THIẾT KẾ CHẾ TẠO THIẾT BỊ THU THẬP DỮ LIỆU DATALOGGER

Đề tài đã thực hiện: Tìm hiểu và ứng dụng mạch Arduino Mega 2560 để lập trình và điều khiển. Thu thập tín hiệu cũng như tìm hiểu nguyên lí hoạt động của cảm biến nhiệt ẩm DHT11. Lưu dữ liệu thu thập từ cảm biến vào thẻ nhớ SD dưới dạng file Excel. Điều chỉnh thời gian lấy mẫu của nhiều cảm biến. Hiển thị tất cả số liệu lên LCD và lên màn hình máy tính. Phần cứng gồm: board mạch Arduino Mega 2560, 8 cảm biến nhiệt ẩm để thu số liệu, một SD Card Module dùng để lưu giá trị vào thẻ nhớ SD dưới file Excel, một biến trở để hiệu chỉnh thời gian lấy mẫu của các cảm biến, màn hình LCD 16x2 và một nút nhấn để hiển thị dữ liệu của cảm biến và nút nhấn để điều chỉnh chế độ hiển thị là nhiệt độ hay độ ẩm.

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

THIẾT KẾ CHẾ TẠO THIẾT BỊ THU THẬP DỮ LIỆU DATALOGGER

Họ và tên sinh viên: LÊ NGỌC ĐỨC

Ngành: CƠ ĐIỆN TỬ Niên khoá: 2011-2015

Tp Hồ Chí Minh, tháng 6 năm 2015

THIẾT KẾ CHẾ TẠO THIẾT BỊ THU THẬP DỮ LIỆU DATALOGGER

TÁC GIẢ

LÊ NGỌC ĐỨC

Khóa luận được đệ trình đề để đáp ứng yêu cầu cấp bằng Kỹ sư chuyên ngành

Cơ Điện Tử

Giảng viên hướng dẫn:

TH.S ĐÀO DUY VINH

Tháng 06 năm 2015

LỜI CẢM ƠN

Với kiến thức được thầy cô trang bị trong thời gian học tập tại trường cùng vớikhoảng thời gian mệt mài nghiên cứu thiết kế phát triển luận văn của em đã hoàn thànhtheo đúng qui định

Để làm được điều đó em xin chân thành cảm ơn thầy Th.S Đào Duy Vinh ngườiluôn theo dõi và chỉ bảo tận tình em trong suốt thời gian làm khóa luận tốt nghiệp.Thầy đã hướng dẫn tận tình và truyền đạt lại nhiều kiến thức cũng như kinh nghiệmquý báo giúp em hoàn thành đề tài này Bên cạnh đó em cũng xin chân thành cảm ơnquý thầy cô trong bộ môn Cơ Điện Tử cũng như nhà trường đã hướng dẫn tận tình vàdạy dỗ truyền đạt kiến thức cho em trong suốt những năm vừa qua

Cuối cùng em xin chân thành cảm ơn gia đình, bạn bè đã giúp em giúp đỡ trongsuốt quá trình học tập để em hoàn thành khóa luận

Em xin chân thành cảm ơn!

TPHCM, ngày 10 tháng 06 năm 2015 Sinh viên thực hiện

Lê Ngọc Đức

TÓM TẮT

Đề tài nghiên cứu “THIẾT KẾ CHẾ TẠO THIẾT BỊ THU THẬP DỮ LIỆUDATA LOGGER” được thực hiện tại trường Đại Học Nông Lâm Thành Phố Hồ ChíMinh, thời gian từ tháng 3 đến tháng 6 năm 2015

Đề tài đã thực hiện:

Tìm hiểu và ứng dụng mạch Arduino Mega 2560 để lập trình và điều khiển.Thu thập tín hiệu cũng như tìm hiểu nguyên lí hoạt động của cảm biến nhiệt

ẩm DHT11

Lưu dữ liệu thu thập từ cảm biến vào thẻ nhớ SD dưới dạng file Excel

Điều chỉnh thời gian lấy mẫu của nhiều cảm biến

Hiển thị tất cả số liệu lên LCD và lên màn hình máy tính

Phần cứng gồm: board mạch Arduino Mega 2560, 8 cảm biến nhiệt ẩm để thu sốliệu, một SD Card Module dùng để lưu giá trị vào thẻ nhớ SD dưới file Excel, mộtbiến trở để hiệu chỉnh thời gian lấy mẫu của các cảm biến, màn hình LCD 16x2 và mộtnút nhấn để hiển thị dữ liệu của cảm biến và nút nhấn để điều chỉnh chế độ hiển thị lànhiệt độ hay độ ẩm

Do thời gian thực hiện còn hạn chế, cũng như mức độ rộng lớn của đề tài, nênphương án giải quyết bài toán của em không thể tránh khỏi những thiếu sót Em rấtmong nhận được sự đóng góp ý kiến của quý thầy cô và bạn bè để đề tài của em đượchoàn thiện hơn

