Đề tài: Mô hình ứng dụng IOT điều khiển các thiết bị điện trong nhà
projectII-nn.pdf
1. ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐIỆN - ĐIỆN TỬ
ĐỒ ÁN II
Đề tài:
HIỂN THỊ NHIỆT ĐỘ ĐỘ ẨM LÊN LCD
NOKIA 5110 SỬ DỤNG CẢM BIẾN DHT11
GVHD: Thầy Lê Quang Thắng
Sinh viên thực hiện:
1. Phạm Ngọc Sơn – 20182761
2. Nguyễn Vũ Lâm Tùng – 20193183
3. Phạm Đình Hướng - 20192900
Hà Nội, 3-2023
2. LỜI NÓI ĐẦU
Việt Nam ta ngày một phát triển và giàu mạnh. Trong Thời kì cách mạng 4.0, là
bước ngoặt quan trọng thay đổi đất nước,để chúng ta - con người Việt có cơ hội nắm bắt
nhiều thành tựu vĩ đại của thế giới, đặc biệt là về các lĩnh vực khoa học kĩ thuật nói
chung và ngành Điện Tử - Viễn thông nói riêng.
Thế hệ trẻ chúng ta không tự mình phấn đấu học hỏi không ngừng thì chúng ta sẽ
sớm lạc hậu và nhanh chóng thụt lùi. Nhìn ra được điều đó “Đại học Bách khoa Hà Nội”
đã sớm chủ trương hình thức đào tạo sâu rộng, từ thấp đến cao. Để tăng chất lượng học
tập của sinh viên nhà trường nói chung và trường Điện - Điện tử nói riêng đã tổ chức
cho sinh viên làm các Đồ Án II nhằm tạo nên tảng vững chắc cho sinh viên khi ra trường,
đáp ứng nhu cầu tuyển dụng việc làm.
Với sự tiến bộ không ngừng của khoa học kỹ thuật, đặc biệt là ngành điện tử - viễn
thông đã ứng dụng rất nhiều trong công nghiệp. Trong lĩnh vực điều khiển, từ khi công
nghệ chế tạo loại vi mạch lập trình phát triển đã đem đến các kỹ thuật điều khiển hiện
đại có nhiều ưu điểm so với việc sử dụng các mạch điều khiển được lắp ráp từ các linh
kiện rời như kích thước mạch nhỏ, gọn, giá thành rẻ, độ làm việc tin cậy và công suất
tiêu thụ thấp ... Ngày nay lĩnh vực điều khiển đã được ứng dụng rộng rãi trong các thiết
bị, sản phẩm phục vụ cho nhu cầu sinh hoạt hằng ngày của con người như máy giặt,
đồng hồ điện tử, ti vi ... nhằm giúp cho đời sống ngày càng hiện đại và tiện lợi hơn. Đề
tài ứng dụng vi điều khiển trong đời sống thực tế rất phong phú và đa dạng nhằm đáp
ứng cho cuộc sống tiện nghi của con người. Vì vậy chúng em đã chọn đề tài “Hiển thị
nhiệt độ độ ẩm lên LCD Nokia 5110 sử dụng cảm biến DHT11 “ làm đề tài đồ án kỹ
thuật II của chúng em.
Trong quá trình làm đồ án của mình, chúng em đã cố gắng để hoàn thiện đề tài một
cách tốt nhất. Nhưng với kiến thức và sự hiểu biết còn hạn chế nên chác chắn sẽ không
tránh khỏi những thiếu sót. Chúng em mong thầy đóng góp ý kiến để đề tài của chúng
em được hoàn thiện hơn.
Em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến thầy Lê Quang Thắng đã nhiệt tình hướng dẫn,
giúp đỡ và tạo điều kiện tốt nhất để em hoàn thành đồ án này.
