Xây dựng hệ thống giảm sát nhiệt độ, độ ẩm và khí Co2 bằng cảm biến DHT11 và MQ135 trong nhà kính thông qua máy tính, điện thoại thông minh qua app Blynk sử dụng kit wifi ESP8266 và một số thiết bị cảnh báo giúp cảm báo khi độ ẩm, nhiệt độ và khí Co2 ngoài khoảng cho phép
Tổng quan về hệ thống
Giới thiệu chung
Thế giới đang có những thách thức, những biến đổi lớn về kinh tế-xã hội, sự tiến bộ về khoa học công nghệ và thách thức của biến đổi khí hậu Sự chính xác trở thành tiêu chí đầu tiên và quan trọng trong thế giới công nghệ 4.0 Ở Việt Nam, vấn đề an toàn, chính xác ngày càng trở nên quan trọng và đặc biệt quan trọng tại các thành phố lớn với những dự án lơn Vì vậy tình hình nghiên cứu về những máy móc, hệ thống có độ chính xác và an toàn cao ngày càng phát triển mạnh mẽ và được sự quan tâm của các nước phát triển và đang phát triển trên thế giới
Ngày nay, công nghệ kết nối đầu tiên cần nhắc đến hiển nhiên là Wifi (công nghệ kết nối không dây phổ biến nhất hiện nay) Cũng vì tính phổ biến của dạng kết nối này mà cái tên Wifi thường bị lạm dụng để chỉ kết nối không dây nói chung Lí do mà kết nối Wifi được ưa chuộng như vậy đơn giản là vì khả năng hoạt động hiệu quả trong phạm vi vài chục đến vài trăm mét của các mạng WLAN
Và trong thời đại công nghiệp hóa hiện đại hóa hiện nay, việc phát minh và chế tạo ra các thiết bị thông minh có khả năng điều khiển từ xa đang và sẽ rất được quan tâm và rất hữu ích cho cuộc sống hàng ngày Vì mục tiêu công nghệ hiện đại hóa ngày càng phát triển, nhóm em đã quyết định làm một đồ án “Giám sát nhiệt độ, độ ẩm và khí CO2 thông qua máy tính, điện thoại thông minh kết nối Internet” Đề tài của nhóm em ngoài việc giám sát nhiệt độ, độ ẩm và khí CO2 trong nhà kính thì kết quả của chúng còn được hiển thị trên màn hình LCD và thiết bị điện tử theo thời gian thực đồng thời cảnh báo bằng loa khi các thông số đo vượt quá mức cho phép Khi dự án hoàn thành chúng ta có thể giám sát các thông số ảnh hưởng đến cây trồng thông qua điện thoại thông minh có kết nối Internet Khi dự án thành công và được áp dụng rộng rãi thì sẽ rất tiện lợi cho nông nghiệp, giúp tăng năng suất cây trồng, dễ dàng trong việc quản lý, giám sát và giúp cho đất nước ngày càng phát triển
1.1.2 Sơ lược về hệ thống giám sát nhiệt độ, độ ẩm và khí CO2
Hệ thống bao gồm tập hợp các bộ phận cấu thành có nhiệm vụ đo nhiệt độ, độ ẩm và khí CO2 theo thời gian thực và hiển thị lên màn hình LCD đồng thời gửi kết quả lên điện thoại thông minh và máy tính có kết nối Internet và cảnh báo bằng loa, màu sắc LED khi các thông số đo vượt quá mức quy định
Các yêu cầu cơ bản
• Tiếp nhận tín hiệu từ các cảm biến và đo nhiệt độ, độ ẩm, khí CO2
• Hiển thị kết quả theo thời gian thực lên màn hình LCD và điện thoại thông minh và máy tính có kết nối Internet
• Cảnh báo khi các thông số vượt ngưỡng cho phép
Bảng 1.1 Cấu trúc thiết bị
Thiết bị Loại sử dụng
Cảm biến nhiệt độ, độ ẩm DHT11
Cảm biến khí CO2 MQ135
Hiển thị nhiệt độ, độ ẩm, nồng độ
CO2 theo thời gian thực
LCD và điện thoại thông minh/máy tính
Tín hiệu cảnh báo Đèn/còi Đặc tính kỹ thuật
Bảng 1.2 Đặc tính kỹ thuật
Giới hạn đo Theo yêu cầu đặt ra của hệ thống Điện áp hoạt động 5VDC
