Hệ thống iots chăm sóc vườn cây ăn quả sử dụng năng lượng mặt trời

TRƯỜNG ĐH. SƯ PHẠM KỸ THUẬT CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
TP. HỒ CHÍ MINH ĐỘC LẬP - TỰ DO - HẠNH PHÚC
KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP Y SINH
Tp. HCM, ngày 6 tháng 3 năm 2018
NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Họ tên sinh viên: Ngô Thành Đạt MSSV: 14141060
Lê Hải Nguyên MSSV: 14141216
Chuyên ngành: Điện tử công nghiệp Mã ngành: 141
Hệ đào tạo: Đại học chính quy Mã hệ: 1
Khóa: 2014 Lớp: 14141DT1B
I. TÊN ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG HỆ THỐNG IOTS CHĂM SÓC
VƯỜN CÂY ĂN QUẢ SỬ DỤNG PIN NĂNG LƯỢNG MẶT
TRỜI
II. NHIỆM VỤ
1. Các số liệu ban đầu:
 Chọn cây cà chua là đối tượng nghiên cứu.
 Thiết kế mô hình nhà kính có kích thước dài, rộng, cao là 100 x 50 x 65 cm bằng
khung nhôm và bọc nhựa nilong, có mái che.
 Màn hình cảm ứng để thao tác có kích thước 3.2 inch.
 Sử dụng 2 tấm pin năng lượng mặt trời 12V-10W và bộ lưu điện 12V 9Ah để cấp
nguồn hoạt động cho toàn bộ hệ thống.
2. 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 L293, động cơ Servo, động cơ DC, DHT11, BH1750, cảm biến mưa,
cảm biến độ ẩm đất.
 NỘI DUNG 2: Tìm hiểu và nghiên cứu về lập trình Web Server, tìm hiểu về
ngôn ngữ HTML, CSS, PHP, cơ sở dữ liệu MySQL.
 NỘI DUNG 3: Các giải pháp thiết kế hệ thống, thi công mô hình.
 NỘI DUNG 4: Thiết kế hệ thống điều khiển, lưu đồ giải thuật và chương trình
điều khiển mô hình.
 NỘI DUNG 5: Thiết kế hoàn chỉnh mô hình thực tế.
 NỘI DUNG 6: Chạy thử nghiệm hệ thống, cân chỉnh hệ thống.
 NỘI DUNG 7: Viết sách luận văn.
III. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 06/03/2018
IV. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 16/07/2018
V. HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: ThS. Võ Đức Dũng
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN BM. ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP - Y SINH

TRƯỜNG ĐH. SƯ PHẠM KỸ THUẬT CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
TP. HỒ CHÍ MINH ĐỘC LẬP - TỰ DO - HẠNH PHÚC
KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH
Tp. HCM, ngày 23 tháng 3 năm 2018
LỊCH TRÌNH THỰC HIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Họ tên sinh viên 1: Ngô Thành Đạt
Lớp: 14141DT1B MSSV:14141060
Họ tên sinh viên 2: Lê Hải Nguyên
Lớp: 14141DT1B MSSV: 14141216
Tên đề tài: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG HỆ THỐNG IoTs CHĂM SÓC VƯỜN
CÂY ĂN QUẢ SỬ DỤNG PIN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI
Tuần/ngày Nội dung
Xác nhận
GVHD
1
(19-25/3)
- Gặp GVHD để phổ biến quy định: thực hiện
chọn đề tài, tên đề tài, thời gian làm việc.
- Duyệt đề tài.
- Viết đề cương cho đề tài.
2
(26/3-1/4)
- Tìm kiếm các kiến thức, thông tin về đặc
tính. nhiệt độ, độ ẩm của cây ăn quả mong
muốn.
- Tìm hiểu về Pin năng lượng mặt trời.
- Tìm hiểu các cảm biến sử dụng trong đề tài.
- Tìm hiểu về cách thức lập trình ứng dụng
trên điện thoại và thiết kế Web Server.
3
(2/4-8/4)
- Thiết kế sơ đồ khối, giải thích chức năng.
- Tính toán lựa chọn linh kiện cho từng khối.
4
(9/4-15/4)
- Thiết kế sơ đồ nguyên lý và giải thích hoạt
động của mạch.
- Thiết kế nguồn từ pin năng lượng mặt trời.
5
(16/4-22/4)
- Thi công mạch cấp nguồn sử dụng pin năng
lượng mặt trời.
- Thi công mạch, xây dựng mô hình.

- Lập trình ứng dụng trên điện thoại.
- Thiết kế Web Server.
6
(23/4-29/4)
7
(30/4-6/5)
8
(7/5-13/5)
- Thi công mạch nguồn sử dụng pin năng
- Thiết kế Web Server
9
(14/5-20/5)
- Kiểm tra, hoàn thiện mô hình, chạy thử và
sửa lỗi.
- Viết báo cáo.
10
(21/5-27/5)
- Hoàn thiện mô hình, chạy thử và sửa lỗi.
- Viết báo cáo.
11
(28/5-3/6)
- Hoàn thiện, chỉnh sửa báo cáo gửi cho
GVHD để xem xét góp ý lần cuối trước khi
in báo cáo.
12
(4/6-10/6)
- Nộp quyển báo cáo và làm Slide báo cáo.
GV HƯỚNG DẪN
(Ký và ghi rõ họ và tên)

PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN
Họ và tên sinh viên: Ngô Thành Đạt MSSV: 14141060
Ngành: Công Nghệ Kỹ Thuật Điện Tử Truyền Thông.
Tên đề tài THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG HỆ THỐNG IoTs CHĂM SÓC VƯỜN
Họ và tên Giáo viên hướng dẫn: ThS. Võ Đức Dũng
NHẬN XÉT
1. Về nội dung đề tài & khối lượng thực hiện:
................................................................................................................................
................................................................................................................................
................................................................................................................................
................................................................................................................................
................................................................................................................................
2. Ưu điểm:
................................................................................................................................
................................................................................................................................
................................................................................................................................
................................................................................................................................
................................................................................................................................
3. Khuyết điểm:
................................................................................................................................
................................................................................................................................
................................................................................................................................
................................................................................................................................
................................................................................................................................
4. Đề nghị cho bảo vệ hay không?
................................................................................................................................
5. Đánh giá loại:
................................................................................................................................
................................................................................................................................
6. Điểm:……………….(Bằng chữ:............................................................................ )
Tp. Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2018
Giáo viên hướng dẫn

PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN
Họ và tên sinh viên: Ngô Thành Đạt MSSV: 14141060
Ngành: Công Nghệ Kỹ Thuật Điện Tử Truyền Thông.
Tên đề tài THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG HỆ THỐNG IoTs CHĂM SÓC VƯỜN
Họ và tên Giáo viên phản biện: .............................................................................
................................................................................................................................
NHẬN XÉT
1. Về nội dung đề tài & khối lượng thực hiện:
................................................................................................................................
................................................................................................................................
................................................................................................................................
................................................................................................................................
................................................................................................................................
2. Ưu điểm:
................................................................................................................................
................................................................................................................................
................................................................................................................................
................................................................................................................................
................................................................................................................................
3. Khuyết điểm:
................................................................................................................................
................................................................................................................................
................................................................................................................................
................................................................................................................................
................................................................................................................................
4. Đề nghị cho bảo vệ hay không?
................................................................................................................................
5. Đánh giá loại:
................................................................................................................................
................................................................................................................................
6. Điểm:……………….(Bằng chữ:............................................................................ )
Tp. Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2018
Giáo viên phản biện

i
LỜI CAM ĐOAN
Chúng tôi – Ngô Thành Đạt và Lê Hải Nguyên cam đoan Đồ án tốt nghiệp này
là công trình nghiên cứu của bản thân chúng tôi dưới sự hướng dẫn của Thạc Sỹ Võ Đức
Dũng. Các kết quả công bố trong Đồ án tốt nghiệp là trung thực và không sao chép từ
bất kỳ công trình nào khác.
Người thực hiện đề tài
Ngô Thành Đạt Lê Hải Nguyên

ii
LỜI CẢM ƠN
Trong thời gian thực hiện đề tài, những người thực hiện được sự giúp đỡ của gia
đình, quý thầy cô và bạn bè nên đề tài đã được hoàn thành. Những người thực hiện xin
chân thành gửi lời cảm ơn đến:
Thầy Võ Đức Dũng, giảng viên trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Tp.HCM đã
trực tiếp hướng dẫn và tận tình giúp đỡ tạo điều kiện để nhóm có thể hoàn thành tốt đề
tài.
Những người thực hiện cũng xin chân thành cảm ơn đến các thầy cô trong khoa
Điện - Điện tử của trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Tp.HCM đã tận tình dạy dỗ, chỉ
bảo, cung cấp cho những người thực hiện những kiến thức nền, chuyên môn làm cơ sở
để hoàn thành đề tài này.
Cảm ơn gia đình đã động viên và luôn luôn bên cạnh trong những lúc khó khăn
nhất.
Xin gửi lời cảm ơn đến những người bạn sinh viên khoa Điện-Điện tử đã giúp đỡ
những người thực hiện đề tài để có thể hoàn thành tốt đề tài này.
Xin chân thành cảm ơn!
Người thực hiện đề tài:
Ngô Thành Đạt Lê Hải Nguyên

iii
TÓM TẮT
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. Do đó, IoTs đã và đang dẫn đầu trong việc cải thiện chất lượng cũng
như năng suất nuôi trồng nông nghiệp nước ta hiện nay. 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 nhầm nâng cao chất lượng sản
phẩm.
Với mục đích muốn tiếp cận với các công nghệ đang phát triển trên. Vì vậy, nhóm
thực hiện đồ án với mong muốn chế tạo ra mô hình hệ thống vườn cây ăn quả IoTs sử
dụng kit Arduino được điều khiển, giám sát bằng máy tính thông qua Internet trong đó
bao gồm:
Hệ thống có các chức năng như sau:
 Hệ thống chính là điều khiển vườn cây ăn quả bằng màn hình cảm ứng HMI.
Sau đó, dữ liệu cảm biến, trạng thái hoạt động của các thiết bị sẽ được gửi lên
Internet. Hệ thống có 2 chế độ hoạt động là MANUAL và AUTO. Ở chế độ
MANUAL người dùng có thể điều khiển các thiết bị một cách chủ động, bật
tắt các thiết bị tùy ý mà không cần phụ thuộc vào các điều kiện của môi
trường. Còn ở chế độ AUTO, cho phép người dùng cài đặt các thông giới hạn
của môi trường, từ đó các thiết bị sẽ hoạt động theo các thông số mà môi
trường đo đạc được.
 Hệ thống mở rộng bao gồm:

iv
 Hệ thống điều khiển thiết bị từ xa thông qua Internet, hiển thị trạng thái hoạt
động của các thiết bị, điều khiển bật tắt các thiết tùy trong chế độ MANUAL,
và cho phép người dùng thiết lập các giá trị môi trường giới hạn trong chế độ
AUTO. Khi chuyển chế độ hoạt động trên web thông qua Internet thì phần
cứng sẽ chuyển đổi chế độ hoạt động theo.
Mô hình sử dụng kit Arduino Mega2560 làm vi điều khiển trung tâm để điều
khiển các module mở rộng như màn hình cảm ứng HMI, NODEMCU ESP8266, L293,
DHT11, BH1750,…
Đóng mái cho khu vườn bằng cách sử dụng động cơ Servo khi có mưa, đóng mở
rèm bằng động cơ DC khi cường độ ánh sáng tăng quá cao. Ngoài ra, còn có một số cơ
cấu chấp hành khác như bơm nước, quạt, đèn LED, đèn sưởi,…

v
MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN ...........................................................................................................i
LỜI CẢM ƠN ............................................................................................................... ii
TÓM TẮT .................................................................................................................... iii
DANH MỤC HÌNH VÀ BẢNG................................................................................ viii
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN .........................................................................................1
1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ.......................................................................................................1
1.2 MỤC TIÊU............................................................................................................2
1.3 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU .................................................................................2
1.4 GIỚI HẠN.............................................................................................................3
1.5 BỐ CỤC .................................................................................................................3
CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT.............................................................................5
2.1 GIỚI THIỆU VỀ MÔ HÌNH TRỒNG RAU TRONG NHÀ KÍNH NGOÀI
THỰC TẾ ........................................................................................................................5
2.2 TỔNG QUAN VỀ ARDUINO .............................................................................8
2.3 TỔNG QUAN VỀ IOT .......................................................................................10
2.4 TỔNG QUAN VỀ WEB.....................................................................................11
2.5 CÁC CHUẨN GIAO TIẾP.................................................................................12
2.5.1 CHUẨN GIAO TIẾP UART........................................................................12
2.5.2 CHUẨN GIAO TIẾP I2
C .............................................................................13
2.5.3 CHUẨN GIAO TIẾP ONE-WIRE...............................................................14
CHƯƠNG 3. TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ..............................................................16
3.1 GIỚI THIỆU...........................................................................................................16
3.2 TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG ............................................................17
3.2.1 THIẾT KẾ SƠ ĐỒ KHỐI HỆ THỐNG...........................................................17
3.2.2 TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ MẠCH..............................................................19
A. Khối xử lý trung tâm ......................................................................................19
B. Khối giao tiếp wifi ..........................................................................................21
C. Khối webserver...............................................................................................23
D. Khối điều khiển trực tiếp và hiển thị ..............................................................24
E. Khối cảm biến .................................................................................................27
F. Khối relay..........................................................................................................34
G. Khối cơ cấu chấp hành .....................................................................................36
H. Khối nguồn .......................................................................................................44
3.2.3 SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ CỦA TOÀN MẠCH ...............................................50

vi
A. Mạch cấp nguồn................................................................................................50
B. Mạch điều khiển................................................................................................52
CHƯƠNG 4. THI CÔNG HỆ THỐNG.....................................................................54
4.1 GIỚI THIỆU............................................................................................................54
4.2 THI CÔNG HỆ THỐNG.........................................................................................54
4.2.1 THI CÔNG MẠCH SẠC PIN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI..........................54
4.2.2 THI CÔNG KẾT NỐI MẠCH GIẢM ÁP CUNG CẤP NGUỒN...................56
4.2.3 THI CÔNG KẾT NỐI MODULE RELAY ĐIỀU KHIỂN NGÕ RA .............57
4.2.4 THI CÔNG KẾT NỐI NGUỒN VÀ DÂY CHO BỘ ĐIỀU KHIỂN TRUNG
TÂM ..........................................................................................................................58
4.3 ĐÓNG GÓI VÀ THI CÔNG MÔ HÌNH ................................................................59
4.3.1 ĐÓNG GÓI TỦ ĐIỀU KHIỂN........................................................................59
4.3.2 THI CÔNG MÔ HÌNH.....................................................................................60
4.4 LẬP TRÌNH HỆ THỐNG.......................................................................................62
4.4.1 LƯU ĐỒ GIẢI THUẬT...................................................................................62
A. Lưu đồ điều khiển chế độ hoạt động ............................................................63
B. Lưu đồ điều khiển chế độ MANU................................................................65
C. Lưu đồ điều khiển chế độ AUTO .................................................................67
D. Lưu đồ truyền nhận dữ liệu trong chế độ MANU ........................................69
E. Lưu đồ truyền nhận dữ liệu trong chế độ AUTO .........................................71
F. Lưu đồ điều khiển web .................................................................................73
4.4.2 PHẦN MỀM LẬP TRÌNH CHO VI ĐIỀU KHIỂN ....................................74
A. GIỚI THIỆU PHẦN MỀM LẬP TRÌNH ARDUINO IDE .........................74
B. Công cụ lập trình Webserver........................................................................79
C. Công cụ lập trình và thiết kế giao diện cho màn hình HMI UART .............86
4.5 VIẾT TÀI LIỆU HƯỚNG DẪN SỬ DỤNG, THAO TÁC....................................91
4.5.1 HỆ THỐNG CẤP NGUỒN CHO HỆ THỐNG...............................................91
4.5.2 HƯỚNG DẪN SỬ DỤNG HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TRỰC TIẾP............91
4.5.3 HƯỚNG DẪN SỬ DỤNG HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN THÔNG QUA MẠNG
INTERNET................................................................................................................92
CHƯƠNG 5. KẾT QUẢ_NHẬN XÉT_ĐÁNH GIÁ................................................93
5.1 KẾT QUẢ................................................................................................................93
5.2 NHẬN XÉT – ĐÁNH GIÁ ...................................................................................105
CHƯƠNG 6. KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN........................................106
6.1 KẾT LUẬN ...........................................................................................................106

vii
6.2 HƯỚNG PHÁT TRIỂN....................................................................................106
TÀI LIỆU THAM KHẢO.........................................................................................107
PHỤ LỤC ...................................................................................................................108

viii
DANH MỤC HÌNH VÀ BẢNG
TRANG
Hình 2.1 Mô hình vườn lưới kín ngoài thực tế................................................................5
Hình 2.2 Mô hình vườn lưới hở ngoài thực tế.................................................................6
Hình 2.3 Các hình thức trồng tại hộ gia đình ..................................................................6
Hình 2.4 Các loại Board Arduino....................................................................................8
Hình 2.5 Tổng quan về hệ thống IoT ............................................................................10
Hình 2.6 Giao tiếp UART .............................................................................................12
Hình 2.7 Giao tiếp I2
C...................................................................................................13
Hình 2.8 Giao tiếp One - Wire ......................................................................................14
Hình 2.9 Giao tiếp One - Wire ......................................................................................15
Hình 3.1 Sơ đồ khối hệ thống........................................................................................17
Hình 3.2 Sơ đồ khối hệ thống thiết bị thực tế................................................................18
Hình 3.3 Khối xử lý trung tâm sử dụng board Arduino Mega 2560.............................20
Hình 3.4 ESP Node MCU 8266 ....................................................................................21
Hình 3.5 Sơ đồ nguyên lý NODEMCU kết nối Arduino Mega ....................................22
Hình 3.6. Công cụ để tạo máy chủ của Webserver và Database...................................24
Hình 3.7 Hình ảnh thực tế của màn hình HMI UART LCD.........................................25
Hình 3.8 Kết nối màn hình với Arduino........................................................................26
Hình 3.9 Hình ảnh thực tế cảm biến DHT11.................................................................27
Hình 3.10 Kết nối cảm biến DHT 11 với Arduino........................................................28
Hình 3.11 Hình ảnh thực tế cảm biến BH1750 .............................................................29
Hình 3.12 Kết nối cảm biến BH1750 với Arduino .......................................................30
Hình 3.13 Hình ảnh thực tế cảm biến độ ẩm đất...........................................................31
Hình 3.14 Kết nối cảm biến độ ẩm đất với Arduino .....................................................32
Hình 3.15 Hình ảnh thực tế cảm biến mưa....................................................................33
Hình 3.16 Kết nối cảm biến mưa với Arduino..............................................................33
Hình 3.17 Hình ảnh thực tế Relay và cấu tạo bên trong của Relay...............................34
Hình 3.18 Cơ cấu tác động của Relay ...........................................................................35
Hình 3.19 Mạch nguyên lý của Module Relay..............................................................35
Hình 3.20 Hình ảnh thực tế của bơm.............................................................................36
Hình 3.21 Kết nối của bơm với Relay và Arduino........................................................37
Hình 3.22 Hình ảnh thực tế Led dây .............................................................................37
Hình 3.23 Kết nối của led dây với Relay và Arduino ...................................................38
Hình 3.24 Hình ảnh thực tế quạt ...................................................................................38

