngữ lập trình web như HTML, PHP và ngôn ngữ truy vấn SQL. - Chương 3: Thiết Kế và Tính Toán Chương này thiết kế sơ đồ khối hệ thống, giải thích chức năng các khối, tính toán và thiết kế mạch điều khiển, khối nguồn, khối tải, thiết kế trang web, lưu đồ gải thuật, sơ đồ kết nối và sơ đồ nguyên lý toàn mạch. - Chương 4: Thi Công Hệ Thống và Kết Quả Thực Hiện Chương này trình thi công bo mạch, sơ đồ mạch layout, lắp ráp, kiểm tra đóng gói sản phẩm, thi công mô hình, bày kết quả mô hình, giao diện điều khiển web từ đó đưa ra đánh giá, nhận xét.
- Chương 5: Kết Luận và Hướng Phát Triển Chương này nêu lên kết luận chung về những gì đã thực hiện đồng thời đúc kết lại ưu - khuyết điểm để đưa ra hướng phát triển cho đề tài. 3 do an ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2. QUY TRÌNH HOẠT ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG Hệ thống hoạt động thông qua mạng Internet dưới sự kiểm soát của bộ xử lý trung tâm Arduino Wemos D1 R2. Các cảm biến nhiệt độ, độ ẩm không khí, độ ẩm đất, ánh sáng sẽ đọc dữ liệu từ môi trường và gửi về bộ xử lý, sau đó được truyền lên webserver trên giao diện web.
Hệ thống có 2 chế độ điều khiển là Auto hay Manual. Ở chế độ Auto, người dùng có thể thay đổi các giá trị cài đặt của cảm biến cho phù hợp với từng loại cây trồng trong bảng cài đặt trên web. Khi ở chế độ Manual, người dùng có thể trực tiếp điều khiển các tải đèn, quạt, bơm thông qua bảng điều khiển trên web. Khi gặp sự cố về mạng hệ thống sẽ tắt toàn bộ tải và mặc định ESP sẽ cố kết nối lại đến Wifi.
GIỚI THIỆU MODULE & CÁC LINH KIỆN 2. Vi điều khiển a) Máy tính nhúng Raspberry Pi Hình 2. 1 Raspberry Pi 3 Model B+ Thông số kỹ thuật • SoC: Broadcom BCM2837B0, Cortex-A53 (ARMv8) 64-bit SoC @ 1,4 GHz. • RAM: 1 GB LPDDR2 SDRAM.
• Wi-Fi b/g/n/ac. 4 do an ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP • Bluetooth 4. • Nguồn cấp Micro USB 5V1, 2. • Hỗ trợ Power-over-Ethernet (PoE).
• Khe cắm thẻ Micro SD. • Cải thiện PXE network và USB mass-storage booting. Raspberry Pi là 1 máy vi tính rất nhỏ gọn, đã được tích hợp sẵn mọi thứ cần thiết trong đó để được sử dụng như 1 máy vi tính, chi phí khá cao. b) Board Arduino Uno R3 Hình 2.
2 Board Arduino Uno R3 Arduino Uno R3 có thể sử dụng 3 vi điều khiển họ 8bit AVR là ATmega8 (bộ nhớ flash 8KB), ATmega168 (bộ nhớ flash 16KB), ATmega328 (bộ nhớ flash 32KB). Thông số kỹ thuật • Điện áp hoạt động: 5V • Chân Digital I/O: 14 (với 6 chân PWM). • Chân đầu vào Analog: 6. • Dòng sử dụng I/O pin: 20mA.
5 do an ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP • Clock Speed: 16Mhz. Board Arduino Uno R3 có đầy đủ tính năng để thực thi các lệnh xử lý, tuy nhiên đề tài có kết nối mạng truyền phát không dây, để đáp ứng Uno R3 cần kết hợp thêm module thu phát wifi nên không hiệu quả về kinh tế. c) Board Wemos D1 R2 Hình 2. 3 Board Wemos D1 R2 WeMos D1 R2 là board mạch được phát triển dựa trên Module Esp8266-V12 và được thiết kế theo tiêu chuẩn của board mạch Arduino UNO, tương thích với Arduino IDE và NodeMCU.
Board được tích hợp Wifi, dễ dàng thực hiện các ứng dụng thu thập dữ liệu và điều khiển thiết bị thông qua Wifi và có khả năng chuyển đổi điện áp trên board, cho phép cấp 1 điện áp DC 9-24V để chuyển đổi thành 5V với dòng tối đa 1A => Lựa chọn vì phù hợp với đề tài. Thông số kỹ thuật • Vi điều khiển: ESP8266EX. • Điện áp hoạt động: 3. • Số chân Analog Input: 1 (điện áp vào tối đa 3.
• Bộ nhớ Flash: 4MB. 6 do an ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP • Điện áp ra: 5V - Dòng tối đa: 1A. • Giao tiếp: Micro USB.4 GHz, hỗ trợ bảo mật WPA/WPA2. • Tích hợp giao thức TCP/IP.
• Lập trình bằng ngôn ngữ: C/C++, Micropython, NodeMCU – Lua. Chip ESP8266EX Hình 2. 4 ESP8266 ESP8266 là dạng Vi điều khiển tích hợp Wifi (Wifi SoC) được phát triển bởi Espressif Systems, một nhà sản xuất Trung Quốc có trụ sở tại Thượng Hải. Với Vi điều khiển và Wifi tích hợp, ESP8266 cho phép người lập trình có thể thực hiện vô số các tác vụ TCP/IP đơn giản để thực hiện vô số các ứng dụng khác nhau, đặc biệt là các ứng dụng IoT.
Thông số kỹ thuật • Vi điều khiển 32-bit RISC CPU: Tensilica Xtensa LX106 80 MHz. • Hỗ trợ Flash ngoài từ 512KB đến 4MB. • 64KBytes RAM thực thi lệnh. • 96KBytes RAM dữ liệu.
• 64KBytes boot ROM. • Chuẩn wifi EEE 802.4 GHz Tích hợp TR switch, balun, LNA, khuếch đại công suất và matching network, hỗ trợ WEP, WPA/WPA2, Open network. • Tích hợp giao thức TCP/IP. • Hỗ trợ nhiều loại anten.
7 do an ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP • Có 3 chế độ hoạt động: Client, Access Point, Both Client and Access Point. • Hổ trợ SDIO 2.0, UART, SPI, I²C, PWM, I²S với DMA. • Dải nhiệt độ hoạt động rộng: -40oC ~ 125oC. 5 Sơ đồ chân ESP8266EX Bảng 2.
1 Chức năng các chân ESP8266EX Pin Name Type Function 1 VDDA P Analog Power 2.6V RF antenna interface 2 LNA I/O Chip output impedance = 39 + j6Ω. 3 VDD3P3 P Amplifier Power 2.6V 4 VDD3P3 P Amplifier Power 2.6V 5 VDD_RTC P NC (1.1V) 6 TOUT I ADC pin Chip Enable 7 CHIP_PU I High: On, chip works properly Low: Off, small current consumed 8 do an ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Deep-sleep wakeup (need to be connected to 8 XPD_DCDC I/O EXT_RSTB); GPIO16 9 MTMS I/O GPIO 14; HSPI_CLK 10 MTDI I/O GPIO 12; HSPI_MISO 11 VDDPST P Digital/IO Power Supply (1.6V) 12 MTCK I/O GPIO 13; HSPI_MOSI; UART0_CTS 13 MTDO I/O GPIO 15; HSPI_CS; UART0_RTS 14 GPIO2 I/O UART Tx during flash programming; GPIO2 15 GPIO0 I/O GPIO0; SPI_CS2 16 GPIO4 I/O GPIO4 17 VDDPST P Digital/IO Power Supply (1.6V) Connect to SD_D2 (Series R: 200Ω); SPIHD; 18 SDIO_DATA_2 I/O HSPIHD; GPIO9 Connect to SD_D3 (Series R: 200Ω); SPIWP; 19 SDIO_DATA_3 I/O HSPIWP; GPIO10 Connect to SD_CMD (Series R: 200Ω); 20 SDIO_CMD I/O SPI_CS0; GPIO11 Connect to SD_CLK (Series R: 200Ω); 21 SDIO_CLK I/O SPI_CLK; GPIO6 Connect to SD_D0 (Series R: 200Ω); 22 SDIO_DATA_0 I/O SPI_MISO; GPIO7 Connect to SD_D1 (Series R: 200Ω); 23 SDIO_DATA_1 I/O SPI_MOSI; GPIO8 24 GPIO5 I/O GPIO5 25 U0RXD I/O UART Rx during flash programming; GPIO3 UART Tx during flash programming; GPIO1; 26 U0TXD I/O SPI_CS1 Connect to crystal oscillator output, can be 27 XTAL_OUT I/O used to provide BT clock input 28 XTAL_IN I/O Connect to crystal oscillator input 29 VDDD P Analog Power 2.6V 30 VDDA P Analog Power 2.6V Serial connection with a 12 kΩ resistor and 31 RES12K I connect to the ground 9 do an ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP External reset signal (Low voltage level: 32 EXT_RSTB I active) 2. Cảm biến ánh sáng Ánh sáng nói chung được coi là một phần của quang phổ điện từ mà mắt người có thể cảm nhận được. Vì ánh sáng là một hiện tượng rất phức tạp nó không thể được đo lường một cách dễ dàng như nhiệt độ không khí và áp suất.
