THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN THÔNG MINH CHO TRANG TRẠI.doc

DỊCH VỤ VIẾT THUÊ ĐỀ TÀI TRỌN GÓI ZALO / TEL: 0909.232.620
TẢI TÀI LIỆU – KẾT BẠN ZALO: 0909.232.620
i
HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG
KHOA KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ I
----- -----
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
ĐỀ TÀI
THIẾT KẾ HỆ THỐNG THÔNG MINH TRONG TRANG TRẠI NUÔI
Giảng viên hướng dẫn: T.S Nguyễn Quốc Uy
Sinh viên thực hiện: Đoàn Đắc Minh
Lớp: D12DTMT
Khóa: 2012 - 2017
Hệ đào tạo: Đại học chính quy
Hà Nội, 2016

ii
LỜI CẢM ƠN
Sau hơn 4 năm học tập và 1 tháng thực tập em đã có điều kiện tiếp cận với thực
tế, kết hợp với những kiến thức đã học ở trường Học viện Công Nghệ Bưu Chính Viễn
Thông đã giúp cho em củng cố thêm kiến thức của mình.
Trong thời gian học tại Học viện Công Nghệ Bưu Chính Viễn thông, em vô
cùng cảm ơn sự quan tâm giúp đỡ của Ban lãnh đạo, các thầy , cô trong khoa kĩ thuật
điện tử I , anh chị các khóa trên, đặc biệt là thầy: Nguyễn Quốc Uy đã nhiệt tình chỉ
dẫn và giải đáp những thắc mắc của em trong thời gian thực làm đồ án này. Ngoài ra,
em cũng nhận được sự giúp đỡ không hề nhỏ từ nhóm người bạn đã cùng đồng hành
với em để em có thể hoàn thành tốt mọi công việc học tập của mình trong suốt 4 năm
và thời gian làm đồ án.
Sự giúp đỡ, giảng dạy nhiệt tình của thầy cô, cô chú và anh chị là hành trang
quý báu cho em sau này.
Em xin kính chúc quý thầy cô, các cô chú cùng các anh chị nhiều sức khỏe và
thành công trong cuộc sống.

iii
MỤC LỤC
Lời mở đầu......................................................................................................... 1
Chương 1: Dẫn nhập và cơ sở lý luận................................................................ 2
1. Dẫn nhập......................................................................................... 2
1.1 Tổng quan về tình hình nghiên cứu.......................................... 2
1.2 Hướng giải quyết vấn đề .......................................................... 2
1.3 Giới hạn của đề tài.................................................................... 3
1.4 Y nghĩa thực tiễn ...................................................................... 3
1.5 Đối tượng nghiên cứu.............................................................. 3
1.6 Dàn ý, phương tiện và phương án thực hiện ............................ 4
1.7 Lập kế hoạch nghiên cứu.......................................................... 5
1.8 Nội dung đề tài ......................................................................... 5
Chương 2: Tổng quát về trang trại thông minh....................................................... 6
2.1 Khái niệm về hệ thống trang trại thông minh.......................... 6
2.2 Các chỉ tiêu về trang trại thông minh ....................................... 6
2.3 Các thành phần của một hệ thống trang trại thông minh.......... 7
2.4 Nguyên lý hoạt động ................................................................ 7
Chương 3: Các linh kiện sử dụng............................................................................ 9
3.1 Kít Arduino ........................................................................................ 9
3.1.1 Giới thiệu chung về Arduino................................................. 9
3.1.2 Giới thiệu về board Arduino Uno R3.................................... 10
3.1.3 Module cảm biến mưa ........................................................... 14
3.1.4 Cảm biến lửa.......................................................................... 15
3.1.5 Module cảm biến ánh sáng.................................................... 16
3.1.6 Cảm biến nhiệt độ ds18b20 ................................................... 16
3.2 Module GSM/GPRS Sim 900A ......................................................... 17

iv
3.2. 1 Tổng quát về hệ thống thông tin di động GSM.................... 17
3.2.2 Tổng quan về tin nhắn SMS.................................................. 19
3.2.3 Giới thiệu về Module Sim 900A ........................................... 20
3.3 Khối cảnh báo..................................................................................... 23
3.4 Module relay ...................................................................................... 24
3.5 Các thiết bị ngoài................................................................................ 25
3.5.1 Máy bơm mini ....................................................................... 25
3.5.2 Quạt tản nhiệt ........................................................................ 25
3.6 Các linh kiện khác.............................................................................. 26
Chương 4: Thiết kế phần mềm mô hình và sơ đồ thuật toán .................................. 28
4.1 Thiết kế phần mềm............................................................................. 28
4.1.1 Phần mềm Arduino 1.6.9....................................................... 28
4.2 Sơ đồ thuật toán.................................................................................. 29
4.3 Chức năng các khối............................................................................ 31
4.3.1 Khối nguồn ............................................................................ 32
4.3.2 Khối cảm biến nhiệt độ ds18b20........................................... 33
4.3.3 Khối báo động ....................................................................... 33
4.3.4 Khối hệ thống uống nước ...................................................... 34
4.3.5 Khối cảm biến lửa, báo cháy ................................................. 34
4.3.6 Khối cảm biến ánh sáng ........................................................ 35
4.3.7 Khối xử lý.............................................................................. 36
Chương 5: Kết luận và kiến nghị............................................................................. 37
5.1 Kết luận .............................................................................................. 37
5.2 Kiến nghị............................................................................................ 37
Tài liệu tham khảo.................................................................................... 38
Phụ lục...................................................................................................... 39

v
THUẬT NGỮ VÀ CHỮ VIẾT TẮT
GSM: Global system for mobile Mạng thông tin di động toàn cầu
SMS: Short message service Dịch vụ tin nhắn ngắn
SMSC: Short message service center Trung tâm tin nhắn
SIM: Subcriber Identity Modules Module nhận dạng tin nhắn
GPRS: General packet radio service Dịch vụ gói vô tuyến chung
CPU: Central processing unit Khối xử lí trung tâm
CDMA: Code division multiple access Đa truy nhập phân chia theo mã
TDMA: time division multiple access Đa truy nhập phân chia theo thời gian
BTS: Base Transceiver Station Trạm thu phát gốc
BSC: Base station subsystem Bộ điều khiển trạm gốc

vi
DANH MỤC HÌNH
Hình ảnh Tên hình ảnh Trang số
2.1 Sơ đồ hệ thống trang trại thông minh 8
3.1 Kít arduino 9
3.2 Board Arduino Uno R3 10
3.3 Chip Atmega 328 11
3.4 Các chân trên board mạch Arduino Uno R3 12
3.5 Hình ảnh thực tế cảm biến mưa 14
3.6 Cấu tạo cảm biến mưa 14
3.7 Cảm biến nhiệt độ ds18b20 16
3.8 Cấu trúc mạng GSM 18
3.9 Sơ đồ cấu trúc thành phần GSM 18
3.10 Sim 900A 21
3.11 Module Sim 900A 21
3.12 Sơ đồ chân Sim 900A 22
3.13 Khối cảnh báo 24
3.14 Relay 24
3.15 Máy bơm mini 25
3.16 Quản tản nhiệt 26
3.17 Led đơn 26
3.18 Động cơ Servo 26
4.1 Phần mềm lập trình Arduino 28

vii
4.2 Sơ đồ thuật toán báo cháy 29
4.3 Sơ đồ hệ thống cho ăn 29
4.4 Sơ đồ hệ thống ánh sáng 30
4.5 Sơ đồ hệ thống làm mát 30
4.6 Sơ đồ uống nước tự động 31
4.7 Sơ đồ thiết bị trong trang trại 31
4.8 Nguồn máy tính 32
4.9 Các chân của bộ nguồn 32
4.10 Sơ đồ kết nối cảm biến ds18b20 33
4.11 Khối báo động 33
4.12 Sơ đồ kết nối cảm biến mưa 34
4.13 Sơ đồ kết nối cảm biến lửa 35
4.14 Sơ đồ kết nối cảm biến ánh sáng 35
DANH MỤC BẢNG
Bảng Tên bảng Trang
1 Chỉ tiêu về nhiệt độ 7
2 Thông số kít Arduino Uno R3 12