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN II TÓM TẮT III

DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT vii

DANH SÁCH CÁC HÌNH viii

DANH SÁCH CÁC BẢNG x

Chương 1: MỞ ĐẦU 1

1.1 Mục đích nghiên cứu 1

1.2 Mục tiêu đề tài 1

1.3 Ý nghĩa thực tiễn 2

Chương 2: TỔNG QUAN 3

2.1 Tổng quan về thiết bị đo đa kênh data logger 3

2.1.1 Tổng quan 3

2.1.2 Phân loại và thành phần hệ thống thu thập dữ liệu 4

2.1.3 Một số ứng dụng thiết bị thu thập dữ liệu đa kênh 4

2.2 Tổng quan về Arduino 5

2.2.1 Giới thiệu về board mạch Arduino Mega 2560 5

2.2.2 Thông số kỹ thuật Arduino Mega 2560 6

2.2.3 Một số ứng dụng board mạch Arduino Mega 2560 6

2.3 Cảm biến nhiệt độ 7

2.3.1 Tổng quan về cảm biến nhiệt độ 7

2.3.2 Các phương pháp đo nhiệt độ 8

2.4 Cảm biến độ ẩm 9

2.4.1 Tổng quan về độ ẩm 9

2.4.2 Phân loại cảm biến đo độ ẩm 9

2.5 Cảm biến nhiệt, ẩm độ DHT11 11

2.5.1 Tổng quan về cảm biến DHT11 11

2.5.2 Tính năng của cảm biến DHT11 12

2.5.3 Các ứng dụng của cảm biến DHT11 12

2.6 Màn hình hiển thị LCD 16x2 12

2.7 Module thẻ nhớ (SD Card) 15

2.7.1 Tổng quan module thẻ nhớ 15

2.7.2 Thông số kỹ thuật của Mini SD Card Module 17

2.7.3 Ứng dụng của Mini Sd Card Module 17

2.7.4 Thẻ nhớ (SD Card) 17

2.7.5 Chuẩn truyền thông SPI (Serial Peripheral Interface) 18

Chương 3: NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 21

3.1 Đối tượng nghiên cứu 21

3.2 Thiết bị nghiên cứu 21

3.3 Phương pháp nghiên cứu 21

Truyền thông SPI (Serial Peripheral Interface) 21

Chương 4: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 22

4.1 Giới thiệu thiết bị đo và giám sát nhiệt độ, độ ẩm nhiều kênh 22

4.1.1 Bản vẽ hộp đựng boarb mạch datalogger 22

4.1.2 Sơ đồ khối tổng quát thiết bị đo nhiệt độ và độ ẩm đa kênh 23

4.2 Tính toán thiết kế mạch điều khiển bộ thu thập dữ liệu đa kênh 24

4.2.1 Sơ đồ nguyên lý hệ thống thu thập dữ liệu đa kênh 24

4.2.2 Nguyên lý làm việc của thiết bị thu thập tín hiệu đa kênh 26

4.2.3 Mạch nguồn +5V 26

4.3 Tính toán thiết kế mạch điều khiển của thiết bị thu thập dữ liệu đa kênh 27

4.3.1 Sơ đồ liên kết giữa cảm biến nhiệt ẩm DHT11 với Arduino 27

4.3.1.1 Sơ đồ mạch nguyên lý cảm biến nhiệt ẩm DHT11 27

4.3.1.2 Nguyên lý làm việc của cảm biến nhiệt ẩm DHT11 27

4.3.1.3 Giải thuật điều khiển cảm biến nhiệt ẩm DHT11 30

4.3.2 Sơ đồ liên kết Arduino với LCD 16x2 31

4.3.2.1 Sơ đồ nguyên lý hiển thị giá trị 8 cảm biến lên LCD 16x2 31

4.3.2.2 Nguyên lý hoạt động LCD 16x2 32

4.3.2.3 Giải thuật điều khiển của LCD 16x2 33

4.3.3 Sơ đồ liên kết Arduino với volume 33

4.3.3.1 Sơ đồ nguyên lý điều khiển cụm điều chỉnh thời gian lấy mẫu 34

4.3.3.2 Nguyên lý hoạt động điều khiển cụm điều chỉnh thời gian lấy mẫu 34

4.3.3.3 Giải thuật điều khiển volume 35

4.3.4 Sơ đồ liên kết Arduino với thẻ SD Card Module 36

4.3.4.1 Sơ đồ nguyên lý lưu trữ giá trị cảm biến vào thẻ nhớ SD 36

4.3.4.2 Nguyên lý hoạt động lưu trữ dữ liệu 8 cảm biến vào thẻ nhớ SD 37

4.3.4.3 Giải thuật điều khiển lưu trữ dữ liệu vào thẻ nhớ SD 38

4.4 Giải thuật điều khiển truyền tín hiệu đa kênh 39

4.5 Giao tiếp giữa bộ datalogger và máy tính 40

4.5.1 Matlab GUI 40

4.5.2 Giao diện hiển thị giá trị nhiệt độ, độ ẩm lên máy tính 42

4.5.3 Nguyên lý làm việc hiển thị giá trị nhiệt độ, độ ẩm lên máy tính 42

4.5.4 Giải thuật hiển thị giá trị cảm biến lên máy tính 43

4.6 Khảo nghiệm sơ bộ thiết bị 44

4.6.1 Sơ đồ bố trí thí nghiệm của thiết bị 44

4.6.2 Bảng kết quả giá trị cảm biến 45

4.6.3 Biểu đồ 46

4.6.4 Kết luận biểu đồ của 8 cảm biến 46

Chương 5: KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 47

5.1 Kết luận 47 5.2 Đề nghị 47

TÀI LIỆU THAM KHẢO 48

PHỤ LỤC

DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT

SPI: Serial Peripheral Interface

SCK: Serial Clock

MISO: Master Input Slave Output

MOSI: Master Ouput Slave Input

DANH SÁCH CÁC HÌNH

Hình 1.1: Board mạch Arduino Mega 2560 5

Hình 1.2: Cấu tạo cảm biến đo nhiệt độ dùng điốt và tranzitor 8

Hình 1.3: Cảm biến nhiệt ẩm DHT11 11

Hình 1.4: Sơ đồ chân LCD 16x2 13

Hình 1.5: SD Card Module 16

Hình 1.6: Sơ đồ chân thẻ SD 17

Hình 1.7: Giao diện SPI 19

Hình 1.8: Truyền dữ liệu SPI 20

Hình 1.9: Bản vẽ của hộp đựng thiết bị thu thập tín hiệu đa kênh 22

Hình 2.1: Phần thiết kế hộp đựng thiết bị thu thập dữ liệu data logger 23

Hình 2.2: Sơ đồ nguyên lý điều khiển của bộ thu thập dữ liệu đa kênh 23

Hình 2.3: Sơ đồ nguyên lý mạch vi điều khiển thiết bị thu thập dữ liệu đa kênh 25

Hình 2.4: Sơ đồ chi tiết mạch nguồn 26

Hình 2.5: Sơ đồ nguyên lý của một cảm biến nhiệt ẩm DHT11 với Arduino Mega 2560 27