ix
Hình 3.25 Kết nối của quạt hút và quạt thổi với Relay và Arduino..............................39
Hình 3.26 Hình ảnh thực tế động cơ Servo MG996......................................................40
Hình 3.27 Kết nối của 2 động cơ Servo với Arduino...................................................40
Hình 3.28 Hình ảnh thực tế đèn sưởi.............................................................................41
Hình 3.29 Kết nối của đèn sưởi với Relay và Arduino .................................................41
Hình 3.30 Hình ảnh thực tế Module L293 ....................................................................42
Hình 3.31 Hình ảnh thực tế động cơ DC.......................................................................43
Hình 3.32 Kết nối động cơ DC với Module L293 và Arduino .....................................43
Hình 3.33 Hình ảnh toàn bộ cơ cấu tác động thông qua Relay.....................................44
Hình 3.34 Hình ảnh thực tế Pin năng lượng mặt trời 12V-10W...................................45
Hình 3.35 Hình ảnh thực tế Acquy 12V-9Ah................................................................46
Hình 3.36 Hình ảnh thực tế bộ hỗ trợ sạc năng lượng mặt trời.....................................47
Hình 3.37 Hình ảnh thực tế mạch hạ áp ........................................................................48
Hình 3.38 Hình ảnh nguyên lý mạch hạ áp LM2596 ....................................................49
Hình 3.39 Hình ảnh nguyên lý mạch nạp điện cho acquy.............................................50
Hình 3.40 Hình ảnh nguyên lý mạch giảm áp cấp điện cho hệ thống...........................50
Hình 3.41 Hình ảnh nguyên lý mạch giảm áp cấp điện cho hệ thống...........................51
Hình 3.42 Sơ đồ nguyên lý toàn bộ hệ thống................................................................52
Hình 4.1 Kết nối mạch sạc với pin năng lượng mặt trời và acquy................................54
Hình 4.2 Mặt trước hệ thống pin năng lượng mặt trời ..................................................55
Hình 4.3 Hệ thống giảm áp và domino cấp nguồn........................................................56
Hình 4.4 Hệ thống giảm áp cấp nguồn cho arduino......................................................57
Hình 4.5 Hệ thống cấp nguồn và nối dây cho mạch relay.............................................58
Hình 4.6 Hệ thống cấp nguồn và nối dây cho bộ điều khiển trung tâm........................58
Hình 4.7 Tủ điều khiển chính của hệ thống...................................................................59
Hình 4.8 Mặt trước tủ điều khiển với màn hình LCD HMI ..........................................60
Hình 4.9 Tủ điều khiển với màn hình LCD HMI..........................................................60
Hình 4.10 Mô hình nhìn từ mặt trước............................................................................61
Hình 4.11 Mô hình nhìn từ mặt hông............................................................................61
Hình 4.12 Mô hình nhìn từ phía trên.............................................................................62
Hình 4.13 Lưu đồ chọn chế độ hoạt động .....................................................................64
Hình 4.14 Lưu đồ chọn chế độ Manual.........................................................................66
Hình 4.15 Lưu đồ chọn chế độ hoạt động auto .............................................................68
Hình 4.16 Lưu đồ truyền nhận trong chế độ manu........................................................70
Hình 4.17 Lưu đồ truyền nhận trong chế độ AUTO .....................................................72

x
Hình 4.18 Lưu đồ điều khiển web.................................................................................73
Hình 4.19 Quy trình làm việc của Arduino ...................................................................74
Hình 4.20 Giao diện lập trình arduino...........................................................................75
Hình 4.21 Giao diện menu arduino IDE........................................................................75
Hình 4.22 Giao diện file menu arduino IDE ................................................................75
Hình 4.23 Giao diện Examples menu arduino IDE.......................................................76
Hình 4.24 Giao diện edit menu arduino IDE.................................................................76
Hình 4.25 Giao diện Tool Menu Arduino IDE .............................................................77
Hình 4.26 Chọn board arduino ......................................................................................77
Hình 4.27 Hiển thị Board và Serial Port đã kết nối.......................................................78
Hình 4.28 Arduino Toolbar ...........................................................................................78
Hình 4.29 Logo của 000webhost...................................................................................79
Hình 4.30 Đăng ký tài khoản.........................................................................................80
Hình 4.31 Giao diện nơi đăng ký tài khoản...................................................................81
Hình 4.32 Giao diện nơi email xác nhận đăng ký tài khoản .........................................81
Hình 4.33 Xác nhận thành công ....................................................................................82
Hình 4.34 Tạo database ................................................................................................83
Hình 4.35 Nhập tên database muốn tạo........................................................................83
Hình 4.36 Quản lý, chỉnh sửa database ........................................................................84
Hình 4.37 Kết quả tạo thành công database .................................................................84
Hình 4.38 Nơi upfile code lên ......................................................................................85
Hình 4.39 Các file code được up lên thành công .........................................................85
Hình 4.40 Màn hình khởi động phần mềm lập trình cho màn hình .............................86
Hình 4.41 Các thành phần chính của phần mềm..........................................................87
Hình 4.42 Chọn loại màn hình .....................................................................................87
Hình 4.43 Những thành phần chính của màn hình thiết kế..........................................88
Hình 4.44 Kết quả sau khi thiết kế, lập trình................................................................88
Hình 4.45 Biên dịch chương trình................................................................................89
Hình 4.46 Xuất file code ra ngoài máy tình .................................................................89
Hình 4.47 File đã xuất ra dưới dạng .tft .......................................................................90
Hình 5.1 Mặt trước của hệ thống mạch cấp nguồn .......................................................94
Hình 5.2 Đèn báo sạc khi nhận nhận được acquy .........................................................94
Hình 5.3 Đèn báo chế độ sạc.........................................................................................95
Hình 5.4 Màn hình chờ của hệ thống ............................................................................95
Hình 5.5 Màn hình chính của hệ thống .........................................................................96

xi
Hình 5.6 Màn hình chọn chế độ của hệ thống...............................................................96
Hình 5.7 Màn hình chọn chế độ manual........................................................................97
Hình 5.8 Màn hình chọn chế độ auto ............................................................................97
Hình 5.9 Màn hình chọn chế độ auto trong môi trường bình thường ...........................98
Hình 5.10 Màn hình chọn chế độ auto trong môi trường có mưa .................................98
Hình 5.11 Màn hình chọn chế độ auto trong môi trường có nắng ................................99
Hình 5.12 Màn hình khi hệ thống bơm hoạt động ........................................................99
Hình 5.13 Màn hình trang chủ của website.................................................................100
Hình 5.14 Màn hình đăng ký tài khoản .......................................................................100
Hình 5.15 Màn hình đăng nhập tài khoản ...................................................................101
Hình 5.16 Các database đã tạo ....................................................................................101
Hình 5.17 Màn hình tab liên hệ...................................................................................102
Hình 5.18 Màn hình chế độ auto .................................................................................102
Hình 5.19 Màn hình chế độ manual ............................................................................103
Hình 5.20 Mặt trước mô hình......................................................................................103
Hình 5.21 Mô hình từ trên cao ....................................................................................104
Hình 5.22 Mô hình từ bên hông .................................................................................104
Bảng 3.1 Bảng tính toán thông số tiêu thụ dòng điện của hệ thống.........................…47

CHƯƠNG 1 : TỔNG QUAN
BỘ MÔN: ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 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 héc-
ta. 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 “THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG

HỆ THỐNG IoTs CHĂM SÓC CÂY ĂN QUẢ SỬ DỤNG PIN NĂNG LƯỢNG
MẶT TRỜI”.
1.2 MỤC TIÊU
 Tìm hiểu được về sự sinh trưởng của cây ăn quả mong muốn để từ đó nắm
bắt được những điều kiện nhiệt độ, độ ẩm, ánh sáng thích hợp với sự phát của
loại cây đó.
 Tìm hiểu được cơ sở lý thuyết của việc thiết kế và thi công một vườn cây ăn
quả.
 Tìm hiểu được về Pin năng lượng mặt trời và cách chuyển đổi năng lượng
mặt trời thành nguồn điện cung cấp cho hệ thống.
 Thiết kế được hệ thống chăm sóc cây ăn quả.
 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.
 Thiết kế được hệ thống cấp điện bằng pin năng lượng mặt trời cho toàn bộ hệ
thống.
 Thiết kế được giao diện Webserver giám sát, điều khiển các thiết bị thông qua
mạng Internet.
 Thi công được mô hình khu vườn.
 Cân chỉnh, hoàn thiện được mô hình khu vườn.
1.3 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU
 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 L293, động cơ Servo, động cơ DC, DHT11, BH1750, cảm biến mưa,
cảm biến độ ẩm đất.
 NỘI DUNG 2: Tìm hiểu và nghiên cứu về lập trình Web Server, tìm hiểu về
ngôn ngữ HTML, CSS, PHP, cơ sở dữ liệu MySQL.
 NỘI DUNG 3: Các giải pháp thiết kế hệ thống, thi công mô hình.

 NỘI DUNG 4: Thiết kế hệ thống điều khiển, lưu đồ giải thuật và chương
trình điều khiển mô hình.
 NỘI DUNG 5: Thiết kế hoàn chỉnh mô hình thực tế.
 NỘI DUNG 6: Chạy thử nghiệm hệ thống.
 NỘI DUNG 7: Cân chỉnh hệ thống.
 NỘI DUNG 8: Viết sách luận văn.
 NỘI DUNG 9: Bảo vệ đề tài tốt nghiệp
1.4 GIỚI HẠN
 Chọn cây cà chua là đối tượng nghiên cứu.
 Thiết kế mô hình nhà kính có kích thước dài, rộng, cao là 100 x 50 x 65 cm
bằng khung nhôm và bọc nhựa nilong, có mái che.
 Màn hình cảm ứng để thao tác có kích thước 3.2 inch.
 Sử dụng 2 tấm pin năng lượng mặt trời 12V-10W và bộ lưu điện 12V 9Ah để
cấp nguồn hoạt động cho toàn bộ hệ thống.
 Sử dụng 2 module hạ áp để giảm áp từ bộ lưu điện 12V.
 Hệ thống chỉ sử dụng điện từ bộ lưu điện, hoàn toàn không dùng nguồn điện
ngoài.
 Dừng lại ở mức độ mô hình học tập chứ chưa đưa vào thực tế để sử dụng.
1.5 BỐ CỤC
 Chương 1: Tổng Quan
Chương này trình bày về đặt vấn đề dẫn nhập lý do chọn đề tài, mục tiêu, nội
dung nghiên cứu, các giới hạn thông số và bố cục đồ án.
 Chương 2: Cơ Sở Lý Thuyết
Trong chương này trình bày về các lý thuyết có liên quan đến các vấn đề mà đề
tài sẽ dùng để thực hiện thiết kế, thi công cho đề tài.
 Chương 3: Tính Toán Và Thiết Kế

Chương này giới thiệu tổng quan về các yêu cầu của đề tài mà mình thiết kế và
các tính toán, thiết kế gồm những phần nào. Như: thiết kế sơ đồ khối hệ thống, sơ đồ
nguyên lý toàn mạch, tính toán thiết kế mạch.
 Chương 4: Thi Công Hệ Thống
Chương này trình bày về quá trình vẽ mạch in lắp ráp các thiết bị, đo kiểm tra
mạch, lắp ráp mô hình. Thiết kế lưu đồ giải thuật cho chương trình và viết chương trình
cho hệ thống. Hướng dẫn quy trình sử dụng hệ thống.
 Chương 5: Kết Quả_Nhận Xét_Đánh Giá
Trình bày về những kết quả đã được mục tiêu đề ra sau quá trình nghiên cứu thi
công. Từ những kết quả đạt được để đánh giá quá trình hoàn thành được bao nhiêu phần
trăm.
 Chương 6: Kết Luận Và Hướng Phát Triển
Chương này trình bày về những kết quả mà đồ án đạt được, những hạn chế, từ đó
rút ra kết luận và hướng phát triển để giải quyết các vấn đề tồn đọng để đồ án hoàn thiện
hơn.

CHƯƠNG 2 : CƠ SỞ LÝ THUYẾT
CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT
2.1 GIỚI THIỆU VỀ MÔ HÌNH TRỒNG RAU TRONG
NHÀ KÍNH NGOÀI THỰC TẾ
Trong thực tế hiện nay, ở nước ta cũng đã đang áp dụng, triển khai nhiều loại hệ
thống trồng rau trong nhà kính cũng như hệ thống trồng rau tại hộ gia đình trong đó nổi
bật là 2 loại hình chính sau:
Trong quy mô công nghiệp, diện tích lớn:
 Loại nhà lưới kín: Là loại nhà lưới được phủ hoàn toàn bằng lưới cả trên mái
cũng như xung quanh, có cửa ra vào cũng được phủ kín bằng lưới. Được sử
dụng để che chắn ngăn ngừa côn trùng thâm. Về thiết kế với kiểu mái bằng
và mái nghiêng hai bên. Khung nhà được làm bằng cột bê tông hoặc bằng
khung sắt hàn hoặc bắt ốc vít. Vật liệu lưới che sản xuất bằng vật liệu trong
nước bằng kỹ thuật dệt lưới đơn giản. lưới hoàn toàn không được xử lý để
tăng khả năng chống chịu tia tử ngoại, nắng, gió… nên độ bền không cao, chỉ
sử dụng tốt từ 6 - 8 tháng là rách, hư hỏng.
Hình 2.1 Mô hình vườn lưới kín ngoài thực tế
 Loại nhà lưới hở: Là loại nhà lưới chỉ được che chủ yếu trên mái hoặc một
phần bao xung quanh chủ yếu để giảm bớt tác hại của mưa và gió giúp cho
cây rau trồng được cả vào mùa mưa. Không có tác dụng ngăn ngừa côn trùng.

Thiết kế rất đơn giản với kiểu mái bằng và mái nghiêng hai bên. Về khung
nhà: được làm bằng cột bê tông hoặc bằng khung sắt hàn hoặc bắt ốc vít.
Hình 2.2 Mô hình vườn lưới hở ngoài thực tế
Trong quy mô hộ gia đình nhỏ lẻ:
Do đặc điểm hộ gia đình, đặc điểm riêng của mỗi ngôi nhà, khoảng không nên
mô hình ứng dụng cho quy mô này có rất nhiều hình dạng thiết kế, lắp đặt từ đơn giản
đến phức tạp để đáp ứng tối đa cho nhu cầu của người dân. Một số loại phổ biến như:
trồng rau từ ống nhựa, trồng rau bằng thùng phuy, trồng rau trong túi vải, trồng rau bằng
chai lọ treo, trồng rau bằng thùng xốp,…
Hình 2.3 Các hình thức trồng tại hộ gia đình

Tuy rằng có những ưu điểm không thể phủ nhận nhưng các mô hình ở trên vẫn
còn nhiều điểm hạn chế như:
 Trong loại nhà lưới kín sẽ tạo ra môi trường có nhiệt độ và độ ẩm cao hơn so
với bên ngoài từ đó nếu không có biện pháp giám sát chặt chẽ sẽ rất dễ bị nấm
mốc,…
 Trong loại hình nhà lưới hở thì do không được che chắn kỹ sẽ rất dễ côn trùng
tấn công.
 Phương pháp trồng tại gia đình thì có quy mô và diện tích nhỏ, khó lắp đặt
hiệu quả.
 Giá thành lắp đặt và đầu tư lớn thường gấp 5 đến 10 lần giá thành của phương
pháp canh tác truyền thống.
 Năng lượng sử dũng vẫn là bằng điện lưới nên phải tiêu tốn một số tiền nhất
định mỗi tháng.
 Hệ thống theo dõi, giám sát vẫn là bằng tay người, bằng kinh nghiệm thực tế
nên sẽ gây khó khăn cho những người không có kinh nghiệm về trồng trọt.
Với những khuyết điểm kể trên, trong đồ án này, nhóm thực hiện sẽ giữ lại những
điểm ưu việt của các phương pháp trên và khắc phục phần nào những khuyết điểm đang
tồn tại như:
 Năng lượng sử dụng sẽ là năng lượng sạch từ năng lượng mặt trời.
 Giá thành sẽ rẻ hơn.
 Có cơ chế giám sát, theo dõi thông qua mạng Internet, từ đó sẽ dễ dàng hơn
cho người sử dụng khi ở xa khu vườn.

2.2 TỔNG QUAN VỀ ARDUINO
Hình 2.4 Các loại Board Arduino
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. Các
ứng dụng nổi bật của board mạch Arduino: robot đơn giản, điều khiển nhiệt độ, phát
hiện chuyển động, game tương tác…
Được giới thiệu vào năm 2005, 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 thiết bị có khả năng tương tác với môi trường thông
qua các cảm biến và các cơ cấu chấp hành. Những ví dụ phổ biến cho những người yêu
thích mới bắt đầu bao gồm các robot đơn giản, điều khiển nhiệt độ và phát hiện chuyển

động. Đi cùng với 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++.
Một mạch Arduino bao gồm một vi điều khiển AVR với nhiều linh kiện bổ sung
giúp dễ dàng lập trình và có thể mở rộng với các mạch khác. Một khía cạnh quan trọng
của Arduino là các kết nối tiêu chuẩn của nó, cho phép người dùng kết nối với CPU của
board với các module thêm vào có thể dễ dàng chuyển đổi, được gọi là shield. Vài shield
truyền thông với board Arduino trực tiếp thông qua các chân khách nhau, nhưng nhiều
shield được định địa chỉ thông qua serial bus I²C nhiều shield có thể được xếp chồng và
sử dụng dưới dạng song song. Arduino chính thức thường sử dụng các dòng chip
megaAVR, đặc biệt là ATmega8, ATmega168, ATmega328, ATmega1280, và
ATmega2560. Một vài các bộ vi xử lý khác cũng được sử dụng bởi các mạch Aquino
tương thích. Hầu hết các mạch gồm một bộ điều chỉnh tuyến tính 5V và một thạch anh
dao động 16 MHz (hoặc bộ cộng hưởng ceramic trong một vài biến thể), mặc dù một
vài thiết kế như LilyPad chạy tại 8 MHz và bỏ qua bộ điều chỉnh điện áp onboard do
hạn chế về kích cỡ thiết bị. Một vi điều khiển Arduino cũng có thể được lập trình sẵn
với một boot loader cho phép đơn giản là upload chương trình vào bộ nhớ flash on-chip,
so với các thiết bị khác thường phải cần một bộ nạp bên ngoài. Điều này giúp cho việc
sử dụng Arduino được trực tiếp hơn bằng cách cho phép sử dụng 1 máy tính gốc như là
một bộ nạp chương trình.
Một số loại arduino phổ biến trên thị trường có thể kể đến là: Arduino Nano,
Arduino Uno R3, Arduino Mega 2560 R3, Arduino Due, …Ngoài ra còn có một số dòng
arduino hỗ trợ Internet như Arduino Ethernet, NODEMCU ESP8266,…

2.3 TỔNG QUAN VỀ IOT
Hình 2.5 Tổng quan về hệ thống IoT
IoT (Internet of Things) là thuật ngữ dùng để chỉ các đối tượng có thể được nhận
biết cũng như chỉ sự tồn tại của chúng trong một kiến trúc mang tính kết nối. Cụm từ
này được đưa ra bởi Kevin Ashton vào năm 1999. Ông là một nhà khoa học đã sáng lập
ra Trung tâm Auto-ID ở đại học MIT, nơi thiết lập các quy chuẩn toàn cầu cho RFID
(một phương thức giao tiếp không dây dùng sóng radio) cũng như một số loại cảm biến
khác. IoT sau đó cũng được dùng nhiều trong các ấn phẩm đến từ các hãng và nhà phân
tích.
Điểm quan trọng của IoT đó là các đối tượng phải có thể được nhận biết và định
dạng. Nếu mọi đối tượng, kể cả con người, được "đánh dấu" để phân biệt bản thân đối
tượng đó với những thứ xung quanh thì chúng ta có thể hoàn toàn quản lí được nó thông
qua máy tính. Việc đánh dấu có thể được thực hiện thông qua nhiều công nghệ, chẳng
hạn như RFID, NFC, mã vạch, mã QR, watermark kĩ thuật số... Việc kết nối thì có thể
thực hiện qua Wi-Fi, mạng viễn thông băng rộng (3G, 4G), Bluetooth, ZigBee, hồng
ngoại...
Ngoài những kĩ thuật nói trên, nếu nhìn từ thế giới web, chúng ta có thể sử dụng
các địa chỉ độc nhất để xác định từng vật, chẳng hạn như địa chỉ IP. Mỗi thiết bị sẽ có

một IP riêng biệt không nhầm lẫn. Sự xuất hiện của IPv6 với không gian địa chỉ cực kì
rộng lớn sẽ giúp mọi thứ có thể dễ dàng kết nối vào Internet cũng như kết nối với nhau.
Một trong những vấn đề với IoT đó là khả năng tạo ra một ứng dụng IoT nhanh
chóng. Để khắc phục, hiện nay nhiều hãng, công ty, tổ chức trên thế giới đang nghiên
cứu các nền tảng giúp xây dựng nhanh ứng dụng dành cho IoT. Đại học British Columbia
ở Canada hiện đang tập trung vào một bộ toolkit cho phép phát triển phần mềm IoT chỉ
bằng các công nghệ/tiêu chuẩn Web cũng như giao thức phổ biến. Công ty như ioBridge
thì cung cấp giải pháp kết nối và điều khiển hầu như bất kì thiết bị nào có khả năng kết
nối Internet.
2.4 TỔNG QUAN VỀ WEB
World Wide Web (www), gọi tắt là web, là một không gian thông tin toàn cầu
mà mọi người có thể truy nhập qua các máy tính nối với mạng Internet. Các tài liệu trên
web được lưu trữ trong một hệ thống siêu văn bản đặt tại các máy Webserver nối mạng
Internet. Người dùng phải sử dụng một chương trình được gọi là trình duyệt web để
xem các siêu văn bản này. Chương trình này sẽ nhận thông tin tại ô địa chỉ URL do
người sử dụng yêu cầu, sau đó trình duyệt sẽ tự động gửi thông tin đến máy webserver
và hiển thị trên màn hình máy tính của người xem.
Người dùng có thể theo các liên kết siêu văn bản trên mỗi trang web để nối với
các tài liệu khác hoặc gửi thông tin phản hồi lên máy chủ trong một quá trình tương tác.
Hoạt động truy tìm thông tin theo các siêu liên kết thường được gọi là duyệt web. Quá
trình này cho phép người dùng có thể lướt các trang web để lấy thông tin. Tuy nhiên độ
chính xác và chứng thực của thông tin tùy thuộc vào uy tín của các website đưa ra thông
tin đó.
Đặc điểm tiện lợi của web: Thông tin dễ dàng cập nhật, thay đổi, khách hàng có
thể xem thông tin ngay tức khắc, ở bất kỳ nơi nào, tiết kiệm chi phí in ấn, gửi bưu điện,
fax, thông tin không giới hạn và không giới hạn phạm vi khu vực sử.
Về cơ bản thì các website được vận hành nhờ 3 thành phần là: tên miền, website
và web server. Trong đó tên miền đóng vai trò là địa chỉ website. Website là hệ thống
file nguồn chứa file khởi chạy cho website, các file chứa nội dung của website như hình