i

1
LỜI MỞ ĐẦU
Trong những năm gần đây, việc mở trang trại chăn nuôi của các hộ gia đình
ngày càng tăng lên, với quy mô nhỏ và vừa. Việc mở trang trại rất là tốt, nhưng lại tốn
rất nhiều thời gian và công sức của con người vào trang trại ấy. Để giảm thiểu thời
gian và sức lực con người vào trang trại thì công nghệ đã vào cuộc, hiện tại các trang
trại đã được lắp các hệ thống điều khiển thông minh. Theo xu hướng phát triển đó, em
quyết định lựa chọn thực hiện nghiên cứu đề tài: “THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU
KHIỂN THÔNG MINH CHO TRANG TRẠI”.
Ngoài việc hoàn thành đồ án tốt nghiệp với những công việc trên đây thì nó còn
có ý nghĩa rất sâu sắc đối với sinh viên thực hiện. Một lần nữa sinh viên được thực
hành những kiến thức học được từ ghế nhà trường sẽ giúp hình thành những sản phẩm
công nghiệp, được sủ dụng, cầm tay lắp những cảm biến mà từ trước chỉ nằm trên
trang giấy. Trong quá trình tiến hành không thể không gặp những khó khăn vấp phải,
do đó kích thích sinh viên tư duy để tìm ra phương án tối ưu và trao đổi thảo luận với
thầy cô và bạn bè.
Tuy nhiên do hạn chế về kinh nghiệm thực tế và thời gian thực hiện nên việc
giải quyết đề tài khong thể tránh khỏi những thiếu sót. Do đó rất mong sự chỉ bảo thêm
của quý thầy cô cũng như đóng góp của các bạn sinh viên.
Với đề tài này em đã sử dụng ứng dụng của điện thoại di động kết hợp với
ModuleSIM 900A sẵn có, cùng với vi điều khiển trên nền mạng GSM để gửi tin nhắn
cảnh báo sự cố cho người dùng,
Hi vọng đề tài này sẽ là cơ sở nghiên cứu cho các bạn có sở thích và niềm đam
mê về điện tử có thể phát triển và mở rộng hơn nữa các chức năng mới.
Xin chân thành cảm ơn

2
CHƯƠNG I: DẪN NHẬP VÀ CƠ SỞ LÝ LUẬN
1. Dẫn nhập
1.1 Tổng quan về tình hình nghiên cứu
Ngày nay, với sự phát triển mạnh mẽ vượt bậc của Khoa học kỹ thuật, vi điều
khiển PIC và AVR ngày càng thông dụng hơn, nhưng có thể nói sự xuất hiện của
Arduino vào năm 2005 tại Italia đã mở ra một hướng đi mới cho vi điều khiển. Sự xuất
hiện của Arduino đã hỗ trợ con người rất nhiều trong việc lập trình và thiết kế, nhất là
đối với những người tìm tòi về vi điều khiển mà không có nhiều kiến thức về lập trình
và điện tử. Phần cứng của thiết bị đã được tích hợp nhiều chức năng cơ bản và là mã
nguồn mở với ngôn ngữ C cùng thư viện phong phú nên Arduino hiện đang dần phổ
biến trên thế giới.
Đặc biệt trong những thập niên gần đây cùng sự phát triển của hệ thống thông
minh, ngành tự động hóa đã phát triển tạo ra bước ngoặt quan trọng trong lĩnh vực
trang trại thông minh phục vụ nhu cầu ngày càng cao của con người trong đời sống.
Tại Việt Nam doanh nhân Nguyễn Trung Hiếu, Giám đốc công ty Lộc Phát đã xây
dựng trang trại thông minh vào năm 2009.
Hãy nghĩ về tất cả những gì lặp đi lặp lại bạn làm mỗi ngày ở trang trại: Bật
đèn, cho ăn, cho uống nước…Thêm vào đó còn bao nhiêu việc bạn phải nhớ làm như
trả tiền điện, thay dầu xe, mua thêm thuốc, đón con đi học về,…Sẽ thật tuyệt vời nếu
có cách nào đó giúp bạn giải quyết tất cả những việc này? Và đó chính là tất cả mục
đích của Trang trại thông minh.
Xuất phát từ những thực tiễn nói trên, em quyết định thực hiện đề tài nghiên
cứu khoa học: “Trang trại thông minh”.
1.2 Hướng giải quyết vấn đề
Có nhiều hướng thiết kế bộ xử lý trung tâm để điều khiển trang trại gồm có:
 Dùng các IC rời
 Dùng PIC
 Dùng Arduino
 Dùng PLC
 Dùng ARM

3
Ở đây, em đã chọn hướng giải quyết đề tài là sử dụng Arduino vì phù hợp với
những tiêu chí của em như là muốn tìm hiểu nghiên cứu tìm hiểu về Arduino hoặc
quan trọng là Arduino có khả năng kết nối được với các Module Sim 900A, Arduino
với giá thành vừa phải không quấ tầm tay như PLC hay ARM, cũng như không phải
thiết kế thêm mạch chuyển đổi RS232 để giao tiếp với máy tính như EPROM. Và vì
đề tài chỉ được lắp đặt trên mô hình với kích thước nhỏ nên dùng Arduino là hợp lý
nhất.
1.3 Giới hạn của đề tài
Trong phạm vi cho phép, em chỉ thi công trang trại thông minh trên mô hình .
Trong thời gian thực hiện đề tài là có hạn, với lượng kiến thức được truyền đạt trong
suốt khóa học và khả năng có hạn, em thực hiện đề tài chỉ giải quyết những vẫn đề
sau:
 Thiết kế hệ thống báo cháy qua module sim900
 Thiết kế hệ thống cho ăn,uống nước
 Thiết kế hệ thống làm mát, sưởi
 Thiết kế hệ thống đèn, thoát nước
1.4 Ý nghĩa thực tiến
Thiết kế mạch điều khiển thiết bị - báo động từ xa qua điện thoại di động giúp
người nghiên cứu có cái nhìn trực quan hơn với những kiến thức đã tiếp nhận, từ đó
nâng cao thêm hiệu quả nghiên cứu. Mạch điều khiển thiết bị - báo động từ xa qua
điện thoại được thiết kế từ vi điều khiển cùng với một số IC khác nên giá thành tương
đối thấp, giúp tiết kiệm được chi phí. Hệ thống có thể được ứng dụng tại, trang trại,
nhà riêng, cơ quan xí nghiệp trường học và đặc biệt tại những nơi nguy hiểm…giúp
chúng ta có thể điều khiển các thiết bị theo ý muốn, đồng thời mạch còn có chức năng
báo động từ xa qua điện thoại giúp người điều khiển kiểm soát được thiết bị và đề
phòng cháy, trộm xảy ra
1.5 Đối tượng nghiên cứu
Đề tài hướng tới một phương thức điều khiển tự động có sự kết hợp của nhiều
lĩnh vực liên quan như: tổng đài điện thoại, vi mạch điện tử… Do đó, để tạo ra được

4
một sản phẩm hoàn thiện theo mục đích đặt ra của đề tài thì người thực hiện cần phải
tập trung nghiên cứu chủ yếu đến đối tượng: Vi mạch điện tử là một đối tượng giữ vai
trò trung tâm trong việc liên kết và xử lý tín hiệu từ các đối tượng khác.Trong đề tài có
board mạch chính là Arduino, board mạch này được thiết kế và thi công từ các linh
kiện điện tử đã có sẵn ngoài thị trường như: điện trở, tụ điện, IC số,…v…v… với sự
điều khiển trung tâm là vi điều khiển. Board này nhận tín hiệu từ cảm biến sẽ điều
khiển nhiệm vụ được lập trình từ trước đó. Đối với hệ thống báo cháy thông qua cuộc
gọi khi nhận được tín hiệu từ cảm biến board sẽ tự động gọi cho chủ và hệ thống chữa
cháy sẽ được kích hoạt.
Tổng đài điện thoại giữ vai trò quyết định đường truyền tín hiệu, mọi tín hiệu sẽ
được truyền trên đường dây điện thoại theo phương thức quy ước của tổng đài và sự
cho phép của tổng đài.
1.6 Dàn ý, phương tiện và phương án thực hiện:
1.6.1 Dàn ý :
Từ những lập luận trên, nhóm thực hiện tiến hành xây dựng đồ án với những
nội dung dàn ý như sau:
Phần viết báo cáo gồm các nội dung chính:
 Mô hình, sơ đồ khối và phương án thiết kế.
 Lý thuyết thiết kế.
 Thiết kế phần cứng.
 Thiết kế phần mềm.
 Tóm tắt – Kết luận – Đề nghị và hướng phát triển đề tài.
1.6.2 Phương tiện và phương án thực hiện:
Nhóm thực hiện xây dựng phương án tiến hành công việc dựa trên những
phương tiện vật chất sẵn có (máy vi tính, các dụng cụ làm mạch điện) như sau:
 Giai đoạn 1:
Tìm hiểu về các hệ thống cho ăn, báo cháy, cho ăn,… đưa ra mô hình dự kiến
về thiết bị điều khiển và giám sát trang trại thông minh qua mạng điện thoại, từ đó lựa
chọn ra kiểu mẫu phù hợp nhất với khả năng để thực hiện. Sau đó, trình lên giáo viên
hướng dẫn duyệt.

