Đề tài: Thi công mô hình hệ thống trồng hoa lan, HAY

i
NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Họ tên sinh viên: Nguyễn Quang Thạnh MSSV: 14141294
Phan Thanh Triều MSSV: 14141330
Chuyên ngành: Điện tử công nghiệp Mã ngành: 41
Hệ đào tạo: Đại học chính quy Mã hệ: 1
Khóa: 2014 Lớp: 14141DT2A
14141DT3A
I. TÊN ĐỀ TÀI: THI CÔNG MÔ HÌNH HỆ THỐNG TRỒNG HOA LAN.
II. NHIỆM VỤ
1. Các số liệu ban đầu:
- Kit Arduino Mega, NodeMCU và ngôn ngữ lập trình.
- Tài liệu về Arduino Mega, NodeMCU, Firebase.
- Thư viện về LCD, step motor, Arduino, ESP 8266, Firebase.
2. Nội dung thực hiện:
• Nội dung 1: Tìm hiểu và nghiên cứu về các module Arduino, module
ESP8266, module L298, động cơ bước, cảm biến DHT11, cảm biến ánh
sáng, cảm biến mưa, cảm biến độ ẩm đất.
• Nội dung 2: Giao tiếp Module ESP 8266 với Arduino Mega 2560.
• Nội dung 3: Điều khiển các thiết bị theo cảm biến và thời gian thực.
• Nội dung 4: Hiển thị thông tin trên web FireBase.
• Nội dung 5: Thiết kế, lập trình và điều khiển thiết bị qua điện thoại.
• Nội dung 6: Thiết kế mô hình sản phẩm.
• Nội dung 7: Đánh giá kết quả thực hiện.
III. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 18/02/2019
IV. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 05/07/2019
V. HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: ThS. Nguyễn Thanh Tâm
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN BM. ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH

ii
TRƯỜNG ĐH SPKT TP. HỒ CHÍ MINH
KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH
CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
ĐỘC LẬP - TỰ DO - HẠNH PHÚC
----o0o----
Tp. HCM, ngày 5 tháng 07 năm 2019
LỊCH TRÌNH THỰC HIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Họ tên sinh viên 1: Nguyễn Quang Thạnh
Lớp:14141DT2A MSSV: 14141294
Họ tên sinh viên 2: Phan Thanh Triều
Lớp: 14141DT3A MSSV: 14141330
Tên đề tài: Thi công mô hình hệ thống trồng hoa Lan.
Tuần/ngày Nội dung Xác nhận GVHD
Tuần 1
(18/02/2019)
Nhận đồ án , tìm hiểu đề tài
Tuần 2
(25/02/2019)
Chọn và tìm hiểu đề tài.
Tuần 3,4, 5
(04/03 – 24/03/2019)
Tìm hiểu và nghiên cứu giao tiếp
Module ESP 8266-12 với Arduino Mega
2560.
Tuần 6, 7, 8
(25/03 – 14/04/2019)
Điều khiển các thiết bị theo cảm biến.
Tuần 9,10, 11, 12
(14/04 – 05/05/2019)
Thiết kế và lập trình ứng dụng trên điện
thoại thông minh và gửi các hoạt động
lên Firebase.
Tuần 13, 14
(06/05 - 19/05/2019)
Tìm hiểu thiết kế mô hình sản phẩm.
Tuần 15
(20/05/2019)
Hoàn thành báo cáo, kiểm ra các phần
cứng.
Tuần 16
10/06/2019
Hoàn thành nhiệm vụ đồ án
GV HƯỚNG DẪN
(Ký và ghi rõ họ và tên)

iii
LỜI CAM ĐOAN
Đề tài này là do chúng tôi tự thực hiện dựa vào một số tài liệu và không sao chép
từ tài liệu hay công trình đã có trước đó. Nếu có bất kỳ sự gian lận nào chúng tôi xin
chịu trách nhiệm về nội dung đồ án của mình.
Người thực hiện
Nguyễn Quang Thạnh – Phan Thanh Triều

iv
LỜI CẢM ƠN

Chúng em xin chân thành cảm ơn quý Thầy Cô trường Đại Học Sư Phạm Kỹ
Thuật TP.HCM đã tận tình dạy dỗ chúng em trong suốt những năm qua. Trong đó phải
kể đến quý thầy cô trong khoa Điện – Điện Tử đã truyền đạt những kiến thức, kinh
nghiệm cùng với sự đam mê của mình như đốt lên những ngọn lửa đam mê khám phá
trong mỗi chúng em và rồi từ những kiến thức, đam mê đó chúng em kết lại thành một
đồ án cuối cùng, đồ án tốt nghiệp do chính tay mình tạo ra, nó như một bàn đạp đầu tiên
để bước vào những cánh cửa lớn hơn.
Đặc biệt, Chúng em xin cảm ơn sâu sắc thầy Nguyễn Thanh Tâm đã giúp đỡ
chúng em trong quá trình lựa chọn đề tài và hỗ trợ chúng em trong quá trình thực hiện
đề tài. Trong quá trình thực hiện đồ án cũng xảy ra nhiều khó khăn, thiếu sót nhưng
được sự đôn đốc và góp ý của thầy chúng em đã gặt hái được nhiều kiến thức và kinh
nghiệm.
Chúng em cũng không quên cảm ơn đấng sinh thành, những người thân trong
gia đình đã luôn động viên và tạo những điều kiện tốt nhất trong cuộc sống, trong học
tập cũng như trong quá trình thực hiện và hoàn thành đề tài.
Cám ơn Sư Phạm Kỹ Thuật!
Xin chân thành cám ơn!
Người thực hiện để tài
Nguyễn Quang Thạnh – Phan Thanh Triều

v
MỤC LỤC
NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ..........................................................................i
LỊCH TRÌNH THỰC HIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP...............................................ii
LỜI CAM ĐOAN..................................................................................................... iii
LỜI CẢM ƠN ...........................................................................................................iv
DANH MỤC HÌNH ................................................................................................viii
DANH MỤC BẢNG..................................................................................................xi
TÓM TẮT................................................................................................................xii
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN......................................................................................1
1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ ..................................................................................................1
1.2 MỤC TIÊU ĐỀ TÀI .........................................................................................2
1.3 NỘI DUNG THỰC HIỆN.................................................................................2
1.4 GIỚI HẠN CỦA ĐỀ TÀI .................................................................................2
1.5 BỐ CỤC ĐỒ ÁN ..............................................................................................3
CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT..........................................................................4
2.1 QUY TRÌNH TRỒNG HOA LAN....................................................................4
2.1.1 Đặt tính sinh trưởng của hoa lan.................................................................4
2.1.2 Mô tả quy trình chăm sóc ...........................................................................6
2.2 QUY TRÌNH HOẠT ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG...............................................6
2.3 GIỚI THIỆU PHẦN CỨNG ..........................................................................6
2.3.1 Tổng quan arduino mega 2560 ................................................................6
2.3.2 Giới thiệu LCD 20x4................................................................................8
2.3.3 Cảm biến độ ẩm đất..................................................................................10
2.3.4 Cảm biến mưa ..........................................................................................11
2.3.5 Cảm biến nhiệt độ - độ ẩm....................................................................12

vi
2.3.6 Cảm biến đo thời gian ..............................................................................13
2.3.7 Cảm biến ánh sáng ...................................................................................14
2.3.8 Tổng quan Module ESP8266....................................................................15
2.3.9 Giới thiệu Module L298...........................................................................18
2.3.10 Động cơ bước .......................................................................................20
2.3.11 Bơm mini ...............................................................................................20
2.3.12 Đèn ........................................................................................................21
2.3.13 Nút nhấn.................................................................................................22
2.3.14 Giới thiệu Firebase ..............................................................................22
2.3.15 Giới thiệu mạch Bluetooth HC-05......................................................23
2.3.16 Giới thiệu Module Relay.........................................................................25
2.3.17 Giới thiệu về chuẩn I2C ......................................................................26
CHƯƠNG 3. TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ ...........................................................28
3.1 GIỚI THIỆU .................................................................................................28
3.2 TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG..................................................28
3.2.1 Thiết kế sơ đồ khối hệ thống .................................................................28
3.2.2 Tính toán và thiết kế mạch ....................................................................30
3.2.3 Sơ đồ nguyên lý của toàn mạch..............................................................41
CHƯƠNG 4. THI CÔNG HỆ THỐNG.............................................................42
4.1 THI CÔNG MẠCH ĐIỀU KHIỂN..................................................................42
4.2 THI CÔNG BẢNG ĐIỀU KHIỂN ..................................................................44
4.3 TIẾN HÀNH THI CÔNG VÀ LẮP RÁP HỆ THỐNG HOÀN CHỈNH..........44
4.3.1 Mặt trước .................................................................................................45
4.3.2 Mặt bên....................................................................................................46
4.3.3 Mặt trên....................................................................................................47
4.4 LƯU ĐỒ GIẢI THUẬT...............................................................................49
4.5 GIỚI THIỆU VỀ PHẦN MỀM LẬP TRÌNH.................................................54
CHƯƠNG 5: KẾT QUẢ - NHẬN XÉT - ĐÁNH GIÁ ...........................................71

vii
5.1 KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC..................................................................................71
5.2 KẾT QUẢ THỬ NGHIỆM HỆ THỐNG:....................................................72
5.2.1 Quá trình chạy ứng dụng trên điện thoại và hiển thị trên web .......72
5.2.2 Quá trình vận hành trên phần cứng hệ thống.......................................74
5.3 NHẬN XÉT - ĐÁNH GIÁ.............................................................................77
CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ..................................78
6.1 KẾT LUẬN...................................................................................................78
6.2 HƯỚNG PHÁT TRIỂN.................................................................................78
TÀI LIỆU THAM KHẢO .......................................................................................79
DATASHEET........................................................................................................79
CODE THAM KHẢO .............................................................................................80
➢ ĐOẠN CODE CHƯƠNG TRÌNH CHÍNH.............................................80
➢ ĐOẠN CODE CHƯƠNG TRÌNH ESP8266 ...........................................96

viii
DANH MỤC HÌNH
Hình 2-1: Board Arduino Mega 2560...........................................................................7
Hình 2-2: Màn hình LCD 20x4....................................................................................8
Hình 2- 3: Cảm biến độ ẩm đất. .................................................................................10
Hình 2- 4: Cảm biến mưa...........................................................................................11
Hình 2-5: Cảm biến DHT11.......................................................................................12
Hình 2-6: Sơ đồ chân Realtime. .................................................................................13
Hình 2-7: Module Realtime. ......................................................................................13
Hình 2-8: Sơ đồ nguyên lý Realtime. .........................................................................14
Hình 2- 9: Cảm biến ánh sáng....................................................................................14
Hình 2-10: Module NodeMCU 8266..........................................................................16
Hình 2-11: Sơ đồ chân và sơ đồ kết nối......................................................................17
Hình 2-12: Module L298 ...........................................................................................18
Hình 2-13: Sơ đồ chân và sơ đồ kết nối......................................................................19
Hình 2-14: Động cơ bước. .........................................................................................20
Hình 2-15: Bơm 12 VDC...........................................................................................21
Hình 2-16: Đèn trái ớt................................................................................................21
Hình 2- 18: Nút nhấn 4 chân......................................................................................22
Hình 2- 19: Giao diện FireBase..................................................................................23
Hình 2- 20: Module HC - 05......................................................................................23
Hình 2- 21: Mặt sau của module HC - 05...................................................................24
Hình 2-22: Module Relay Mức Cao...........................................................................26
Hình 2- 23: Module Relay mức thấp..........................................................................26
Hình 2-24: Sơ đồ truyền I2C......................................................................................27
Hình 3-1: Sơ đồ khối..................................................................................................28
Hình 3-2: Sơ đồ nguyên lý các cảm biến....................................................................32
Hình 3-3: Sơ đồ nguyên lý Realtime. .........................................................................33
Hình 3-4: Sơ đồ nguyên lý Relay...............................................................................34
Hình 3-5: Sơ đồ nguyên lý L298................................................................................35
Hình 3-6: Sơ đồ nguyên lý LCD 20x4........................................................................36

ix
Hình 3-7: Sơ đồ nguyên lý khối ESP8266..................................................................37
Hình 3-8: Sơ đồ nguyên lý khối Bluetooth HC 05......................................................37
Hình 3-9: Bơm 12 VDC.............................................................................................38
Hình 3-10: Sơ đồ nguyên lý khối ...............................................................................39
Hình 3-11: Đèn trái ớt................................................................................................39
Hình 3-12: Sơ đồ nguyên lý toàn mạch. .....................................................................41
Hình 4-1: Sơ đồ bố trí linh kiện mặt trên....................................................................43
Hình 4-3: Sơ đồ bố trí linh kiện mặt trên....................................................................44
Hình 4-4: Sơ đồ bố trí linh kiện lớp dưới....................................................................44
Hình 4-5: Sơ đồ bố trí thiết bị mặt trước. ...................................................................45
Hình 4-6: Hình ảnh thực tế mặt trước.........................................................................45
Hình 4-7: Sơ đồ bố trí thiết bị mặt bên.......................................................................46
Hình 4-8: Hình ảnh thực tế mặt bên. ..........................................................................47
Hình 4-9: Sơ đồ bố trí thiết bị mặt trên.......................................................................47
Hình 4-10: Hình ảnh thực tế mặt bên. ........................................................................48
Hình 4-11: Lưu đồ chương trình code điều khiển.......................................................49
Hình 4-12: Lưu đồ chế độ tự động .............................................................................50
Hình 4-13: Lưu đồ chế độ điều khiển.........................................................................51
Hình 4-14: Lưu đồ truyền nhận dữ liệu lên Firebase. .................................................52
Hình 4-15: Lưu đồ điều khiển trên App .....................................................................53
Hình 4-16: Quy trình làm việc của arduino ................................................................54
Hình 4-18: Giao diện menu arduino IDE....................................................................55
Hình 4-19: Giao diện file menu arduino IDE. ............................................................55
Hình 4-20: Giao diện Examples menu .......................................................................55
Hình 4-21: Giao diện Sketch Menu Arduino IDE.......................................................56
Hình 4-23: Giao diện Tool Menu Arduino IDE..........................................................57
Hình 4-24: Board Arduino sử dụng............................................................................57
Hình 4-25: Arduino Toolbar ......................................................................................58
Hình 4-26: Chương trình nạp thành công. ..................................................................58
Hình 4-27: Giao diện phần mềm Inventor. .................................................................59
Hình 4- 28: Giao diện thiết kế....................................................................................60

x
Hình 4- 29: Chọn chế độ làm việc..............................................................................60
Hình 4- 30: Khối lệnh Block......................................................................................61
Hình 4- 31: Code Blocks............................................................................................61
Hình 4- 32: Vùng làm việc.........................................................................................62
Hình 4- 33: Danh sách lệnh........................................................................................63
Hình 4- 34: Tạo giao diện mới ...................................................................................64
Hình 4- 35: Kéo thả các khối lệnh..............................................................................64
Hình 4- 36: Tạo nút điều khiển bằng giọng nói ..........................................................65
Hình 4- 37: Chọn Firebase để kết nối.........................................................................65
Hình 4- 38: Cân chỉnh và sắp xếp ..............................................................................66
Hình 4- 39: Khối lệnh nút Auto và Manual................................................................66
Hình 4- 40: Khối lệnh các nút nhấn khác ...................................................................67
Hình 4- 41: Khối lệnh nút điều khiển bằng giọng nói.................................................67
Hình 4- 42: Khối lệnh cập nhật các thông số môi trường ...........................................68
Hình 4- 43: Khối lệnh điều khiển các thiết bị.............................................................69
Hình 4- 44: Giao diện sau khi thiết kế........................................................................70
Hình 5-1: Giao diện điều khiển bằng Bluetooth .........................................................73
Hình 5-2: Giao diện điều khiển bằng Wifi .................................................................73
Hình 5-3: Giao diện web FireBase.............................................................................73
Hình 5-4: Bảng điều khiển hoạt động.........................................................................75
Hình 5-5: Màn hình LCD 20x4 hiển thị. ....................................................................75
Hình 5-6: Hệ thống đang chạy. ..................................................................................76

xi
DANH MỤC BẢNG
Bảng 2-1: Chức năng của các chân màn hình LCD 20x4..............................................9
Bảng 4-1: Danh sách linh kiện. ..................................................................................42
Bảng 4-2: Kết quả chạy trên App điều khiển bằng Wifi .............................................74
Bảng 4-3: Kết quả chạy trên App điều khiển bằng Bluetooth .....................................74
Bảng 4-4: Kết quả chạy khi điều khiển trực tiếp trên hệ thống ...................................76

xii
TÓM TẮT
Ngày nay công nghệ trở nên hiện đại, xu hướng mọi thứ điều sẽ được kết nối và
điều khiển thông qua mạng không dây wifi (Wireless Fidelity) và điều khiển các thiết bị
theo tự động hóa. Với ý tưởng giải quyết những bất cập của điều khiển tự động, nhóm
chúng em xin đưa ra đề tài: THI CÔNG MÔ HÌNH HỆ THỐNG TRỒNG HOA LAN.
Hệ thống có các chức năng như sau:
• Hệ thống hoạt động tự động thông qua các giá trị cài đặt nhiệt độ không khí, độ
ẩm không khí và độ ẩm đất sao cho phù hợp với chỉ số sinh trưởng của cây lan.
Sau đó, các giá trị cảm biến sẽ được gửi lên web để giám sát quá trình trồng lan.
Thêm nữa là chế độ tay cho phép người chăm sóc vườn lan trực tiếp điều khiển
tưới lan hay phun sương khi cần thiết.
• Hệ thống mở rộng bao gồm:
o Hệ thống đo nhiệt độ, đổ ẩm, ánh sáng và độ ẩm đất thông qua các cảm biến,
được hiển thị trực tiếp trên màn hình LCD, đồng thời cũng được hiển thị trên
giao diện web điều khiển tạo điều kiện thuận lợi cho người dùng có thể giám
sát hệ thống từ xa thông qua Internet.
o Hệ thống có thể giám sát, điều khiển từ xa và điều khiển bằng giọng nói
thông qua ứng dụng trên điện thoại.
Khi cấp điện vào hệ thống, khởi động Arduino, module wifi ESP 8266, cảm biến
nhiệt độ độ ẩm DHT11, LCD, .... Sau khi khởi động xong mặc định sẽ hiển thị giá trị
cảm biến trên LCD và hệ thống chạy chế độ tự động. Muốn đổi chế độ thì ta nhấn phím
chế độ điều khiển tương ứng với chức năng chế độ tay, sau đó chỉ nhấn nút trên bảng
điều khiển thì có thể điều khiển trực tiếp.
Với đề tài này, nhóm hi vọng sẽ làm cơ sở nghiên cứu cho các nhóm sau có thể mở
rộng, phát triển nữa. Nếu được điều chỉnh tốt, ý tưởng này kết hợp với mô hình trang
trại thực tế với quy mô lớn sẽ trở thành một hệ thống lớn đáp ứng nhu cầu điều khiển,
quản lý tất cả các thiết bị một cách hiện đại, nâng cao đời sống tiện ích trong trồng trọt.

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN
1
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ
Hiện nay cùng với sự phát triển của xã hội, cuộc sống ngày càng được nâng cao
thì việc áp dụng công nghệ khoa học kỹ thuật vào đời sống công việc ngày càng cần
thiết. Cùng với sự phát triển của các ngành khoa học kỹ thuật, công nghệ kỹ thuật điện
tử mà trong đó đặc biệt là kỹ thuật điều khiển tự động đóng vai trò quan trọng trong mọi
lĩnh vực khoa học kỹ thuật, quản lý, công nghiêp, nông nghiệp, đời sống, quản lý thông
tin...
Nước ta là một đất nước nông nghiệp, tuy nhiên trong nhiều năm quy mô cũng như
chất lượng và sản lượng nông nghiệp của nước ta luôn thấp hơn so với các nước khác
mà nguyên nhân chính là việc công nghệ sản xuất của nước ta quá lạc hậu, chủ yếu dựa
vào tay chân. Mô hình nhà kính là nền tảng cho tiêu chuẩn về chất lượng, công năng và
giá trị của sản phẩm trong việc sản xuất nông nghiệp theo hướng nông nghiệp công nghệ
cao. Tính linh hoạt của nhà kính giúp cho người trồng trọt có thể trồng trọt trên bất cứ
môi trường nào, diện tích trồng trọt có thể từ vài trăm mét vuông đến hàng chục hécta.
Nhà kính có khả năng loại bỏ các điều kiện môi trường bất lợi, cung cấp một môi trường
phát triển tối ưu, tạo ra mùa sinh trưởng dài hơn, có thể trồng các loại cây trái mùa và
các giống cây khác nhau, bảo vệ cây trồng khỏi thời tiết lạnh, mưa đá, gió, mưa... gây
thiệt hại, loại bỏ dịch bệnh, sâu bệnh hại, tăng tốc độ sinh trưởng nhanh hơn và năng
suất cao hơn, chất lượng tốt hơn. Tất cả được điều chỉnh và điều khiển hoàn toàn tự
động và áp dụng công nghệ khoa học kỹ thuật vào quy trình giám sát và sản xuất. Việc
sử dụng nhà kính tự động giúp chúng ta có thể tiết kiệm nhân lực, tăng độ chính xác
trong giám sát và điều khiển môi trường.
Trên cơ sở và yêu cầu từ thực tế, những đòi hỏi ngày càng cao của phát triển nông
nghiệp công nghệ cao, cộng với sự phát triển mạnh của khoa học công nghệ, đặc biệt là
công nghệ thông tin, kỹ thuật điện-điện tử. Phát triển kỹ thuật điều khiển tự động từ
khoảng cách xa trong nông nghiệp đang là xu thế phát triển nông nghiệp cao nói chung
và nhà kính tự động nói riêng. Chúng tôi đề xuất đề tài “THI CÔNG MÔ HÌNH HỆ
THỐNG TRỒNG HOA LAN”.

2
1.2 MỤC TIÊU ĐỀ TÀI
Thiết kế, thi công được mô hình quản lý trang trại gồm các mục tiêu cụ thể:
• Tìm hiểu được về sự sinh trưởng của hoa Lan mong muốn để từ đó nắm bắt
được những điều kiện nhiệt độ, độ ẩm, ánh sáng thích hợp với sự phát triển của
loại hoa này.
• Viết được phần mềm giao tiếp giữa arduino mega 2560 và máy tính, điện thoại.
• Thiết kế được hệ thống tự động chăm sóc thông qua việc giám sát các thông số
nhiệt độ, độ ẩm, cường độ ánh sáng.
• Viết được ứng dụng giám sát, điều khiển từ xa bằng điện thoại.
• Thiết kế được giao diện Firebase giám sát các trạng thái môi trường thông qua
mạng Internet.
1.3 NỘI DUNG THỰC HIỆN
• Nội dung 1: Tìm hiểu và nghiên cứu về cấu tạo phần cứng, nguyên lý
hoạt động, tính năng của các module Arduino, module NODEMCU
ESP8266, module L298, động cơ bước, cảm biến DHT11, cảm biến ánh
sáng, cảm biến mưa, cảm biến độ ẩm đất.
• Nội dung 2: Giao tiếp Module ESP 8266 với Arduino Mega 2560.
• Nội dung 3: Điều khiển các thiết bị theo cảm biến và thời gian thực.
• Nội dung 4: Hiển thị thông tin trên web FireBase.
• Nội dung 5: Thiết kế, lập trình và điều khiển thiết bị qua điện thoại.
• Nội dung 6: Thiết kế mô hình sản phẩm.
• Nội dung 7: Đánh giá kết quả thực hiện.
1.4 GIỚI HẠN CỦA ĐỀ TÀI
• Sử dụng vi điều khiển arduino mega 2560 để điều khiển.
• Chỉ thiết kế mô hình giám sát nhỏ trong trang trại.
• Chỉ sử dụng động cơ bướcđể điều khiển mái che, để mô phỏng mô hình trang trại.
• Sử dụng động cơ bơm nước 12V để cung cấp nước cho Lan.