ảnh, văn bản, âm thanh. Ngoài ra còn là những file điều khiển lưu trữ - trích xuất dữ liệu
từ CSDL, điều khiển web server nhận và phản hồi yêu cầu của người dùng thông qua
trình duyệt.… Còn thành phần thứ 3 web server chính là nơi lưu trữ cho CSDL và hệ
thống file nguồn nêu trên.
2.5 CÁC CHUẨN GIAO TIẾP
2.5.1 CHUẨN GIAO TIẾP UART
UART là viết tắt của Universal Asynchronous Receiver – Transmitter có nghĩa
là truyền dữ liệu nối tiếp bất đồng bộ. UART chuyển đổi giữa dữ liệu nối tiếp và song
song. Một chiều, UART chuyển đổi dữ liệu song song bus hệ thống ra dữ liệu nối tiếp
để truyền đi. Một chiều khác, UART chuyển đổi dữ liệu nhận được dạng dữ liệu nối tiếp
thành dạng dữ liệu song song cho CPU có thể đọc vào bus hệ thống. Để truyền được dữ
liệu thì cả bên phát và bên nhận phải tự tạo xung clock có cùng tần số và thường được
gọi là tốc độ baud, ví dụ như 2400 baud, 4800 baud, 9600 baud...
UART của PC hỗ trợ cả hai kiểu giao tiếp là giao tiếp đồng thời và không giao
tiếp đồng thời. Giao tiếp đồng thời tức là UART có thể gửi và nhận dữ liệu vào cùng
một thời điểm. Còn giao tiếp không đồng thời (không kép) là chỉ có một thiết bị có thể
chuyển dữ liệu vào một thời điểm, với tín hiệu điều khiển hoặc mã sẽ quyết định bên
nào có thể truyền dữ liệu. Giao tiếp không đồng thời được thực hiện khi mà cả 2 chiều
chia sẻ một đường dẫn hoặc nếu có 2 đường nhưng cả 2 thiết bị chỉ giao tiếp qua một
đường ở cùng một thời điểm.
Thêm vào đường dữ liệu, UART hỗ trợ bắt tay chuẩn RS232 và tín hiêu điều
khiển như RTS, CTS, DTR, DCR, RT và CD
Hình 2.6 Giao tiếp UART

Để giao tiếp giữa 2 thiết bị thông qua chuẩn giao tiếp UART, ta tiền hành nối dây
Tx (chân gửi tín hiệu) của bên phát với chân Rx (chân nhận tín hiệu) của bên thu và
ngược lại nối chân Rx (chân nhận tín hiệu) của bên phát với chân Tx (chân gửi tín hiệu)
của bên thu. Cách nối dây này được gọi là nối chéo dây. Bên cạnh đó, cần phải nối chung
GND cho cả 2 bên nhận và phát với nhau và muốn truyền nhận được, 2 bên phải có cùng
tốc độ baud.
2.5.2 CHUẨN GIAO TIẾP I2
C
I2
C là một chuẩn truyền nối tiếp theo mô hình chủ – tớ. Một thiết bị chủ có thể
giao tiếp với nhiều thiết bị tớ. Muốn giao tiếp với thiết bị nào, thiết bị chủ phải gửi đúng
địa chỉ để kích hoạt thiết bị đó rồi mới được phép ghi hoặc đọc dữ liệu.
Hình 2.7 Giao tiếp I2
C
Một giao tiếp I2C gồm có 2 dây: Serial Data (SDA) và Serial Clock (SCL). SDA
là đường truyền dữ liệu 2 hướng, còn SCL là đường truyền xung đồng hồ và chỉ theo
một hướng. Như hình vẽ trên, khi một thiết bị ngoại vi kết nối vào đường I2C thì chân
SDA của nó sẽ nối với dây SDA của bus, chân SCL sẽ nối với dây SCL.
Mỗi dây SDA hãy SCL đều được nối với điện áp dương của nguồn cấp thông qua
một điện trở kéo lên. Sự cần thiết của các điện trở kéo này là vì chân giao tiếp I2C của
các thiết bị ngoại vi thường là dạng cực máng hở. Giá trị của các điện trở này khác nhau
tùy vào từng thiết bị và chuẩn giao tiếp, thường dao động trong khoảng 1K đến 4.7k.
Như hình trên, ta thấy có rất nhiều thiết bị cùng được kết nối vào một bus I2C,
tuy nhiên sẽ không xảy ra chuyện nhầm lẫn giữa các thiết bị, bởi mỗi thiết bị sẽ được

nhận ra bởỉ một địa chỉ duy nhất với một quan hệ chủ/tớ tồn tại trong suốt thời gian kết
nối. Mỗi thiết bị có thể hoạt động như là thiết bị nhận hoặc truyền dữ liệu hay có thể vừa
truyền vừa nhận. Hoạt động truyền hay nhận còn tùy thuộc vào việc thiết bị đó là chủ
(master) hãy tớ (slave). Một thiết bị hay một IC khi kết nối với bus I2C, ngoài một địa
chỉ (duy nhất) để phân biệt, nó còn được cấu hình là thiết bị chủ hay tớ.
2.5.3 CHUẨN GIAO TIẾP ONE-WIRE
Chuẩn giao tiếp 1 dây (1 wire) do hãng Dallas giới thiệu. Trong chuẩn giao tiếp
này chỉ cần 1 dây để truyền tín hiệu và làm nguồn nuôi (nếu không tín dây mass). Là
chuẩn giao tiếp không đồng bộ và bán song công (half-duplex). Trong giao tiếp này tuân
theo mối liên hệ chủ tớ một cách chặt chẽ. Trên một bus có thể gắn 1 hoặc nhiều thiết
bị slave nhưng chỉ có một master có thể kết nối đến bus này. Bus dữ liệu khi ở trạng thái
rãnh (khi không có dữ liệu trên đường truyền) phải ở mức cao do vậy bus dữ liệu phải
được kéo lên nguồn thông qua một điện trở. Giá trị điện trở này có thể tham khảo trong
datasheet của thiết bị/các thiết bị slave.
Hình 2.8 Giao tiếp One - Wire
Để giao tiếp được với vi điều khiển, tín hiệu trên bus 1 wire chia thành các khe
thời gian 60 µs. Một bit dữ liệu được truyền trên bus dựa trên khe thời gian (time slots).
Các thiết bị slave khác nhau cho phép có thời gian quy định khác nhau. Nhưng quan
trọng nhất trong chuẩn giao tiếp này là cần chính xác về thởi gian . Vì vậy để tối ưu
đường truyền thì cần một bộ định thời để delay chính xác nhất .

Hình 2.9 Giao tiếp One - Wire
Bốn thao tác hoạt động cơ bản của bus 1 wire là Reset/Presence, gửi bit 1, gửi bit
0, và đọc bit cụ thể là:
 Write 1 (gửi bit 1): Master kéo xuống 0 một khoảng A (us) rồi về mức 1
khoảng B (us).
 Write 0 (gửi bit 0): Master kéo xuống 0 khoảng C (us) rồi trả về 1 khoảng D.
 Read (Đọc một Bit) : Master kéo xuống 0 khoảng A rồi trả về 1 delay khoảng
E rồi đọc giá trị slave gửi về delay F (us).
 Restart : Master kéo xuống 0 một khoảng H rồi nhả lên mức 1 sau đó cấu hình
Master là chân In delay I (us) rồi đọc giá trị slave trả về. Nếu bằng 0 thì cho
phép giao tiếp, nếu bằng 1 đường truyền lỗi hoặc slave đang bận.

CHƯƠNG 3 : TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ
BỘ MÔN: ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y 16
CHƯƠNG 3. TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ
3.1 GIỚI THIỆU
Đề tài “Thiết kế và thi công hệ thống IoTs chăm sóc vườn cây ăn quả sử dụng
pin năng lượng mặt trời” bao gồm:
 Hệ thống chính là điều khiển vườn cây ăn quả bằng màn hình cảm ứng HMI.
Sau đó, dữ liệu cảm biến, trạng thái hoạt động của các thiết bị sẽ được gửi lên
Internet. Hệ thống có 2 chế độ hoạt động là MANUAL và AUTO. Ở chế độ
MANUAL người dùng có thể điều khiển các thiết bị một cách chủ động, bật
tắt các thiết bị tùy ý mà không cần phụ thuộc vào các điều kiện của môi
trường. Còn ở chế độ AUTO, cho phép người dùng cài đặt các thông giới hạn
của môi trường, từ đó các thiết bị sẽ hoạt động theo các thông số mà môi
trường đo đạc được.
 Hệ thống mở rộng bao gồm: Hệ thống điều khiển thiết bị từ xa thông qua
Internet, hiển thị trạng thái hoạt động của các thiết bị, điều khiển bật tắt các
thiết tùy trong chế độ MANUAL, và cho phép người dùng thiết lập các giá trị
môi trường giới hạn trong chế độ AUTO. Khi chuyển chế độ hoạt động trên
web thông qua Internet thì phần cứng sẽ chuyển đổi chế độ hoạt động theo.