Hình 2.6: Hình mô phỏng hoạt động bước 1 28

Hình 2.7: Mô phỏng hoạt động bit 0 29

Hình 2.8: Mô phỏng hoạt động bit 1 29

Hình 2.9: Lưu đồ giải thuật nguyên lý hoạt động DHT11 30

Hình 3.1: Sơ đồ hiển thị giá trị 8 cảm biến lên LCD 16x2 31

Hình 3.2: Lưu đồ giải thuật hiển thị giá trị của cảm biến lên LCD 16x2 33

Hình 3.3: Sơ đồ điều khiển cụm điều chỉnh thời giam lấy mẫu 34

Hình 3.4: Lưu đồ giải thuật điều khiển cụm điều chỉnh thời gian lấy mẫu 35

Hình 3.5: Sơ đồ nguyên lý mạch lưu dữ liệu của 8 cảm biến vào thẻ nhớ SD 36

Hình 3.6: Lưu đồ giải thuật lưu trữ dữ liệu vào thẻ nhớ SD 38

Hình 3.7: Lưu đồ giải thuật điều khiển truyền tín hiệu đa kênh 39

Hình 3.8: Cửa sổ GUIDE Quick Start 41

Hình 3.9: Giao diện hiển thị đồ thị biểu diễn giá trị cảm biến DHT11 42

Hình 4.1: Lưu đồ giải thuật hiển thị giá trị 8 cảm biến lên máy tính 43

Hình 4.2: Sơ đồ thiết bị thu thập tín hiệu đa kênh 44

Hình 4.3: Hiển thị giá trị của tất cả cảm biến trên Serial Monitor 45

Hình 4.4: Giá trị của 8 con cảm biến trên file MS Excel 45

Hình 4.5: Biểu đồ của 8 cảm biến trong file MS Excel 46

DANH SÁCH CÁC BẢNG

Bảng 1.1: Thông số kỹ thuật Arduino Mega 2560 6

Bảng 1.2: Các thang đo nhiệt độ 7

Bảng 1.3: Chức năng các chân LCD 13

Bảng 1.4: Chân SD Card Module 16

Bảng 1.5: Các chân trong 2 chế độ của SD Card 18

Chương 1

MỞ ĐẦU1.1 Mục đích nghiên cứu

Nước ta là một nước nông nghiệp xuất khẩu nhiều sản phẩm nông nghiệp nhưgạo, cà phê, hạt tiêu, chè và trái cây (vải, nhãn,… ) Do công tác bảo quản sau thuhoạch còn nhiều bất cập nên tỷ lệ hao hụt khá lớn Nhu cầu kiểm soát nhiệt ẩm của cáckho nông lâm sản ngày càng trở nên cần thiết nhất là đối với mặt hàng có tính an ninhlương thực như thóc và gạo

Bởi những lí do trên đã thực hiện đề tài “Thiết kế chế tạo thiết bị thu thập dữliệu data logger”, với các tính năng thu thập tín hiệu nhiệt ẩm, thay đổi thời gian lấymẫu, hiển thị dữ liệu lên LCD 16x2, lưu tín hiệu thu thập được vào thẻ SD dưới dạngfile Excel và hiển thị số liệu lên màn hình máy tính

Mục đích của hệ thống và thu thập dữ liệu nói chung là phân tích dữ liệu thuthập vào, xử lí, lưu trữ dữ liệu và thực hiện mục đích muốn đo Hệ thống thu thập dữliệu thường là dựa trên cơ sở điện từ học, nó được làm từ phần cứng và phần mềm.Phần cứng thì được làm từ cảm biến, bộ chuyển đổi tín hiệu, linh kiện điện tử (ở giữvới bộ nhớ dùng để tồn trữ thông tin) Phần mềm được làm bằng phần mềm phân tích(vài tiện ích khác có thể sử dụng để di chuyển dữ liệu từ bộ nhớ dữ liệu thu thập đượcđến một laptop hoặc tới một máy tính lớn)

1.2 Mục tiêu đề tài

Áp dụng những lý thuyết đã học khi ngồi trên ghế nhà trường vào mô hìnhnghiên cứu, để tạo ra sản phẩm tối ưu, để phục vụ những ngành nghề khác

Nghiên cứu được vi điều khiển Arduino, một số thiết bị đo nhiệt độ và độ ẩm đakênh.

Sản phẩm đạt được là thiết bị thu thập tín hiệu đa kênh data logger với tínhnăng: thu thập tín hiệu cảm biến và lưu vào SD Card, điều khiển thời gian lấy mẫu,hiển thị dữ liệu lên LCD

Mong muốn đề tài sẽ được tìm hiểu và nghiên cứu để ứng dụng vào ngành côngnghiệp và xã hội để mang đến giá trị nhân văn

1.3 Ý nghĩa thực tiễn

Các thiết bị, hệ thống đo lường và điều khiển ghép nối máy tính cho phép thựchiện các giải pháp thu thập dữ liệu và điều khiển chính xác và hiệu suất cao Các hệthống thu thập dữ liệu đóng vai trò quan trọng trong việc duy trì sự bền chặc, toàn vẹntrong các hệ thống tự động điều khiển trong công nghiệp và sự đảm bảo chất lượngcho các thiết bị điện tử công nghiệp

Hệ thống thu thập số liệu là một khâu không thể thiếu được trong hệ thống điềukhiển giám sát Card thu thập dữ liệu đa kênh là một bộ phận quan trọng trong ngànhcông nghiệp cũng như nông nghiệp hiện nay Chúng có vai trò thu thập và lưu lại cácthông số như điện áp, nhiệt độ, độ ẩm, áp suất,… Trong ngành công nghiệp điện tử,khi có sự cố xảy ra điện áp, nhiệt độ, áp suất quá tăng quá cao và ngược lại thì Cardthu thập dữ liệu có nhiệm vụ gửi số liệu đến các hệ thống tự động đóng cắt làm giảmthiệt hại khi xảy ra sự cố Và trong ngành nông nghiệp về nguyên lý cũng giống vớitrong ngành công nghiệp điện tử Do vậy, Card thu thập dữ liệu đa kênh ngày càngphải cải tiến về chức năng và độ tin cậy