Ý nghĩa thực tiễn
Hệ thống giám sát nhiệt độ, độ ẩm và khí CO2 bằng điện thoại thông minh sử dụng các cảm biến đo lường thông qua kết nối Internet là một trong những đề tài mang tính thiết thực, mức cần thiết cao trong sự phát triển khoa học, công nghệ Nhằm mục đích cho việc ứng dụng vào trong các môi trường khác nhau như nhà ở, nhà xưởng, nhà kính… Trong sản xuất cũng như trong sinh hoạt giúp tăng năng xuất lao động cũng như đảm bảo an toàn cho môi trường sinh hoạt xung quanh và đây cũng chính là động lực để nhóm em tìm hiểu và có thêm nhều hiểu biết hơn về cách thiết kế, mô phỏng và chế tạo ra hệ thống tối ưu, đáp ứng các yêu cầu đặt ra
Giới thiệu về hệ thống giám sát nhiệt độ, độ ẩm và khí CO2, quá trình phát triển và ý nghĩa thực tiễn Đề tài mang tính ứng dụng thực tế cao, đáp ứng yêu cầu của thực tiễn đặt ra, có tiềm năng lớn để áp dụng rộng rãi trong thực tế
Cơ sở lý thuyết về hệ thống
Phân tích và lựa chọn bộ điều khiển, cảm biến
2.1.1 Cảm biến nhiệt độ DHT11
Hình 2.2 Sơ đồ chân đấu nối DHT11 a, Chức năng
Dùng để đo nhiệt độ và độ ẩm thông qua giao tiếp 1 wire (bộ tiền xử lý tín hiệu được tích hợp trong cảm biến giúp có được dữ liệu chính xác mà không cần phải tính toán) b, Thông số kỹ thuật
Bảng 2.1 Thông số kỹ thuật DHT11 Điện áp hoạt động 3 - 5VDC
Chuẩn giao tiếp TTL, 1 wire
Khoảng đo độ ẩm 20% - 90% RH (sai số 5%RH)
Khoảng đo nhiệt độ 0 ~ 50°C (sai số 2°C)
Tần số lấy mẫu tối đa 1Hz (1 giây / lần)
Khoảng cách truyển tối đa 20m
Kích thước 28mm x 12mm x10mm c, Nhận xét:
Cảm biến nhiệt độ, độ ẩm DHT11 với giá thành rẻ, dễ sử dụng, thích hợp sử dụng trong các ứng dụng yêu cầu độ chính xác không cao, môi trường không khắc nghiệt
Hình 2.4 Sơ đồ đấu nối MQ135
Hình 2.5 Biểu đồ độ nhạy của MQ135 với một số loại khí a, Chức năng
Kiểm tra chất lượng không khí, phát hiện các loại khí NH3, NOx, Ancol, Benzen, CO2, … b, Thông số kỹ thuật
Bảng 2.2 Thông số kỹ thuật MQ135 Điện áp nguồn 5V DC Điện áp của heater 5V±0.1 AC/DC Điện trở tải (thay đổi được) 2kΩ - 47kΩ Điện trở của heater 33Ω±5%
Công suất tiêu thụ của heater ít hơn 800mW
Nồng độ phát hiện của một số chất 10 – 300 ppm NH3, 10 – 1000 ppm
Kích thước 32mm*20mm c, Nhận xét
Cảm biến đo khí CO2 MQ135 với giá thành rẻ, thích hợp sử dụng trong các ứng dụng yêu cầu độ chính xác không cao, môi trường không khắc nghiệt Cảm biến có ưu điểm là khoảng đo rộng, tuổi thọ cao và mạch đơn giản, dễ sử dụng
Chú thích : PPM là đơn vị đo mật độ thường dành cho các mật độ tương đối thấp Nó thường chỉ tỷ lệ của lượng một chất trong tổng số lượng của hỗn hợp chứa chất đó (Ở đây là hỗn hợp không khí) Ở đây lượng có thể hiểu là khối lượng, thể tích, số hạt (số mol), … Khi dùng cần chỉ rõ lượng là gì ppm = 1/1000
Hình 2.6 Các cổng kết nối của board ESP8266 a, Chức năng
ESP8266 ra đời nhằm giúp chúng ta thực hiện các dự án điều khiển, giám sát, xử lý các thiết bị thông qua môi trường Internet một cách nhanh và rẻ nhất, mạch có thiết kế nhỏ gọn, sử dụng giao tiếp UART và đáp ứng yêu cầu cơ bản cho một dự án IOT nhỏ b, Thông số kĩ thuật:
Bảng 2.3 Thông số kỹ thuật ESP8266 Điện áp đầu vào 5V
Wifi 2.4GHz, hỗ trợ bảo mật WPA/WPA2 Điện áp hoạt động 3.3V
Dòng ~70mA (max:200mA), tiêu chuẩn: