ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ iot để THIẾT kế, CHẾ tạo hệ THỐNG GIÁM sát NHIỆT độ, độ ẩm và bơm nước CHO cây TRỒNG

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆPĐẠI HỌC NGÀNH: ĐIỆN – ĐIỆN TỬ CHUYÊN NGÀNH: ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG ĐỀ TÀI: ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ IoT ĐỂ THIẾT KẾ, CHẾ TẠO HỆ THỐNG GIÁM SÁT NHIỆT ĐỘ, ĐỘ ẨM VÀ BƠM NƯỚC CHO CÂY

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

ĐẠI HỌC NGÀNH: ĐIỆN – ĐIỆN TỬ CHUYÊN NGÀNH: ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG

ĐỀ TÀI:

ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ IoT ĐỂ THIẾT KẾ, CHẾ TẠO HỆ THỐNG GIÁM SÁT NHIỆT ĐỘ,

ĐỘ ẨM VÀ BƠM NƯỚC CHO CÂY TRỒNG

Người hướng dẫn : ThS Nguyễn Văn Thịnh Sinh viên thực hiện : Nguyễn Quốc Hiển

Mã sinh viên : 1811505410211

Đà Nẵng, tháng 05 /2022

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

ĐẠI HỌC NGÀNH: ĐIỆN – ĐIỆN TỬ CHUYÊN NGÀNH: ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG

ĐỀ TÀI:

ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ IoT ĐỂ THIẾT KẾ, CHẾ TẠO HỆ THỐNG GIÁM SÁT NHIỆT ĐỘ,

ĐỘ ẨM VÀ BƠM NƯỚC CHO CÂY TRỒNG

Người hướng dẫn : ThS Nguyễn Văn Thịnh Sinh viên thực hiện : Nguyễn Quốc Hiển

Mã sinh viên : 1811505410211

Đà Nẵng, tháng 05 /2022

4

Mã sinh viên: 1811505410211 Lớp: 18DT2

Ngày nay trên thế giới với sự bùng nổ của các ngành công nghệ thông tin , điện

tử v.v Đã làm cho đời sống của con người ngày càng hoàn thiện Các thiết bị tự động hóa đã ngày càng xâm lấn vào trong sản xuất và thậm chí là vào cuộc sống sinh hoạt hằng ngày của mỗi con người Do đó việc giám sát nông nghiệp thông minh và những thiết bị được điều khiển tự động không còn là mơ ước của con người nữa mà nó đã trở thành hiện thực hóa Với những kiến thức đã học cùng với mong muốn thiết kế một hệ thống giám sát nông nghiệp thông minh sử dụng công nghệ IoT để giảm bớt sức người

và khó khăn cho người nông dân giúp tăng năng suất cây trồng nên em đã quyết định chọn đề tài này để thực hiện.

Đề tài về ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ IoT ĐỂ THIẾT KẾ, CHẾ TẠO HỆ THỐNG GIÁM SÁT NHIỆT ĐỘ, ĐỘ ẨM VÀ BƠM NƯỚC CHO CÂY TRỒNG gồm có 4 chương:

CHƯƠNG 1: CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ TÌM HIỂU LINH KIỆN

CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG HỆ THỐNG

CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI

Giảng viên hướng dẫn: ThS Nguyễn Văn Thịnh

Sinh viên thực hiện: NGUYỄN QUỐC HIỂN Mã SV: 1811505410211

1 Tên đề tài : ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ IoT ĐỂ THIẾT KẾ, CHẾ TẠO HỆ

THỐNG GIÁM SÁT NHIỆT ĐỘ, ĐỘ ẨM VÀ BƠM NƯỚC CHO CÂY TRỒNG

2 Các số liệu, tài liệu ban đầu:

Số liệu :

- Sử dụng các giao thức để truyền dẫn và đồng bộ hóa theo thời gian

- Sử dụng Node Mcu 8266 để làm board điều khiển chính của khối Node.

- Sử dụng cảm biến nhiệt độ, cảm biến độ ẩm để lấy dữ liệu.

- Sử dụng Modun chuyển đổi I2C cho LCD.

- Sử dụng Board mạch Node MCU 8266 cho phép kết nối máy tính thông qua các

giao thức, cổng kết nối giao tiếp SPI, và sử dụng mạng Wifi.

- Các tín hiệu hiển thị đến người dùng là dạng số và biểu đồ cập nhật theo thời gian.

Tài liệu ban đầu:

- Tìm hiểu các thông tin qua các trạng mạng,và thao khảo các tài liệu.

- Tra cứu thông tin tin linh kiện

- Tài liệu về công nghệ IOT.

- Cộng đồng arduino Việt Nam.

3 Những nội dung chính :

Tìm hiểu cũng như thiết kế và chế tạo hệ thống giám sát nhiệt độ, độ ẩm của cây trồng.

Chương 1 : Tổng Quan chung

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

Trình bày về các lý thuyết có liên quan đến các vấn đề mà để tài sẽ dùng để thực

hiện thiết kế, thi công cho đề tài

Chương 3 : Thiết Kế và Thi Công

Giới thiệu tổng quan về các yêu cầu của đề tài mà mình thiết kế thiết kế gồm những

phần nào Thiết kế sơ đồ khối hệ thống, sơ đồ nguyên lý từng khối và tính toán thiết kế

mạch.

Trình bày cơ sở lí thuyết , các linh kiện , mạch in , quá trình thực hiện ,lắp đặt hệ

thống Vẽ lưu đồ thuật toán, chương trình cho sản phẩm.

4 Các sản phẩm dự kiến

- Hoàn thành sản phẩm có thể giám sát đo các tham số yêu cầu đề ra.

- Báo cáo tổng kết đồ án tốt nghiệp.

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

ĐỀ CƯƠNG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Giảng viên hướng dẫn: ThS Nguyễn Văn Thịnh

1 Tên đề tài: ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ IoT ĐỂ THIẾT KẾ, CHẾ TẠO HỆ

THỐNG GIÁM SÁT NHIỆT ĐỘ, ĐỘ ẨM VÀ BƠM NƯỚC CHO CÂY TRỒNG

Thời gian thực hiện: Từ ngày: 14/02/2022 đến ngày: 27/05/2022.

2 Mục tiêu

Với đề tài: “ Ứng dụng công nghệ IoT để thiết kế, chế tạo hệ thống giám sát nhiệt

độ, độ ẩm của cây trồng ”, đây là đề tài bước đầu tạo cơ sở nền tảng kiến thức cơ bản

để từ đó tìm tòi phát triển ứng dụng khác trong đời sống hằng ngày Sau khi hoàn thành đồ án cần đạt các mục tiêu:

- Biết cách lập trình Node MCU 8266, biết được phương pháp để điều khiển và giám sát thiết bị điện công nghiệp.

- Thiết kế được giao diện để quản lý và giám sát trên di động

- Xây dựng được mô hình mô giám sát điều khiển thiêt bị.