5
 Giai đoạn 2:
Sau khi đưa ra được mô hình dự kiến, được giáo viên hướng dẫn đồng ý, nhóm
tiến hành thực hiện từng phần của mô hình đó là :
1. Thiết kế, thi công mạch điện.
2. Viết chương trình và cho chạy thử nghiệm.
 Giai đoạn 3:
Thử nghiệm lại chương trình và viết báo cáo.
 Giai đoạn 4:
Kiểm tra lại toàn bộ những gì đã làm được và báo cáo với thầy hướng dẫn về
những kết quả của đề tài.
1.7 Lập kế hoạch nghiên cứu
Ngày nhận đề tài:
Ngày nộp đề tài:
Để hoàn thành đề tài đúng tiến độ, người thực hiện đề tài định sẵn kế hoạch
thực hiện theo từng giai đoạn trong toàn quỹ thời gian như sau:
 Tham khảo tài liệu: từ
 Thi công phần mềm: từ
 Thi công phần cứng: từ
 Chạy thử nghiêm và khắc phục sai xót: từ
 Làm báo cáo lý thuyết: từ
1.8 Nội dung đề tài
Chương 1: Dẫn nhập và cơ sở lý luận
 Chương này trình bày về kế hoạch và ý tưởng thực hiện
Chương 2: Tổng quan về trang trại thông minh
 Chương này ta tìm hiểu về các chỉ tiêu và hoạt động trong trang trại.
Chương 3: Các linh kiện sử dụng
 Chương này giới thiệu các linh kiện sử dụng trong đề tài
Chương 4: Thiết kế phần mềm mô hình và sơ đồ thuật toán
 Chương này trình bày các thiết kế chi tiết, nguyên lý hoạt động của mạch điện,
cũng như kết quả thu được.

6
Chương 5: Kết luận và kiến nghị
 Chương này nêu ra những ưu điểm và khuyết điểm của đề tài, khẳng định
nhưngc đóng góp của đề tài vào thực tiễn. Đồng thời cũng đưa ra các đề nghị
hướng phát triển của đề tài.
CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ TRANG TRẠI THÔNG MINH
2.1 Khái niệm về hệ thống trang trại thông minh
Trang trại thông minh là trang trại có các điều kiện kỹ thuật đảm bảo cuộc sống
tốt nhất của động vật, được tự động bảo đảm các chỉ tiêu kỹ thuật theo mong muốn của
người sử dụng. Trang trại thông minh khác với trang trại bình thường ở chỗ nó là một
quá trình tích hợp của các hệ thống như hệ thống điều khiển và giám sát môi trường :
hệ thống điều khiển đảm bảo nhiệt độ, hệ thống đảm bảo ánh sáng, ... mạch đóng ngắt,
giám sát cảnh báo cháy... thành một hệ thống mạng thống nhất.
Nhiệm vụ của trang trại thông minh:
 Tự động cho ăn và uống nước
 Bật đèn khi khi môi trường không đủ ánh sáng.
 Tự động phát hiện ra cháy một cách nhanh chóng, chính xác và kịp thời trong
vùng hệ thống đang bảo vệ, tự động phát ra các tín hiệu báo động, chỉ thị và các
tín hiệu điều khiển các thiết bị ngoại vi của hệ thống báo cháy tự động nhằm
thực hiện một nhiệm vụ cụ thể như nhắn tin hoặc gọi điện thoại cho chủ nhà.
2.2 Các chỉ tiêu về trang trại thông minh
a) Chỉ tiêu về ánh sáng
Đảm bảo ánh sáng theo yêu cầu sử dụng như chất lượng ánh sáng và tiết kiệm
điện, ánh sáng tại mỗi nơi đều như nhau, không để chỗ quá sáng chỗ quá tối. Ánh sáng
có thể được tắt mở thông qua hệ thống tự động điều khiển hoặc điều khiển từ xa.
Ngoài ra thiết bị ánh sáng cần được kết nối với một số thiết bị trong trang trại như :báo
cháy. ,….
b) Chỉ tiêu về thông gió
Đảm bảo lượng gió vừa đủ , tốc độ gió phù hợp với yêu cầu chung. Ngoài ra
lượng gió và tốc độ gió có thể được thay đổi tùy theo yêu cầu của người sử dụng đối

7
với trang trại của mình. Hệ thống tự động nhận biết nhiệt độ trang trại điều chỉnh phù
hợp với khí hậu từng môi trường.
c) Chỉ tiêu về nhiệt độ
Ngày tuổi Nhiệt độ trong quây
hoặc lồng úm (°C)
Nhiệt đô trong
chuồng (°C)
Độ ẩm tương đối
(%)
1-3 31-32 28-30 60-70
4-7 30-31 27-29 60-70
8-14 29-30 26-28 60-70
15-21 26-28 24-26 60-70
22-28 24-26 22-24 60-70
>28 23-24 20-22 60-70
Bảng 1: Chỉ tiêu về nhiệt độ
d) Chỉ tiêu về an toàn
Cần đảm bảo việc phát hiện và cảnh báo khi có sự cố cháy xảy ra, như phát qua
còi báo động, đèn cảnh báo, tự động liên hệ với chủ. Cần đảm bảo an toàn về độ bền,
tùy theo từng vùng mà cảnh báo về độ bền của trang trại khi có bão hoặc gặp hỏa hạn.
2.3 Các thành phần của một hệ thống trang trại thông minh
Một hệ thống trang trại thông minh tiêu biểu sẽ có 3 thành phần như sau:
 Bộ xử lý trung tâm
Được thiết kế dạng tủ, bao gồm các thiết bị chính : một board Arduino, các mạch xử
lý, một bộ nguồn chính và một bộ nguồn dự phòng.
 Thiết bị đầu vào
- Đầu báo: báo nhiệt,báo mưa.
- Cảm biến siêu âm, cảm biến ánh sáng, cảm biến lửa
 Thiết bị đầu ra
- Còi báo động.
- Đèn LED chiếu sáng
- Bộ quay số điện thoại tự động module sim 900a
2.4 Nguyên lý hoạt động
2..4.1. Sơ đồ nguyên lý hệ thống

8
Hình 2.1: Sơ đồ thệ thống trang trại thông minh
Nguyên lý hoạt động
 Bình thường thì hệ thống hoạt động ở chế độ auto. Các cảm biến nhiệt độ, cảm
biến mưa và cảm biến ánh sáng sẽ báo về bộ xử lý trung tâm để điều khiển các
thiết bị đã được lập trình từ trước.
 Khi xảy ra sự cố (cháy) thì cảm biến sẽ gữi tín hiệu truyền về trung tâm . Tại
trung tâm báo sự cố sẽ diễn ra các hoạt động xử lý tín hiệu truyền về theo
chương trình đã cài đặt để đưa ra tín hiệu thông báo khu vực xảy ra cháy qua
loa trung tâm. Đồng thời các thiết bị ngoại vi tương ứng sẽ kích hoạt để phát tín
hiệu báo động cháy và thực hiện các nhiệm vụ đã đề ra.

9
CHƯƠNG 3: CÁC LINH KIỆN SỬ DỤNG
3.1 Kit arduino Uno
3.1.1 Giới thiệu chung về Arduino
Arduino thật sự đã gây sóng gió trên thị trường cho mảng người dùng tự chế ra
sản phẩm riêng của mình trên thế giới trong vài năm gần đây. Sự phát triển của
Arduino được ví giống sự thành công cùa điện thoại thông minh Apple trong thị
trường thiết bị số. Số lượng người dùng lớn và số lượng các ứng dụng được phát triển
từ Arduino cao đã làm cho ngay cả những người sáng lập ra cũng ngạc nhiên.