3
1.5 BỐ CỤC ĐỒ ÁN
• Chương 1: Tổng Quan.
• Chương 2: Cơ Sở Lý Thuyết.
• Chương 3: Tính Toán Và Thiết Kế Hệ Thống.
• Chương 4: Thi Công Hệ Thống.
• Chương 5: Kết Quả, Nhận Xét, Đánh Giá.
• Chương 6: Kết Luận và Hướng Phát Triển.
Chương 1: Tổng Quan.
Chương này trình bày vấn đề dẫn nhập, lý do chọn đề tài, mục tiêu, nội dung nghiên
cứu, các giới hạn và bố cục đồ án.
Chương 2: Cơ Sở Lý Thuyết.
Giới thiệu các linh kiện, thiết bị sử dụng thiết kế hệ thống, giao thức.
Chương 3: Tính Toán Và Thiết Kế Hệ Thống.
Tính toán thiết kế, đưa ra sơ đồ nguyên lí của hệ thống.
Chương 4: Thiết Kế Hệ Thống.
Thiết kế hệ thống, lưu đồ, đưa ra giải thuật và chương trình.
Chương 5: Kết Quả, Nhận Xét, Đánh Giá.
Đưa ra kết quả đạt được sau một thời gian nghiên cứu, một số hình ảnh của hệ
thống, đưa ra những nhận xét, đánh giá toàn bộ hệ thống.
Chương 6: Kết Luận và Hướng Phát Triển.
Trình bày những kết luận về hệ thống những phần làm rồi và chưa làm, đồng thời
nếu ra hướng phát triển cho hệ thống.

CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT
4
CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
2.1 QUY TRÌNH TRỒNG HOA LAN
2.1.1 Đặc tính sinh trưởng của hoa lan
a. Ảnh hưởng của độ ẩm đến hoa Lan
Nước là thành phần quan trọng chiếm tỷ lệ 60-90% trọng lượng của cây Lan. Nước
ở trong cây ở 3 trạng thái. Phần lớn là nước tự do làm tan các chất, như nước ở nhựa
cây; chính sự thoát hơi nước làm cây héo đi vì mất lượng nước này. Phần còn lại là nước
liên kết như nước ở các mao quản, nước tẩm ở trong celuloz, ở trong tinh bột ... và cuối
cùng là nước cấu tạo dự phần mật thiết trong sinh thái của cây. Mất lượng nước này thì
cây sẽ chết.
Việc chọn địa điểm thích hợp cho việc lập vườn Lan sẽ giúp ta giảm được rất nhiều
công sức chăm sóc cho Lan, trong đó yếu tố độ ẩm là yếu tố quan trọng bậc nhất vì trong
thiên nhiên chính yếu tố độ ẩm chi phối việc xuất hiện các vùng có Lan. Về phương diện
này, cần lưu ý 3 loại độ ẩm:
• Độ ẩm của vùng là độ ẩm của khu vực rộng lớn, nơi mà ta sẽ thiết lập vườn Lan.
Độ ẩm của vùng do điều kiện địa hình, địa lý ở nơi ấy định đoạt. Ví dụ độ ẩm
của vùng cạnh sông rạch cao hơn độ ẩm của vùng đồng trống nhiều gió, độ ẩm
của vùng đồi trọc sẽ thấp hơn độ ẩm của vùng có vườn cây ăn trái ...
• Độ ẩm của vườn là độ ẩm chính ngay trong vườn lan, độ ẩm này có thể cải tạo
theo ý muốn bằng cách đào ao, làm mương rãnh, trồng cây, trải cát, làm giàn
che, tưới nước ...
• Độ ẩm trong chậu còn gọi là độ ẩm cục bộ, tuỳ thuộc cấu tạo giá thể (chất trồng),
thể tích của chậu, loại chậu, vị trí đặt chậu, cách tưới nước, nghĩa là hoàn toàn
tuỳ thuộc vào kỹ thuật của người trồng lan.
b. Ảnh hưởng của nhiệt độ đến hoa Lan
Nhiệt độ còn ảnh hưởng đến sự ra hoa của một số loài hoa Lan: hoa Lan Bạch câu
Dendrobium crumenatum đòi hỏi giảm nhiệt độ đột ngột khoảng 5-6 độ C trong vài giây
đồng hồ thì khoảng 9 ngày sau chúng sẽ nở hoa đồng loạt. Ở 18,5 độ C Paphiopedilum

5
insigne và Dendrobium nobile chỉ tiếp tục tăng trưởng mà không ra hoa nhưng chúng sẽ
ra hoa khi nhiệt độ hạ xuống 13 độ C hay thấp hơn.
Tuy nhiên, nếu nhiệt độ quá thấp thì sẽ làm cho nước trong tế bào của cây kết tinh
thành nước đá, làm gia tăng thể tích, phá vỡ các cấu trúc tế bào. Ngược lại, nhiệt độ tăng
quá cao thì sự quang hợp ngừng lại vì nguyên sinh chất trong tế bào đặc quánh lại do
mất nước, cây ngừng hô hấp và chết đi.
Và như vậy, chúng chỉ phát triển tốt nhất ở trong khoảng nhiệt độ cực đại là 35 độ
C, nhiệt độ tối hảo là 27 độ C. Rõ ràng nhu cầu nhiệt độ ở cây Lan có khác nhau nên ta
gặp chúng tập trung thành những nhóm Lan khác nhau ở những vùng nhiệt độ khác
nhau: Lan vùng núi cao, Lan vùng đồng bằng, Lan vùng nhiệt đới, Lan vùng ôn đới ….
Căn cứ vào nhu cầu nhiệt độ, ta chia Lan ra thành 3 nhóm:
• Nhóm ưa nóng: Chịu nhiệt độ ban ngày không dưới 21 độ C, ban đêm không
dưới 18,5 độ C. Chúng thường ở vùng nhiệt đới.
• Nhóm ưa lạnh: chịu nhiệt độ ban ngày không quá 14 độ C, ban đêm không quá
13 độ C. Chúng thường ở vùng hàn đới, ôn đới và các chỏm núi cao vùng nhiệt
đới.
• Nhóm chịu nhiệt độ trung bình: thích hợp với nhiệt độ ban ngày không dưới
14,5 độ C, ban đêm không dưới 13,5 độ C.
c. Một số ảnh hưởng khác
Độ thông thoáng cũng là một yếu tố cần thiết cho cây lan phát triển tốt. Không khí
nơi vườn lan cần được thay đổi mỗi phút. Nhiệt độ ở lá dưới ánh nắng vào bất kỳ thời
gian nào cũng luôn luôn cao hơn nhiệt độ của không khí quanh nó. Sự tổn thương do
nhiệt độ tuỳ vào thời gian phơi bày ra nắng. Không khí luân chuyển sẽ giúp tránh được
điều đó. Phần lớn cây lan chịu được nhiệt độ thấp của ban đêm, ngắn hạn thôi chứ không
dai dẳng. Ngược lại nhiệt độ cao dai dẳng trong đêm không tốt cho cây vì tiến trình hô
hấp gia tăng. Quang hợp thì diễn tiến suốt ngày còn hô hấp thì diễn ra suốt ngày và đêm.
Bằng cách làm chậm đi sự hô hấp về đêm, thì các chất tổng hợp được ban ngày sẽ không
bị sử dụng hết! Có thể làm giảm sự hô hấp ấy bằng cách hạ nhiệt độ ban đêm xuống.

6
Như vậy sự chênh lệch nhiệt độ giữa ngày và đêm (biên độ nhiệt) có ảnh hưởng đến sự
phát triển của cây lan.
2.1.2 Mô tả quy trình chăm sóc
Áp dụng quy trình tưới tự động với các giá trị đã được cài đặt trước như:
• Nhiệt độ trên – nhiệt độ dưới, đảm bảo biên độ nhiệt cho hoa Lan phát triển
tốt.
• Độ ẩm không khí trên – độ ẩm không khí dưới, đảm bảo sự thông thoáng và
nhiệt độ cho hoa Lan quang hợp.
• Độ ẩm đất trên - độ ẩm đất dưới, cung nước cho hoa Lan sinh trưởng tốt và
ra cây con. Đồng thời chế độ điều khiển cho phép trực tiếp tác động đến quá
trình chăm sóc Lan thông qua việc bật tắt các thiết bị như: Bơm tưới, phun
sương, bật đèn, đóng mở mái che. Người trồng Lan có thể trực tiếp giám sát
các thông số giá trị thông qua web.
2.2 QUY TRÌNH HOẠT ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG
Mạch được điều khiển bởi Module Arduino Mega 2560 đóng vai trò điều khiển
trung tâm, Arduino điều khiển tiếp nhận giao tiếp với các module khác trong đề tài như:
WifiEsp, Cảm biến mưa, Cảm biến ánh sáng, cảm biến nhiệt độ - độ ẩm, cảm biến độ
ẩm đất, Module L298, Động cơ Bước, LCD 20x4... Sự kết hợp của các thiết bị sẽ tạo
nên một hệ thống tốt nhất, hiện đại hơn.
2.3 GIỚI THIỆU PHẦN CỨNG
2.3.1 Tổng quan arduino mega 2560
a. Giới thiệu Board Arduino Mega.
Arduino Mega2560 là một vi điều khiển bằng cách sử dụng ATmega2560. Arduino
Mega2560 khác với tất cả các vi xử lý trước giờ vì không sử dụng FTDI chip điều khiển
chuyển tín hiệu từ USB để xử lý. Thay vào đó, nó sử dụng ATmega16U2 lập trình như
là một công cụ chuyển đổi tín hiệu từ USB. Ngoài ra, Arduino Mega2560 cơ bản vẫn
giống Arduino Uno R3, chỉ khác số lượng chân và nhiều tính năng mạnh mẽ hơn, nên
các bạn vẫn có thể lập trình cho con vi điều khiển này bằng chương trình lập trình cho
Arduino Uno R3.

7
Hình 2-1: Board Arduino Mega 2560.
b. Thông số kỹ thuật
• Vi điều khiển chính: ATmega2560.
• IC nạp và giao tiếp UART: ATmega16U2.
• Nguồn nuôi mạch: 5VDC từ cổng USB hoặc nguồn ngoài cắm từ giắc tròn
DC (khuyên dùng 7-9VDC để đảm bảo mạch hoạt động tốt. Nếu bạn cắm
12V thì IC. ổn áp rất dễ chết và gây hư hỏng mạch).
• Số chân Digital : 54 (có 15 chân PWM).
• Số chân Analog: 16.
• Giao tiếp UART: 4 bộ UART.
• Giao tiếp SPI: 1 bộ (chân 50 đến 53) dùng với thư viện SPI của Arduino.
• Giao tiếp I2C: 1 bộ.
• Ngắt ngoài: 6 chân.
• Bộ nhớ Flash: 256 KB, 8KB sử dụng cho Bootloader.
• SRAM: 8 KB.
• EEPROM: 4 KB.
• Xung clock: 16 MHz.

8
2.3.2 Giới thiệu LCD 20x4
a. Giới thiệu về màn hình LCD 20x4.
Ở các phần giao tiếp với led 7 đoạn có hạn chế vì chỉ hiển thị được các số từ 0đến
9 hoặc số hex từ 0 đến F – không thể nào hiển thị được các thông tin kí tự khác nhưng
chúng sẽ được hiển thị đầy đủ trên LCD có rất nhiều dạng phân biệt theo kích thước từ
vài kí tự đến hàng chục kí tự từ 1 hàng đến vài chục hàng vì vậy để cho thuận tiện cho
việc hiển thị nên chúng ta sử dụng LCD. Ở đây chúng ta sử dụng LCD 20x4 có nghĩalà
có 4 hàng, mỗi hàng có 20 kí tự. Màn hình LCD 20x4 sử dụng IC Driver HD44780. Hỗ
trợ giao tiếp dữ liệu 4bits và 8bit có khả năng hiển thị 4 dòng mỗi dòng 20 ký tự màn
hình có độ bền cao màn hình LCD 20x4 bao gồm bộ điểu khiển và các vùng nhớ.
b. Cấu tạo màn hình LCD 20x4
Được cấu tạo gồm 14 chân: Các chân cấp nguồn Chân số 1 là chân nối mass(0V),
chân thứ 2 là chân VDD nối với nguồn 5V. Chân thứ 3 thường được nối với contrast
thường nối với biến trở. Các chân điều khiển chân số 4 là chân RS dùng để điều khiển
lựa chọn thanh ghi. Chân RW dùng để quá trình đọc và ghi. Chân E là chân cho phép
các chân dữ liệu D7-D0. Chân số 7 đến chân số 14 là 8 chân dùng để trao đổi giữa thiết
bị và LCD.
c. Chức năng và thông số hoạt động của LCD 20x4
Hình 2-2: Màn hình LCD 20x4.

9
Bảng 2-1: Chức năng của các chân màn hình LCD 20x4
Các thông số hoạt động và giới hạn:
• Có 3 vùng nhớ nội bộ: Bộ nhớ DDRAM Bộ nhớ phát ký tự ROM- CGROM,
bộ nhớ phát ký tự RAM-CGRAM.
• Khả năng hiển thị 20 ký tự mỗi hàng gồm 4 dòng.
• Giao tiếp 4bit hoặc 8bit.
STT TÊN CHÂN CẤU HÌNH CHỨC NĂNG
1 VSS Power GND
2 VDD Power +5V
3 VO Analog Contrast Control
4 RS Input RS=0 chọn thanh ghi lệnh
RS=1chọn thanh ghi giữ liệu
5 RW Input RW=0 thanh ghi viết
RW=1 thanh ghi đọc
6 E Input Cho phép
7 D0
I/0
Chân truyền dữ liệu
8 D1
9 D2
10 D3
11 D4
12 D5
13 D6
14 D7

10
2.3.3 Cảm biến độ ẩm đất
a. Giới thiệu về cảm biến
Module cảm biến độ ẩm đất có thể được sử dụng cho các ứng dụng nông nghiêp,
tưới nước tự động cho các vườn cây khi đất khô, hoặc dùng trong các ứng dụng của hệ
thống nhà thông minh. Module cảm biến độ ẩm đất gồm hai phần:
• Đầu dò: Hai đầu đo của đầu dò được cắm vào đất để phát hiện độ ẩm. Dùng
dây nối giữa cảm biến và module chuyển đổi, khi độ ầm của đất đạt ngưỡng
thiết lập, đầu ra DO sẽ chuyển trạng thái từ mức thấp lên mức cao. Thông tin
về độ ẩm đất sẽ được đọc về và gởi tới module chuyển đổi.
• Module chuyển đổi: Module chuyển đổi có cấu tạo chính gồm một IC so sánh
LM393, một biến trở, 4 điện trở dán 100 ohm và 2 tụ dán. Biến trở có chức
năng định ngưỡng so sánh với tín hiệu độ ẩm đất đọc về từ cảm biến. Ngưỡng
so sánh và tín hiệu cảm biến sẽ là 2 đầu vào của IC so sánh LM393. Khi độ
ẩm thấp hơn ngưỡng định trước, ngõ ra của IC là mức cao (1), ngược lại là
mức thấp (0).
Hình 2- 3: Cảm biến độ ẩm đất.
• Thông số kỹ thuật:
o Điện áp hoạt động: 3.3~5VDC
o Tín hiệu đầu ra:
▪ Analog: theo điện áp cấp nguồn tương ứng.
▪ Digital: High hoặc Low, có thể điều chỉnh độ ẩm mong muốn bằng
biến trở thông qua mạch so sánh LM393 tích hợp.

11
b. Nguyên lý hoạt động
Sự hấp thụ độ ẩm (hơi nước) làm biến đổi thành phần cảm nhận trong cảm biến (ở
đây là các chat hóa học như LiCL, P2O5) làm thay đổi điện trở của cảm biến qua đó xác
định được độ ẩm. Khi thay đổi độ ẩm điện trở trên cảm biến thay đổi dẫn đến điện áp
đầu ra đưa vào cổng so sánh trên Opam thay đổi, điện áp này được so sánh với điện áp
đặt được đặt bằng biến trở, nếu điện áp đọc về từ cảm biến chưa vượt qua ngưỡng đặt
thì đầu ra D0 là mức thấp và led báo trạng thái không sáng, khi điện áp đầu vào vượt
qua ngưỡng đặt thì đầu ra D0 là mức cao và led báo trạng thái sẽ sáng lên.
2.3.4 Cảm biến mưa
Mạch cảm biến mưa gồm 2 bộ phận:
• Bộ phận cảm biến mưa được gắn ngoài trời.
• Bộ phận điều chỉnh độ nhạy cần được che chắn.
Hình 2- 4: Cảm biến mưa.
o Điện áp: 5V
o Có 2 dạng tín hiệu: Analog( AO) và Digital (DO)
o Dạng tín hiệu : TTL, đầu ra 100mA
o Điều chỉnh độ nhạy bằng biến trở.
o Sử dụng LM358 để chuyển AO --> DO.

12
➢ Nguyên lí hoạt động:
Mạch cảm biến mưa hoạt động bằng cách so sánh hiệu điện thế của mạch cảm biến
nằm ngoài trời với giá trị định trước (giá trị này thay đổi được thông qua 1 biến trởmàu
xanh) từ đó phát ra tín hiệu đóng ngắt rơ le qua chân D0. Vì vậy, chúng ta dùng một
chân digital để đọc tín hiệu từ cảm biến mưa.
Khi trời không mưa chân D0 của module cảm biến sẽ được giữ ở mức cao (5V).
Khi có nước trên bề mặt cảm biến có nước, đèn LED màu đỏ sẽ sáng lên, chân D0 được
kéo xuống thấp (0V).
2.3.5 Cảm biến nhiệt độ - độ ẩm
• Sơ đồ chân của DHT11 như hình sau:
Hình 2-5: Cảm biến DHT11.
o Nguồn cung cấp: 3.5V-5.5V.
o Sử dụng tín hiệu số.
o Dòng cung cấp: 2.5 mA
o Đo độ ẩm: 20%-95%
o Nhiệt độ: 0-50 ℃
o Sai số độ ẩm: ±5%
o Sai số nhiệt độ: ±2%

13
Để có thể giao tiếp với DHT11 theo chuẩn 1 chân vi xử lý thực hiện theo 2 bước:
• Gửi tín hiệu muốn đo (Start) tới DHT11, sau đó DHT11 xác nhận lại.
• Khi đã giao tiếp được với DHT11, Cảm biến sẽ gửi lại 5 byte dữ liệu và nhiệt
độ đo được.
2.3.6 Module thời gian thực
Chức năng của Realtime là 1 con chip thời gian thực, thời gian thực với ý nghĩa tuyệt
đối là giờ, phút giây….
Hình 2-6: Sơ đồ chân Realtime.
X1, X2: Là 2 chân kết nối thạch anh 32,768 Khz làm nguồn giao động cho chip.
VBAT: Cực dương của nguồn pin 3V nuôi chip.
GND: Chân mass chung cho cả pin 3V và Vcc.
Vcc: Nguồn cho giao diện I2C, thường là 5V.
SQW/OUT: Một ngõ phụ tạo xung vuông, tần số có thể lập trình được.
SCL và SDA: Là 2 đường truyền xung nhịp và dử liệu của giao diện I2C.
Hình 2-7: Module Realtime.

14
Hình 2-8: Sơ đồ nguyên lý Realtime.
2.3.7 Cảm biến ánh sáng
Cảm biến ánh sáng sử dụng quang trở có khả năng thay đổi điện trở theo cường độ
ánh sáng chiếu vào. Tín hiệu xuất ra của cảm biến là digital HIGH (5V) và LOW tượng
trưng cho các trạng thái bật, tắt thiết bị điện tự động mà bạn không cần phải thao tác vào.
Cảm biến quang trở CDS có 4 chân là: DO, VCC, GND, AO.
Hình 2- 9: Cảm biến ánh sáng.

15
o Điện áp đầu vào: 3.3V - 5V
o Đầu ra: có đầu ra số và đầu ra tương tự tương ứng D0 và A0
o Có chiết áp điều chỉnh cường độ sáng
o Kích thước: 3.2cm x 1.4cm
o Tải đầu ra số D0: 15mA
➢ Nguyên lí hoạt động:
Khi có ánh sáng chiếu vào quang trở CDS bình thường (ban ngày), thì điện trở
trên CDS là rất nhỏ nên cho dòng dương (Vcc) đi qua làm áp tại ngõ vào âm (-) của
Opam tăng lên, tăng đến khi áp cao hơn ở ngõ vào dương => Lúc này ngõ ra của Opam
là mức thấp. Dòng này qua transistor bị đảo pha thành mức cao, mặc khác một chân kia
của Rơle đã ở mức cao nên Rơle không đóng => đèn không sáng.
Khi trời tối, cường độ ánh sáng chiếu vào quang trở giảm => điện trở qua quang
trở tăng, dòng dương qua CDS giảm nên áp tại ngõ vào âm của Opamp giảm theo, giảm
đến khi áp tại đây thấp hơn áp tại ngõ vào dương thì ở ngõ ra của Opamp lập tức lên
mức cao. Dòng này qua transistor bị đảo pha thành mức thấp nên làm Rơle đóng => đèn
sáng.
2.3.8 Tổng quan Module ESP8266
a. Giới thiệu Module ESP8266
Khối gửi-nhận dữ liệu dùng để gửi giá trị lên Database để lưu trữ và nhận giá trịtừ
Database. Ngày nay có nhiều module có thể thực hiện việc này như Esp8266 v1, Esp8266
v12, Esp32, Esp8266 NodeMCU…. Esp8266v1, Esp8266 v12, Esp8266 Node MCUthì
tương tự nhau về mặt lập trình. Điểm khác giữa Esp8266 v12, Esp8266 Node MCU và
Esp8266 v1 là Esp8266 v12, Esp8266 Node MCU có thêm nhiều chân GPIO để mở rộng
việc điều khiển.
b. Các thông số kỹ thuật
• Wifi 802.11 b/g/n.
• Wi-Fi Direct (P2P), soft-AP.

16
• Tích hợp giao thức TCP / IP stack.
• Tích hợp TR chuyển đổi, balun, LNA, bộ khuếch đại và phù hợp với mạng.
• PLLs tích hợp, quản lý, DCXO và các đơn vị quản lý điện năng.
Công suất đầu ra 19.5dBm ở chế độ 802.11b.
• Tích hợp công suất thấp 32-bit CPU có thể được sử dụng như là bộ vi xử lý
ứng dụng.
• SDIO 1.1 / 2.0, SPI, UART.
• Điện áp sử dụng: 3.3V ~ 3.6V.
• Dòng làm việc : 80mA (170mA max).
Hình 2-10: Module NodeMCU 8266.

17
c. Sơ đồ chân và sơ đồ kết nối
Hình 2-11: Sơ đồ chân và sơ đồ kết nối.
Thông số phần cứng:
• 32-bit RISC CPU: Tensilica Xtensa LX106 running at 80 MHz.
• Hổ trợ Flash ngoài từ 512KiB đến 4MiB.
• 64KBytes RAM thực thi lệnh.
• 96KBytes RAM dữ liệu.
• 64KBytes boot ROM.
• Chuẩn wifi EEE 802.11 b/g/n, Wi-Fi 2.4 GHz. Tích hợp TR switch, balun, LNA,
khuếch đại công suất và matching network Hổ trợ WEP, WPA/WPA2, Open
network.
• Tích hợp giao thức TCP/IP.
• Hổ trợ nhiều loại anten.
• 16 chân GPIO - ADC 10-bit.
• Hổ trợ SDIO 2.0, UART, SPI, I²C, PWM, I²S với DMA.

18
2.3.9 Giới thiệu Module L298
➢ Giới thiệu Module L298
Module cầu H sử dụng IC L298 là một Module phổ biến và thông dụng, được ứng
dụng rất nhiều vào các sản phẩm: điều khiển xe robot, điều khiển cánh tay robot, điều
khiển động cơ bước, động cơ DC. Cung cấp điện áp cho hoạt động của động cơ DC hay
động cơ bước loại vừa. Trong đề tài này Module L298 được Arduino điều khiển cho việc
đóng mở mái che sử dụng động cơ bước.
Hình 2-12: Module L298
➢ Nguyên lý hoạt động
- Bốn chân INPUT: IN1, IN2, IN3, IN4 được nối lần lượt với các chân 5, 7, 10,
12 của IC L298. Đây là các chân nhận tín hiệu điều khiển.
- Bốn chân OUTUT: OUT1, OUT2, OUT3, OUT4 (tương ứng với các chân
INPUT) được nối với các chân 2, 3, 13, 14 của IC L298.
- Hai chân ENA và ENB dùng để điều khiển mạch cầu H trong IC L298. Nếu ở
mức logic “1” (nối với nguồn 5V) cho phép mạch cầu H hoạt động, nếu ở mức
logic “0” thì mạch cầu H không hoạt động.
Khi ENA = 0: Động cơ không quay với mọi đầu vào.
Khi ENA = 1:
+ INT1 = 1; INT2 = 0: Động cơ quay thuận.
+ INT1 = 0; INT2 = 1: Động cơ quay nghịch.
+ INT1 = INT2: Động cơ dừng ngay tức thì.

19
- Với ENB cũng tương tự với INT3, INT4.
Hình 2-13: Sơ đồ chân và sơ đồ kết nối.
➢ Sơ đồ chân và chức năng của Module L298
• +5V: cấp nguồn VDC.
• +12V: cấp nguồn 12 VDC.
• GND: chân âm hay nối đất.
• Output A, Output B: chân kết nối với động cơ.
• Enable A: chân cho phép động cơ hoạt động, hoặc dùng chân này để điều
khiển tốc độ động cơ bằng cách điều xung PWM, A Enable cho ngõ ra Output
A, B Enable cho ngõ ra Output B.
• Logic Input: gồm các chân IN1, IN2, IN3, IN4 cặp IN1 và IN2 dùng để điều
khiển Output A cho phép động cơ quay và đảo chiều động cơ, tương tự cho
cặp IN3, IN4 cho Output B.
➢ Thông số kỹ thuật Module L298:
• Điện áp điều khiển: +5 V ~ +12 V.
• Dòng tối đa cho mỗi cầu H là: 2A (=>2A cho mỗi motor).
• Điện áp của tín hiệu điều khiển: +5 V ~ +7 V.

20
• Dòng của tín hiệu điều khiển: 0 ~ 36mA.
• Công suất hao phí: 20W (khi nhiệt độ T = 75 độ C).
• Nhiệt độ cho phép: -25 đến +130 độ C.
2.3.10 Động cơ bước
Động cơ bước có thể được mô tả như là một động cơ điện không dùng
bộ chuyển mạch. Cụ thể, các mấu trong động cơ là stator, và rotor là nam châm vĩnh
cửu hoặc trong trường hợp của động cơ biến từ trở, nó là những khối răng làm bằng vật
liệu nhẹ có từ tính. Tất cả các mạch đảo phải được điều khiển bên ngoài bởi bộ điều
khiển, và đặc biệt, các động cơ và bộ điều khiển được thiết kế để động cơ có
thể giữ nguyên bất kỳ vị trí cố định nào cũng như là quay đến bất kỳ vị trí nào. Hầu hết
các động cơ bước có thể chuyển động ở tần số âm thanh, cho phép chúng quay khá
nhanh, và với một bộ điều khiển thích hợp, chúng có thể khởi động và dừng lại
dễ dàng ở các vị trí bất kỳ.
Hình 2-14: Động cơ bước.
Chức năng: Dùng để điểu khiển đóng mở mái che.
2.3.11 Bơm mini
Thông số kỹ thuật:
• Điện áp: 6 – 12VDC
• Dòng tiêu thụ: 0.6 –2A
• Công suất: 5 – 12W
• Nhiệt độ hoạt động: 80 độ C

21
• Lưu lượng bơm: 2L/phút
• Kích thước: 90x40x35mm
Hình 2-15: Bơm 12 VDC
2.3.12 Đèn
• Công suất: 4W
• Điện áp: 220 VAC
• Dòng tiêu thụ: 20 mA
• Nhiệt độ màu: 3200K
Hình 2-16: Đèn trái ớt

22
2.3.13 Nút nhấn
Nút nhấn này dùng để điều khiển thiết bị bằng tay trên bảng điều khiển như
chuyển đổi chế độ, đóng mở mái che, đèn, phun sương, vòi tưới.
Hình 2- 18: Nút nhấn 4 chân.
2.3.14 Giới thiệu Firebase
Firebase là một nền tảng ứng dụng di động và web với các công cụ và hạ tầng được
thiết kế để giúp các lập trình viên xây dựng các ứng dụng chất lượng cao. Thay vì trực
tiếp cung cấp các ứng dụng, họ cung cấp các dịch vụ nền tảng cho các lập trình viên, sử
dụng để xây dựng ứng dụng cũng như hỗ trợ các bạn tối ưu hóa, tối đa hóa ứng dụng của
mình. Với nhiều dịch vụ chất lượng cao đi kèm mức giá phải chăng, Firebase đã và đang,
không chỉ là sự lựa chọn hàng đầu cho các lập trình viên đơn thân (single dev) hay các
công ty khởi nghiệp (start ups), mà các công ty, tổ chức lớn có tên tuổi cũng sử dụng để
xây dựng các tính năng, các chương trình mới, cũng như chuyển đổi các dịch vụ trước
đây sang hệ thống của Firebase.
Truy cập Firebase theo đường dẫn : https://firebase.google.com/ để đăng nhập vào
Firebase.

23
Hình 2- 19: Giao diện FireBase.
2.3.15 Giới thiệu mạch Bluetooth HC-05
➢ Giới thiệu:
Bluetooth là chuẩn truyền thông không dây, để trao đổi dữ liệu ở khoảng cách
ngắn. Chuẩn truyền thông này sử dụng sóng radio ngắn(UHF radio) trong dải tần số ISM
(2.4 tới 2.485 GHz). Khoảng cách truyền của module này vào khoảng 10m, module HC-
05 được thiết kế dựa trên chip BC417.
Hình 2- 20: Module HC - 05

24
Hình 2- 21: Mặt sau của module HC - 05
➢ Thông số kỹ thuật:
• Key: Chân này để chọn chế độ hoạt động AT Mode hoặc Data Mode.
• VCC chân này có thể cấp nguồn từ 3.6V đến 6V bên trong module đã có một
ic nguồn chuyển về điện áp 3.3V và cấp cho IC BC417.
• GND: nối với chân nguồn GND.
• TXD,RND: đây là hai chân UART để giao tiếp module hoạt động ở mức
logic 3.3V.
• STATE: các bạn chỉ cần thả nổi và không cần quan tâm đến chân này.
➢ Nguyên lý hoạt động:
HC-05 có hai chế độ hoạt động là Command Mode và Data Mode. Ở chế độ
Command Mode chúng ta có thể giao tiếp với module thông qua cổng serial trên module
bằng tập lệnh AT quen thuộc. Ở chế độ Data Mode module có thể truyền nhận dữ liệu
tới module bluetooth khác. Chân KEY dùng để chuyển đổi qua lại giữa hai chế độ này.
Có hai cách để chuyển module hoạt động trong chế độ Data Mode
Nếu đưa chân này lên mức logic cao trước khi cấp nguồn module sẽ đưa vào chế
độ Command Mode với baudrate mặc định 38400. Chế độ này khá hữu ích khi bạn
không biết baudrate trong module được thiết lập ở tốc độ bao nhiêu. Khi chuyển sang
chế độ này đèn led trên module sẽ nháy chậm (khoảng 2s) và ngược lại khi chân KEY
nối với mức logic thấp trước khi cấp nguồn module sẽ hoạt động chế độ Data Mode.
Nếu module đang hoạt động ở chế Data Mode để có thể đưa module vào hoạt
động ở chế độ Command Mode chúng ta đưa chân KEY lên mức cao. Lúc này module
sẽ vào chế độ Command Mode nhưng với tốc độ Baud Rate được chúng ta thiết lập lần
cuối cùng.

25
Ở chế độ Data Mode HC-05 có thể hoạt động như một master hoặc slave tùy vào
việc chúng ta cấu hình.
• Ở chế độ SLAVE: Chúng ta cần thiết lập kết nối từ smartphone, laptop, usb
bluetooth để dò tìm module sau đó pair với mã PIN là 1234. Sau khi pair thành
công, bạn đã có 1 cổng serial từ xa hoạt động ở baud rate 9600.
• Ở chế độ MASTER: module sẽ tự động dò tìm thiết bị bluetooth khác (1 module
bluetooth HC-06, usb bluetooth, bluetooth của laptop...) và tiến hành pair chủ
động mà không cần thiết lập gì từ máy tính hoặc smartphone.
2.3.16 Giới thiệu Module Relay
a. Giới thiệu
Relay là một loại linh kiện điện tử thụ động rất hay gặp trong các ứng dụng thực
tế. Khi bạn gặp các vấn đề liên quan đến công suất và cần sự ổn định cao, ngoài ra có
thể dễ dàng bảo trì.
Relay là một công tắc (khóa K) nhưng khác với công tắc ở một chỗ cơ bản, rơ-le
được kích hoạt bằng điện thay vì thao tác bằng tay. Rơ-le được dùng làm công tắc điện
tử, nó có 2 trạng thái: đóng và mở.
b. Các loại Relay và thông số kỹ thuật
Có 2 loại Module Relay: Module Relay đóng ở mức thấp (nối cực âm vào chântín
hiệu rơ-le sẽ đóng), Module Relay đóng ở mức cao (nối cực dương vào chân tín hiệu rơ-
le sẽ đóng). Nếu so sánh giữa 2 Module Relay có cùng thông số kỹ thuật thì hầu hết mọi
linh kiện của nó đều giống nhau, chỉ khác nhau ở chỗ transistor của mỗi module. Chính
vì cái transistor này nên mới sinh ra 2 loại Module Relay này (có 2 loại transistor là NPN
- kích ở mức cao, và PNP - kích ở mức thấp).

26
Hình 2-22: Module Relay Mức Cao
Hình 2- 23: Module Relay mức thấp.
2.3.17 Giới thiệu về chuẩn I2C
a. Khái niệm
Chuẩn giao tiếp I2C (Inter-Integrated Circuit) là một loại bus nối tiếp được phát
triển bởi hãng sản xuất linh kiện điện tử Philips. Ban đầu, loại bus này chỉ được dùng
trong các linh kiện điện tử của Philips. Sau đó, do tính ưu việt và đơn giản của nó, I2C
đã được chuẩn hóa và được dùng rộng rãi trong các Module truyền thông nối tiếp của vi
mạch tích hợp ngày nay.
b. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động
• I2C sử dụng hai đường truyền tín hiệu:
• Một đường xung nhịp đồng hồ (SCL) chỉ do Master phát đi ( thông thường ở
100kHz và 400kHz. Mức cao nhất là 1Mhz và 3.4MHz).
• Một đường dữ liệu (SDA) theo 2 hướng:

27
Hình 2-24: Sơ đồ truyền I2C.
Bản chất của I2C là dữ liệu trên đường SDA chỉ được ghi nhận ở sườn lên của chân
CLK. Do vậy xung clock có thể không cần chính xác tốc độ là 1MHz hay 3.4Mhz. Lợi
dụng điểm này có thể sử dụng 2 chân GPIO để làm chân giao tiếp I2C mềm mà không
nhất thiết cần một chân CLK tạo xung với tốc độ chính xác.
SCL và SDA luôn được kéo lên nguồn bằng một điện trở kéo lên có giá trị xấp xỉ
4,7 KOhm (tùy vào từng thiết bị và chuẩn giao tiếp, có thể dao động trong khoảng
1KOhm đến 4.7 Kohm. Chú ý rằng theo cấu hình này, một thiết bị có thể ở mức logic
LOW hay cao trở nhưng ko thể ở dạng HIGH => Chính trở pull up tạo ra mức logic
HIGH).

CHƯƠNG 3. TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ
28
3.1 GIỚI THIỆU
• Thiết kế, tính toán dòng, áp cung cấp cho các cảm biến để thu thập thông tin, dữ
liệu.
• Thiết kế, tính toán dòng áp cung cấp cho các thiết bị của hệ thống hoạt động
đúng yêu cầu.
• Thiết kế tính toán số vòng quay động cơ để đóng/mở mái che.
• Thiết kế tính toán các chân kết nối giữa Arduino với các module.
3.2 TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG
3.2.1 Thiết kế sơ đồ khối hệ thống
a. Sơ đồ khối:
Hình 3-1: Sơ đồ khối.

29
b. Giải thích chức năng các khối.
➢ Khối xử lý trung tâm.
o Nhận dữ liệu từ các khối cảm biến, Realtime, Bluetooth, Esp8266 để điều
khiển các thiết bị qua module Relay và L298
o Truyền dữ liệu cho khối hiển thị và Module Esp8266 để hiển thị thông tin
và gửi lên Firebase.
➢ Khối Module Esp 8266.
o Dung để kết nối với Wifi, đưa thông tin lên Firebase.
o Giao tiếp với Arduino qua các chân IO để gửi thông tin lên App.
➢ Khối Bluetooth
o Truyền lệnh từ APP đến Arduino Mega 2560 để điều khiển thiết bị.
➢ Khối hiển thị.
o Dùng LCD để hiển thị thông tin hoạt động của hệ thống.
➢ Khối cảm biến DHT11.
o Đo nhiệt độ, độ ẩm của môi trường để có thể điều chỉnh cho phù hợp với
trang trại.
➢ Khối cảm biến mưa.
o Phát hiện mưa để có thể đóng mái che.
➢ Khối cảm biến độ ẩm đất.
o Đo lượng độ ẩm đất để có thể bật máy bơm thông qua Relay.
➢ Khối realtime.
o Đọc thời gian thực cho mạch, từ đó vi xử lý có thể điều khiển tưới nước
cho cây trồng tự động.
➢ Khối L298.
o Điều khiển chiều quay của động cơ để đóng mở mái che.
➢ Khối relay.
o Dùng để điều khiển máy bơm, đèn.

30
➢ Khối nguồn.
o Cung cấp nguồn cho các khối ở trên để chúng hoạt động.
3.2.2 Tính toán và thiết kế mạch
Tính toán mạch điều khiển:
➢ Khối điều khiển và xử lý.
o Sử dụng Module Arduino Mega 2560.
o Nguồn cung cấp từ 6-20V DC, dòng cung cấp là 500 mA.
o Điện áp chân input 5V.
o Điện áp mức cao từ 3V đến 5V.
➢ Các module cảm biến.
• Cảm biến nhiệt độ:
Hiện nay có rất nhiều loại cảm biến có thể làm được chức năng này như
LM35, DS18B20, DHT11, DHT22….
Cảm biến DHT11, DHT22: Là cảm biến sử dụng một dây để truyền nhận dữ
liệu, có thể đo được cả nhiệt độ lẫn độ ẩm, cảm biến được cấp nguồn từ 3.5V –
5.5V, dòng sử dụng 2.5mA max (khi truyền dữ liệu).
Lựa chọn cảm biến: Dựa trên yêu cầu và giới hạn của đề tài, nhóm quyết
định chọn cảm biến DHT11 cho đề tài này vì nó có thể đo được cả nhiệt độ lẫn độ
ẩm. Độ ẩm đo trong khoảng từ 20% - 95%, sai số độ ẩm ±5% và sai số nhiệt độ
±2% có thể đáp ứng được yêu cầu thực tế. Cảm biến DHT11 được bán rộng rãi
trên thị trường, giá cả không quá đắt.
• Cảm biến ánh sáng:
Sử dụng cảm biến ánh sáng sử dụng quang trở vì có các ưu điểm sau:
o Nhỏ gọn
o Độ chính xác cao
o Các thành phần phụ như điện trở, tụ điện… cần thiết cho mạch đã được
gắn đầy đủ, có 1 biến trở 10K dùng để điều chỉnh độ nhạy sáng.

31
o Giá thành thấp.
o Sử dụng điện áp 5V tương thích với nền tản Arduino.
• Cảm biến độ ẩm đất:
Cảm biến độ ẩm đất được hoạt động với 2 chế độ ngõ ra (Analog &
Digital), ban đầu trạng thái đầu ra D0 là mức thấp (0V), khi đất thiếu nước D0
sẽ là mức cao (5V). Khi module cảm biến độ ẩm phát hiện thay đổi độ ẩm đất,
khi đó sẽ có sự thay đổi điện áp ngay tại đầu vào của IC so sánh LM393. IC này
nhận biết có sự thay đổi nó sẽ đưa ra một tín hiệu 0V để báo hiệu và thay đổi
như thế nào sẽ được tính toán để đọc độ ẩm đất đưa ra chân A0. Nhờ thế, chúng
ta có thể sử dụng Analog hoặc Digital của Arduino để đọc giá trị từ cảm biến
tùy mục đích sử dụng.
Ở mô hình này sẽ đọc tín hiệu ở chân A0 để đọc thông số độ ẩm đất để
giám sát và thiết lập điều khiển tự động.
• Cảm biến mưa:
Module Cảm Biến Mưa được sử dụng trong phát hiện độ ẩm, cảm biến
mưa được sử dụng rộng rãi trong việc phát hiện mưa vì ưu điểm dễ dàng lắp đặt
và chi phí thấp. Cảm biến hoạt động bằng cách so sánh điện áp của mạch ngoài
trời với giá trị đã được đặt trước thông qua biến trở trên cảm biến.
Có 2 tín hiệu đầu ra D0 và A0:
- DO (Digital): Đầu ra ban đầu ở mức cao (1), khi có nước đèn đỏ sáng, đồng
thời đầu ra về mức thấp (0).
- AO (Analog): Dùng để xác định độ lớn của giọt nước, bằng cách đưa vào
ADC của VĐK.
Ở mô hình này chỉ cần xác định có mưa hoặc không mưa để điều khiển
đóng mở mái che nên ta chỉ cần kết nói chân tín hiệu D0.

32
• Sơ đồ nguyên lý:
Hình 3-2: Sơ đồ nguyên lý các cảm biến.
➢ Module Real time.
Hiện nay trên thị trường có 2 loại IC thời gian thực phồ biến là DS1307 và
DS12887. Các IC này đều có chức năng chạy thời gian thực và lưu giờ khi mất điện, với
DS1307 cần có thêm nguồn nuôi là một pin cmos 3V, với DS12887 có sẵn pin tích hợp
ở bên trong. Thực hiện giao tiếp với vi điều khiển để hiện thị thời gian và cài đặt giờ…
Trên cơ sở đó thì chúng ta có thể sử dụng cả 2 loại IC này, nhưng với nhóm em thì việc
lựa chọn sẽ là DS1307 vì nó cũng thực hiện được yêu cầu mà giá thành thì rẻ hơn.
Mạch thời gian thực RTC DS1307 được sử dụng để cung cấp thông tin thời
gian: ngày, tháng, năm, giờ, phút, giây,...cho vi điều khiển qua giao tiếp I2C, mạch tích
hợp sẵn pin backup để duy trì thời gian trong trường hợp không cấp nguồn, ngoài ra
mạch còn được tích hợp thêm IC EEPROM AT24C32 để lưu trữ thông tin khi cần, thích
hợp cho các ứng dụng điều khiển hoặc đồng bộ dữ liệu thời gian thực RTC.

33
Hình 3-3: Sơ đồ nguyên lý Realtime.
➢ Module Relay.
- Cách ly hoàn toàn giữa mạch xử lý có điện áp thấp và thiết bị điện có điện
áp cao và công suất tải lớn. An toàn cho bộ xử lý và mạch điều khiển.
- Trở kháng giữa hai trạng thái ON có trở kháng rất nhỏ, trạng thái OFF có trở
kháng rất lớn và xem như lý tưởng. Ổn định vận hành cho thiết bị cố công
suất nhỏ, điện áp nhỏ của mô hình đề tài.
- Mô hình của đề tài không có khí dễ cháy nổ: ga, xăng... do đó có thể bỏ qua
yếu tố cháy nổ gây ra do tia lửa điện trong thời gian chuyển trạng thái.
Việc điều khiển sử dụng Relay để đóng ngắt bơm và đèn là giải pháp khả thi và
ưu tiên vì đơn giản và ổn định.

34
Hình 3-4: Sơ đồ nguyên lý Relay.
➢ Module L298.
Module điều khiển động cơ L298 (tích hợp hai mạch cầu H) là một module rất
phổ biến và giá thành rẻ phù hợp cho học sinh, sinh viên. Mạch này có thể điều khiển
được 2 động cơ DC, hoặc 1 động cơ bước.
Mạch có chất lượng tốt, khả năng hoạt động bền bỉ và thiết kế tiện lợi với trở kéo
tích hợp, diod bảo vệ, led hiển thị trạng thái, Domino và chân cắm dễ dàng sử dụng.
Trên mạch có IC nguồn 7805 giúp cấp nguồn 5VDC cho các module khác.
Do đó sử dụng Module L298 để điều khiển động cơ bước cũng như có thể cấp
nguồn cho Relay giúp đơn giản mạch.

35
Hình 3-5: Sơ đồ nguyên lý L298.
➢ Khối hiển thị.
LCD text 20x4 một sản phẩm quen thuộc với người mới học và muốn thực hiện
các dự án về điện tử, lập trình. Sử dụng điện áp 5VDC, dòng từ 350uA - 600uA. Khắc
phục được nhược điểm kết nối cần đến 8 dây của các module led khác qua module I2C
nên việc kết nối trở nên đơn giản với chỉ 4 dây giúp hạn chế rủi ro khi đặt LCD ở xa
board mạch như trong mô hình của đề tài. LCD 20X04 có khả năng hiển thị 4 hàng, mỗi
hàng 20 kí tự, tương ứng với 4 hàng 20 cột đủ để hiện thị các thông tin cần thiết của mô
hình đề tài. Có độ bền cao đồng thời có rất nhiều ví dụ mẫu được cộng đồng Arduino
xây dựng sẵn sẽ giúp tiết kiệm được thời gian trong việc phát triển ứng dụng.
Do đó sử dụng LCD text 20x4 để đồng bộ điện áp với Arduino, cũng như tiết kiệm
chi phí.

36
Hình 3-6: Sơ đồ nguyên lý LCD 20x4.
➢ Module ESP 8266.
NodeMCU V1.0 được phát triển dựa trên Chip WiFi ESP8266EX bên trong
Module ESP-12E dễ dàng kết nối WiFi với một vài thao tác. Board còn tích hợp IC
CP2102, giúp dễ dàng giao tiếp với máy tính thông qua Micro USB để thao tác với
board. Và có sẳn các chân giao tiếp đễ thuận tiện trong việc kết nối, truyền nhận dữ liệu
với board điều khiển, có nút reset, led để tiện qua quá trình học, nghiên cứu.
Kích thước nhỏ gọn, linh hoạt board dễ dàng liên kết với Arduino để tạo thành
sản phẩm một cách nhanh chóng.
Lập trình được trên các ngôn ngữ: C/C++, Micropython, NodeMCU – Lua và
được hỗ trợ bởi phần mềm Arduino IDE tiện lợi cho việc dùng chung với Arduino.
Vì vậy sử dụng ESP8266NodeMCU để truyền dữ liệu lên Firebase.