Việc áp dụng Card thu thập số liệu đa kênh vào các hệ thống điều khiển giámsát cho phép phát hiện và xử lý kịp thời khi các thông số về điện và vật lý vượt quámức an toàn, nó đặt biệt tỏ ra cần thiết đối với hệ thống cần thu thập số liệu hàng ngàyhàng giờ

Chương 2

TỔNG QUAN2.1 Tổng quan về thiết bị đo đa kênh data logger

Dữ liệu logger thiết kế đã cải thiện theo cấp số nhân trong vài năm qua Mộtđiển hình dữ liệu nhỏ logger kênh duy nhất nhiệt độ đo sẽ không lớn hơn matchbox, và

có thể lưu trữ lên đến 32.000 nhiệt độ đọc Sử dụng bộ nhớ flash một số 4 và 8 kênhlogger loại dữ liệu được vẫn còn đủ nhỏ để phù hợp giá cả, với tuổi thọ pin lên đến 2năm

Hầu hết các loại dữ liệu logger đi kèm với phần mềm để tải về dữ liệu đến máy

PC, hiển thị các kết quả trong định dạng đồ thị và bảng và xuất dữ liệu sang MS Excel

và các ứng dụng khác Các phần mềm độc quyền cũng được sử dụng để chương trìnhlogger dữ liệu tốc độ lấy mẫu, và thời gian đăng nhập Dữ liệu thường đã tải về trựctiếp từ logger dữ liệu máy tính PC Tuy nhiên với nhiều loại dữ liệu logger dữ liệu tải

về có thể cũng được điều khiển từ xa bằng cách sử dụng Ethernet, vô tuyến điện năng

thấp, GSM, GPGS hoặc điện thoại Một số mô hình logger dữ liệu cũng được xuất bảntrực tiếp dữ liệu của họ đến các trang web.

2.1.2 Phân loại và thành phần hệ thống thu thập dữ liệu

Logger dữ liệu là một thiết bị ghi âm đứng một mình Nó không cần một máytính để lưu trữ dữ liệu của nó Có rất nhiều loại dữ liệu logger Tuy nhiên, có hai loạirộng như sau:

Nhỏ gọn pin dữ liệu logger để sử dụng tại địa điểm từ xa hoặc trong ứng dụng

mà trọng lượng và không gian là rất quan trọng

Lớn đa kênh dữ liệu logger, thường là nguồn cung cấp để lưu trữ một lượng lớncác dữ liệu từ nhiều bên ngoài bộ cảm biến và đầu vào

Một hệ thống thu thập dữ liệu bao gồm các thành phần chính như sau:

Các bộ thu thập dữ liệu tại điểm đo (data logger)

Phần mềm thu thập và xem dữ liệu tại trung tâm

Mạng truyền thông (GSM, LAN, VPN)

2.1.3 Một số ứng dụng thiết bị thu thập dữ liệu đa kênh

Do tính linh hoạt của data logger trong các ứng dụng đo lường logger dữ liệu đãtrở thành một công cụ không thể thiếu cho nghiên cứu học thuật và y tế, sinh học, nhàvật lý, quá trình kỹ sư, kỹ sư xây dụng, kỹ sư điện và nhà khoa học môi trường,… Mộtloại các dữ liệu logger loại được sử dụng trên toàn bộ của ngành công nghiệp, bao gồm

cả dầu và khí thăm dò, xây dựng dân dụng, khoa học, hàng không vũ trụ, làm vườn và

y tế

Một số ứng dụng thiết bị thu thập dữ liệu đa kênh:

Nhiệt độ dữ liệu logger – để sử dụng trong văn phòng và bệnh viện

Nhiệt độ và độ ẩm logger dữ liệu cho đo lường trong viện bảo tàng và nhà kho.Nhiệt độ, mưa, tốc độ gió và hướng, bức xạ mặt trời và áp lực barometric dữ liệulogger để đo lường trong trạm thời tiết từ xa

Nhiều đầu vào dữ liệu logger máy đo lường rung động, định hướng và dichuyển trong robot và các phương tiện điều khiển từ xa,…

2.2 Tổng quan về Arduino

2.2.1 Giới thiệu về board mạch Arduino Mega 2560

Hình 1.1: Board mạch Arduino Mega 2560

Arduino Mega 2560 là một bo mạch thiết kế với bộ xử lí trung tâm là vi điềukhiển AVR Atmega2560 Cấu tạo chính của Arduino Mega 2560 bao gồm các phầnsau:

Cổng USB: đây là loại cổng giao tiếp để ta upload code từ PC lên vi điều khiển.Đồng thời nó cũng là giao tiếp serial để truyền dữ liệu giữa vi điều khiển và máy tính

Jack nguồn: để chạy Arduino thì có thể lấy nguồn từ cổng USB ở trên, nhưngkhông phải lúc nào cũng có thể cắm với máy tính được Lúc đó ta cần một nguồn từ9V đến 12V

Có 54 chân vào/ra đánh số thứ tự từ 0 đến 13, ngoài ra có một chân nối đất(GND) và một chân tham chiếu (AREF)

Vi điều khiển AVR: đây là bộ xử lí trung tâm của toàn bo mạch Với mỗi mẫuArduino khác nhau thì con chip là khác nhau Ở con Arduino Mega 2560 này sử dụngATMega2560

2.2.2 Thông số kỹ thuật Arduino Mega 2560

Bảng 1.1: Thông số kỹ thuật Arduino Mega 2560

Điện áp hoạt động 5V

Điện áp đầu vào (được đề nghị ) 7-12V

Digital I/O Pins 54 (trong đó có15 cung cấp đầu ra PWM)

Dòng điện hiện tại cho 3.3V Pin 50mA

Bộ nhớ flash 256KB (ATMega328) trong đó 8KB sử

dụng bởi bộ nạp khởi động

2.2.3 Một số ứng dụng board mạch Arduino Mega 2560

Đo đạc các thông số của môi trường như nhiệt độ, độ ẩm, áp suất,… đo gia tốc,vận tốc, độ rung hay phát hiện chuyển động của vật thể,… thậm chí là xác định vị tríhiện tại bằng hệ thống vệ tinh định vị toàn cầu