10
Hình 3.1: Kít Arduino
Arduino được khởi động vào năm 2005 nhƣưlà một dự án dành cho sinh viên
trại Interaction Design Institute Ivrea (Viện thiết kế tƣơng tác Ivrea) tại Ivrea, Italy.
Những nhà thiết kế của Arduino cố gắng mang đến một phương thức dễ dàng, không
tốn kém cho những người yêu thích, sinh viên và giới chuyên nghiệp để tạo ra những
nhiết bị có khả năng tương tác với môi trường thông qua các cảm biến và các cơ cấu
Chấp hành robot đơn giản, điều khiển nhiệt độ và phát hiện chuyển động. Đi cùng với

11
nó là một môi trường phát triển tích hợp (IDE) chạy trên các máy tính cá nhân thông
thường và cho phép người dùng viết các chương trình cho Aduino bằng ngôn ngữ C
hoặc C++. Vào thời điểm đó các sinh viên sử dụng một "BASIC Stamp" (con tem Cơ
Bản) có giá khoảng $100, xem như giá dành cho sinh viên. Massimo Banzi, một trong
những người sáng lập, giảng dạy tại Ivrea. Cái tên "Arduino" đến từ một quán bar tại
Ivrea, nơi một vài nhà sáng lập của dự án này thường xuyên gặp mặt. Bản thân quán
bar này có được lấy tên là Arduino, Bá tước của Ivrea, và là vua của Italy từ năm 1002
đến 1014
Arduino là một board mạch vi xử lý, nhằm xây dựng các ứng dụng tương tác
với nhau hoặc với môi trường được thuận lợi hơn. Phần cứng bao gồm một board
mạch nguồn mở được thiết kế trên nền tảng vi xử lý AVR Atmel 8bit, hoặc ARM
Atmel 32-bit. Những Model hiện tại được trang bị gồm 1 cổng giao tiếp USB, 6 chân
đầu vào analog, 14 chân I/O kỹ thuật số tương thích với nhiều board mở rộng khác
nhau.
Giá của các board Arduino giao động xung quanh €20, hoặc $27. Các board
Arduino có thể được đặt hàng ở dạng được lắp sẵn hoặc dưới dạng các kit tự-làm-lấy.
Thông tin thiết kế phần cứng được cung cấp công khai để những ai muốn tự làm một
mạch Arduino bằng tay có thể tự mình thực hiện được (mã nguồn mở). Người ta ước
tính khoảng giữa năm 2011 có trên 300 ngàn mạch Arduino chính thức đã đƣợc sản
xuất thương mại, và vào năm 2013 có khoảng 700 ngàn và đến nay mạch khoảng 130
ngàn mạch chính thức đã được đưa tới tay người dùng.
3.1.2 Giới thiệu về board arduino Uno R3
Nhắc tới dòng mạch Arduino dùng để lập trình, cái đầu tiên mà ta thường nói
tới chính là dòng Arduino UNO. Hiện dòng mạch này đã phát triển tới thế hệ thứ 3
(R3).
Hình 3.2: Board mạch Arduino

12
Một vài thông số của Arduino UNO R3
Vi điều khiển ATmega328 (họ 8bit)
Điện áp hoạt động 5V – DC (chỉ được cấp qua cổng USB)
Tần số hoạt động 16 MHz
Dòng tiêu thụ 30mA
Điện áp vào khuyên dùng 7-12V – DC
Điện áp vào giới hạn 6-20V – DC
Số chân Digital I/O 14 (6 chân PWM)
Số chân Analog 6 (độ phân giải 10bit)
Dòng tối đa trên mỗi chân I/O 30 mA
Dòng ra tối đa (5V) 500 mA
Dòng ra tối đa (3.3V) 50 mA
Bộ nhớ flash
32 KB (ATmega328) với 0.5KB dùng bởi
bootloader
SRAM 2 KB (ATmega328)
EEPROM 1 KB (ATmega328)
Vi điều khiển

13
Hình 3.3: Chip Atmega 328
Arduino UNO có thể sử dụng 3 vi điều khiển họ 8bit AVR là ATmega8,
ATmega168, ATmega328. Bộ não này có thể xử lí những tác vụ đơn giản như điều
khiển đèn LED nhấp nháy, xử lí tín hiệu cho xe điều khiển từ xa, làm một trạm đo
nhiệt độ - độ ẩm và hiển thị lên màn hình LCD,…
 Năng lượng
Arduino UNO có thể được cấp nguồn 5V thông qua cổng USB hoặc cấp nguồn
ngoài với điện áp khuyên dùng là 7-12V DC và giới hạn là 6-20V. Thường thì cấp
nguồn bằng pin vuông 9V là hợp lí nhất nếu không có sẵn nguồn từ cổng USB. Nếu
cấp nguồn vượt quá ngưỡng giới hạn trên, sẽ làm hỏng Arduino UNO.
 Các chân năng lượng
- GND (Ground): cực âm của nguồn điện cấp cho Arduino UNO. Khi dùng các thiết
bị sử dụng những nguồn điện riêng biệt thì những chân này phải được nối với nhau.
- 5V: cấp điện áp 5V đầu ra. Dòng tối đa cho phép ở chân này là 500mA.
- 3.3V: cấp điện áp 3.3V đầu ra. Dòng tối đa cho phép ở chân này là 50mA.
- Vin (Voltage Input): để cấp nguồn ngoài cho Arduino UNO, nối cực dương của
nguồn với chân này và cực âm của nguồn với chân GND.
- IOREF: điện áp hoạt động của vi điều khiển trên Arduino UNO có thể được đo ở
chân này. Và dĩ nhiên nó luôn là 5V. Mặc dù vậy không thể lấy nguồn 5V từ chân này
để sử dụng bởi chức năng của nó không phải là cấp nguồn.
- RESET: việc nhấn nút Reset trên board để reset vi điều khiển tương đương với việc
chân RESET được nối với GND qua 1 điện trở 10KΩ.
Hình 3.4: Các chân của Arduino

14
Arduino UNO có 14 chân digital dùng để đọc hoặc xuất tín hiệu. Chúng chỉ có 2
mức điện áp là 0V và 5V với dòng vào/ra tối đa trên mỗi chân là 40mA. Ở mỗi chân
đều có các điện trở pull-up từ được cài đặt ngay trong vi điều khiển ATmega328 (mặc
định thì các điện trở này không được kết nối).
Một số chân digital có các chức năng đặc biệt như sau:
 2 chân Serial: 0 (RX) và 1 (TX): dùng để gửi (transmit – TX) và nhận (receive
– RX) dữ liệu TTL Serial. Arduino Uno có thể giao tiếp với thiết bị khác thông qua 2
chân này. Kết nối bluetooth thường thấy nói nôm na chính là kết nối Serial không dây.
Nếu không cần giao tiếp Serial, không nên sử dụng 2 chân này nếu không cần thiết
 Chân PWM (~): 3, 5, 6, 9, 10, và 11: cho phép bạn xuất ra xung PWM với độ
phân giải 8bit (giá trị từ 0 → 28
-1 tương ứng với 0V → 5V) bằng hàm analogWrite().
Nói một cách đơn giản, có thể điều chỉnh được điện áp ra ở chân này từ mức 0V đến
5V thay vì chỉ cố định ở mức 0V và 5V như những chân khác.
 Chân giao tiếp SPI: 10 (SS), 11 (MOSI), 12 (MISO), 13 (SCK). Ngoài các
chức năng thông thường, 4 chân này còn dùng để truyền phát dữ liệu bằng giao thức
SPI với các thiết bị khác.
 LED 13: trên Arduino UNO có 1 đèn led màu cam (kí hiệu chữ L). Khi bấm
nút Reset, đèn này sẽ nhấp nháy để báo hiệu. Nó được nối với chân số 13. Khi chân
này được người dùng sử dụng, LED sẽ sáng.
 Arduino UNO có 6 chân analog (A0 → A5) cung cấp độ phân giải tín hiệu
10bit (0 → 210
-1) để đọc giá trị điện áp trong khoảng 0V → 5V. Với chân AREF trên
board, có thể để đưa vào điện áp tham chiếu khi sử dụng các chân analog. Tức là nếu
cấp điện áp 2.5V vào chân này thì có thể dùng các chân analog để đo điện áp trong
khoảng từ 0V → 2.5V với độ phân giải vẫn là 10bit.
Đặc biệt, Arduino UNO có 2 chân A4 (SDA) và A5 (SCL) hỗ trợ giao tiếp I2C/TWI
với các thiết bị khác.
3.1.3 Module cảm biến mưa
Cảm biến mưa là cảm biến giúp cảm nhận mưa. Nó gồm 2 khối: khối so sánh
đặt trong nhà và khối cảm biến đặt ngoài trời. Bạn có thể điều chỉnh mức độ phát hiện
bằng biến trở

15
-Điện áp: 5V
- Led báo nguồn ( Màu xanh)
- Led cảnh báo mưa ( Màu đỏ)
- Hoạt động dựa trên nguyên lý: Nước rơi vào board sẽ tạo ra môi trường
dẫn điện.
Có 2 dạng tín hiệu: Analog( AO) và Digital (DO)
- Dạng tín hiệu : TTL, đầu ra 100mA ( Có thể sử dụng trực tiếp Relay, Còi công suất
nhỏ...)
- Điều chỉnh độ nhạy bằng biến trở.
- Sử dụng LM358 để chuyển AO --> DO
Kích thước Board:
- Kích thước: 5.4*4.0 mm
- Dày 1.6 mm

16
Hình 3.6: Cấu tạo cảm biến mưa
3.1.4 Cảm biến lửa
Đây là loại cảm biến chuyên dung phát hiện ngọn lửa, thường được sử dụng
trong hệ thống báo cháy. Tầm phát hiện trong khoảng 80cm, góc quét là 60 độ. Có thể
phát hiện ngọn lửa tốt nhất là loại có bước sóng từ 760nm-1100nm. Mạch được tích
hợp IC LM393 so sánh để tạo mức tín hiệu => ta có thể điều chỉnh độ nhạy bằng biến
trở.
Thông số kĩ thuật Hình ảnh
Nguồn: 3.3 – 5V, 15mA
Điện áp ra: 3.3 – 5V, analog và Digital
Khoảng cách: 80cm
Góc quét: 60 độ
Kích thước: 3.2 x 1.4cm
3.1.5 Module cảm biến ánh sáng
Cảm biến ánh sang quang trở có tích hợp sẵn opamp và biến trở so sánh mức
điện áp tín hiệu cho việc nhận biết tín hiệu trở nên dễ dàng, sử dụng để nhận biết hay
bật tắt thiết bị theo cường độ ánh sáng môi trường

17
Thông số kĩ thuật
Thông số kĩ thuật Hình ảnh
Nguồn: 3.3 => 5VDC
Sử dụng Photo Transistor
cho độ nhạy, chính xác và
ổn định cao hơn so với
quang trở
Kích thước: 36 x 16mm
Xuất tín hiệu: analog và
digital
3.1.6 Cảm biến nhiệt độ
- DS18B20 là linh kiện điện tử thuộc loại cảm biến nhiệt độ kỹ thuật số giao
tiếp 1-Wire (1 dây duy nhất), bên trong IC được tích hợp sẵn cảm biến nhiệt và bộ
chuyển đổi, khối xử lý, giao tiếp 1 wire, bộ nhớ ROM, EEPROM, báo thức nhiệt độ
khi đạt ngưỡng...
- Thông số của linh kiện điện tử DS18B20:
+ Giải đo: -55 đến +125 độ C (sai số 0.5 độ C trong điều kiện -10 to
+85 độ C).
+ Nguồn cung cấp: 3 - 5.5V.
+ Độ phân giải: 9bit, 12bit.

18
+ Cảm biến nhiệt độ DS18B20 có mã nhận diện lên đến 64-bit, vì vậy
bạn có thể kiểm tra nhiệt độ với nhiều IC DS18B20 mà chỉ dùng 1 dây
dẫn duy nhất để giao tiếp với các IC này.
- Sơ đồ và chức năng chân của linh kiện điện tử DS18B20.
- Chức năng chân của DS18B20.
+ Chân số 1 : GND là chân nối mass (0V).
+ Chân số 2 : DQ là chân dữ liệu vào ra.
+ Chân số 3 : VDD là chân nối nguồn (5V).
- Kích thước của DS18B20.
3.2. Module GSM/GPRS SIM 900
3.2.1 Tổng quan về mạng di động GSM
a. Giới thiệu về công nghệ GSM
GSM là hệ thống thông tin di động số toàn cầu, là công nghệ không dây thuộc
thế hệ 2G (second generation) có cấu trúc mạng tế bào, cung cấp dịch vụ truyền giọng
nói và chuyển giao dữ liệu chất lượng cao với các băng tần khác nhau: 400Mhz,
900Mhz, 1800Mhz và 1900Mhz, được tiêu chuẩn Viễn thông Châu ÂU (ETSI) quy
định.

19
GSM là một hệ thống có cấu trúc mở nên hoàn toàn không phụ thuộc vào phần
cứng.
Do nó có hầu như khắp mọi nơi trên thế giới nên khi các nhà cung cấp dịch vụ
thực hiện việc kí kết Roaming với nhau nhờ đó mà các thuê bao GSM có thể dễ dàng
sử dụng máy điện thoại GSM của mình ở bất kì đâu.
Mặt thuận lợi to lớn của công nghệ GSM là ngoài việc truyền âm thanh với chất
lượng cao còn cho phép thuê bao sử dụng các cách giao tiếp khác rẻ hơn đó là tin nhắn
SMS. Ngoài ra để tạo thuận lợi cho các nhà cung cấp dịch vụ thì công nghệ GSM được
xây dựng trên cơ sở hệ thống mở nên nó dễ dàng kết nối với các thiết bị khác nhau từ
các nhà cung cấp thiết bị khác nhau.
Nó cho phép nhà cung cấp dịch vụ đưa ra tính năng Roaming cho thuê bao của
mình với các mạng khác nhau trên toàn thế giới. Và công nghệ GSM cũng phát triển
thêm các tính năng truyền dữ liệu như GPRS và sau này truyền với tốc độ cao hơn sử
dụng EDGE.
b. Đặc điểm của công nghệ GSM
Cho phép gửi nhà nhận những mẫu tin nhắn văn bản bằng kí tự dài đến 126 kí
tự. Cho phép chuyển giao và nhận dữ liệu, FAX giữa các mạng GSM với tốc độ hiện
hành lên đến 9.600 bps.
Tính phủ sóng cao: công nghệ GSM không chỉ cho phép chuyển giao trong toàn
mạng mà còn chuyển giao giữa các mạng GSM trên toàn cầu mà không có một sự thay
đổi, điều chỉnh nào. Đây là một tính năng nổi bật nhất của GSM.
Sử dụng công nghệ phân chia theo thời gian TDM để chia ra 8 kênh full rate
hay 16 kênh half rate. Công suất phát của máy điện thoại được giới hạn tối đa là 2
watts đối với băng tần GSM 850/900Mhz và tối đa là 1watts đối với băng tần GSM
1800/1900Mhz.
Mạng GSM sử dụng 2 kiểu mã hóa âm thanh để nén tín hiệu âm thanh 3,1 Khz
đó là mã hóa 6 và 13Kbps gọi là full rate(13kbps) và half rate(6kbps).

20
c. Cấu trúc mạng GSM
 AUC: trung tâm nhậm thực.
 VLR: bộ ghi định vị thường trú.
 HLR: bộ ghi định vị thường trú.
 EIR: bộ ghi nhận dạng thiết bị.
 MSC: trung tâm chuyển mạch.
 BSC: bộ điều khiển trạm gốc.
 BTS: trạm thu phát gốc.
 NSS: phân hệ chuyển mạch.
 BSS: phân hệ trạm gốc.
 MS: trạm di động.
 OSS: phân hệ khai thác bảo dưỡng.
 PSPDN: mạng số liệu công cộng chuyển mạch gói.
 CSPDN: mạng số liệu công cộng chuyển mạch kênh.
 PSTM: mạng điện thoại chuyển mạch công cộng.
 PLMN: mạng di động mặt đất.
 ISDN: mạng số dịch vụ tích hợp.
 OMC: trung tâm khai thách và bảo dưỡng.