37
Hình 3-7: Sơ đồ nguyên lý khối ESP8266.
➢ Module bluetooth
Module bluetooth HC-05 dùng để thiết lập kết nối Serial giữa 2 thiết bị bằng
sóng bluetooth. Điểm đặc biệt của module bluetooth HC-05 là module có thể hoạt động
được ở 2 chế độ: MASTER hoặc SLAVE. Trong khi đó, bluetooth module HC-06 chỉ
hoạt động ở chế độ SLAVE.
Nguồn cung cấp cho module bluetooth là nguồn từ 3.6V đến 6V. Ngoài ra
module tương thích với các vi điều khiển 5V mà không cần chuyển đổi mức giao tiếp
5V về 3.3V như nhiều loại module bluetooth khác.
Sơ đồ nguyên lý:
Hình 3-8: Sơ đồ nguyên lý khối Bluetooth HC 05

38
➢ Thiết bị chấp hành
Bơm
Dùng cho hệ thống tưới nước và phun sương điều khiển qua module relay.
• Lực hút tối đa 2m
• Đường kính đầu vào và ra :~ 8mm
• Trọng lượng : 120g
• Lưu lượng tối đa: 2-3 lít / phút
• Áp suất tối đa: 1-2,5 kg
• Lực nâng tối đa: 1-2,5 mét
Hình 3-9: Bơm 12 VDC
Động cơ bước
Dùng để đóng mở mái che qua module L298.
• Điện áp hoạt động: 5 – 24 VDC.
• Dòng: 670 mA
• Bước: 1.8 độ

39
Hình 3-10: Sơ đồ nguyên lý khối
Tính toán: Cần kéo mái che chạy với khoảng cách 50 cm.
• Cho động cơ quay với tốc độ 100 vòng/phút, 200 bước/vòng.
• Động cơ có 20 răng, mỗi bước răng có khoảng cách 0.2 cm. Vậy động cơ
quay được 4 cm/vòng.
• Vậy cần quay 12.5 vòng tương ứng với 2500 bước.
Đèn
Dùng để chiếu sang vào ban đêm theo thời gian của DS1307.
• Công suất: 4W
• Điện áp: 220 VAC
• Dòng tiêu thụ: 20 mA
• Nhiệt độ màu: 3200K
Hình 3-11: Đèn trái ớt

40
➢ Khối nguồn
• Sử dụng nguồn 5 VDC cho cổng USB hoặc 6-12VDC cho jack cắm DC của
Arduino:
o Board Arduino Mega sử dụng 23 chân, dòng tiêu thụ trên mỗi chân 20mA.
=> I = 30x22 = 660 mA.
o Dòng tiêu thụ trên cảm biến DHT11 là 2.5 mA.
o Dòng tiêu thụ trên cảm biến độ ẩm đất là 5 mA.
o Dòng tiêu thụ trên LCD 20x4 là 10 mA.
o Dòng tiêu thụ trên cảm biến ánh sáng là 15 mA.
o Dòng tiêu thụ trên Realtime DS1307 là 1,5 mA
o Dòng tiêu thụ trên bảng điều khiển 5x5 = 25mA
Vậy Itổng = 719 mA => Chọn nguồn 1-2A.
• Sử dụng nguồn 12 VDC:
o Dòng tiêu thụ trên khối L298 là 36 mA.
o Dòng tiêu thụ trên động cơ bước 670 mA.
o Dòng tiêu thụ trên 2 bơm mini là 620 + 230 = 850 mA
o Dòng tiêu thụ trên cảm biến mưa là 100 mA.
o Dòng tiêu thụ trên khối 3 Relay là 50x3 = 150 mA.
o Dòng tiêu thụ trên HC-05 là 30mA.
Vậy Itổng = 1836 mA => Chọn Adapter 12V-2A.
• Nguồn cấp cho Micro-USB của ESP8266:
o Dòng tiêu thụ trên ESP 8266 NodeMCU là 300 mA.
Chọn Adapter 5V-1A.
• Sử dụng nguồn 220 VAC:
o Dòng tiêu thụ trên đèn là 2 mA.
Cấp trực tiếp nguồn xoay chiều.

41
3.2.3 Sơ đồ nguyên lý của toàn mạch
Hình 3-12: Sơ đồ nguyên lý toàn mạch.

CHƯƠNG 4. THI CÔNG HỆ THỐNG
42
4.1 THI CÔNG MẠCH ĐIỀU KHIỂN
Bảng liệt kệ linh kiện sử dụng:
STT Tên linh kiện Thông số
1 Arduino Mega 2560 7-9VDC
2 Module Bluetooth 3.6 – 6V
3 Trở 220, 10K
4 Động cơ Bước Vin = 5 - 24V, 670 mA
5 LCD LCD 20x4, 2.7V~5V,16mA
6 Module L298 Vin = 5 – 30V, 2A
7 ESP8266 Vin = 3.3A
8 Adapter 5V-2A,12V-2A
9 Bơm 6 – 12V, 12W
10 Cảm biến mưa 5V,100mA
11 Cảm biến ánh sáng 5V-2mA
12 Cảm biến DHT11 3 - 5 V, 2.5mA
13 Cảm biển độ ẩm đất 3.3 - 5V, 5mA
14 Module Ds1307 12V
15 Đèn 220 VAC, 4W
Bảng 4-1: Danh sách linh kiện.

43
➢ Sơ đồ bố trí linh kiện lớp trên và lớp dưới của mạch chính:
Hình 4-1: Sơ đồ bố trí linh kiện mặt trên.
Hình 4-2: Sơ đồ mặt dưới

44
4.2 THI CÔNG BẢNG ĐIỀU KHIỂN
Sơ đồ bố trí linh kiện lớp trên và lớp dưới của bảng điều khiển:
Hình 4-3: Sơ đồ bố trí linh kiện mặt trên.
Hình 4-4: Sơ đồ bố trí linh kiện lớp dưới.
4.3 TIẾN HÀNH THI CÔNG VÀ LẮP RÁP HỆ THỐNG HOÀN CHỈNH
• Mô hình bằng gỗ và mica được ghép nối với nhau.
• Mặt trước và mặt sau bằng gỗ có kích thước 40x40 cm, độ dày 7mm.
• Mặt đáy sử dụng gỗ có kích thước 40x80 cm, độ dày 7mm.
• Hai mặt bên sử dụng mica có kích thước 40x80 cm, độ dày 3mm.
• Ống tưới: Ống PVC đường kính 8mm, 8 đầu tưới nhỏ giọt.
• Ống tạo hơi sương: Ống PVC đường kính 12mm, 1 đầu tạo sương.

45
4.3.1 Mặt trước
❖ Mặt trước bao gồm:
o LCD 20x4 để hiển thị các thông số của hệ thống.
o Một bảng điều khiển gồm 5 nút nhấn để điều khiển bằng tay.
Hình 4-5: Sơ đồ bố trí thiết bị mặt trước.
Hình 4-6: Hình ảnh thực tế mặt trước.

46
4.3.2 Mặt bên
❖ Mặt bên bao gồm
o Hộp điều khiển chứa bộ điều khiển cho toàn hệ thống.
o Hệ thống mái che.
o Cảm biến ánh.
o Cảm biến nhiệt độ & độ ẩm.
o Cảm biến.
o Bóng đèn.
o Bơm phun sương
o Bơm tưới.
Hình 4-7: Sơ đồ bố trí thiết bị mặt bên.

47
Hình 4-8: Hình ảnh thực tế mặt bên.
4.3.3 Mặt trên
❖ Mặt trên bao gồm
o Hộp điều khiển.
o Vị trí đặt vòi phun sương.
o Vị trí đặt đường ống tưới.
Hình 4-9: Sơ đồ bố trí thiết bị mặt trên.

48
Hình 4-10: Hình ảnh thực tế mặt bên.

49
4.4 LƯU ĐỒ GIẢI THUẬT
➢ Lưu đồ chương trình code điều khiển
Hình 4-11: Lưu đồ chương trình code điều khiển.

50
➢ Giải thích lưu đồ chương trình code điều khiển
Chương trình bắt đầu vào khởi động module wifi ESP 8266 V1, LCD, khởi tạo
các biến. Nếu chưa kết nối thì chương trình sẽ dừng đợi đến khi nào có kết nối. Vòng lặp
chương trình được thực hiện. Mặc định chương trình sẽ vào chế độ tự động
(AUTO,Mode =1). Nếu muốn chuyển sang chế độ tay (Mode =0) thì cho phép điều khiển
trực tiếp bằng tay. Đồng thời gửi các thông số cảm biến đo lên web.
➢ Lưu đồ chế độ tự động
Hình 4-12: Lưu đồ chế độ tự động

51
➢ Giải thích lưu đồ chế độ tự động
Chế độ AUTO hoạt động như sau: Nhiệt độ cảm biến đo được sẽ so sánh với giá
trị cài đặt trước đón nếu lớn hơn nhiệt độ đặt thì đóng mái che và phun sương, nếu nằm
trong khoảng đặt thì mở mái che và tắt phun sương, nếu nhỏ hơn khoảng đặt thì mở mái
che. Trời có mưa thì đóng mái che, nếu thời gian là 9 giờ hoặt 15 giờ thì tưới nước tự
động. Buổi tối từ 17 giờ đến 6 giờ sáng hôm sau sẽ tự động bật đèn. Nếu cảm biến ánh
sáng đo được nhỏ hơn 15% thì bật đèn, nếu lớn hơn 70% thì tắt đèn.
➢ Lưu đồ chế độ điều khiển
Hình 4-13: Lưu đồ chế độ điều khiển

52
➢ Giải thích lưu đồ chế độ điều khiển
Chế độ điều khiển hoạt động như sau: Kiểm tra có nhấn bơm tưới hay không, nếu
đúng thì bật bơm tưới nếu sai thì kiểm tra có nhấn phun sương nếu đúng thì bật phun
sương nếu sai thì kiểm tra có nhấn mái che nếu đúng thì bật mái che nếu sai thì kiểm tra
xem có nhấn đèn hay không, nếu đúng thì bật đèn nếu sai thì quay lại từ đầu.
➢ Lưu đồ truyền nhận dữ liệu lên Firebase
Hình 4-14: Lưu đồ truyền nhận dữ liệu lên Firebase.
➢ Giải thích lưu đồ truyền nhận dữ liệu lên firebase
Khởi động ESP 8266 thiết lập kết nối. Khi dữ liệu từ hệ thống thay đổi, ESP 8266
sẽ cập nhật lên Firebase, khi dữ liệu từ Firebase thay đổi sẽ được gửi đến ESP 8266 để
hiển thị các thông số lên LCD và gửi đến APP để cập nhật các thông số.

53
➢ Lưu đồ điều khiển trên app
Hình 4-15: Lưu đồ điều khiển trên App
➢ Giải thích lưu đồ điều khiển trên app
Sau khi khởi động App, nếu nhấn nút Manual thì sẽ gửi chuỗi ký tự “Manual” lên
Firebase. Từ Firebase sẽ được gửi đến Arduino để thực hiện lện điều khiển. Tương tự
với các nút nhấn: Auto – bật đèn – tắt đèn – bật tưới – tắt tưới – bật phun sương – tắt
phun sương – mở mái che – đóng mái che – reset. Khi nhấn nút Voice Control, hệ thống
sẽ ghi âm chuỗi lệnh sau đó sẽ gửi lên Firebase.