Điều khiển các thiết bị đơn giản như đèn LED, động cơ điện, rơle,… và ngay cảnhững việc như gởi tin nhắn SMS hay truy cập Internet

Điều khiển các loại máy móc đơn giản như robot, xe cộ, máy bay, hoặc các thiết

Các thiết bị khoa học

2.3 Cảm biến nhiệt độ

2.3.1 Tổng quan về cảm biến nhiệt độ

Theo thuyết động học phân tử, nhiệt độ là tham số vật lý biểu thị động năngtrung bình của chuyển động tịnh tiến của các phân tử tạo thành vật thể Khi hai vật tiếpxúc với nhau thì giữa chúng có hiện tượng trao đổi năng lượng giữa các phân tử chođến khi động năng của các phân tử trong hai vật bằng nhau mới thôi

Các thang đo nhiệt độ gồm: thang đo Celeius (°C), thang đo Kelvin (K), thang

đo Fahrenheit (°F), thang đo Rankine (°R)

Bảng 1.2: Các thang đo nhiệt độ

Kelvin (K) Celeius (°C) Rankime (°R) Fahrenteit (°F)

2.3.2 Các phương pháp đo nhiệt độ

Đo nhiệt độ dùng điốt và tranzitor: Có thể đo nhiệt độ bằng cách sử dụng linhkiện nhạy cảm là điốt và tranzitor mắc theo kiểu điốt (nối cực base và collector) phâncực thuận với dòng không đổi Điện áp giữa hai cực sẽ là hàm nhiệt độ Người ta lợidụng sự thay đổi tuyến tính của chuyển tiếp P-N đối với nhiệt độ để chế tạo ra các điốt

và tranzitor chuyên dùng làm cầu cảm biến nhiệt trong đo lường và khống chế nhiệtđộ

a) Điốt; b) Tranzitor mắc thành điốt; c) Hai tranzitor mắc thành điốt

Hình 1.2: Cấu tạo cảm biến đo nhiệt độ dùng điốt và tranzitor

Cảm biến đo nhiệt độ bằng nhiệt điện trở: nguyên lí làm việc là dựa vào sự thayđổi điện trở theo nhiệt độ: R= f(t) Cuộn dây điện trở thường nằm trong ống bảo vệ vàtùy theo công dụng mà vỏ ngoài có thể là kim loại, thủy tinh hoặc gốm

Cảm biến dưới dạng IC: nguyên lý chung của IC đo nhiệt độ là mạch tích hợpnhận tín hiệu nhiệt độ chuyển thành tín hiệu dưới dạng điện áp hoặc dòng điện Dựavào tính chất rất nhạy của bán dẫn với nhiệt độ, tạo ra điện áp hoặc dòng điện tỷ lệthuận với nhiệt độ tuyệt đối Khi đó tín hiệu sẽ biết được giá trị của nhiệt độ cần đo

Đo nhiệt độ bằng cặp nhiệt điện: cấu tạo gồm một cặp nhiệt điện bởi hai dâydẫn A và B làm từ các loại vật liệu khác nhau Tại hai điểm tiếp xúc của chúng có nhiệt

độ T1 và T2 sẽ tạo ra một sức điện động ET1T2 A/B Thông thường nhiệt độ của một tronghai mối hàn cố địnhvà được dùng làm chuẩn (T = Tref) T2 là nhiệt độ của mối hàn thứhai, khi được đặt trong môi trường nghiên cứu nó sẽ đạt tới giá trị Tc chưa biết Nhiệt

độ Tc là hàm của nhiệt độ Tx (Tx: T2) và của các quá trình trao đổi khác

Nguyên lý làm việc: nhằm tránh những tiếp xúc khác ngoài mối nối, hai dâydẫn được đặt trong vỏ cách điện bằng sứ Cặp nhiệt điện với vỏ cách điện thường đượcche bằng lớp vỏ để chống sự xâm phạm của các khí cũng như đột biến nhiệt lớp vỏbằng sứ hoặc thép Trong trường hợp lớp vỏ bằng thép, mối nối có thể được cách với

vỏ hay tiếp xúc với vỏ Điều này có lợi là vận tốc đáp ứng nhanh nhưng nguy hiểmhơn

2.4 Cảm biến độ ẩm

2.4.1 Tổng quan về độ ẩm

Độ ẩm tuyệt đối là thuật ngữ được dùng để mô tả lượng hơi nước tồn tại trongmột thể tích hỗn hợp dạng khí nhất định Các đơn vị phổ biến nhất dùng để tính độ ẩmtuyệt đối là gam trên mét khối (g/m3), tất nhiên điều này không có nghĩa là ta khôngđược thay thế chúng bằng các đơn vị đo khối lượng hoặc đo thể tích khác

Độ ẩm tương đối là tỷ số của áp suất hơi nước hiện tại của bất kỳ một hỗn hợpkhí nào với hơi nước so với áp suất hơi nước bão hòa tính theo đơn vị là % Địnhnghĩa khác của độ ẩm tương đối là tỷ số giữa khối lượng nước trên một thể tích hiệntại so với khối lượng nước trên cùng thể tích đó khi hơi nước bão hòa Khi hơi nướcbão hòa Khi hơi nước bão hòa, hỗn hợp khí và hơi nước đã đạt đến điểm sương

2.4.2 Phân loại cảm biến đo độ ẩm

Loại thứ nhất: dựa trên hiện tượng vật lý cho phép xác định độ ẩm (ẩm kếngưng tụ, ẩm kế điện ly)

Loại thứ hai: dựa trên tính chất của vật có liên quan đến độ ẩm (ẩm kế trởkháng)

Các loại ẩm kế:

Ẩm kế biến thiên trở kháng: đó là các cảm biến trở và tụ điện mà các phần tửnhạy là các chất hút ẩm Tính chất điện (điện trở, điện dung) của các cảm biến phụthuộc vào độ ẩm của môi trường Cảm biến độ ẩm dựa trên nguyên lý biến thiên trởkháng được phân thành ẩm kế điện trở và ẩm kế tụ điện

Ẩm kế hấp thụ: Nguyên lý làm việc dựa trên sự hấp thụ hơi nước của một sốchất như Clorua liti (Licl) hoặc Anhidrit photphoric P2O5 Các chất trên khi ở trạng tháikhô điện trở của chúng rất cao, lúc hút ẩm hơi nước ở môi trường xung quanh, điện trởgiảm một cách đáng kể qua đó xác định được độ ẩm của môi trường cần đo Quá trình

đo bằng cách nung nóng dung dịch muối chứa trong ẩm kế cho đến khi áp suất hơi bão

hòa ở phía trên dung dịch bằng áp suất hơi của môi trường không khí bình thường Từnhiệt độ đó xác định được áp suất hơi và nhiệt độ hóa sương Thường người ta chọndung dịch muối bão hòa sao cho ở một nhiệt độ cho trước, áp suất hơi bão hòa càngnhỏ càng tốt

Ẩm kế quang: Như đã biết nhiệt độ hóa sương Ts là nhiệt độ cần phải làm lạnhkhông khí ẩm xuống tới đó để đạt trạng thái bão hòa Đó chính là nhiệt độ để sao cho

áp suất hơi (Ph) bằng áp suất hơi bão hòa [Pbh (T)] Tại nhiệt độ độ ẩm tuyệt đối có thểđược xác định từ nhiệt độ này trong quá trình đo với áp suất đã biết trước Từ đó chothấy nguyên lý hoạt động cơ bản của ẩm kế quang là sử dụng một gương phản chiếu

mà nhiệt độ bề mặt của nó được điều chỉnh chính xác nhờ một thiết bị điện cung cấpnhiệt độ Nhiệt độ gương được điều chỉnh tại ngưỡng (Ts)

Không khí cần đo độ ẩm được dẫn qua bề mặt gương và hệ thống điều khiểnlàm lạnh gương (dựa vào hiệu ứng Peltier hoặc ni tơ lỏng) cho đến khi xuất hiện sựngưng tụ Khi xuất hiện lớp sương trên bề mặt gương, ánh sáng bị tán xạ đến đầu thuquang và kích thích bộ phát tín hiệu làm nung nóng gương thông qua hệ điều khiển.Khi nhiệt độ gương tăng, lớp sương biến mất và chấm dứt hiệu chỉnh thích hợp ta nhậnđược lớp ngưng tụ Cảm biến nhiệt độ đặt sau gương cho phép xác định nhiệt độgương

2.5 Cảm biến nhiệt, ẩm độ DHT11

2.5.1 Tổng quan về cảm biến DHT11

Cảm biến DHT11 là cảm biến rất thích hợp cho những ứng dụng thu thập dữliệu cơ bản Cảm biến DHT11 có hai phần tín hiệu, phần một là cảm biến độ ẩm điệndung và một là điện trở nhiệt.

Hình 1.3:

Cảm biến nhiệt ẩm DHT11

Mỗi DHT11 được hiệu chỉnh đúng trong các phòng thí nghiệm là cực kỳ chínhxác về độ ẩm hiệu chuẩn Các hệ số hiệu chuẩn được lưu trữ như các chương trìnhtrong bộ nhớ OTP, được sử dụng bởi quá trình phát hiện tín hiệu nội bộ của cảm biến.Các giao diện nối tiếp dây làm cho tích hợp hệ thống nhanh chóng và dễ dàng Kíchthước nhỏ gọn, tiêu thụ điện năng thấp làm cho sự lựa chọn tốt nhất cho các ứng dụngkhác nhau, bao gồm những người khó tính nhất Thuận lợi để kết nối và các gói đặtbiệt có thể được cung cấp theo yêu cầu của người sử dụng

DHT11 kỹ thuật số nhiệt độ và độ ẩm cảm biến là một tín hiệu kỹ thuật số đầu

ra với một hiệu chuẩn nhiệt độ và độ ẩm kết hợp cảm biến Nó sử dụng một kỹ thuật

số chuyên dụng mô-đun và mua lại của nhiệt độ và độ ẩm công nghệ cảm biến để đảmbảo rằng các sản phẩm với độ tin cậy cao và tuyệt vời ổn định lâu dài Siêu kích thướcnhỏ, tiêu thụ điện năng thấp, tín hiệu khoảng cách truyền lên đến 20m, làm cho nó mộtphạm vi rộng các ứng dụng và thậm chí cả các ứng dụng đòi hỏi khắt khe nhất là sựlựa chọn tốt nhất

Thông số kỹ thuật:

Nguồn: 3 → 5VDC.

Tín hiệu ngõ ra: kỹ thuật số

Dòng sử dụng: 2.5mA max (khi truyền dữ liệu)

Đo tốt ở độ ẩm 20-80%RH với sai số 5%

Đo tốt ở nhiệt độ 0-50°C sai số 2°C

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

Kích thước 15mm x 12mm x 5.5mm

2.5.2 Tính năng của cảm biến DHT11

Chi phí thấp, ổn định lâu dài, độ ẩm tương đối và đo nhiệt độ, chất lượng tuyệtvời, đáp ứng nhanh, khả năng chống nhiễu mạnh mẽ, khoảng truyền tính hiệu dài, đầu

ra tín hiệu kỹ thuật số và hiệu chỉnh chính xác

2.5.3 Các ứng dụng của cảm biến DHT11

Thử nghiệm và thiết bị kiểm tra, ô tô, logger dữ liệu, hàng tiêu dùng, điều khiển

tự động , trạm thời tiết, thiết bị gia dụng, điều chỉnh độ ẩm , y tế, máy hút ẩm

2.6 Màn hình hiển thị LCD 16x2

LCD là từ viết tắt của Liquid Crystal Display (màn hình tinh thể lỏng) Cónhiều loại màn hình LCD với các kích cỡ khác nhau, ví dụ như LCD 16x1 (16 cột và 1hàng), LCD 16x2 (16 cột và 2 hàng),…Trong hệ thống này ta dùng loại 16x2 phổ biếntrên thị trường

Ngày nay, thiết bị hiển thị LCD được sử dụng trong rất nhiều các ứng dụng của

vi điều khiển LCD có rất nhiều ưu điểm so với các ứng dụng dạng hiển thị kí tự đadạng, trực quan (chữ, số và kí tự đồ họa), dễ dàng đưa vào mạch ứng dụng theo nhiềugiao thức giao tiếp khác nhau, tốn ít tài nguyên hệ thống và giá thành rẻ,…

Khi sản xuất LCD, nhà sản xuất đã tích hợp chip điều khiển bên trong lớp vỏ vàđưa các chân giao tiếp cần thiết

Hình 1.4: Sơ đồ chân LCD 16x2 Bảng 1.3: Chức năng các chân LCD

1 Vss Chân nối đất cho LCD, nối chân này với GND của mạch điều khiển

2 VĐ Chân cấp nguồn cho LCD, nối dây này với VCC=5V của mạch điều

khiển

3 VEE Điều chỉnh độ tương phản LCD

4 RS Chân chọn thanh ghi (Register select) Nối chân RS với logic “0”

(GND) hoặc logic “1” (VCC) để chọn thanh ghi

-Logic “0”:Bus DB0-DB7 sẽ nối với thanh ghi lệnh IR 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 dữ liệu DR bên trong LCD

5 R/W Chân chọn chế độ đọc/ghi (Read/Write) Nối chân R/W với logic “0”

để LCD hoạt động ở chế độ ghi, hoặc nối với logic “1” để LCD ở chế

độ đọc

6 E Chân cho phép (Enable) Sau khi các tín hiệu được đặt lên bus

DB0-DB7, các lệnh chỉ được chấp nhận khi có 1 xung cho phép của chân E.-Ở chế độ ghi: Dữ liệu ở bus sẽ được LCD chuyển vào (chấp nhận) thanh ghi bên trong nó phát hiện một xung (high-to-low transition) củatín hiệu chân E

-Ở chế độ đọc: dữ liệu sẽ được LCD xuất ra DB0-DB7 khi phát hiện cạnh lên(low-to-high transition) ở chân E và được LCD giữ ở bus đến khi nào chân E xuống mức thấp

7-14

DB0-DB7

Tám đường của bus dữ liệu dụng để trao đổi thông tin với MPU

Có chế độ sử dụng 8 đường 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 tới DB7, bit MSB là DB7

15 - Nguồn dương cho đèn nền

R\W (Read\Write): Dùng để xác định hướng của dữ liệu được truyền giữa LCD

và vi điều khiển Khi nó ở mức thấp dữ liệu được ghi đến LCD và khi ở mức cao dữliệu được đọc từ LCD Nếu chúng ta chỉ cần ghi dữ liệu ghi dữ liệu lên LCD thì chúng

ta có thể nối chân này xuống GND để tiết kiệm chân

E (Enable): Cho phép ta truy cập/xuất đến LCD thông qua chân RS và R/W.Khi chân E ở mức cao LCD sẽ kiểm tra trạng thái của 2 chân RS và R/W và đáp ứngcho phù hợp Khi dữ liệu được cấp đến chân dữ liệu thì một xung mức cao xuống thấpphải được áp đến chân này để LCD chốt dữ liệu trên các chân dữ liệu Xung này phải

rộng tối thiểu là 450ns Còn khi chân E ở mức thấp LCD sẽ bị vô hiệu hóa hoặc bỏ quatín hiệu của 2 chân RS và R\W.

Các chân D0 – D7: Đây là 8 chân dữ liệu 8 bit, được dùng để gửi thông tin lênLCD hoặc đọc nội dung của các thanh ghi trong LCD Các kí tự được truyền theotương ứng trong bảng mã ASCCI Cũng có các mã lệnh mà có thể được gửi đến LCD

để xóa màn hình hoặc đưa con trỏ về đầu dòng hoặc nhấp nháy con trỏ

LCD có 2 chế độ giao tiếp, chế độ 4 bit (chỉ dùng 4 chân D4 đến D7 để truyền

dữ liệu) và chế độ 8 bit (dùng cả 8 chân dữ liệu từ D0 đến D7) ở chế độ 4 bit khitruyền 1 byte chúng ta sẽ truyền nửa cao của byte trước sau đó mới truyền nửa thấpcủa byte

Trước khi truyền các kí tự ra màn hình LCD ta cần thiết lập cho LCD như chọnchế độ 4 bit hoặc 8 bit, 1 dòng hay 2 dòng, bật/tắt con trỏ,…

2.7 Module thẻ nhớ (SD Card)

2.7.1 Tổng quan module thẻ nhớ

Module SD Card giúp giao tiếp với thẻ nhớ Micro SD Card Kích thước tiêuchuẩn 11mm x 15mm Việc giao tiếp với SD Card có thể mở rộng khả năng ghi nhớcủa hệ thống một cách đáng kể, giúp cho việc tính toán và lưu trữ các kết quả tốt hơnrất nhiều so với việc phải giao tiếp với máy tính Giao tiếp SD Card đặt biệt hiệu quảkhi cần phải làm việc với bộ ADC, UART trong một thời gian dài

Mini SD Card Module là một mô-đun Micro SD (TF) từ DFRobot Nó tươngthích với thẻ SD TF (thường được sử dụng trong điện thoại di động) mà là thẻ nhỏnhất trên thị trường Module SD có nhiều ứng dụng như logger dữ liệu, âm thanh,video, đồ họa

Module này có giao diện SPI và 5V cung cấp điện năng tương thích vớiArduino UNO/Mega Các Pinout là hoàn toàn

Hình 1.5: SD Card Module

Module SD Card giúp chúng ta có thể phát triển các ứng dụng liên quan đếnviệc Đọc/Ghi thẻ SD một cách nhanh chóng.

Module có thể dễ dàng giao tiếp với Arduino, vi điều khiển ARM thông quagiao tiếp nối tiếp

Bảng 1.4: Chân SD Card Module

Tương thích: MicroSD (TF).