21
d. Sự phát triển của công nghệ GSM ở Việt Nam
Công nghệ GSM đã vào Việt Nam từ năm 1993 , đến nay có hơn 90% người
dùng đang là khách hàng của các nhà cung cấp dịch vụ theo công nghệ GSM. Cho tới
thời điểm này thị trường thông tin di động của Việt Nam đã có khoảng 70 triệu thuê
bao di động.
3.2.2 Tổng quan về tin nhắn SMS
a. Giới thiệu về SMS
SMS là viết tắt của Short message service. Đó là một công nghệ cho phép gửi
và nhận các tin nhắn giữa các điện thoại với nhau. SMS xuất hiện đầu tiên ở Châu Âu
vào năm 1992. Ở thời điểm đó, nó bao gồm cả các chuẩn về GSM. Một thời gian sau
đó, nó phát triển sang công nghệ Wireless như CDMA và TDMA. Các chuẩn GSM và
SMS có nguồn gốc phát triển bởi ETSI. Ngày nay thì 3GPP đang giữ vai trò kiểm soát
về sự phát triển và duy trì các chuẩn GSM và SMS.
b. Cấu trúc của một tin nhắn SMS
Cấu trúc của một tin nhắn SMS khi được gửi đi chia làm 5 phần như sau:
 Instructions to air interface: chỉ thị dữ liệu kết nối với interface(giao diện không
khí).
 Instructions to SMSC: chỉ thị dữ liệu kết nối với trung tâm tin nhắn SMSC.
 Instructions to handset: chỉ thị dữ liệu kết nối bắt tay.
 Instructinos to SISM: chỉ thị dữ liệu kết nối, nhận biết SIM.
 Message body: nội dung tin nhắn SMS.
c. SMS center/SMSC
Một SMS center (SMSC) là nơi chịu trách nhiệm luân chuyển hoạt động liên
quan tới SMS của một mạng Wireless. Khi một tin nhắn được gửi đi từ một điện thoại
đi động thì trước tiên nó sẽ được gửi tới một trung tâm SMS. Sau đó, trung tâm SMS
có thể phải đi qua nhiều hơn một thực thể mạng trước khi đi tới đích thực sự của nó.
Nhiệm vụ duy nhất của SMSC là luân chuyển các tin nhắn SMS và điều chỉnh quá
trình này cho đúng với chu trình của nó. Nếu như máy điện thoại của người nhận

22
không ở trạng thái nhận ( bật nguồn ) trong lúc gửi thì SMSC sẽ lưu trữ tin nhắn này.
Và khi máy điện thoại của người nhận mở nguồn thì nó sẽ gửi tin nhắn tới người nhận.
3.2.3 Giới thiệu vè module sim 900
a) Module Sim là gì ?
Các Module được sử dụng từ những ngày đầu của sự ra đời máy tính. Module
được hình thành từ modulator và demodulator.
Module Sim là một Module không dây, nó có thể làm việc cùng với mạng điện
thoại di động GSM. Hoạt động của Module Wireless giống như của Module quay số.
Điểm khác nhau ở đây là Module quay số thì truyền và nhận dữ liệu thông qua một
đường dây điện thoại cố định trong khi Module Wireless thì gửi và nhận dữ liệu thông
qua sóng Radio. Giống như một điện thoại di động GSM, Module Sim yêu cầu một thẻ
Sim với một sóng mang Wireless để hoạt động. Các Module Sim còn hỗ trợ một bộ
lệnh AT mở rộng. Những lệnh AT mở rộng này được định nghĩa trong các chuẩn GSM
b) Module Sim 900A
Module Sim 900A là một trong những loại Module SIM nhưng nó được nâng
cấp cao hơn ở chỗ: có tốc độ truyền dữ liệu nhanh hơn so với các Module Sim khác.
Sử dụng công nghệ GSM/GPRS hoạt động ở băng tần 900Mhz, 1800Mhz, 1900Mhz.
c) Đặc điểm của Module Sim 900A

23
 Module Sim 900A nguồn cung cấp khoảng 3,4 – 4,5 V.
 Giới hạn nhiệt độ:
 Bình thường : -30˚C tới +70˚C.
 Hạn chế: -35˚C tới -30˚C và +70˚C tới +80˚C.
 Kết nối GPRS:
 GPRS dữ liệu tải xuống: max 85.6 kbps.
 GPRS dữ liệu up lên: max 42,8kbps.
 CSD: hỗ trợ USSD, tốc độ truyền dẫn CSD 2;4;8;9;6;14 kpps.
 SMS: text anh PDU mode, FAX nhóm 3 loại 1.
 Anten ngoài: kết nối thông qua anten ngoai 50km hoặc đế Anten.
 Âm thanh: dạng mã hóa âm, loại bỏ tiếng dội.
 Giao tiếp nối tiếp và sự ghép nối.
 Cổng kết nối: 7 cổng nối tiếp có thể sử dụng chức năng giao tiếp.
 Cồng kết nối có thể sử dụng với CSD Fax, GPRS và gửi lệnh ATC
Comman tới Module điều khiển.
 Hỗ trợ tốc độ truyền 1200bps tới 115200bps.
 Cổng hiệu chỉnh lỗi: 2 cổng nối tiếp TXD và RXD.

24
 Chân 55,56,57: 3 chân để kết nối tới nguồn cung cấp. nguồn cung cấp của
Module Sim 900A là nguồn đơn VBAT là 3,4 – 4,5 V.
 Chân17,18,29,39,45,46,53,54,58,59,61,62,63,64,65: chân mass.
 Chân 25 (ADC): chân vào của bổ chuyển đổi tín hiệu tương tự sang số.
 Chân 26 (VRTC): dòng cấp cho chân RTC khi không có pin trong hệ thống.
 Chân 15 (VCC_EXT): nguồn 2,93V từ mạch ngoài. Đo chân này ra có thể biết
Module đang bật hay tắt. Khi điện áp thấp thì Module tắt và ngược lại.
 Chân 52 (NETLIGHT): đầu ra dùng để chỉ báo mạng kết nối được module.
 Chân 17 (PWRKEY): chân này dùng để điều khiển Module bật/tắt.
 Chân 40,41,42,43,44 (KBC): bàn phím.
 Chân 66 (STATUS): báo tình trạng công việc.
 Chân 30 (SIM_VCC): nguồn cung cấp cho thẻ Sim.
 Chân 33 (SIM_PST): chân reset cho mạch Sim.
 Chân 31 (SIM_DATA): đầu ra dữ liệu chân Sim.

25
 Chân 32 (SIM_CLK): chân clock của Sim.
 Chân 34 (SIM_PRESENCE): chân dò tìm mạng.
 Chân 37 (DCD): dò tìm sóng mang.
 Chân 3 (DRT): chân đầu cuối dữ liệu, báo đầu cuối dữ liệu sẵn sàng.
 Chân 10 (RXD): chân nhận dữ liệu.
 Chân 9 (TXD): chân truyền dữ liệu.
 Chân 8 (RTS): yêu cầu gửi, hoạt động khi Module gửi dữ liệu (chuyển sang
trạng thái hoạt động khi sẵn sàng gửi dữ liệu).
 Chân 7 (CTS): xóa để gửi, hoạt động khí Module nhận dữ liệu( báo cho thiết bị
truyền đã sẵn sàng nhận dữ liệu).
 Chân 4 (RI): báo chuông cho biết là thiết bị thu đang nhận tín hiệu rung
chuông.
 Chân 28 (DBG RXD): đầu ra dùng để điểu chỉnh trong nhận dữ liệu.
 Chân 27 (DBG TXD): đầu vào dùng để điều chỉnh trong truyền dữ liệu
d. Tập lệnh AT của Module Sim 900A
Các lệnh AT là các hướng dẫn được sử dụng để điều khiển. AT là một cách viết
gọn của chữ Attention, nó là một phương pháp được thiết lập nhằm sử dụng kênh dữ
liệu hiện tại để không chỉ truyền dữ liệu từ một điểm đầu cuối này tới một điểm đầu
cuối khác mà còn tới Module duy nhất. Với các tập lệnh AT, chúng ta có thể thực hiện
một số thao tác:
 Gửi tin nhắn.
 Kiểm tra chiều dài tín hiệu.
 Kiểm tra trạng thái sạc pin và mức sạc của pin.
 Đọc, viết và tìm kiếm về các mục danh bạ.
 Số tin nhắn SMS có thể được thực thi bởi một modem SMS trên một phút
thì rất thấp, nó chỉ khoảng 6 đến 10 tin nhắn SMS trên 1 phút.
 Trên đây là những kiến thức cơ bản nhất về Module Sim 900A và tập lệnh
AT của Sim 900A mà em nghiên cứu.

26
3.3 Khối cảnh báo
Gồm có báo động ra loa và led
Ở khối báo động ra loa, ta sử dụng tranzitor lọai NPN C1815 làm khóa điện tử
để đóng mở nguồn 5v cung cấp cho loa hoạt động. Điện trở R7 dùng để hạn dòng vào
chân B của tranzitor. R7= 1KΩ. R8 =10KΩ.
Sử dụng LED đỏ sáng nhấp nháy khi hệ thống chuyển sang trạng thái báo động có
cháy.
Điện trở có giá trị 220Ω dùng để hạn dòng cho LED.
3.4. Module Relay
Tín hiệu vào điều khiển: DC5V
Mặc định điều khiển:

27
Bật 0, tắt 1
Thay đổi J1, J0 để thay đổi mức điều khiển
Đầu ra:
Tiếp điểm Relay 220V 10A( lưu ý tiếp điểm, không phải là điện áp ra)
NC: thường đóng
NO: thường mở
Ký hiệu nguồn:
VCC, GND là nguồn chung với điều khiển
VSS+, VSS- nlaf nguồn của Relay
Nếu muốn cách ly thì sử dụng 2 nguồn riêng
Nếu dùng chung nguồn. cần Jump chốt 2.54MM để nối VCC--, VSS++. GND--.VSS-
3.5 Các thiết bị ngoài
3.5.1. Máy bơm mini
Điện áp: DC6-12V
Dòng tiêu thụ: 0.6-2A
Công suất: 5-12W
Nhiệt độ hoạt động: 80°C
Khối lượng bơm: 1-2L/min

28
Kích thước: 90x40x35MM
Đầu hút cách nước: <=2 Mét
Đẩy nước cao: <= 3 Mét
3.5.2 Quạt
Hình 3.16: Quạt tản nhiệt
3.6 Các linh kiện khác
 Led đơn
Hình 3.17: Đèn led
 Động cơ Servo

29
Hình 3. 18: Động cơ Servo
Servo là một dạng động cơ điện đặc biệt. Không giống như động cơ thông
thường cứ cắm điện vào là quay liên tục, servo chỉ quay khi được điều khiển (bằng
xung PPM) với góc quay nằm trong khoảng bất kì từ 0o -
180o
. Mỗi loại servo có kích
thước, khối lượng và cấu tạo khác nhau. Có loại thì nặng chỉ 9g (chủ yếu dùng trên
máy bay mô mình), có loại thì sở hữu một momen lực bá đạo (vài chục Newton/m),
hoặc có loại thì khỏe và nhông sắc chắc chắn,... Động cơ servo được thiết kế những hệ
thống hồi tiếp vòng kín. Tín hiệu ra của động cơ được nối với một mạch điều khiển.
Khi động cơ quay, vận tốc và vị trí sẽ được hồi tiếp về mạch điều khiển này. Nếu có
bầt kỳ lý do nào ngăn cản chuyển động quay của động cơ, cơ cấu hồi tiếp sẽ nhận thấy
tín hiệu ra chưa đạt được vị trí mong muốn. Mạch điều khiển tiếp tục chỉnh sai lệch
cho động cơ đạt được điểm chính xác. Các động cơ servo điều khiển bằng liên lạc vô
tuyến được gọi là động cơ servo RC (radio-controlled). Trong thực tế, bản thân động
cơ servo không phải được điều khiển bằng vô tuyến, nó chỉ nối với máy thu vô tuyến
trên máy bay hay xe hơi. Động cơ servo nhận tín hiệu từ máy thu này.

30
CHƯƠNG 4: THIẾT KẾ PHẦN MỀM MÔ HÌNH VÀ SƠ ĐỒ
THUẬT TOÁN
4.1 Phần mềm Arduino 1.6.9

31
Hình 4. 1: Phần mềm lập trình Arduino
Arduino IDE là phần mềm lập trình cho Arduino. Môi trường lập trình cho
Arduino IDE có thể chạy trên 3 nền tảng phổ biến nhất hiện nay là Windows, OS và
Linux. Do có tính chất nguồn mở nên ngôn ngữ lập trình có thể đƣợc mở rộng qua các
thư viện C++.
4.2 Sơ đồ thuật toán
Code cho hệ thống báo cháy ở [ Phụ lục [B] – Trang 41 ]

32
Hình 4.2: Sơ đồ hệ thống báo cháy
Code cho hệ thống cho ăn ở [Phụ lục [A] – Trang 39 ]
Hình 4.3: Sơ đồ hệ thống cho ăn
Code cho hệ thống ánh sáng ở [Phụ lục [A] – Trang 39]

33
Hình 4.4: Sơ đồ hệ thống ánh sáng
Code cho hệ thống làm mát [Phụ lục [C] – Trang 42]
Hình 4.5: Hệ thống làm mát

34
Code cho hệ thống uống nước tự động ở [ Phụ lục [C] – Trang 42 ]
Hình 4.6: Sơ đồ hệ thống uống nước tự động
4.3 Chức năng các khối

35
Hình 4.7: Sơ đồ thiết bị trong trang trại
Nguyên tắc hoạt động:
Các hệ thống sẽ được hoạt động theo chế độ đã lập trình từ trước đó. Khi có sự
cố cháy xảy ra sẽ ngắt điện toàn trang trại, chỉ riêng loa và sim 900 được nuôi bằng
nguồn điện khác sẽ vẫn hoạt động để báo về người dùng.
4.3. 1 Khối nguồn
Do đề tài giới hạn trong mô hình lên em chọn nguồn máy tính

36
Hình 4.8: Nguồn máy tính
Hệ thống sử dụng 2 nguồn là 5VDC và 12VDC
Hình 4.9: Các chân của bộ nguồn
4.3.2 Khối cảm biến nhiệt độ

37
Hình 4.10: Sơ đồ kết nối chân cảm biến ds 18b20
Khi bắt đầu chuyển đổi nhiệt độ thì chân DQ sẽ được kéo xuống mức thấp và khi
chuyển đổi xong thì ở mức cao.Như vậy ta sẽ căn cứ vào hiện tượng này để xác định
khi nào chuyển đổi xong nhiệt độ. Lưu ý luôn phải dùng một điện trở tầm 4.7k trở lên
vào chân DQ treo lên nguồn như sơ đồ mắc.
Dưới đây là một ví dụ mẫu đo nhiệt độ bằng ds18b20 hiển thị LCD các bạn tham khảo
sẽ hiểu rõ hơn về sử dụng cảm biến này như thế nào. Đồng thời tham khảo thêm
datasheet của ds18b20.
4.3.3 Khối báo động
Gồm có báo động ra loa và led
Hình 4.11: Khối báo động

38
Ở khối báo động ra loa, ta sử dụng tranzitor loại NPN C1815làm khóa điện tử để đóng
mở nguồn 5V cung cấp cho loa hoạt động. ĐIện trở R7 để hạn dòng vào chân B của
tranzitor. R7 = 1KΩ, R8 = 10KΩ
Sử dụng Led sáng nhấp nháy khi hệ thống chuyển sang trạng thái báo động có cháy.
Điện trở 220Ω dùng để hạn dòng cho Led. (Xem lại text)
4.3.4 Khối hệ thống uống nước
Hình 4.12: Sơ đồ kết nối cảm biến mưa
Cảm biến hoat động ở 2 chế độ là analog và digital
 Do arduino hỗ trợ ngõ vào tương tự với độ phân giải 10 bít do đó có 1024 giá
trị khác nhau. Giá trị mưa sẽ được thay đổi từ 0 đến 1024. Mặc định khi chưa
tác động sẽ là 1024.
 Chế độ digital thì cảm biến sẽ trả về giá trị LOW hay HIGH.