3.2 TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG
3.2.1 THIẾT KẾ SƠ ĐỒ KHỐI HỆ THỐNG
Hệ thống gồm 8 khối ghép lại với nhau theo nhiều hướng tạo nên một hệ thống
hoạt động ổn định được trình bày trong sơ đồ khối hình 3.1 như sau:
Hình 3.1 Sơ đồ khối hệ thống
KHỐI ĐIỀU
KHIỂN TRỰC
TIẾP VÀ HIỂN
THỊ
KHỐI CẢM
BIẾN
KHỐI GIAO
TIẾP WIFI
KHỐI
WEBSERVER
KHỐI NGUỒN
KHỐI
RELAY
KHỐI XỬ LÝ
TRUNG TÂM KHỐI
CƠ
CẤU
CHẤP
HÀNH

Đối với hình 3.2 là hình ảnh thực tế của các khối trong sơ đồ hệ thống được kết
nối với nhau.
Hình 3.2 Sơ đồ khối hệ thống thiết bị thực tế

Chức năng từng khối:
 Khối nguồn: Cung cấp nguồn cho toàn bộ hoạt động của hệ thống bao gồm:
khối xử lý trung tâm, khối giao tiếp wifi, khối webserver, khối điều khiển trực
tiếp và hiển thị, khối cảm biến, khối relay và khối cơ cấu chấp hành.
 Khối xử lý trung tâm: Thu thập dữ liệu từ các thiết bị sau đó xử lý và điều
khiển khối chấp hành và khối hiển thị.
 Khối giao tiếp wifi: Để giao tiếp giữa khối điều khiển trung tâm và server, là
cầu nối trung gian để nhận và gửi dữ liệu điều khiển các thiết bị điện trong
khu vườn.
 Khối webserver: Xây dựng giao diện web để hiển thị, lưu trữ dữ liệu, đồng
thời cho phép người dùng thao tác, điều khiển gián tiếp hệ thống thông qua
Wifi.
 Khối điều khiển trực tiếp và hiển thị: Cho phép người dùng theo dõi các
thông số môi trường, thao tác điều khiển trực tiếp ngay trên màn hình.
 Khối cảm biến: bao gồm các cảm biến có nhiệm vụ thu thập các thông số của
môi trường để dựa vào các thông số đó điều khiển, giám sát khu vườn.
 Khối module Relay: Đóng ngắt các tiếp điểm theo sự điều khiển của ngõ ra
Arduino để điều khiển thiết bị. Cách ly giữa mạch công suất và mạch điều
khiển.
 Khối chấp hành: sẽ gồm các thiết bị mà sẽ giúp điều chỉnh các thông số, các
cơ cấu của khu vườn để giữ cho khu vườn luôn ở điều kiện thích hợp nhất.
3.2.2 TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ MẠCH
A. Khối xử lý trung tâm
Yêu cầu khối xử lý trung tâm: Đây được xem như là trái tim của toàn bộ hệ thống,
khối có chức năng tiếp nhận, xử lý mọi tín hiệu ngõ vào thu được từ các cảm biến, các
cơ cấu tác động, các tín hiệu điều khiển từ web, truyền nhận dữ liệu giữa web và phần
cứng để xử lý rồi đem những thông số đo được, xử lý được hiển thị lên cho người dùng
theo dõi, toàn bộ hoạt động điều khiển của hệ thống được được thông qua khối xử lý
trung tâm này.

Với các yêu cầu ở trên, hiện nay có rất nhiều các sự lựa chọn ở rất nhiều phân
khúc khác nhau như các dòng PLC của Siemens, Panasonic,.. hay các dòng vi điều khiển
họ Pic, các dòng vi điều khiển ARM, các dòng kit Arduino,… Tuy nhiên với yêu cầu
tiện dụng, dễ sử dụng, sức mạnh vừa đủ cho các tác vụ xử lý cơ bản và quan trọng nhất
là giá cả phải phù hợp nhóm quyết định sử dụng Arduino Mega 2560 cho khối xử lý
trung tâm.
Vì Arduino Mega 2560 sử dụng chip ATmega2560. Nó có 54 chân digital I/O
16 chân đầu vào tương tự (Analog Inputs), 4 UARTs (cổng nối tiếp phần cứng), một
thạch anh dao động 16 MHz, kết nối USB, một jack cắm điện, một đầu ICSP và một nút
reset. Bộ nhớ flash 128KB, SRAM 8KB và EEPROM 4 KB. Nó chứa tất cả mọi thứ cần
thiết để tạo thành khối xử lý trung tâm với đầy đủ các port.
Hình 3.3 Khối xử lý trung tâm sử dụng board Arduino Mega 2560
Các thông số kỹ thuật của Arduino 2560:
 Điện áp hoạt động: 5V
 Điện áp vào (giới hạn): 6-20V
 Cường độ dòng điện trên mỗi 3.3V pin: 50mA
 Cường độ dòng điện trên mỗi I/O pin: 20mA

B. Khối giao tiếp wifi
Yêu cầu khối giao tiếp Wifi: Với sự lựa chọn Arduino Mega 2560 làm bộ xử lý
trung tâm ở trên thì việc giao tiếp với mạng là điều không thể vì bản thân Arduino Mega
2560 không được hỗ trợ kết nối mạng cũng như giao tiếp mạng. Vì thế yêu cầu đặt ra là
phải có một khối trung gian để giúp Arduino có thể giao tiếp được với Internet, làm cầu
nối để nhận dữ liệu từ khối xử lý trung tâm đưa lên website và ngược lại từ website đưa
ngược về Arduino.
Với các yêu cầu kể trên, hiện nay dòng vi mạch wifi ESP 8266 rất phổ biến và
được ứng dụng rộng lớn, bản thân dòng này có rất nhiều phiên bản trừ ESP 8266 V1
đến ESP 8266 V12, các dòng ESP 8266 kết tích hợp hẳn vào board Arduino, ESP 8266
NODE MCU. Ở đây nhóm sử dụng ESP 8266 NODE MCU vì đây là dòng sản phẩm có
kích thước nhỏ gọn, dễ dàng sử dụng, giá rẻ, có cổng micro USB để nạp chương trình
và cấp nguồn nên không cần mạch nạp trung gian.
Hình 3.4 ESP Node MCU 8266
ESP8266 là dạng vi điều khiển tích hợp Wifi (Wifi SoC) được phát triển
bởi Espressif Systems, một nhà sản xuất Trung Quốc. Với vi điều khiển và Wifi tích
hợp, ESP8266 cho phép lập trình viên có thể thực hiện vô số các tác vụ TCP/IP đơn giản
để thực hiện vô số các ứng dụng khác nhau, đặc biệt là các ứng dụng IoT. Tuy nhiên,
vào thời điểm ra mắt năm 2014, hầu như chỉ có tài liệu bằng tiếng Trung Quốc nên
ESP8266 chưa được phổ biến như hiện nay.
Module ESP-12 kết hợp với firmware ESP8266 trên Arduino và thiết kế phần
cứng giao tiếp tiêu chuẩn đã tạo nên NodeMCU, loại Kit phát triển ESP8266 phổ biến

nhất trong thời điểm hiện tại. Với cách sử dụng, kết nối dễ dàng, có thể lập trình, nạp
chương trình trực tiếp trên phần mềm Arduino, đồng thời tương tích với các bộ thư viện
Arduino sẵn có, NodeMCU là sự lựa chọn hàng đầu cho các bạn muốn tìm hiểu về
ESP8266 hiện nay.
NODEMCU có khả năng như một modem wifi:
 Có thể quét và kết nối đến một mạng wifi bất kỳ (Wifi Client) để thực hiện
các tác vụ như lưu trữ, truy cập dữ liệu từ server.
 Tạo điểm truy cập wifi (Wifi Access Point) cho phép các thiết bị khác kết nối,
giao tiếp và điều khiển.
 Là một server để xử lý dữ liệu từ các thiết bị sử dụng internet khác.
Các thông số kỹ thuật của NODEMCU ESP8266:
 IC chính: ESP8266 Wifi SoC, phiên bản firmware: NodeMCU Lua.
 Chip nạp và giao tiếp UART: CP2102.
 GPIO tương thích hoàn toàn với firmware Node MCU.
 Cấp nguồn: 5VDC MicroUSB hoặc Vin.
 GIPO giao tiếp mức 3.3VDC, tích hợp Led báo trạng thái, nút Reset, Flash
 Tương thích hoàn toàn với trình biên dịch Arduino
Dưới đây là cách nối dây vào Arduino Mega 2560 với NODEMCU, được thể
hiện trong hình 3.5:
Hình 3.5 Sơ đồ nguyên lý NODEMCU kết nối Arduino Mega

Cách nối dây cho NODEMCU vào Arduino Mega 2560 như sau:
 Dây Vcc NODEMCU nối vào nguồn 5V của arduino và dây GND
NODEMCU nối vào chân GND của arduino.
 Dây TX của NODEMCU nối vào chân số RX0 của Arduino và dây RX của
NODEMCU nối chân TX0 của Arduino.
 Nối GND chung giữa Arduino và NODEMCU, thiết lập cả 2 có cùng tốc độ
Buad.
Cách thức giao tiếp của NODEMCU và Arduino:
Khi có tín hiệu được gửi đi từ Arduino thông qua chân TX0 trên Aruino, dữ liệu
này sẽ được đưa vào chân RX của NODEMCU để lưu trữ và xử lý, ngược lại khi có tín
tín hiệu gửi đi từ chân TX cho NODEMCU thì dữ liệu gửi đi này sẽ được đưa vào chân
RX0 của Arduino để lưu trữ và xử lý, quá trình truyền nhận này sẽ diễn ra liên tục.
C. Khối webserver
Yêu cầu khối Webserver: Đây là một khối hoạt động song song, độc lập với khối
xử lý trung tâm. Nó có nhiệm vụ theo dõi hoạt động của khu vườn và điều khiển khu
vườn.
Để lập trình được một Webserver thì có rất nhiều sự lựa chọn như làm một
Webserver cục bộ sử dụng mạng LAN, Webserver trực tuyến sử dụng mạng Internet. Ở
đề tài này, nhóm sử dụng 000webhost là một công ty cung cấp web hosting miễn phí
với 10 năm dẫn đầu trong ngành.
000webhost.com với ý nghĩa là chúng ta chỉ mất $0.00 cho nhu cầu muốn có một
webhost miễn phí, đáng để sử dụng. Trong 10 năm qua 000webhost luôn dẫn đầu trong
lĩnh vực web host miễn phí là nhà cung cấp hàng đầu thế giới cung cấp dịch vụ web
hosting cao cấp miễn phí không chèn quảng cáo & và không có phụ phí. Hàng triệu
người dùng 000Webhost chính là minh chứng cho điều đó. Chỉ cần đăng ký và chúng ta
sẽ có thể bắt đầu ngay với webhost để thực hiện dự án của mình.
Đây công ty web hosting miễn phí duy nhất cam kết đảm bảo uptime lên tới 99%,
với hầu hết các servers đạt tỉ lệ uptime tới 99.9%.

Một ưu điểm vượt trội khác nữa khi tạo host với 000Webhost là trong đây đã có
hỗ trợ luôn cho bạn các dịch vụ khác như myPHPadmin, MySQL để chúng ta có thể tạo
và quản lý Database.
Hình 3.6. Công cụ để tạo máy chủ của Webserver và Database
Mỗi tài khoản nhận được không gian lưu trữ và băng thông gần như không giới
hạn cùng với các kết nối không giới hạn tới các máy chủ. Chúng ta cũng sẽ được truy
cập các phiên bản PHP và MySQL mới nhất.
Hỗ trợ công cụ cài đặt tự động này được thiết kế để cài đặt các mã nguồn thông
dụng chỉ bằng một cú click chuột. Chỉ với vài cú click, website đã sẵn sàng để trở thành
một kho tài nguyên tuyệt vời. Bạn có thể cài đặt hơn 50 mã nguồn thông dụng như
WordPress, Joomla và còn nhiều hơn thế nữa...
D. Khối điều khiển trực tiếp và hiển thị
Yêu cầu khối điều khiển trực tiếp và hiển thị: Khối này sẽ là công cụ để giúp
người dùng có thể giao tiếp, nắm bắt, giám sát hoạt động của toàn bộ hệ thống để từ đó
có được những tùy chỉnh, cài đặt thích hợp cho toàn bộ hoạt động của hệ thống.
Với các yêu cầu kể trên, sự lựa chọn chủ yếu của các đề tài trước là bàn phím số
ma trận và LCD Text, ưu điểm của chúng là mức giá rẻ, dễ sử dụng vì đã được nghiên
cứu, sử dụng trong rất nhiều để tài từ trước nên có nhiều tài liệu tham khảo nhưng điều
đó cũng làm cho nó trở nên nhàm chán. Ngoài ra việc kết nối cũng rất phức tạp và tốn
chân kết nối với khối xử lý trung tâm. Do đó nhóm thực hiện muốn tiếp cận đến một

cách thức điều khiển và hiển thị mới. Con người ngày nay luôn muốn tìm thấy sự trực
quan, gọn nhẹ trong mọi thiết bị, dễ dàng sử dụng và thao tác và công nghệ màn hình
cảm ứng cũng từ đó mà phát triển rất mạnh. Vì thế nhóm quyết định sử dụng màn hình
cảm ứng UART HMI LCD 3.2 inch cho khối này.
Hình 3.7 Hình ảnh thực tế của màn hình HMI UART LCD
Màn hình HMI UART cảm ứng điện trở 3.2 inch phiên bản tiếng Trung được
phát triển với mục đích giúp người sử dụng có thể thiết kế các giao diện điều khiển và
hiển thị (GUI) trên màn cảm ứng 1 cách dễ dàng và trực quan nhất. Các điểm mạnh về
tính năng:
 Giao tiếp UART, với chỉ 2 dây tín hiệu (TX, RX) rất dễ dàng giao tiếp và điều
khiển.
 Phần phểm thiết kế giao diện trên máy tính USART HMI trực quan và dễ sử
dụng, giao tiếp với màn hình qua giao tiếp UART
 Có bộ nhớ lưu trữ và xử lý hình ảnh, tích hợp khe thẻ nhớ, nên giảm thiểu
được hầu hết các tác vụ về xử lý hình cho mạch điều khiển trung tâm, chỉ
truyền về trung tâm các dữ liệu thao tác cảm ứng.
 Thiết kế cảm ứng điện trở giúp dễ dàng thao tác khi mang găng tay trong môi
trường lao động.

Các thông số kỹ thuật của màn hình HMI
 Màn hình HMI 3.2 inch cảm ứng điện trở.
 Giao tiếp UART mức TTL (3 - 5VDC).
 Cấp nguồn 5VDC.
 Có phần mềm thiết kế giao diện đi kèm.
 Có bộ nhớ lưu trữ và xử lý hình.
Hình 3.8 Kết nối màn hình với Arduino
Cách nối dây cho màn hình HMI vào Arduino Mega 2560 như sau:
 Dây Vcc màn hình HMI nối vào nguồn 5V của arduino và dây GND màn hình
HMI nối vào chân GND của arduino.
 Dây TX của màn hình HMI nối vào chân số RX2 của arduino và dây RX của
màn hình HMI nối chân TX2 của arduino.
Cách thức giao tiếp của màn hình HMI và Arduino:
 Do cùng sử dụng chuẩn giao tiếp UART nên về cơ bản, cơ chế giao tiếp của
màn hình HMI với Arduino sẽ tương tự với của NODEMCU với Arduino.
Khi có tín hiệu được gửi đi từ Arduino thông qua chân TX2 trên Aruino, dữ
liệu này sẽ được đưa vào chân RX của màn hình để lưu trữ và xử lý và hiển
thị, ngược lại khi có tín hiệu gửi đi từ chân TX cho màn hình thì dữ liệu gửi
đi này sẽ được đưa vào chân RX2 của Arduino để lưu trữ và xử lý.

E. Khối cảm biến
Yêu cầu của khối cảm biến: khối này sẽ có nhiệm vụ thu thập các thông số của
môi trường để cung cấp chúng cho khối xử lý trung tâm có thông số để từ đó có những
xử lý, điều chỉnh để phù hợp nhất với sự phát triển và sinh trưởng của các cây trồng
trong khu vườn. Ở đề tài này, các thông số mà nhóm quan tâm tới là thông số về nhiệt
độ môi trường, độ ẩm không khí, độ ẩm đất, cường độ ánh sáng và mưa. Ứng với mỗi
thông số có rất nhiều sự lựa chọn trên thị trường với nhiều mức giá cũng như tính năng
khác nhau. Ví dụ như với yêu cầu đo nhiệt độ thì có các sự lựa chọn như: LM35,
DS18B20, DHT11, DHT22,.. hay các cảm biến trong công nghiệp với dải nhiệt độ đo
rất cao, độ chính xác rất lớn.
Với yêu cầu các cảm biến có khả năng đo cũng như nhận biết được sự thay đổi
của các thông số môi trường một cách không quá chính xác, giá thành phải chăng cũng
như dễ dàng sử dụng, nhóm đã lựa chọn các cảm biến như sau:
 Với nhu cầu đo nhiệt độ sử dụng cảm biến DHT11.
 Với nhu cầu đo độ ẩm không khí thì bản thân cảm biến đo nhiệt độ DHT11
đã được tích hợp sẵn tính năng này nên sẽ sử dụng luôn cảm biến DHT11.
 Với nhu cầu đo cường độ ảnh sáng sử dụng cảm biến BH1750.
 Với yêu cầu đo độ ẩm đất sử dụng cảm biến đo độ ẩm đất.
 Với yêu cầu nhận biết trời có mưa hay khồn sử dụng cảm biến mưa.
Cảm biến DHT11
Cảm biến DHT11 là cảm biến có chức năng đo nhiệt độ và độ ẩm. Cảm biến
DHT11 sử dụng chuẩn giao tiếp 1 dây.
Hình 3.9 Hình ảnh thực tế cảm biến DHT11

Thông số kỹ thuật
 Nguồn 3-5V DC.
 Chuẩn giao tiếp TTL, 1 wire.
 Dòng sử dụng: 2.5mA max (khi truyền dữ liệu).
 Đo tốt độ ẩm 20% - 80%RH với sai số ±5%.
 Đo tốt ở nhiệt độ 0-50℃ sai số ±2%.
Cách kết nối giữa cảm biến DHT11 và Arduino Mega 2560, được thể hiện trong
hình 3.10 dưới đây:
Hình 3.10 Kết nối cảm biến DHT 11 với Arduino
 Chân số 2 nối vào chân 22 của Arduino để truyền nhận dữ liệu.
 Chân số 3 nối với GND của Arduino.
 Chân số 1 nối với 5V DC 5V từ arduino.
Cách thức giao tiếp của cảm biến DHT11 và Arduino:
 Cảm biến DHT11 sử dụng chuẩn giao tiếp OneWire, giao tiếp qua Aruino
thông qua 1 dây tín hiệu duy nhất. Khi đó thiết bị Master là Aruino muốn giao
tiếp với DHT sẽ tạo ra các khe thời gian khác nhau. Dựa vào thời gian và các
mức điện áp tương ứng với từng khoảng thời gian đó mà DHT11 sẽ thực hiện
các lệnh tương ứng cần thực hiện.

Cảm biến BH1750
Cảm biến cường độ ánh sáng BH1750 là cảm biến ánh sáng với bộ chuyển đổi
ADC 16 bit tích hợp trong chip và có thể xuất ra trực tiếp dữ liệu theo dạng digital. Cảm
biến không cần bộ tính toán cường độ ánh sáng khác. BH1750 sử dụng đơn giản và
chính xác hơn nhiều lần so với dùng cảm biến quang trở để đo cường độ ánh sáng với
dữ liệu thay đổi trên điện áp dẫn đến việc sai số cao. Với cảm biến BH1750 cho dữ liệu
đo ra trực tiếp với dạng đơn vị là LUX không cần phải tính toán chuyển đổi thông qua
chuẩn truyền I2C.
Hình 3.11 Hình ảnh thực tế cảm biến BH1750
 Điện áp hoạt động: 3 – 5 VDC.
 I2C bus Interface (400 kHx max).
 Độ phân giải cao (1 – 65535 lx).
 Nhiệt độ hoạt động: -40o
C – 85o
C.
Cách kết nối giữa cảm biến BH1750 và Arduino Mega 2560, được thể hiện trong
 Chân Vcc nối vào chân 5V của arduino.
 Chân GND nối với GND của arduino.
 Chân SDA, SCL lần lượt nối vào chân SDA, SCL trên arduino.

Hình 3.12 Kết nối cảm biến BH1750 với Arduino
Cách thức giao tiếp của cảm biến BH1750 và Arduino:
 Cảm biến BH1750 giao tiếp với Arduino thông qua chuẩn giao tiếp I2C.
Thông qua 2 chân SDA và SCL kết nối với chân SDA và SCL của Arduino.
Tín hiệu sẽ được gửi thông qua chân SDA, chân SCL sẽ là chân cấp xung điều
khiển, khi xung điều khiển gọi vào cảm biến BH1750, nó sẽ trả về cho thiết
bị Master địa chỉ được quy định của nó thường là 0X23 hoặc 0X5C và địa chỉ
này sẽ không thay đổi trong suốt quá trình làm việc với Arduino để qua đó
thiết bị Master có thể nhận biết được chính xác đối tượng nó đang tiến hành
giao tiếp.
Cảm biến độ ẩm đất
Cảm biến độ ẩm đất dùng để đo độ ẩm trong đất. Hai đầu đo của cảm biến được
cắm vào đất để phát hiện độ ẩm. Dùng dây nối giữa cảm biến và module chuyển đổi.
Thông tin về độ ẩm đất sẽ được đọc về và gửi tới 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 3.13 Hình ảnh thực tế cảm biến độ ẩm đất
 Điện áp hoạt động: 3.3V-5V.
 Độ phân giải: 10bit.
 IC so sánh : LM393.
 AO: Đầu ra Analog (Tín hiệu tương tự).
Cách kết nối giữa cảm biến độ ẩm đất và Arduino Mega 2560, được thể hiện
trong hình 3.14 dưới đây:
 Chân AO nối với chân A15 trên arduino để đọc giá trị analog.

Hình 3.14 Kết nối cảm biến độ ẩm đất với Arduino
Cách thức giao tiếp của cảm biến độ ẩm đất và Arduino:
 Cảm biến độ ẩm đất khi hoạt động sẽ trả về một giá trị Analog tương ứng với
độ ẩm của từng loại đất đang đo, giá trị này sẽ được quy đổi thành giá trị số
trải dài trong khoảng từ 0 đến 1023 tương ứng với 10bit.
 Chân dữ liệu A0 sẽ được kết nối với Arduino và từ giá trị từ 0 đến 1023 này,
Arduino sẽ quy đổi nó thành các giá trị % tương ứng với giá trị độ ẩm đất hiện
tại đo được.
Cảm biến mưa
Mạch cảm biến mưa là một module cảm biến 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.

Hình 3.15 Hình ảnh thực tế cảm biến mưa
 Điện áp: 3V - 5V.
 Ngõ ra: DO: dạng digital – TTL.
 Độ phân giải: 10bit.
 IC so sánh : LM393.
Cách kết nối giữa cảm biến mưa và Arduino Mega 2560, được thể hiện trong
Hình 3.16 Kết nối cảm biến mưa với Arduino

 Chân DO nối với chân 24 trên arduino để đọc giá trị digital.
Cách thức giao tiếp của cảm mưa và Arduino:
 Thông qua đầu thu, khi có mưa, đầu thu bị ướt dẫn đến giá trị thay đổi, thông
qua module chuyển đổ từ Analog thành Digital bằng IC so sánh LM393 sẽ trả
về giá trị 1 khi trời mưa và 0 khi trời nắng, giá trị này sẽ được đưa vào Arduino
thông qua chân D0 của Module chuyển đổi.
F. Khối relay
Yêu cầu khối Relay: tín hiệu điều khiển từ ngõ ra của khối xử lý trung tâm là 5v
tuy nhiên các thiết bị lại hoạt động ở mức điện áp 12V vì thế cần phải có một thiết bị
trung gian có thể đóng ngắt với điện áp 5V để điều khiển cho các thiết bị 12V. Ngoài ra
thiết bị đó còn cần phải có khả năng cách ly để đảm bảo sự an toàn cho khối xử lý trung
tâm trong các trường hợp cháy nổ, chập cháy.
Với các yêu cầu đó, nhóm sử dụng Relay. Relay sẽ được sử dụng để đóng ngắt
tiếp điểm cũng như là đóng ngắt tải điện.
Hình 3.17 Hình ảnh thực tế Relay và cấu tạo bên trong của Relay
Relay là một loại linh kiện điện tử thụ động rất hay gặp trong các ứng dụng thực
tế khi 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,
Relay được kích hoạt bằng điện thay vì dùng tay người. Chính vì lẽ đó, Relay được dùng
làm công tắc điện tử. Vì rơ-le là một công tắc nên nó có 2 trạng thái: đóng và mở.

Hình 3.18 Cơ cấu tác động của Relay
Để sử dụng được Relay, ta phải cấp nguồn vào 2 chân + và – của cuộn dây của
Relay, khi cuộn dây chưa có điện thì tiếp điểm của Relay ở vị trí NC, khi cuộn dây có
điện, nó sẽ hút tiếp điểm của Relay từ vị trí NC sang vị trí NO, ta nối dây của thiết bị
cần điều khiển vào 2 chân COM và NO để điều khiển đóng ngắt thiết bị đó.
Cấu tạo của 1 Realy được thể hiện trong hình:
Hình 3.19 Mạch nguyên lý của Module Relay
Ta sử dụng một con led để báo trạng thái hoạt đọng của relay. Led cần dòng
10mA và áp rơi là 3V. Từ đó ta suy ra giá trị:
𝑅𝑙𝑒𝑑 =
𝑉𝑐𝑐−𝑉 𝑙𝑒𝑑−0.2
𝐼 𝑙𝑒𝑑
=
5−3−0.2
10
= 180 Ω (3.1)
 Chọn 𝑅𝑙𝑒𝑑 = 220 Ω.
Theo Datasheet ta có dòng điện qua cuộn dây 80mA. Module relay dùng
transistor S8050 có hFE là 120.
Và IC > IL = 80mA (3.2)
Chọn IC = 100 mA => IB=
100
120
= 0.84mA (3.3)

𝑅 𝐵 =
5 − 0.7
0.84
= 5,1 𝑘Ω
Chọn RB = 5,1k.
G. Khối cơ cấu chấp hành
Yêu cầu khối cơ cấu chấp hành: Khi các thông số của môi trường đọc được từ
cảm biến không phù hợp với sự sinh trưởng và phát triển của cây trồng, khối xử lý trung
tâm sẽ tác động đến khối cơ cấu chấp hành để điều chỉnh các thông số của khu vườn
thông qua hoạt động của các thiết bị trong khối này.
 Khi cần tác động vào độ ẩm đất thì sẽ sử dụng hệ thống bơm nước.
 Khi cần tác động vào nhiệt độ môi trường sẽ sử dụng hệ thống quạt hút và
đèn sưởi.
 Khi cần tác động vào độ ẩm không khí thì sử dụng hệ thống quạt thổi
 Khi cần tác động vào cường độ ánh sáng thì sử dụng hệ thống động cơ kéo
rèm che và đèn led.
 Khi cần tác động vào mái khi trời mưa thì sử dụng hệ thống động cơ Servo
để đóng mở mái.
Bơm
Bơm nước HT001674SP là loại bơm nước nhỏ gọn, điện áp hoạt động nhỏ, tiết
kiệm, thích hợp sử dụng trong các ứng dụng mô hình hoạc tập, nghiên cứu. Đây là loại
bơm chìm, hoạt động hoàn toàn dưới nước.
Hình 3.20 Hình ảnh thực tế của bơm

Thông số kỹ thuật:
 Điện áp sử dụng: 3V - 4,5V.
 Lưu lượng bơm: 3,3 (L/P) (100 L/H).
 Công suất bơm: 5W.
 Đẩy cao: 0,5m.
 Tuổi thọ: 20.000 giờ hoặc hơn.
Bơm nước được kết nối và điều khiển thông qua Relay như hình vẽ:
Hình 3.21 Kết nối của bơm với Relay và Arduino
Đèn LED
Hình 3.22 Hình ảnh thực tế Led dây
Để đáp ứng yêu cầu cung cấp ánh sáng cho vườn cây trong những điều kiện thiếu
sáng, nhóm sử dụng đèn led dây Samsung. Đây là loại led cho công suất phát sáng tốt,
màu sắc rõ nét, độ bền cao.

 Công suất: 15W/m.
 Quang thông: 1210lm/m.
 Ra>85.
 Ánh sáng : 3000K/4000K/6500K hoặc đơn sắc (R/G/B/Y).
 Điện áp : 12V/24V.
Led được kết nối và điều khiển thông qua Relay như hình vẽ:
Hình 3.23 Kết nối của led dây với Relay và Arduino
Quạt
Hình 3.24 Hình ảnh thực tế quạt

Trong những điều kiện nhiệt độ quá cao hoặc độ ẩm quá cao thì rất cần một cơ
cấu để làm hạ nhiệt và hạ ẩm cho khu vườn, nhóm sử dụng quạt tản nhiệt 12V cho yêu
cầu trên.
 Giới thiệu quạt tản nhiệt :
 Điện áp hoạt động 12VDC x 0.2A x 5W.
 Dòng: 0.20A.
 Kích thước: 6 cmx 6cm x 1.5 cm
Quạt được kết nối và điều khiển thông qua Relay như hình vẽ:
Hình 3.25 Kết nối của quạt hút và quạt thổi với Relay và Arduino
Servo MG996R
Động cơ RC Servo MG996 là loại thường được sử dụng nhiều nhất trong các
thiết kế Robot hoặc dẫn hướng xe. Động cơ RC Servo MG996 có lực kéo mạnh, các
khớp và bánh răng được làm hoàn toàn bằng kim loại nên có độ bền cao, động cơ được
tích hợp sẵn Driver điều khiển động cơ bên trong theo cơ chế phát xung - quay góc nên
rất dễ sử dụng. Đây là loại động cơ Servo với ưu điểm là giá thành vừa phải và có sức
kéo cao, độ bền lớn, nhóm sử dụng để đóng mở mái cho khu vườn

Hệ thống iots chăm sóc vườn cây ăn quả sử dụng năng lượng mặt trời

Hệ thống iots chăm sóc vườn cây ăn quả sử dụng năng lượng mặt trời

Recommended

Recommended

More Related Content

What's hot

What's hot (20)

Similar to Hệ thống iots chăm sóc vườn cây ăn quả sử dụng năng lượng mặt trời

Similar to Hệ thống iots chăm sóc vườn cây ăn quả sử dụng năng lượng mặt trời (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)

Hệ thống iots chăm sóc vườn cây ăn quả sử dụng năng lượng mặt trời