3. 1
MỤC LỤC
Nội dung
DANH MỤC KÍ HIỆU VIẾT TẮT .........................................................................................2
DANH MỤC HÌNH VẼ............................................................................................................3
DANH MỤC BẢNG BIỂU.......................................................................................................4
TÓM TẮT BÁO CÁO..............................................................................................................5
TÓM TẮT ĐỒ ÁN....................................................................................................................6
CHƯƠNG 1. CƠ SỞ LÝ THUYẾT CHUNG ........................................................................7
1.1 Giới thiệu chung .............................................................................................................7
1.2 Giới thiệu về Arduino nano............................................................................................7
1.3 Giới thiệu về DHT 11......................................................................................................8
1.4.Ngôn ngữ lập trình và phần mềm..................................................................................9
CHƯƠNG 2. THIẾT KẾ MẠCH..........................................................................................10
2.1 Sơ đồ nguyên lý của mạch............................................................................................10
2.2 Mạch thật sau khi làm..................................................................................................13
CHƯƠNG 3. THỰC HÀNH LẬP TRÌNH CHO VĐK .......................................................14
3.1 Tạo Project mới với Arduino IDE và nạp thử mã máy cho VĐK...............................14
3.2 Nhận xét ........................................................................................................................16
KẾT LUẬN .............................................................................................................................17
TÀI LIỆU THAM KHẢO......................................................................................................18
4. 2
DANH MỤC KÍ HIỆU VIẾT TẮT
Từ viết tắt Tiếng Việt
VĐK Vi điều khiển
5. 3
DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 2.1 Sơ đồ nguyên lý của mạch..............................................................................10
Hình 3.1 Giao diện tạo Project mới trong Arduino IDE................................................14
Hình 3.2 Giao diện chọn loại vi điều khiển...................................................................15
Hình 3.3 Giao diện làm việc chính sau khi tạo project .................................................15
6. 4
DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 2.1 Linh kiện quan trọng của mạch Kit và chức năng tương ứng.......................12
7. 5
TÓM TẮT BÁO CÁO
Báo cáo thể hiện quá trình nghiên cứu và thực hiện đề tài “Hiển thị nhiệt độ độ ẩm lên
LCD Nokia 5110 sử dụng cảm biến DHT11“, bao gồm 3 phần:
Chương 1: Cơ sở lý thuyết chung
Chương 2: Thiết kế mạch
Chương 3: Thực hành lập trình cho VĐK
8. 6
TÓM TẮT ĐỒ ÁN
Đồ án thiết kế II tập trung vào trình bày về việc tìm hiểu họ vi điều khiển AVR,
trong đồ án này vi điều khiển được sử dụng đó là Atmega 328. Qua đó tìm hiểu nguyên
lí hoạt động của bộ kit, các ứng dụng của bộ kit. Trong báo cáo này em sẽ trình bày ứng
dụng của bộ kit trong việc đo nhiệt độ bằng cảm biến tương tự DHT11 qua đề tài “Hiển
thị nhiệt độ và độ ấm lên LCD Nokia 5110 sử dụng DHT11 ”. Đồ án gồm có bốn chương:
Chương I. Cơ sở lý thuyết chung. Giới thiệu tổng quan về đề tài, về họ vi điều
khiển AVR, về Arduino Nano, các ngôn ngữ thực hiện để lập trình vi điều khiển.
Chương II. Mô phỏng và thiết kế. Trình bày về cấu trúc mạch kit được sử dụng
trong đồ án kết nối với các thiết bị như LCD, DHT11.
Chương III. Thực hành lập trình cho vi điều khiển. Tiến hành nạp code và chạy
thử vi điều khiển, kiểm tra hiệu năng và lỗi mạch.
9. 7
CHƯƠNG 1. CƠ SỞ LÝ THUYẾT CHUNG
1.1 Giới thiệu chung
Với học phần Đồ án II tìm hiểu về vi điều khiển Arduino nano, nội dung được
thiết kế để nâng cao năng lực chuyên môn cho các sinh viên; giúp liên kết các khối
kiến thức về điện tử tương tự, điện tử số, kỹ thuật vi xử lý, xử lý số tín hiệu, thông tin
số, v.v. nhằm hoàn thiện khả năng vận dụng kiến thức vào thực tế.
Trong học phần này, nội dung công việc cần thực hiện bao gồm: làm quen công
cụ thiết kế mạch điện, thực hành lập trình phần cứng và xây dựng một ứng dụng cơ
bản với các vi mạch có thể lập trình được. Để đảm bảo tiến độ công việc, em và các
bạn sinh viên khác đã được viện hỗ trợ một số phương tiện cơ bản để triển khai công
việc trên nền tảng xây dựng sẵn, có thể kế thừa.
Sau khi tiếp cận nhanh với vi điều khiển (VĐK) thông qua việc xây dựng một số
ứng dụng trên VĐK họ AVR cụ thể trong bài báo cáo này em dùng Arduino Nano.
Em sẽ tiến hành giải quyết một vấn đề cụ thể - thiết kế mạch đo nhiệt độ và hiển thị
trên LCD sử dụng cảm biến tương tự và cụ thể đó là cảm biến DHT11-một cảm biến
nhiệt độ,độ ẩm được ứng dụng phổ biến trong việc cảm biến nhiệt độ,độ ẩm.