39
4.3.5 Khối cảm biến lửa, báo cháy
Hình 4.13: Sơ đồ kết nối cảm biến lửa
Mọi vật có nhiệt độ lớn hơn 0 độ K đều phát ra tia hồng ngoại nhưng ở các
bước sóng khác nhau, ví như hồng ngoại ở trên remote điều khiển có bước sóng từ
0,75-1,4 micromet và ở ngọn lửa thường là ở dải 760-1100 nanomet (đối với vật liệu
cháy là các hợp chất hữu cơ thông thường, vật liệu cháy khác nhau bước sóng sẽ khác
nhau), 2 ví dụ trên có cùng dãi bước sóng Hồng ngoại gần. Nên mô đun phát hiện lữa
sẽ dùng một led thu tín hiệu hồng ngoại để bắt tín hiệu hồng ngoại mà ngọn lữa phát
ra, một dấu hiệu rõ ràng của sự cháy.
Cảm biến hoạt động ở chế độ digital, khi có cháy xảy ra thì tất cả các nguồn
điện sẽ được tắt hết. Lúc này đèn báo hiệu số 13 sẽ nháy, còi báo động sẽ kêu và sim
900 sẽ báo co chủ trang trại là đang có sự cố cháy xảy ra. Đồng thời lúc này hệ thống
chữa cháy sẽ tự động phun nước để chữa cháy.
4.3.6 Khối cảm biến ánh sáng

40
Hình 4.14: Sơ đồ kết nối module cảm biến ánh sáng
Cảm biến dạng digital - tín hiệu xuất ra là giá trị Digital HIGH (5V) và LOW.
Tại chân OUT, mạch trả về mức HIGH (5V) khi trời tối ( cường độ ánh sáng chiếu vào
thấp) và LOW nếu ngược lại.
4.3.7 Khối xử lý
 Xử lí các tín hiệu thu được từ các cảm biến, công tắc khẩn, giả sử khi có cháy
xảy ra ( nhiệt độ thu được từ cảm biến nhiệt đến một mức cho trước, nồng độ
khói tăng cao đến ngưỡng tác động, các công tắc khẩn được bật ) các cảm biến
sẽ truyền tín hiệu đến vi điều khiển để vi điều khiển xử lí và đưa ra hệ thống
cảnh báo tương ứng.
 Điều khiển hệ thống cảnh báo (báo động).

41
CHƯƠNG 5: KẾT LUÂN VÀ KIẾN NGHỊ
5.1 Kết luận
Những cái đã được
 Hoàn thành cảm biến với Arduino
 Hoàn thành cảnh báo cháy qua module sim
Những cái chưa đạt được
 Mô hình chưa được hư mong muốn
 Chỉ dừng lại ở hệ thống tự động đơn giản
5.2 Kiến nghị
 Nguồn năng lượng dự phòng lấy từ pin năng lượng mặt trời
 Kết nối Arduino tới internet wifi
 Liên hệ thự tế tới các trang trại hay hộ gia đình để làm mô hình thực tế
 Điều khiển thông qua giọng nói

42
Tài liệu tham khảo
[1] Báo chí viết về trang trại thông minh của ông Nguyễn Trung Hiếu
[2] Lịch sử phát triển Arduino wikipedia.com/arduino- uno
[3] Các tài liệu trên mạng như:
 Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 5738:2000 về Yêu cầu kĩ thuật của hệ thống báo
cháy tự động.
 Diễn đàn điện tử Việt Nam
http://www.dientuvietnam.net/
 Cộng đồng arduino Việt Nam và Quốc tế
http://arduino.vn/
http://arduino.cc/

43
PHỤ LỤC
[A] _ Hệ thống cho ăn và hệ thống ánh sáng
#define sensorPin A0
#define Led 13
#include <Servo.h>
Servo myservo; // khởi tạo đối tượng Servo với tên gọi là myservo
// bạn có thể tạo tối đa 8 đối tượng Servo
int pos = 0; // biến pos dùng để lưu tọa độ các Servo
void setup() {
// put your setup code here, to run once:
Serial.begin(9600);
pinMode(sensorPin, INPUT);
pinMode(Led, OUTPUT);
myservo.attach(10); // attach (đính) servo ở chân digital 10
}
void anh_sang() {
// put your main code here, to run repeatedly:
float val;
val = analogRead(sensorPin);
Serial.println(val);
delay(20);
if( val > 1000)
{

44
digitalWrite(Led, HIGH);
}
else
digitalWrite(Led, LOW);
}
void sytem_eat()
{
for(pos = 25; pos < 60; pos += 10) // cho servo quay từ 25->60 độ
{ // mỗi bước của vòng lặp tăng 10 độ
myservo.write(pos); // xuất tọa độ ra cho servo
delay(100); // đợi 1000ms=1s cho servo quay đến góc đó rồi tới bước
tiếp theo
}
for(pos = 60; pos>=40; pos-=20) // cho servo quay từ 60-->40 độ, mỗi bước quay
20 độ
{
delay(100); // đợi 100 ms cho servo quay đến góc đó rồi tới bước tiếp
theo
}
delay(500); // đợi 2h lặp lại quá trình trên
}
void loop()
{
anh_sang();
sytem_eat();
}

45
[B]_ Hệ thống báo cháy
#include <SoftwareSerial.h>
SoftwareSerial SIM900(3, 4); // CHÂN TX NỐI VỚI CHÂN 3, CHÂN RX NỐI VỚI
CHÂN 4
#define GOI 8
#define led 13
#define In1 5
#define buz 9
char tempchar;
int sensorPin = A0;
void setup()
{
pinMode(led, OUTPUT);
pinMode(buz, OUTPUT);
pinMode(In1, OUTPUT);
pinMode(GOI, INPUT);
Serial.begin(9600);
SIM900.begin(9600);
pinMode(sensorPin, INPUT);
}
void loop()
{
float temp = analogRead(sensorPin);

46
Serial.println(temp);
delay(10);
if(temp < 100)
{
digitalWrite(In1, LOW);
digitalWrite(buz, HIGH);
digitalWrite(led, HIGH);
delay(200);
goidien();
}
else
{
digitalWrite(In1, HIGH);
digitalWrite(led, LOW);
digitalWrite(buz, LOW);
}
}
void goidien()
{
SIM900.println("ATD++84975744798;");
delay(200);
SIM900.println();
}

47
[C] _ Hệ thống uống nước và hệ thống làm mát
//Include thư viện
#include <OneWire.h>
#include <DallasTemperature.h>
#define Led 13
#define NGUONG_TREN 24
#define NGUONG_DUOI 20
#define ONE_WIRE_BUS 5
//Thiết đặt thư viện onewire
OneWire oneWire(ONE_WIRE_BUS);
//Mình dùng thư viện DallasTemperature để đọc cho nhanh
DallasTemperature sensors(&oneWire);
#include <Servo.h>
Servo myservo; // khởi tạo đối tượng Servo với tên gọi là myservo
// bạn có thể tạo tối đa 8 đối tượng Servo
int pos = 0;
int rainSensor = 6; // Chân tín hiệu cảm biến mưa ở chân digital 6 (arduino)
void setup() {
myservo.attach(10);
pinMode(rainSensor,INPUT);// Đặt chân cảm biến mưa là INPUT, vì tín hiệu sẽ được
truyền đến cho Arduino
Serial.begin(9600);// Khởi động Serial ở baudrate 9600

48
Serial.println("Da khoi dong xong");
pinMode( Led, OUTPUT);
digitalWrite(Led, LOW);
}
void ht_thoat_nuoc() {
int value = digitalRead(rainSensor);//Đọc tín hiệu cảm biến mưa
if (value == HIGH)
{
Serial.println("Dang mua");
for(pos = 25; pos < 60; pos += 10) // cho servo quay từ 25->60 độ
{ // mỗi bước của vòng lặp tăng 10 độ
delay(1000); // đợi 1000ms=1s cho servo quay đến góc đó rồi tới bước
tiếp theo
}
20 độ
{
theo
}
for(pos = 40; pos>=60; pos+=20) // cho servo quay từ 40-->60 độ, mỗi bước quay
20 độ
{
theo

49
}
20 độ
{
theo
}
for(pos = 40; pos>=60; pos+=20) // cho servo quay từ 40-->60 độ, mỗi bước quay
20 độ
{
theo
}
}
delay(1000);
void ht_nhiet_do()
{
sensors.requestTemperatures();
unsigned int temp = sensors.getTempCByIndex(0); // Doc nhiet do cua sensor 0
Serial.print("Nhiet do: ");
Serial.println(temp);
if (temp > NGUONG_TREN)
{
}
if (temp < NGUONG_DUOI)

50
{
}
delay(10);
}
void loop()
{
ht_thoat_nuoc();
ht_nhiet_do();
}

THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN THÔNG MINH CHO TRANG TRẠI.doc

Recommended

Recommended

More Related Content

Similar to THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN THÔNG MINH CHO TRANG TRẠI.doc

Similar to THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN THÔNG MINH CHO TRANG TRẠI.doc (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)

THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN THÔNG MINH CHO TRANG TRẠI.doc