- Hiểu và ứng dụng được công nghệ IOT trong đời sống.

3 Nội dung chính

- Tạo đươc giao diện để điều khiển cũng như giám sát được hệ thống.

- Thiết kế mạch điều khiển cho hệ thống.

- Viết chương trình giao tiếp giữa các cảm biến, truyền nhận từ các khối với nhau ổn định và chính xác nhất.

- Thiết kế và thi công mô hình.

- Viết báo cáo.

4 Kết quả dự kiến đạt được

Em mong muốn từ việc tìm hiểu cũng như thực hiện đề tài để đạt được một số thành công nhất định , thiết kế được một mạch điều khiển đẹp và tối ưu và xây dựng được mô hình cụ thể :

- Hiểu và biết cách sử dụng được các cảm biến nhiệt độ, độ ẩm , cảm biến mưa.

- Hiểu và biết sử dụng Node MCU 8266.

- Tìm hiểu và nghiên cứu về cơ sở dữ liệu Firebase.

- Tìm hiểu và xây dựng giao diện Website.

- Điều khiển các thiết bị công suất nhỏ được thiết kế bởi mạch ứng dụng từ Relay.

- Thiết kế , chọn linh kiện để hoàn thiện được board mạch chính đủ áp và phù hợp với yêu cầu đưa ra từ trước đó.

- Thi công thành công mô hình giám sát và điều khiển được thiết bị trong công nghiệp.

- Giám sát được các giá trị nhiệt độ, độ ẩm qua di động từ đó điều khiển các thiết bị

điện trong công nghiệp.

- Lập trình cho hệ thống chạy ổn định qua nhiều lần kiểm tra.

- Mô hình hoạt động ổn định.

- Sử dụng các công cụ lập trình, thiết kế mạch thành thạo như phần mềm thiết kế

mạch Altium, phần mềm lập trình Arduino IDE.

5 Tiến độ thực hiện

TT Thời gian Nội dung công việc Kết quả dự kiến đạt

được

1 Tuần 1 Gặp giảng viên hướng dẫn và trao đổi

về đề tài đồ án tốt nghiệp GVHD duyệt đề tài

2 Tuần 2 Viết đề cương và lịch trình thực hiện đồ

5 Tuần 5 Vẽ sơ đồ nguyên lý , sơ đồ khối Hiểu và giải thích được sơ

đồ nguyên lý, sơ đồ khối

năng điều khiển trên di động chương trình

7 Tuần 7 Viết chương trình, kiểm tra các chức

năng điều khiển trên di động.

Hiểu và chạy được chương trình

8 Tuần 8 Thi công sản phẩm và lắp ráp mô hình Hoàn thiện được cơ cấu

bộ hệ thống

Đà Nẵng, ngày 21 tháng 02 năm 2022.

BỘ MÔN DUYỆT NGƯỜI HƯỚNG DẪN SINH VIÊN

LỜI CẢM ƠN

Trong thời gian làm đồ án tốt nghiệp, trong quá trình thực hiện đề tài em đã nhận được nhiều sự giúp đỡ, đóng góp ý kiến và chỉ bảo nhiệt tình của thầy cô và bạn bè Đặc biệt em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến thầy Nguyễn Văn Thịnh, người đã tận tình hướng dẫn, chỉ bảo em trong suốt quá trình làm đồ án.

Em cũng xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo trong trường Đại Học sư phạm

kỹ thuật nói chung, các thầy cô trong khoa điện – điện tử nói riêng đã giảng dạy, cung cấp kiến thức về các môn đại cương cũng như các môn chuyên ngành, giúp cho em có được cơ sở lý thuyết vững vàng, tạo điều kiện giúp đỡ em trong suốt quá trình học tập.

Em xin chân thành cảm ơn gia đình và bạn bè, đã luôn tạo điều kiện, quan tâm, giúp đỡ, động viên em trong suốt quá trình học tập và hoàn thành tốt đồ án tốt nghiệp.

Đề tài này tuy đã hoàn thành nhưng cũng không tránh được những thiếu sót, em rất mong nhận được sự góp ý kiến, chỉ dẫn của quý thầy cô và các bạn.

LỜI CAM ĐOAN

Họ và tên sinh viên: Nguyễn Quốc Hiển Lớp: 18DT2 Sinh viên khoa Điện – Điện tử, trường Đại Học sư phạm kỹ thuật

Em xin cam đoan đồ án tốt nghiệp này là kết quả nghiên cứu, tìm hiểu của em, được thực hiện dưới sự hướng dẫn của thầy Nguyễn Văn Thịnh, không phải là bản sao chép của bất cứ đồ án hoặc công trình đã có từ trước Nếu vi phạm em xin chịu mọi hình thức kỹ luật của khoa.

Đã bổ sung, cập nhật theo yêu cầu của giảng viên phản biện và hội đồng chấm đồ

án tốt nghiệp họp ngày 17,18/06/2022.

Đà nẵng, ngày 16 tháng 06 năm 2022

Sinh viên thực hiện

MỤC LỤC

NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN i

NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN PHẢN BIỆN ii

TÓM TẮT iii

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP iv

ĐỀ CƯƠNG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP vi

LỜI CẢM ƠN ix

LỜI CAM ĐOAN x

MỤC LỤC xi

DANH MỤC HÌNH ẢNH VÀ BẢNG xiv

DANH SÁCH CÁC KÍ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT xvi

LỜI MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1 CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ TÌM HIỂU LINH KIỆN 2