1.2 Giới thiệu về Arduino nano
Arduino Nano là một bảng mạch điện tử có kích thước nhỏ chỉ bằng 1 nửa đồng
xu gấp lại, được phát triển dựa trên dựa trên ATmega328P phát hành vào năm 2008 và
khá thân thiện với breadboard. Arduino Nano cung cấp các kết nối và thông số kỹ thuật
tương tự như bảng điện tử Arduino Uno nhưng với kích thước nhỏ gọn hơn rất nhiều.
Arduino Nano có ưu điểm là chọn được công suất lớn nhất với hiệu điện thế của
nó, có thể lập trình trực tiếp từ máy tính một cách tiện dụng và đơn giản. Đặc biệt,
Arduino Nano pinout có kích thước nhỏ gọn, chỉ 185 mm x 430 mm với trọng lượng
khoảng 7g. Nhờ điều này mà Arduino Nano được ứng dụng cực kỳ đa dạng trong cuộc
sống hiện đại ngày nay.
❖ Tìm hiểu về datasheet
10. 8
Hình 1.2: Mạch Arduino Nano V3.0
1.3 Giới thiệu về DHT 11
DHT11 là một cảm biến kỹ thuật số giá rẻ để cảm nhận nhiệt độ và độ ẩm. Cảm biến
này có thể dễ dàng giao tiếp với bất kỳ bộ vi điều khiển vi nào như Arduino,
Raspberry Pi, ... để đo độ ẩm và nhiệt độ ngay lập tức.
DHT11 là một cảm biến độ ẩm tương đối. Để đo không khí xung quanh, cảm biến này
sử dụng một điện trở nhiệt và một cảm biến độ ẩm điện dung.
-Cấu tạo cảm biến nhiệt độ độ ẩm DHT11:
Cảm biến DHT11 bao gồm một phần tử cảm biến độ ẩm điện dung và một điện trở
nhiệt để cảm nhận nhiệt độ. Tụ điện cảm biến độ ẩm có hai điện cực với chất nền giữ
ẩm làm chất điện môi giữa chúng. Thay đổi giá trị điện dung xảy ra với sự thay đổi của
các mức độ ẩm. IC đo, xử lý các giá trị điện trở đã thay đổi này và chuyển chúng thành
dạng kỹ thuật số.
Để đo nhiệt độ, cảm biến này sử dụng một nhiệt điện trở có hệ số nhiệt độ âm, làm
giảm giá trị điện trở của nó khi nhiệt độ tăng. Để có được giá trị điện trở lớn hơn ngay
cả đối với sự thay đổi nhỏ nhất của nhiệt độ, cảm biến này thường được làm bằng gốm
bán dẫn hoặc polymer.
-Sơ đồ chân DHT11:
Số chân Tên chân Mô tả
1 Vcc Nguồn 3.5V đến 5.5V
2 Data Đầu ra cả nhiệt độ và độ ẩm thông qua dữ liệu nối tiếp
3 NC Không có kết nối và do đó không sử dụng
4 Ground Nối đất
11. 9
-Tính năng:
Cảm Biến Nhiệt Độ Và Độ Ẩm DHT11 là cảm biến rất thông dụng hiện nay vì chi phí
rẻ và rất dễ lấy dữ liệu thông qua giao tiếp 1 wire (giao tiếp digital 1 dây truyền dữ liệu
duy nhất). Bộ tiền xử lý tín hiệu tích hợp trong cảm biến giúp bạn có được dữ liệu chính
xác mà không phải qua bất kỳ tính toán nào. So với cảm biến đời mới hơn là DHT22 thì
DHT11 cho khoảng đo và độ chính xác kém hơn rất nhiều.
-Thông số kỹ thuật của DHT11:
• Điện áp hoạt động: 3V - 5V DC
• Dòng điện tiêu thụ: 2.5mA
• Phạm vi cảm biến độ ẩm: 20% - 90% RH, sai số ±5%RH
• Phạm vi cảm biến nhiệt độ: 0°C ~ 50°C, sai số ±2°C
• Tần số lấy mẫu tối đa: 1Hz (1 giây 1 lần)
• Kích thước: 23 * 12 * 5 mm
1.4.Ngôn ngữ lập trình và phần mềm
Trong nội dung về học phần Đồ án II, em sẽ sử dụng ngôn ngữ lập trình C để lập
trình cho VĐK. Môi trường để soạn thảo và biên dịch là phần mềm Arduino IDE.
Ngoài ra, trong phần vận dụng em có sử dụng thêm phần mềm Proteus 8.6 để mô
phỏng mạch và phần mềm Altium Designer 19 để thiết kế mạch.
12. 10
CHƯƠNG 2. THIẾT KẾ MẠCH
2.1 Sơ đồ nguyên lý của mạch
Mạch có thể đáp ứng các ứng dụng cơ bản có cấu trúc và chức năng của từng linh
kiện quan trọng được nêu trong bảng dưới đây. Đầu tiên ta sẽ tìm hiểu về sơ đồ nguyên
lý của mạch cùng với đó là mạch nguyên lý được vẽ bởi Altium một trong những công
cụ vẽ mạch đi dây cũng như để in mạch mạnh và phổ biến nhất hiện nay. Thông qua
môn học đồ án II này em có thể thành thạo hơn việc sử dung altium để vẽ và thiết kế
tất cả các loại mạch. Tự mình tạo ra một bản mạch mà mình mong muốn.
Hình 2.1 Sơ đồ nguyên lý của mạch
14. 12
Bảng 2.1 Linh kiện quan trọng của mạch Kit và chức năng tương ứng
STT Tên linh kiện Chức năng
1 Giắc cắm nguồn Nhận nguồn điện 9-12 VDC cấp cho mạch
2 VĐK Arduino Nano Điều khiển hoạt động của mạch theo mã nguồn đã
được nạp
3 Điện trở Hạn chế cường độ dòng điện chạy trong mạch
4 Nhóm phím ấn Nhận lệnh điều khiển từ người sử dụng
5
Dãy LED đơn
Báo trạng thái logic của chân D5, D6, D13 của
VĐK
6 2 Header 15 Kết nối với VĐK
7 Giắc cắm LCD Kết nối tới màn hình LCD5110
8 DHT11 Đo nhiệt độ, độ ẩm
9 LCD 5110 Hiển thị nhiệt độ, độ ẩm
16. 14
CHƯƠNG 3. THỰC HÀNH LẬP TRÌNH CHO VĐK
3.1 Tạo Project mới với Arduino IDE và nạp thử mã máy cho VĐK
Để tạo một Project mới và nạp thử mã máy cho VĐK ta cần thông qua các bước
sau:
Bước 1: Trong Atmel Studio 6, vào File > New > Ctrl S để lưu. Sau khi thay đổi
tên và đường dẫn lưu project thì ta bấm OK .
Hình 3.1 Giao diện tạo Project mới trong Arduino IDE
Bước 2: Sau khi tạo Project, ta chọn vi điều khiển Arduino Nano.
Vào Tool > Board > Arduino Nano
17. 15
Bước 3: Cuối cùng thì chương trình sẽ hiện ra file chứa hàm main của project từ
đó ta có thể code chương trình theo ý muốn.
Hình 3.3 Giao diện làm việc chính sau khi tạo project
Bước 4: Lập trình cho VĐK:
Chạy code và nạp cho VĐK sau khi đã lập trình xong:
Vào verify để biên dịch, nếu không có lỗi thì Upload:
Hình 3.2 Giao diện chọn loại vi điều khiển
18. 16
3.2 Nhận xét
Đã đo được nhiệt độ, độ ẩm và hiển thị lên màn hình LCD. Độ chính xác chấp
nhận được.Đáp ứng được các yêu cầu đước đề ra trước đó của đề tài.
19. 17
KẾT LUẬN
Qua quá trình tìm hiểu, nghiên cứu và thực hiện đề tài “Hiển thị nhiệt độ, độ ẩm lên
LCD 5110 sử dụng cảm biến DHT11 “ , em nhận thấy các kết quả khảo sát so sánh thu
được thông qua phần mềm mô phỏng và thực nghiệm là hoàn toàn phù hợp với các lý
thuyết đã được tính toán trước đó. Trong quá trình thực hiện em đã có cơ hội tìm hiểu
và vận dụng được các kiến thức đã học và tìm hiểu vào ứng dụng sản phẩm thực tế. Từ
đó mà nắm chắc hơn kiến thức về vi điều khiển Arduino, cũng như nắm chắc hơn về
cách xây dựng các mạch điện tử thông qua phần mềm thiết kế mạch in như Altium.
Qua đồ án này, em nhận thấy đề tài không chỉ hữu ích trong thực tiễn mà qua đó giúp
tiếp thu nhiều hơn các kiến, thức cơ bản của ngành điện tử, cũng như giúp các sinh viên
nâng cao khả năng thuyết trình, tìm kiếm, nghiên cứu các tài liệu. Đây là cơ sở giúp em
có nền tảng vững chắc hơn trong quá trình học tập và nghiên cứu sau này.
Một lần nữa em xin chân thành cảm ơn thầy Lê Quang Thắng đã tận tình hướng dẫn
và tạo mọi điều kiện thuận lợi nhất giúp đỡ em trong quá trình hoàn thành đồ án này!