54
4.5 GIỚI THIỆU VỀ PHẦN MỀM LẬP TRÌNH
a. Giới thiệu về Arduino IDE.
Môi trường phát triển tích hợp Arduino IDE là một ứng dụng đa nền tảng được
viết bằng Java, và được dẫn xuất từ IDE cho ngôn ngữ lập trình xử lý và các dự án lắp
ráp. Do có tính chất mã nguồn mở nên môi trường lập trình này hoàn toàn miễn phí và
có thể mở rộng thêm bởi người dùng có kinh nghiệm.
Người sử dụng chỉ cần định nghĩa hai hàm để thực hiện một chương trình hoạt
động theo chu trình:
setup(): hàm chạy một lần duy nhất vào lúc bắt đầu của một chương trình dùng để
khởi tạo các thiết lập.
loop(): hàm được gọi lặp lại liên tục cho đến khi bo mạch được tắt.
Chu trình đó có thể mô tả trong hình dưới đây:
Hình 4-16: Quy trình làm việc của arduino
Arduino IDE hình 4-16 là nơi để soạn thảo code, kiểm ra lỗi và upload code.
Hình 4-17: Giao diện lập trình arduino.
Bật nguồn
Hàm Setup() Hàm Loop()
Nhấn Reset

55
➢ Arduino IDE Menu:
Hình 4-18: Giao diện menu arduino IDE
Filemenu:
Hình 4-19: Giao diện file menu arduino IDE.
Trong file menu cần quan tâm tới mục Examples, đây là nơi chứa các chương trình
mẫu đơn giản như: cách sử dụng các chân digital, analog, sensor,…
Hình 4-20: Giao diện Examples menu

56
➢ Arduino IDE Sketch menu:
• Verify/ Compile: chức năng kiểm tra lỗi code.
• Show Sketch Folder: hiển thị nơi code được lưu.
• Add File: thêm vào một Tap code mới.
• Import Library: thêm thư viện từ bên ngoài cho IDE.
Hình 4-21: Giao diện Sketch Menu Arduino IDE
Hình 4-22: Giao diện edit menu arduino IDE

57
Tool menu:
Hình 4-23: Giao diện Tool Menu Arduino IDE
Trong Tool menu ta quan tâm các mục Board và Serial Port. Trong mục Board,
cần phải lựa chọn board mạch cho phù hợp với loại board sử dụng. Nếu sử dụng loại
board khác thì phải chọn đúng loại board mà mình đang có, nếu sai thì khi Upload
chương trình vào chip sẽ bị lỗi. Nếu là Arduino UNO thì phải chọn như hình 4-20.
Hình 4-24: Board Arduino sử dụng

58
Serial Port: đây là nơi lựa chọn cổng Com của Arduino. Khi chúng ta cài đặt driver
thì máy tính sẽ hiện thông báo tên cổng Com của Arduino là bao nhiêu, ta chỉ việc vào
Serial Port chọn đúng cổng Com để nạp code, nếu chọn sai thì không thể nạp code cho
Arduino được.
Arduino Toolbar có một số button và chức năng của chúng như sau:
Hình 4-25: Arduino Toolbar
• Verify (1): kiểm tra code có lỗi hay không.
• Upload (2): nạp code đang soạn thảo vào Arduino.
• New, Open, Save (3): Tạo mới, mở và lưu sketch.
▪ Serial Monitor (4): Đây là màn hình hiển thị dữ liệu từ Arduino gửi lên máy tính.
Hình 4-26: Chương trình nạp thành công.
b. Giới thiệu App Inventor
MIT App Inventor dành cho Android là một ứng dụng web nguồn mở ban đầu
được cung cấp bởi Google và hiện tại được duy trì bởi Viện Công nghệ Massachusetts
(MIT). Nền tảng cho phép nhà lập trình tạo ra các ứng dụng phần mềm cho hệ điều hành
Android (OS). Bằng cách sử dụng giao diện đồ họa, nền tảng cho phép người dùng kéo
và thả các khối mã (blocks) để tạo ra các ứng dụng có thể chạy trên thiết bị Android.
Đến thời điểm hiện tại 07/2017, phiên bản iOS của nền tảng này đã bắt đầu được đưa
vào thử nghiệm bởi Thunkable, là một trong các nhà cung cấp ứng dụng web cho ngôn
ngữ này.

59
Mục tiêu cốt lõi của MIT App Inventor là giúp đỡ những người chưa có kiến thức
về ngôn ngữ lập trình từ trước có thể tạo ra những ứng dụng có ích trên hệ điều hành
Android. Phiên bản mới nhất là MIT App Inventor 2.
Ngày nay, MIT đã hoàn thiện App Inventor và nó được chia sẻ ngay trên tài khoản
Google. Các lập trình viên mới bắt đầu hoặc bất kỳ ai muốn tạo ra ứng dụng Android
chỉ cần vào địa chỉ web của MIT, nhập thông tin tài khoản Google, và từ những mảnh
ghép nhỏ, xây dựng những ý tưởng của mình. Bạn là người mới bắt đầu hoặc chưa biết
gì hết về App Inventor? MIT có sẵn một loạt các hướng dẫn cụ thể cho bạn làm quen
với chương trình.
Hình 4-27: Giao diện phần mềm Inventor.

60
❖ Thiết kế giao diện
Hình 4- 28: Giao diện thiết kế.
Giao diện của thể chia ra thành 4 thành phần chính:
• 1: Palette: Chứa các đối tượng để thiết kế ứng dụng
• 2: Properties: Chứa các thuộc tính của đối tượng đang được chọn.
• 3: Screen Viewer: Nơi cho phép thiết kế screen cho ứng dụng của mình
bằng cách kéo thả các đối tượng vào.
• 4: Components: Nơi bạn quản lý screen và chế độ thiết kế / khối lệnh.
➢ Chế độ làm việc
Hình 4- 29: Chọn chế độ làm việc.
Chế độ làm việc có hai chế độ:
• Designer: Dành cho nhà thiết kế

61
• Blocks: Dạng khối lệnh Chế độ Blocks có dạng:
Hình 4- 30: Khối lệnh Block.
Khối lệnh Code blocks trong App inventor
Hình 4- 31: Code Blocks.
Chế độ làm việc Code blocks cho phép bạn tạo ra các lệnh thực thi và xử lý cho
ứng dụng của mình.

62
➢ Vùng làm việc:
Hình 4- 32: Vùng làm việc.
Vùng làm việc của Blocks có thể chia thành 4 phần như sau:
• 1 Blocks: Vùng chứa những khối lệnh đề xuất từ một đối tượng mà bạn đã
chọn từ Blocks, bạn có thể kéo thả những khối lệnh này vào vùng làm việc
thật sự để trở thành lệnh cho ứng dụng thực thi.
• Viewer: Những khối lệnh đã được kéo ra từ những khối lệnh đề xuất. Ứng
dụng sẽ thực thi những khối lệnh này.
• 3: Backpack: Giúp bạn sao chép và dán các khối lệnh đến màn hình khác
hoặc project khác.
• 4: Thùng rác: Để xóa những khối lệnh, bạn chỉ cần kéo thả chúng vào thùng
rác này.

63
Hình 4- 33: Danh sách lệnh.
• Control là nhóm lệnh liên quan đến các câu lệnh điều kiện, điều khiển, vòng
lặp,...
• Logic là những nhóm giá trị liên quan đến logic như true, false, phủ định,
các phép so sánh, ...
• Math là nhóm lệnh, giá trị liên quan đến tính toán, con số, ...
• Text là nhóm lệnh những câu lệnh xử lý và làm việc với chuổi, xâu ký tự,
• Lists là nhóm lệnh làm việc với danh sách
• Colors là nhóm lệnh làm việc với màu sắc
• Variables là nhóm giúp bạn tạo, khai thác và xử lý các biến (toàn cục hoặc
địa phương)
• Procedure giúp bạn xây dựng chương trình con, thủ tục, ...

64
c. Tiến hành thiết kế giao diện
• Truy cập vào địa chỉ http://ai2.appinventor.mit.edu/ sau đó tiến hành đăng
nhập tài khoản.
• Chọn Start new project để tiến hành tạo một giao diện app điều khiển.
Hình 4- 34: Tạo giao diện mới
• Chọn User Interface để kéo thả các nút Button, Image, Label. Vùng
Properties để chỉnh kích thước, màu sắc, phông chữ …
Hình 4- 35: Kéo thả các khối lệnh

65
✓ Chọn vào mục Media để tìm SpeedRecohnizer điều khiển bằng giọng nói.
Hình 4- 36: Tạo nút điều khiển bằng giọng nói
✓ Chọn vào mục Experimental để tìm FirebaseDB kết nối với Firebase
Hình 4- 37: Chọn Firebase để kết nối

66
✓ Tiến hành cân chỉnh và sắp xếp
Hình 4- 38: Cân chỉnh và sắp xếp
✓ Viết khối lệnh code block cho 2 nút nhấn Auto – Manual. Khi nhấn Button1 (
Auto) thì sẽ gọi hàm FirebaseDB1. Sau đó sẽ thực hiện tạo 1 tag “dk” và gửi
chuỗi giá trị “tự động” lên Firebase. Khi có chuỗi mới, ESP8266 sẽ gửi giá trị
của chuỗi này về cho Arduino để thực hiện lệnh. Tương tự với nút nhấn Manual
và các nút nhấn còn lại.
Hình 4- 39: Khối lệnh nút Auto và Manual

67
Hình 4- 40: Khối lệnh các nút nhấn khác
✓ Khi nhấn button11 ( điều khiển bằng giọng nói) thì sẽ gọi hàm SpeedRecognizer1
để ghi âm giọng nói và hiển thị vào Label9. Sau khi lệnh điều khiển bằng giọng
nói kết thúc thì sẽ gọi hàm Firebase1 để gửi giá trị chuỗi này lên Firebase.
Hình 4- 41: Khối lệnh nút điều khiển bằng giọng nói
✓ Hiển thị các trạng thái môi trường và trạng thái các thiết bị lên App. Khi có giá
trị thay đổi, nếu là nhiệt độ sẽ hiện thị giá trị nhiệt độ lên label (nd) để ập nhật
giá trị. Tương tự với các thông số còn lại.

68
Hình 4- 42: Khối lệnh cập nhật các thông số môi trường

69
Hình 4- 43: Khối lệnh điều khiển các thiết bị

70
Hình 4- 44: Giao diện sau khi thiết kế.

CHƯƠNG 5. KẾT QUẢ - NHẬN XÉT – ĐÁNH GIÁ
71
CHƯƠNG 5: KẾT QUẢ - NHẬN XÉT - ĐÁNH GIÁ
5.1 KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC
Qua quá trình nghiên cứu và thực hiện đề tài, nhóm chúng em nhận thấy được đề
tài có khả năng ứng dụng vào thực tiễn cao, có thể giám sát trực tiếp trên Web Sever và
có thể điều hệ thống trực tiếp trên web mà không cần phải đến trang trại, đáp ứng được
nhu cầu xã hội hiện đại ngày nay và đi đúng với xu hướng của thời đại. Đồng thời đề tài
này cũng là một nguồn tài liệu có giá trị cho các bạn sinh viên những khóa tiếp theo có
thể tham khảo khi nghiên cứu những đề tài có liên quan cũng như là phát triển thêm đề
tài từ nền tảng có sẳn mà nhóm đã nghiên cứu. Bên cạnh đó, nhóm chúng em cũng bổ
sung cho mình những kiến thức hay và bổ ích như:
• Hiểu biết sâu hơn về sử dụng và các tính năng của Arduino như giao tiếp giữa
Arduino với các module, cảm biến như: cảm biến nhiệt độ DHT11, cảm biến độ
ẩm đất, cảm biến mưa, cảm biến cường độ ánh sáng, các module relay, module
điều khiển động cơ L298, các loại động cơ như động cơ bước, động cơ bơm
nước.
• Nghiên cứu và biết cách kết nối giữa Arduino với các cảm biến.
• Hiểu được cấu tạo, chức năng, chuẩn kết nối, giao tiếp của module ESP8266
Node MCU để qua đó hiểu được hơn về lĩnh vực IoTs đang rất có tiềm năng
phát triển.
• Biết cách tạo cơ sở dữ liệu và gửi dữ liệu lên Webserver.
• Có thể sử dụng thành thạo phần mềm Arduino và Altium.
• Biết cách tạo App điều khiển để kết nối điện thoại thông minh điều khiển nhiều
hệ thống.
➢ Sau thời gian nghiên cứu, thi công đồ án tốt nghiệp với đề tài “THI CÔNG MÔ HÌNH
HỆ THỐNG TRỒNG HOA LAN” nhóm đã được được kết quả sau:
o Thi công được mô hình hệ thống trồng hoa Lan, có thể thu thập được nhiệt
độ và độ ẩm, ánh sáng, độ ẩm đất từ môi trường. Nhận biết được thời tiết có
mưa hoặc không mưa.

Đề tài: Thi công mô hình hệ thống trồng hoa lan, HAY

Đề tài: Thi công mô hình hệ thống trồng hoa lan, HAY

Recommended

Recommended

More Related Content

What's hot

What's hot (20)

Similar to Đề tài: Thi công mô hình hệ thống trồng hoa lan, HAY

Similar to Đề tài: Thi công mô hình hệ thống trồng hoa lan, HAY (20)

More from Dịch Vụ Viết Bài Trọn Gói ZALO 0917193864

More from Dịch Vụ Viết Bài Trọn Gói ZALO 0917193864 (20)

Recently uploaded

Recently uploaded (20)

Đề tài: Thi công mô hình hệ thống trồng hoa lan, HAY