Cảm biến ánh sáng là thiết bị được sử dụng để phát hiện ánh sáng, có rất nhiều loại cảm biến khác nhau như: cảm biến ánh sáng quang trở, cảm biến ánh sáng photodiode… Đề tài thực hiện cần nhận biết giá trị cường độ ánh sáng (Lux) cho cây trồng một cách chính xác nên các loại cảm biến trên không phù hợp. TSL2561 là cảm biến có ADC nội và bộ tiền xử lý nên giá trị được trả ra là giá trị trực tiếp cường độ ánh sáng Lux mà không phải qua bất kỳ xử lý hay tính toán nào thông qua giao tiếp I2C. 6 TSL2561 Thông số kỹ thuật • IC chính: TSL2561. • Dòng điện tiêu thụ 0.
• Đo được cường độ ánh sáng thường và hồng ngoại. • Giao tiếp I2C mức TTL 3. 10 do an ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP • Khoảng đo 0. • Cảm biến truyền dữ liệu theo chuẩn I2C.
Một số giá trị về độ rọi của ánh sáng • Vào buổi tối: 0.02 Lux • Ánh trăng: 0.03 Lux • Trời nhiều mây trong nhà: 5 – 50 Lux • Trời nhiều mây ngoài trời: 50 – 500 Lux • Trời nắng trong nhà: 100 – 1000 Lux • Ánh sáng cần thiết để đọc sách: 50 – 60 Lux Hình 2. 7 Sơ đồ khối chức năng TSL2561 2. Cảm biến đo nhiệt độ và độ ẩm Có chức năng chuyển đổi nhiệt độ, độ ẩm sang tín hiệu điện, có nhiều loại cảm biến nhiệt độ và độ ẩm như DHT22, Si7021, SHT10… a) Cảm biến nhiệt độ - độ ẩm Si7021 Hình 2. 8 Si7021 11 do an ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Cảm biến độ ẩm nhiệt độ Si7021 được sản xuất bởi hãng Silicon Labs sử dụng giao tiếp I2C với độ chính xác và độ bền cao.
Khoảng độ ẩm đo được: 0 ~ 80%, sai số max 3%, khoảng nhiệt độ đo được: -10 ~ 85 oC, sai số tối đa 0. ứng dụng trong các lĩnh vực nông nghiệp như theo dõi độ ẩm nhiệt độ nhà kính, trồng nấm, nuôi chim yến. b) Cảm biến nhiệt độ - độ ẩm DHT22 Hình 2. 9 DHT22 Cấu trúc bên trong DHT22 bao gồm 1 thiết bị đo nhiệt độ và 1 cảm biến độ ẩm chuyên dụng với độ chính xác cao.
Kích thước nhỏ gọn, tiêu thụ điện năng thấp, lấy dữ liệu thông qua giao tiếp 1 wire, đo tốt ở độ ẩm 0 ~ 100% với sai số 2-5%, đo tốt ở nhiệt độ -40°C ~ 80°C với sai số ±0. c) Cảm biến nhiệt độ - độ ẩm SHT10 Hình 2. 10 SHT10 có vỏ bảo vệ Cảm biến độ ẩm, nhiệt độ không khí SHT10 có vỏ bảo vệ thường được sử dụng trong nông nghiệp với các ứng dụng cần độ bền, độ chính xác và độ ổn định cao, cảm biến có cấu tạo gồm cảm biến SHT10 phía trong, bên ngoài là lớp vỏ bảo vệ cảm biến khỏi các tác động vật lý từ môi trường như bụi, nước. tuy nhiên vẫn đo được chính xác độ ẩm và nhiệt độ.
12 do an ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thông số kỹ thuật • Điện áp sử dụng: 3 - 5VDC. • Khoảng nhiệt độ đo được: -40 oC ~ 120 oC, sai số 0. • Khoảng độ ẩm đo được: 0 ~ 100%, sai số 4. • Có sẵn trở treo 10K.
• Dây dẫn: 1m Hình 2. 11 Sơ đồ kết nối SHT10 2.