1.1 Giới thiệu chương 2

1.2 Ứng dụng IoT trong nông nghiệp 2

1.2.1 Giới thiệu 2

1.2.2 Cấu trúc cơ bản của một hệ thống ứng dụng công nghệ IoT 2

1.3 Các yếu tố nhiệt độ, độ ẩm ảnh hưởng đến sự phát triển của cây trồng 4

1.3.1 Nhiệt độ ảnh hưởng đến sự phát triển của cây trồng 4

1.3.2 Ảnh hưởng của độ ẩm đến sự phát triển của cây trồng 4

1.4 Xây dựng sơ đồ khối cho hệ thống 6

1.5 Chức năng và lựa chọn linh kiện chính cho từng khối 7

1.5.1 Khối cảm biến 7

1.5.2 Khối hiển thị 7

1.5.3 Khối xử lý trung tâm 7

1.5.4 Khối nguồn 7

1.5.5 Khối thiết bị 7

1.6 Giới thiệu tổng quan về các linh kiện chính sử dụng trong mạch 7

1.6.1 Module ESP8266 Node MCU 7

1.6.2 Khối cảm biến 12

1.6.2.1 Cảm biến nhiệt độ, độ ẩm DHT11 12

1.6.2.2 Cảm biến mưa 14

1.6.3 Khối hiển thị 15

1.6.3.1 Màn hình LCD 16x2 15

1.6.3.2 Module I2C 18

1.6.4 Khối nguồn 20

1.6.4.1 Nguồn Adapter 12V 20

1.6.4.2 Mạch nguồn giảm áp DC-DC LM2596S 21

1.6.5 Kh ối thiết bị 22

1.6.5.1 Máy bơm nước 1 chiều R385 5-12V 22

CHƯƠNG 2 THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG HỆ THỐNG 24

2.1 Vẽ sơ đồ nguyên lý và thi công mạch in bằng phần mềm Attium 24

2.1.1 Phần mềm mô phỏng Altium 24

2.1.2 Sơ đồ nguyên lý của mạch 25

2.1.3 Nối dây cho mạch 26

2.1.4 Gắn linh kiện cho mạch 27

2.2 L ập trình hệ thống 28

2.2.1 Tổng quan về phần mềm Arduino 28

2.2.2 Lưu đồ giải thuật 34

2.2.2.1 Lưu đồ thuật toán chương trình chính 34

2.2.2.2 Lưu đồ thuật toán chế độ tự động bật tắt bơm 35

2.2.2.3 Lưu đồ thuật toán gửi dữ liệu 36

2.3 Lấy thời gian thực cho ESP8266 Node MCU 36

3.3.1.Khái niệm NTP server 36

3.3.2.Làm sao để có thể dùng NTP Server 37

3.3.3.Độ chính xác của NTP Server 37

2.4 Tổng quan về Firebase 38

3.4.1 Khái niệm Firebase 38

3.4.2 Tìm hiểu về Firebase 38

3.4.3 ESP8266 có liên quan gì tới Firebase 40

2.5 Tổng quan về Thingspeak 41

2.5.1 Khái niệm về Thingspeak 41

2.5.2 Tìm hiểu về Thingspeak 41

2.6 T ổng quan về MIT App Inventor 43

2.6.1 Khái niệm MIT App Inventor 43

2.6.2 Cài đặt và sử dụng MIT App Inventor 43

2.6.3 Những tính năng có trên MIT App Inventor 46

CHƯƠNG 3 KẾT QUẢ VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI 48

3.1 Giới thiệu chương 48

3.2 Nội dung 48

3.3 Kết quả thi công 48

3.4 Nhận xét 53

3.5 Hướng phát triển đề tài 53

KẾT LUẬN 54

TÀI LIỆU THAM KHẢO 55

PHỤ LỤC 56

DANH MỤC HÌNH ẢNH VÀ BẢNG

Hình 1-1.Minh họa về ứng dụng IoT trong nông nghiệp 2

Hình 1-2.Bốn cấu phần cơ bản của một hệ thống IoT 3

Hình 1-3.Sơ đồ khối của hệ thống 6

Hình 1-4.Ảnh thực tế ESP8266 NodeMCU 8

Hình 1-5.Sơ đồ chân của Node MCU ESP8266 10

Hình 1-6.Cảm biến nhiệt độ độ ẩm DHT11 12

Hình 1-7.Cảm biến DHT 11 loại 3 chân 13

Hình 1-8.Cảm biến DHT 11 loại 4 chân 13

Hình 1-9.Module Cảm biến mưa 14

Hình 1-10.Màn hình LCD 16x2 16

Hình 1-11.Module I2C LCD 16x2 18

Hình 1-12.Nguồn Adapter 12V-2A 20

Hình 1-13.Mạch nguồn giảm áp dc-dc LM2596S 21

Hình 1-14.Hình ảnh đấu nối mạch nguồn giảm áp LM2596S 22

Hình 1-15.Máy bơm nước 1 chiều R385 5-12V 22

Hình 2-1.Phần mềm Altium Designer 24

Hình 2-2.Sơ đồ nguyên lí của mạch 25

Hình 2-3.Đi dây cho mạch 26

Hình 2-4.Hình ảnh 3D của mạch 26

Hình 2-5.Mạch in sau khi gắn linh kiện 28

Hình 2-6.Cài đặt Arduino IDE 29

Hình 2-7.Hướng dẫn cài đặt phần mềm Arduino 29

Hình 2-8.Giao diện Arduino IDE 30

Hình 2-9.Tải package cho NodeMCU 31

Hình 2-10.Hộp thoại Board Manager 32

Hình 2-11.Chọn board 32

Hình 2-12.Chọn cổng kết nối 33

Hình 2-13.Lưu đồ thuật toán chương trình chính 34

Hình 2-14.Lưu đồ thuật toán chế độ tự động bật tắt bơm 35

Hình 2-15.Lưu đồ thuật toán gửi dữ liệu 36

Hình 2-16.kiến trúc phân cấp các cấp độ của đồng hồ NTP Server 37

Hình 2-17.Giao diện chính của Firebase 38

Hình 2-18.Tạo tài khoản ThingSpeak 41

Hình 2-19.Tạo Data channel 42

Hình 2-20.Lấy URL cần thiết để upload dữ liệu 42

Hình 2-21.Upload dữ liệu từ Blocky 43

Hình 2-22.Tạo tài khoản MIT App Inventor 44

Hình 2-23.Tạo Project mong muốn 44

16

Hình 2-24.Giao diện MIT App Inve 45

Hình 2-25.Lập trình chức năng 45

Hình 2-26.Minh họa cho việc biên dịch ra file apk 46

Hình 2-27.Mã QR Code 46

Hình 3-1.Mạch sau khi được gắn đầy đủ thiết bị 48

Hình 3-2.Hiển thị nhiệt độ, độ ẩm thời gian thực lên LCD của sản phẩm 49

Hình 3-3.Hiển thị các ngưỡng cài đặt và thời gian kiểm tra 49

Hình 3-4.Giao diện app android và các thông số được hiển thị 50

Hình 3-5.Biểu đồ nhiệt độ hiển thị trên Thingspeak 50

Hình 3-6.Hình ảnh mô hình mạch sau khi đóng hộp 51

Hình 3-7.Hình ảnh mô hình sản phẩm thực tế nhìn từ phía trước 51

Hình 3-8.Hình ảnh mô hình sản phẩm thực tế nhìn từ phía bên cạnh 52

Hình 3-9.Hình ảnh mô hình sản phẩm thực tế nhìn từ phía trên 52

Bảng 1-1.Thông số kỹ thuật của ESP8266 Node MCU 9

Bảng 1-2.Sơ đồ chân màn hình LCD 16x2 17

Bảng 1-3.Sơ đồ chân của module I2C 19

Bảng 2-1.Gắn linh kiện cho mạch 27

Bảng 2-2.Chức năng của các icon 30

DANH SÁCH CÁC KÍ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT

Internet of Things - Mạng lưới thiết bị kết nối Internet

18

CHƯƠNG 1.

LỜI MỞ ĐẦU

Việt Nam là một quốc gia đang phát triển, nông nghiệp vẫn giữ vai trò quan trọng trong nền kinh tế Tại Việt Nam, diện tích đất nông nghiệp chiếm khoảng trên 27,3 triệu ha, tương đương với 80,4% tổng diện tích Việt Nam, đóng góp 24% GDP,

sử dụng hơn 47% lực lượng lao động của quốc gia Thực tế, tỷ lệ người đang sinh sống

ở nông thôn và miền núi chiếm tới gần 70% dân số của Việt Nam Giá trị thặng dư thương mại của ngành Nông nghiệp lên tới 10,6 tỷ USD, với nhiều mặt hàng xuất khẩu chủ lực đạt giá trị trên 1 tỷ USD (lúa gạo, cà phê, cao su, điều, gỗ, thủy sản…).

Tuy nhiên so với mặt bằng chung của thế giới thì nền nông nghiệp của Việt Nam vẫn còn khá lạc hậu và còn nhiều hạn chế, việc áp dụng tiến bộ khoa học trong nông nghiệp nhìn chung còn yếu, công nghệ lạc hậu, tỉ lệ giá trị chất xám trong giá thành sản phẩm nông nghiệp chưa cao, dẫn đến 90% hàng nông sản Việt Nam là xuất nguyên liệu thô, chưa qua chế biến, tỉ lệ thải loại rất cao, nền nông nghiệp trồng trọt của Việt Nam vẫn còn dựa vào sức người là chính và phải phụ thuộc vào các yếu tố tự nhiên như nhiệt độ, độ ẩm, ánh sáng, Làm cho hiệu quả công việc và chất lượng sản phẩm giảm đi đáng kể và gây lãng phí về mặt nhân công Quá trình hội nhập quốc tế đòi hỏi chất lượng nông sản càng cao, cùng với diện tích đất bị thu hẹp do đô thị hóa, do biến đổi khí hậu trong khi dân số tăng nên nhu cầu lương thực không ngừng tăng lên… là những thách thức rất lớn đối với sản xuất nông nghiệp Vì vậy chúng ta phải đẩy mạnh

áp dụng công nghệ khoa học kĩ thuật vào nông nghiệp để tăng năng suất cây trồng, tăng chất lượng sản phẩm giảm việc phụ thuộc vào điều kiện tự nhiên và nhân công lao động.

Xuất phát từ những vấn đề thực tiễn trên, là một sinh viên khoa Điện – Điện tử của trường Đại Học sư phạm kỹ thuật, với những kiến thức đã được học cùng với mong muốn thiết kế một hệ thống giám sát và tưới cây tự động trong nông nghiệp sử dụng công nghệ IoT nhằm giảm bớt sức người cũng như tăng năng suất sản phẩm, nên

em đã quyết định chọn đề tài này để làm đề tài Tốt Nghiệp.

CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ TÌM HIỂU LINH KIỆN 2.1 Giới thiệu chương.

Trong chương này em sẽ trình bày về ứng dụng của IoT trong nông nghiệp, yếu

tố nhiệt độ, độ ẩm ảnh hưởng đến sự phát triển của cây trồng Sơ đồ khối, nguyên lý hoạt động, tìm hiểu tổng quan về phần cứng phần mềm Từ đó đưa ra những linh kiện, module ứng dụng vào hệ thống và xây dựng sơ đồ khối cho các chức năng thực hiện.

2.2 Ứng dụng IoT trong nông nghiệp.

2.2.1 Giới thiệu.

Từ khi lần đầu được giới thiệu cách đây gần 20 năm, cho tới hiện nay các ứng dụng IoT là một trong những mảng công nghệ phát triển nhất trong cuộc cách mạng công nghiệp 4.0, nó xuất hiện và tác động tích cực tới từng ngành, từng lĩnh vực trong

đó có ngành nông nghiệp.Ứng dụng IoT trong nông nghiệp góp phần tạo nên một môi trường sản xuất năng động, khoa học và giải phóng sức lao động, tăng năng suất, mang lại hiệu quả kinh tế cao, giúp nâng cao tính chuyên nghiệp và cải thiện bộ mặt cho cho nền nông nghiệp trong tương lai gần.

Hình 1-1.Minh họa về ứng dụng IoT trong nông nghiệp

2.2.2 Cấu trúc cơ bản của một hệ thống ứng dụng công nghệ IoT.

Kiến trúc của IoT gồm bốn thành phần cơ bản chính gồm: Vạn vật (Things), Trạm kết nối (Gateways), Hạ tầng mạng (Internet) và cuối cùng là lớp dịch vụ (Service).

Vạn vật (Things): Ngày nay có vô vàn vật dụng đang hiện hữu trong cuộc sống, ở trên các khu canh tác, ở trong nhà hoặc trên chính các thiết bị lưu động của người dùng Giải pháp IoT giúp các thiết bị thông minh được sàng lọc, kết nối và quản lý dữ liệu của đối tượng nông nghiệp một cách cục bộ, còn các thiết bị chưa thông minh thì có thể kết nối được thông qua các trạm kết nối Từ đó, các thiết bị, vật dụng sẽ có thể thực hiện nhiệm vụ của mình đối với đối tượng nông nghiệp cần quản lý.

Trạm kết nối (Gateways): Các trạm kết nối sẽ đóng vai trò là một vùng trung gian trực tiếp, cho phép các vật dụng có sẵn này kết nối với điện toán đám mây một cách bảo mật và dễ dàng quản lý Gateways có thể là một thiết bị vật lý hoặc là một phần mềm được dùng để kết nối giữa Cloud (điện toán đám mây) và bộ điều khiển, các cảm biến, các thiết bị thông minh.

Hạ tầng mạng (Internet): Internet là một hệ thống toàn cầu của nhiều mạng

IP được kết nối với nhau và liên kết với hệ thống máy tính Cơ sở hạ tầng mạng này bao gồm thiết bị định tuyến, trạm kết nối, thiết bị tổng hợp, thiếp bị lặp và nhiều thiết bị khác có thể kiểm soát lưu lượng dữ liệu lưu thông và cũng được kết nối đến mạng lưới viễn thông và cáp - được triển khai bởi các nhà cung cấp dịch vụ.

Lớp dịch vụ (Service): Là các ứng dụng được các hãng công nghệ, hoặc thậm chí người dùng tạo ra để dễ dàng sử dụng các sản phẩm IoT một cách hiệu quả và tận dụng được hết giá trị của sản phẩm.

Hình 1-2.Bốn cấu phần cơ bản của một hệ thống IoT

2.3 Các yếu tố nhiệt độ, độ ẩm ảnh hưởng đến sự phát triển của cây trồng.

2.3.1 Nhiệt độ ảnh hưởng đến sự phát triển của cây trồng.

Nhiệt độ ảnh hưởng tới sự phát triển của cây trồng là rất lớn Nó quyết định tới 70% chất lượng và sản lượng canh tác Nhiệt độ giới hạn cho sự tồn tại của sinh vật là khoảng -35 o C đến +75 o C Tuy nhiên, khoảng nhiệt độ thích hợp nhất cho sự sinh trưởng và phát triển của phần lớn cây trồng nông nghiệp chỉ biến thiên trong khoảng nhiệt độ hẹp hơn; có thể từ 15-40 o C Ở nhiệt độ cao hay thấp hơn khoảng giới hạn này thì sự sinh trưởng sẽ bị giảm 1 cách nhanh chóng Nhiệt độ tối hảo cho sự sinh trưởng khác nhau tùy theo giống hay loài, tùy theo thời gian tác động của nhiệt độ, tuổi cây, thời kỳ phát triển, và các ngưỡng sinh trưởng riêng biệt được dùng để đánh giá khả năng hoàn thành chu kỳ sống, sự hấp thu nước và dinh dưỡng, hô hấp, khả năng thấm của màng tế bào, và sự tổng hợp protein Trong điều kiện nhiệt độ cao, sự mất nước do thoát hơi có thể vượt quá lượng nước hấp thu vào, và hậu quả là cây bị héo Sự hấp thu nước của rễ cây chịu ảnh hưởng bởi nhiệt độ, trong môi trường nhiệt độ tăng cao thì sự hấp thu nước của rễ tăng Nhiệt độ đất thấp cũng có thể ảnh hưởng bất lợi đến sự sinh trưởng của cây do ảnh hưởng của nhiệt độ đến sự hấp thụ nước Nếu nhiệt độ đất thấp

mà sự thoát hơi cao, thì cây trồng có thể bị tổn thương do các mô bị mất nước Ẩm độ đất cũng có thể bị ảnh hưởng do nhiệt độ, thời tiết nóng không bình thường sẽ làm cho

sự bốc hơi nước nhanh hơn từ mặt đất Nhiệt độ cũng gây ảnh hưởng một cách gián tiếp đến sự sinh trưởng của cây, do ảnh hưởng của nhiệt độ đến dân số vi sinh vật trong đất Sự hoạt động của các vi khuẩn chuyển hoá N, cũng như phần lớn sinh vật tự dưỡng, tăng theo sự tăng nhiệt độ pH đất cũng có thể thay đổi theo nhiệt độ, và pH lại ảnh hưởng đến sự sinh trưởng của cây trồng.

2.3.2 Ảnh hưởng của độ ẩm đến sự phát triển của cây trồng.

Nước là yếu tố vô cùng quan trọng cho sự phát triển của cây trồng Cây trồng sống và phát triển được nhờ chất dinh dưỡng trong đất và được nước hòa tan, đưa lên cây qua hệ thống rễ Nước giúp cây trồng thực hiện các quá trình vận chuyển các chất khoáng trong đất giúp điều kiện quang hợp, hình thành sinh khối tạo nên sự sinh trưởng của cây trồng.

Vì vậy trong đất cần có một độ ẩm thích hợp để cây trồng hút được dễ dàng Đất ngập úng hay thiếu nước đều ảnh hưởng không tốt cho sự sinh trưởng của cây trồng Cây trồng bị ngập nước dẫn đến các tế bào rễ không hô hấp được Nên không cung cấp

đủ oxy cho hoạt động của các tế bào rễ cùng với việc tích lũy các chất độc hại Do đó,

sẽ làm chết đi các lông hút ở rễ, không thể hình thành được lông hút mới Cây không

thể hút nước nên lâu ngày sẽ dẫn đến héo và chết cây Cây yêu cầu đất phải có độ ẩm thích hợp Đảm bảo sức giữ nước của đất luôn luôn bé hơn sức hút nước của cây và đất

có tính thấm nước tốt để độ ẩm đó nhanh chóng chuyển đến cung cấp cho cây trồng.

Độ ẩm thích hợp trong tầng đất bộ rễ hoạt động thay đổi theo yêu cầu sinh lý của từng loại cây trồng Qua các thời kỳ sinh trưởng khác nhau đối với cây trồng cạn Giới hạn trên của độ ẩm thích hợp thường trùng với độ chứa ẩm tối đa của đất Phụ thuộc vào thành phần cơ giới và kết cấu đất, nằm trong phạm vi từ 70 – 85% Giới hạn dưới thích hợp dao động xung quanh độ ẩm 60 – 70% độ chứa ẩm tối đa của đất Lượng nước tưới cần tăng theo quá trính sinh trưởng Đat đến mức tối đa khi cây có khối lượng thân lá lớn nhất nhưng khác nhau tùy theo loại cây trồng:

 Những cây lấy hạt nhu cầu nước nhiều nhất ở thời kỳ hình thành các cơ quan sinh sản.

 Những loại cây lấy củ nhu cầu nước nhiều nhất ở thời kỳ phát triển củ Ở thời

kỳ này, cây tiêu thụ nước với hiệu suất tích lũy chất khô cao nhất Và nước đóng vai trò quyết định đến năng suất cuối cùng.

 Cây rau yêu cầu nước nước trong suốt quá trình sinh trưởng.

Tưới nước còn ảnh hưởng đến hoạt động sinh học trong đất Độ ẩm thích hợp cho các vi sinh vật hoạt động gần với giới hạn nhiệt độ cần thiết cho cây trồng Ở độ ẩm cây héo thì hoạt động của vi sinh vật bị trì trệ Độ ẩm 80 – 95% của sức chứa ẩm tối đa đồng ruộng là giới hạn thích hợp cho nấm và xạ khuẩn hoạt động Vi khuẩn phân giải Cellulose cũng hoạt động mạnh ở giới hạn độ ẩm 85 – 90% độ chứa ẩm tối đa Độ ẩm còn ảnh hưởng hoạt động của vi khuẩn nốt sần, Trong vùng khô hạn, nốt sần của rễ cây họ đậu gần như không hoạt động được Nhưng tưới đủ ẩm thì quá trình này tiến hành bình thường Dinh dưỡng đạm của cây trồng được tăng cường hơn.

2.4 Xây dựng sơ đồ khối cho hệ thống.

Hình 1-3.Sơ đồ khối của hệ thống

Nguyên lý hoạt động của hệ thống

Hệ thống bao gồm khối nguồn để cung cấp nguồn cho toàn bộ hệ thống hoạt động, cảm biến để đọc các giá trị nhiệt độ, độ ẩm, mưa và gửi các giá trị này đến khối

xử lý trung tâm ESP8266, khối xử lý trung tâm sẽ xử lý các dữ liệu và hiển thị các thông số lên App Android( được xây dựng bằng MIT App Inventor) và màn hình LCD 16x2 và sẽ tự động bật tắt thiết bị ở chế độ tự động thông qua kiểm tra các ngưỡng đã được cài đặt và các ngưỡng thời gian được cài đặt trong ngày trong trường hợp máy bơm đang được bật mà phát hiện trời mưa thì bơm sẽ tắt Ngoài ra, chúng ta có thể thực hiện bật tắt thủ công các thiết bị thông qua App Android hoặc các nút nhấn thủ công trên mạch, có thể xem biểu đồ nhiệt độ, độ ẩm thông qua App Android để dễ dàng quản lý và chăm sóc cây trồng.

2.5 Chức năng và lựa chọn linh kiện chính cho từng khối.

2.5.1 Khối cảm biến.

Khối nhiệt độ, độ ẩm:

 Chức năng: Đo nhiệt độ, độ ẩm để gửi về vi điều khiển xử lý bật tắt máy bơm.

 Linh kiện: Module đo nhiệt độ, độ ẩm DHT11.

Khối cảm biến mưa:

 Chức năng: phát hiện mưa gửi thông tin về vi điều khiển xử lý tắt máy bơm khi bơm đang bật.

 Linh kiện: cảm biến mưa.

2.5.2 Khối hiển thị.

 Chức năng: Khối hiển thị hiển thị các thông số đo được của môi trường, hiển thị thời gian thực, thời gian cài đặt kiểm tra trong ngày,và các ngưỡng được cài đặt, tình trạng kết nối wifi.

 Linh kiện: màn hình LCD 16x2 và module I2C.

2.5.3 Khối xử lý trung tâm.

 Chức năng: Thu thập xử lý các dữ liệu được truyền đến từ các khối đưa dữ liệu

đã được xử lý lên App Android( được xây dựng bằng MIT App Inventor) và màn hình LCD 16x2 để theo dõi và điều khiển thông qua các thiết bị di động.

 Linh kiện: ESP8266 Node MCU.

2.5.4 Khối nguồn.

 Chức năng: Cung cấp nguồn cho toàn bộ hệ thống hoạt động.

 Linh kiện: Nguồn adapter 12v/2A , mạch giảm áp LM2596S đầu vào 12V DC

ra 5V DC cung cấp cho mạch hoạt động.

2.5.5 Khối thiết bị.

 Chức năng: bật tắt máy bơm để cung cấp nước cho cây trồng.

 Link kiện: máy bơm và đèn led 12Vdc.

2.6 Giới thiệu tổng quan về các linh kiện chính sử dụng trong mạch.

2.6.1 Module ESP8266 Node MCU.

Module Wifi ESP8266 NodeMCU Lua CP2102 là kit phát triển dựa trên nền chip Wifi SoC ESP8266 với thiết kế dễ sử dụng và đặc biệt là có thể sử dụng trực tiếp trình

biên dịch của Arduino để lập trình và nạp code, điều này khiến việc sử dụng và lập trình các ứng dụng trên ESP8266 trở nên rất đơn giản.

Khả năng lưu trữ và xử lý mạnh mẽ cho phép ESP8266 được tích hợp với các bộ cảm biến, vi điều khiển và các thiết bị ứng dụng cụ thể khác thông qua GPIOs với chi phí tối thiểu và một PCB tối thiểu Với mức độ tích hợp cao trên chip, trong đó bao gồm các anten chuyển đổi balun, bộ chuyển đổi quản lý điện năng…Kit RF thu phát Wifi ESP8266 NodeMCU Lua CP2102 được dùng cho các ứng dụng cần kết nối, thu thập dữ liệu và điều khiển qua sóng Wifi, đặc biệt là các ứng dụng liên quan đến IoT.

 ESP8266 cung cấp một giải pháp kết nối mạng Wi-Fi hoàn chỉnh và khép kín, cho phép nó có thể lưu trữ các ứng dụng hoặc để giảm tải tất cả các chức năng kết nối mạng Wi-Fi từ một bộ xử lý ứng dụng.

 Luôn phiên, phục vụ như một bộ chuyển đổi Wi-Fi, truy cập internet không dây

có thể được thêm vào bất kỳ thiết kế vi điều khiển nào dựa trên kết nối đơn giản qua giao diện UART hoặc giao diện cầu CPU AHB.

 Khả năng lưu trữ và xử lý mạnh mẽ cho phép nó được tích hợp với các bộ cảm biến, vi điều khiển và các thiết bị ứng dụng cụ thể khác thông qua GPIOs với chi phí tối thiểu và một PCB tối thiểu Với mức độ tích hợp cao trên chip, trong

đó bao gồm các anten chuyển đổi balun, bộ chuyển đổi quản lý điện năng.

Hình 1-4.Ảnh thực tế ESP8266 NodeMCU

Thông số kỹ thuật

Chip điều khiển ESP8266EX WiFi 2.4 GHz hỗ trợ chuẩn 802.11 b/g/n Điện áp hoạt động 3.3 V

Điện áp đầu vào 5V (thông qua cổng USB)

Số chân I/O 11 (tất cả các chân I/O đều có Interrupt/PWM/I2C/One-wire, trừ chân D0)

Số chân Analog Input 1 (điện áp vào tối đa 3.3V)

Sơ đồ chân ESP8266 Node MCU

Hình 1-5.Sơ đồ chân của Node MCU ESP8266

Chức năng của các chân:

 VCC: Điện áp 3.3V

 GND: Chân nối đất.

 Tx: Chân Tx của giao thức UART, kết nối đến chân Rx của vi điều khiển.

 Rx: Chân Rx của giao thức UART, kết nối đến chân Tx của vi điều khiển.

 RST: chân reset, kéo xuống mass để reset.

 10 chân GPIO từ D0 – D8, có chức năng PWM, IIC, giao tiếp SPI, 1- Wire và ADC trên chân A0.

Tính năng của NODEMCU ESP8266:

 WiFi: 2.4 GHz hỗ trợ chuẩn 802.11 b/g/n, hỗ trợ WPA/WPA2.

 Điện áp cung cấp : DC 5 ~ 9V.

 Bộ nhớ Flash: 32MB

 Chuẩn giao tiếp nối tiếp UART với tốc độ Baud lên đến115200

 Tích hợp ngăn xếp giao thứcTCP / IP.

 Tích hợp chuyển đổi TR, balun, LNA, bộ khuếch đại công suất và phù hợp với mạng.

 Hỗ trợ nhiều loại anten.

 Wake up và truyền các gói dữ liệu trong <2ms.

 Hỗ trợ cả 2 giao tiếp TCP và UDP.

 Hỗ trợ các chuẩn bảo mật như: OPEN, WEP, WPA_PSK, WPA2_PSK, WPA_WPA2_PSK

 Có 3 chế độ hoạt động: Client, Access Point, Both Client and Access Point.

 Quản lý năng lượng NODEMCU ESP8266

 ESP8266 được thiết kế cho điện thoại di động, điện tử lắp ráp và ứng dụng InternetofThings với mục đích đạt được mức tiêu thụ điện năng thấp nhất với

sự kết hợp của nhiềukỹ thuật độc quyền Kiến trúc tiết kiệm năng lượng hoạt động trong 3 chế độ: chế độ hoạt động, chế độ ngủ và chế độ ngủ sâu.

 Bằng cách sử dụng các kỹ thuật quản lý nguồn điện và kiểm soát chuyển đổi giữa chế độ ngủ ESP8266 tiêu thụ chưa đầy 12uA ở chế độ ngủ nhỏ hơn 1.0mW so với (DTIM = 3) hoặc ít hơn 0.5mW (DTIM = 10) để giữ kết nối với các điểm truy cập.

 Khi ở chế độ ngủ, chỉ có bộ phận hiệu chỉnh đồng hồ thời gian thực và cơ quan giám sát vẫn hoạt động Đồng hồ thời gian thực có thể được lập trình để đánh thức ESP8266 ở bất kỳ khoảng thời gian cần thiết nào.

 ESP8266 có thể được lập trình để thức dậy khi một điều kiện chỉ định được phát hiện Tính năng tối thiểu thời gian báo thức này của ESP8266 có thể được sử dụng bởi Tính năng tối thiểu thời gian báo thức của ESP8266 có thể được sử dụng bởi thiết bị di động SOC Cho phép chúng vẫn ở chế độ chờ, điện năng thấp cho đến khi Wifi là cần thiết.

 Để đáp ứng nhu cầu điện năng của thiết bị di động và điện tử lắp giáp, ESP8266 có thể được lập trình để giảm công suất đầu ra của PA phù hợp với các ứng dụng khác nhau Bằng việc tắt khoảng tiêu thụ năng lượng.

 Các chip có thể được thiết lập ở các trạng thái sau:

 OFF: chân CHIP_PD ở mức thấp Các RTC (đồng hồ thời gian) bị vô hiệu hóa

và mọi thanh ghi sẽ bị xóa.

 SLEEP DEEP: Các RTC được kích hoạt, khi đó các phần còn lại của chip sẽ ở

trạng thái off RTC phục hồi bộ nhớ nội bộ để lưu trữ các thông tin kết nối WiFi

cơ bản.

 SLEEP: Chỉ RTC hoạt động Các dao động tinh thể được vô hiệu hóa Bất kỳ

sự kiện wakeup (MAC, host, RTC hẹn giờ, ngắt ngoài) sẽ đưa chip vào trạng thái wakeup.

 Wakeup: Trong trạng thái này, hệ thống đitừ trạng thái ngủ sang trạng thái

PWR Các dao động tinh thể và PLLs được kích hoạt.

 Trạng thái ON: Xung clock tốc độ cao hoạt động và gửi đến mỗi khối được

kích hoạtbằng cách đăng ký kiểm soát xung clock Mức độ thấp hơnclock gating được thực hiện ở cấp khối, bao gồm cả CPU, có thể đạt được bằng cách

sử dụng lệnh WAIT, trong khi hệ thống trên off.

2.6.2 Khối cảm biến

2.6.2.1 Cảm biến nhiệt độ, độ ẩm DHT11

Hình 1-6.Cảm biến nhiệt độ độ ẩm DHT11

DHT11 Là cảm biến nhiệt độ, độ ẩm rất thông dụng hiện nay vì chi phí rẻ và rất

dễ lấy dữ liệu thông qua giao tiếp 1-wire ( giao tiếp digital 1-wire truyền dữ liệu duy nhất) Cảm biến được tích hợp bộ tiền xử lý tín hiệu giúp dữ liệu nhận về được chính xác mà không cần phải qua bất kỳ tính toán nào.

Đặc điểm:

 Điện áp hoạt động : 3V - 5V (DC)

 Dải độ ẩm hoạt động : 20% - 90% RH, sai số ±5%RH

 Dải nhiệt độ hoạt động : 0°C ~ 50°C, sai số ±2°C

 Tần số lấy mẫu tối đa: 1 Hz ( 1 giây/lần )

 Khoảng cách truyển tối đa: 20m

Sơ đồ chân Cảm biến DHT11 gồm 2 chân cấp nguồn, và 1 chân tín hiệu Hiện nay, thông dụng ngoài thị trường có hai loại đóng gói cho DHT11: 3 chân và 4 chân

Hình 1-7.Cảm biến DHT 11 loại 3 chân

Nguyên lý hoạt động:

Để có thể giao tiếp với DHT11 theo chuẩn 2 chân vi xử lý thực hiện theo 2bước:

 Gửi tín hiệu muốn đo (Start) tới DHT11 xác nhận lại.

 Khi giao tiếp được với DHT11, Cảm biến sẽ gửi lại 5 byte dữ liệu và nhiệt độ

đo được.

2.6.2.2 Cảm biến mưa

Hình 1-9.Module 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 Từ đó module dễ dàng điều khiển đóng cắt relay.

Thông số kỹ thuật:

 Kích thước: 5.4*4.0 mm

 Dày 1.6 mm

 Điện áp: 5V

 Led báo nguồn ( Màu xanh)

 Led cảnh báo mưa ( Màu đỏ)

 Hoạt động dựa trên nguyên lý: Nước rơi vào phần cảm biến sẽ tạo điện ra áp trên các chân D0 A0

Có 2 dạng tín hiệu Analog (A0) và Digital (D0) 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

Nguyên lí hoạt động:

 Khi có nước rơi trên cảm biến, sẽ có điện áp trong khoảng từ 0V đến 5V trên chân A0 và được đưa vào bộ so sánh sử dụng ic LM393, để đưa ra chân D0 điện áp mức 0 hoặc mức 1 Biến trở có tác dụng điều chỉnh đó nhạy, bạn có thể tùy ý quyết định với lượng mưa nào thì cảm biến sẽ đưa ra mức 1.

 Ngoài ra, cảm biến còn đưa trực tiếp chân A0 ra cho các bạn có thể tiến hành đo lường, xác định lưu lượng mưa bằng cách giao tiếp với vi điều khiển và các bộ chuyển đổi ADC.

Trong đề tài này cảm biến mưa có tác dụng để ngắt máy bơm nếu trời mưa nhằm tiết kiệm nước và đảm bảo cho cây trồng không bị úng nước.

2.6.3 Khối hiển thị.

2.6.3.1 Màn hình LCD 16x2.

Ngày nay, thiết bị hiên thị LCD (Liquid Crystal Display) được sử dụng rất nhiều các ứng dụng của vi điều khiển LCD có rất nhiều ưu điểm so với các dạng hiển thị khác Nó có khả năng hiển thị kí tự đa dạng, trực quan (chữ, số và kí tự đồ họa) dễ dàng đưa vào mạch ứng dụng theo nhiều giao thức giao tiếp khác nhau, tốn rất ít tài nguyên và giá thành rẻ

Ưu điểm :

 Hiển thị kí tự đa dạng , trực quan ( chữ , số và kí tự đồ họa )

 Dễ dàng đưa vào mạch ứng dụng theo nhiều giao thức giao tiếp khác nhau

 Tốn ít tài nguyên hệ thống và giá thành rẻ

Nhược điểm :

 Vì mật độ điểm ảnh trên màn LCD rất thấp, ra ngoài ánh sáng mặt trời thì màu sắc hiển thị rất kém cũng như dễ nhìn thấy các hoạt điểm ảnh trên màn hình.

Thông số kĩ thuật màn hình 1602A

Màn hình text LCD1602 xanh lá sử dụng driver HD44780, có khả năng hiển thị 2 dòng với mỗi dòng 16 ký tự, màn hình có độ bền cao, rất phổ biến, nhiều code mẫu và

dễ sử dụng thích hợp cho những người mới học và làm dự án

 Điện áp hoạt động là 5 V.

 Kích thước: 80 x 36 x 12.5 mm

 Chữ đen, nền xanh lá

 Khoảng cách hai chân kết nối là 0.1 inch tiện dụng khi kết nối với Breadboard.

 Tên các chân được ghi ở mặt sau của màn hình LCD hổ trợ kết nối, đi dây điện.

 Có đèn led nền, có thể dùng biến trở hoặc PWM điều chỉnh độ sáng để sử dụng

ít điện năng hơn.

 Có thể được điều khiển với 6 dây tín hiệu.

Hình 1-10.Màn hình LCD 16x2

RS=1 (mức cao) chọn thanh ghi dữ liệu

5 R/W Chọn thanh ghi đọc/viết dữ liệu R/W=0 thanh ghi viết

 Vss: Chân nối đất cho LCD

 VDD: Chân cấp nguồn cho LCD, ta nối chân này với VCC= 5V

 VEE: Điều chỉnh độ tương phản của LCD.

 RS: Chân chọn thanh ghi (Registor select) Nối chân RS với mức logic "0" (GND) hoặc mức logic "1" (VCC) để chọn thanh ghi Logic "0": Bus DB0 ->

DB7 sẽ nối với thanh ghi lệnh I của LCD (ở chế độ “ghi" – write) hoặc nối với bộ đếm địa chỉ của LCD (ở chế độ “đọc" - read) Logic "1": Bus DB0 -> DB7 sẽ nối với thanh ghi DR bên trong LCD Chân chọn chế độ đọc/ghi (Read/Write) Nổi chân R/W với mức logic "0" để LCD hoạt động ở chế độ ghi, hoặc R/W nối với logic "1" để LCD ở chế độ đọc.

 R/W: Chân cho phép (Enable) Sau khi các tín hiệu được đặt lên 9 bus

DB0-> DB7, các lệnh chỉ được chấp nhận khi có 1 xung cho phép của chấn E

o Chế độ ghi: Dữ liệu ở bus sẽ được LCD chuyển vào (chấp nhận) thanh ghi bên trong nó khi phát hiện một xung (high- to- low transition) của tín hiệu chân E

o Chế độ đọc: Dữ liệu được LCD xuất ra DB0> DB7 khi phát hiện sườn lên (low - to- high transition) ở chân E và được LCD giữ ở bus đến khi nào chân E xuống mức thấp

 DB0 ->DB7: Tám đường của bus dữ liệu dùng để trao đối thông tin với MPU.Có 2 chế độ sử dụng đường 8 bus này :

 Chế độ 8 bit: Dữ liệu được truyền trên cả 8 đường với bit MSB là bit DB7.

 Chế độ 4 bit: Dữ liệu được truyền trên 4 đường từ DB4 -> DB7 bit MSB là bit DB7.

2.6.3.2 Module I2C.

Hình 1-11.Module I2C LCD 16x2

LCD có quá nhiều chân gây khó khăn trong quá trình kết nối và chiếm dụng nhiều chân của vi điều khiển Module chuyển đổi I2C cho LCD sẽ giải quyết vấn đề này cho bạn, thay vì sử dụng tối thiểu 6 chân của vi điều khiển để kết nối với LCD (RS, EN, D7, D6, D5 và D4) thì với module chuyển đổi bạn chỉ cần sử dụng 2 chân (SCL, SDA) để kết nối Module chuyển đổi I2C hỗ trợ các loại LCD sử dụng driver

HD44780(LCD 1602, LCD 2004, … ), kết nối với vi điều khiển thông qua giao tiếp I2C, tương thích với hầu hết các vi điều khiển hiện nay.

khi bị đóng điều khiển nối tiếp

Bảng 1-3.Sơ đồ chân của module I2C

Thông số kĩ thuật

 Điện áp hoạt động: 2.5-6V DC

 Hỗ trợ màn hình: LCD1602,1604,2004 (driver HD44780)

 Giao tiếp: I2C

 Địa chỉ mặc định: 0X27 (có thể điều chỉnh bằng ngắn mạch chân A0/A1/A2)

 Kích thước: 41.5mm(L)x19mm(W)x15.3mm(H)

 Trọng lượng: 5g

 Tích hợp Jump chốt để cung cấp đèn cho LCD hoặc ngắt

 Tích hợp biến trở xoay điều chỉnh độ tương phản cho LCD

2.6.4 Khối nguồn.

2.6.4.1 Nguồn Adapter 12V

Hình 1-12.Nguồn Adapter 12V-2A

Nguồn Power Adaptor AC-DC 12V 2A được sử dụng để cấp nguồn cho các thiết

bị sử dụng điện áp 12VDC, nguồn có thiết kế nhỏ gọn, linh kiện gia công chất lượng tốt, dây điện có lõi đồng dày, độ bền cao, dòng đầu theo thông số nhà sản xuất lên đến 2A.

 Kiểu nguồn: nguồn xung.

 Tích hợp led hiển thị trạng thái nguồn.

 Kiểu giắc ngõ ra: Chuẩn Jack DC tròn 5.5*2.1~2.5mm

 Chiều dài dây dẫn: 1m

2.6.4.2 Mạch nguồn giảm áp DC-DC LM2596S.

Hình 1-13.Mạch nguồn giảm áp dc-dc LM2596S

Module Nguồn LM2596S Giảm Áp 3A là mạch nguồn giảm áp sử dụng IC ổn áp LM2596S

 Áp ra có thể điều chỉnh được bằng biến trở.

 IC LM2596S là ic nguồn xung có chu kì đóng/ngắt lên đến 125KHz cho hiệu suất làm việc cao.

Mạch hạ áp có một số ưu điểm:

 Dòng ra tối đa 3A (có thể gắn tản nhiệt cho IC để tăng dòng đầu ra cực đại)

 Mạch được thiết kế với khả năng tản nhiệt tốt.

 Áp đầu vào dao động từ 3V – 40V

 Áp ra từ 1.23V – 37V Mạch ổn áp có chức năng tạo ra điện áp nhỏ hơn điện áp đầu vào và luôn duy trì mức áp này mặc dù áp đầu vào tăng/giảm Ví du: ra áp 5V trong khi áp đầu vào là 1 ắc quy có điện áp từ 10.8V -> 13V.

Module hạ áp LM2596S sử dụng các tụ thể rắn do Sanyo cung cấp có khả năng lọc nhiễu cao và trữ điện tốt Tụ thể rắn được sử dụng trong các main board máy tính hiện đại nhằm tăng tuổi thọ main board và lọc nhiễu nguồn tốt hơn Tụ rắn không có các đường rạch (phòng nổ tụ) trên mặt đáy của tụ Mạch hoạt động cực kì ổn định với khả năng lọc nhiễu cực tốt, rất phù hợp làm nguồn cho Raspberry Pi khi sử dụng với Raspberry Pi camera.