Hỗ trợ sẵn các chân ngõ ra: CS, SCK, MOSI, MISO

2.7.3 Ứng dụng của Mini Sd Card Module

Lưu trữ cơ sở dữ liệu cho các hệ thống giải trí, điều khiển, máy móc,…

2.7.4 Thẻ nhớ (SD Card)

SD Card là thiết bị lưu trữ rất phổ biến hiện nay được sử dụng cho nhiều mụcđích khác nhau như ảnh, film, dữ liệu… trên nhiều thiết bị khác nhau (máy ảnh số,máy quay phim, máy nghe nhạc, điện thoại…

Giao tiếp trong SD Card dựa trên giao tiếp bằng 9 chân (Clock, Command, 4chân Data, 3 chân nguồn) có tần số làm việc lớn nhất là 50MHz sử dụng điệp áp thấp.Khối điều khiển giao tiếp SD Card cũng hỗ trợ giao tiếp với thẻ Multimedia (thực chấtkhác biệt giữa SD Card và Multimedia Card là quá trình khởi tạo)

Hình 1.6: Sơ đồ chân thẻ SD

Bảng 1.5: Các chân trong 2 chế độ của SD Card

1 CD/DAT3 Card detect/Data line[Bit 3] CS Chip Select

3 VSS1 Supply voltage ground VSS Nối đất

9 DAT2 Ddataa line[Bit 2]

2.7.5 Chuẩn truyền thông SPI (Serial Peripheral Interface)

SPI là một chuẩn truyền thông nối tiếp tốc độ cao do hãng Motorola đề xuất.Đây là kiểu truyền thông Master-Slave, trong đó có 1 chip Master điều phối quá trìnhtruyền thông và các chip Slaves được điều khiển bởi Master vì thế truyền thông chỉxảy ra giữa Master và Slave SPI là một cách truyền song công (full duplex) nghĩa làtại cùng một thời điểm quá trình truyền nhận có thể xảy ra đồng thời SPI đôi khi đượcgọi là chuẩn truyền thông “4 dây” vì có 4 đường giao tiếp trong chuẩn này đó là SCK(Serial Clock), MISO (Master Input Slave Output), MOSI (Master Output Slave Input)

và SS (Slave Select) Hình dưới thể hiện một SPI giữa một chip Master và 3 chip Slavethông qua 4 đường

SCK: Xung giữa nhịp cho giao tiếp SPI, vì SPI là chuẩn truyền đồng bộ nên cần

1 đường giữa nhịp, mỗi nhịp trên chân SCK báo 1 bit dữ liệu đến hoặc đi Đây là điểmkhác biệt với truyền thông không đồng bộ mà chúng ta đã biết trong chuẩn UART Sựtồn tại của chân SCK giúp quá trình truyền ít bị lỗi và vì thế tốc độ truyền của SPI cóthể đạt rất cao Xung nhịp chỉ tạo ra bởi chip Master

MISO – Master Input / Slave Output: nếu là chip Master thì đây là đường Inputcòn nếu là chip Slave thì MISO lại là Output MISO của Master và các Slave được nốitrực tiếp với nhau

MOSI – Master Output / Slave Input: nếu là chip Master thì đây là đườngOutput còn nếu là chip Slave thì MOSI là Input MOSI của Master được nối trực tiếpvới nhau

SS – Slave Select: SS là đường chọn Slave cần giao tiếp, trên các chip Slaveđường SS sẽ ở mức cao khi không làm việc Nếu chip Master kéo đường SS của mộtSlave nào đó xuống mức thấp thì việc giao tiếp sẽ xảy ra giữa Master và Slave đó Chỉ

có 1 đường SS trên mỗi Slave nhưng có thể có nhiều đường điều khiển SS trên Master,tùy thuộc vào thiết kế của người dùng

Hình 1.7: Giao diện SPI

Hoạt động: mỗi chip Master hay Slave có một thanh ghi dữ liệu 8 bits Cứ mỗixung nhịp do Master tạo ra trên đường giữ nhịp SCK, một bit trong thanh ghi dữ liệucủa Master được truyền qua Slave trên đường MOSI, đồng thời một bit trong thanh ghi

dữ liệu của chip Slave cũng được truyền qua Master trên đường MISO Do 2 gói dữliệu trên 2 chip được gởi qua lại đồng thời nên quá trình truyền dữ liệu này được gọi là

“song công” Hình dưới mô tả quá trình truyền 1 gói dữ liệu thực hiện bởi module SPItrong AVR, bên trái là chip chip Master và bên phải là Slave

Hình 1.8: Truyền dữ liệu SPI

Cực của xung giữ nhịp, phase và các chế độ hoạt động: cực của xung giữ nhịp(Clock Polarity) được gọi tắt là CPOL là khá niệm dùng chỉ trạng thái của chân SCK ởtrạng thái nghỉ Ở trạng thái nghỉ (Idle), chân SCK có thể được giữ ở mức cao(CPOL=1) hoặc thấp (CPOL=0) Phase (CPHA) dùng để chỉ cách mà dữ liệu được lấymẫu (sample) theo xung giữ nhịp

Dữ liệu có thể được lấy mẫu ở cạnh lên của SCK (CPHA=0) hoặc cạnh xuống(CPHA=1) Sự kết hợp của SPOL và CPHA làm nên 4 chế độ hoạt động của SPI Nhìnchung việc chọn 1 trong 4 chế độ này không ảnh hưởng đến chất lượng truyền thông

mà chỉ cao cho có sự tương thích giữa Master và Slave

Chương 3

NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

3.1 Đối tượng nghiên cứu

Sinh viên tiến hành tìm hiểu về vi điều khiển Arduino Mega 2560, nghiên cứumột số thiết bị đo nhiệt độ và độ ẩm đa kênh, nguyên lý hoạt động cảm biến nhiệt ẩmDHT11, phương pháp truyền data vào thẻ nhớ SD, xây dựng giải thuật truyền tín hiệu

đa kênh, thiết kế sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển đa kênh, viết chưng trình điều khiểnthiết bị thu thập dữ liệu đa kênh

3.2 Thiết bị nghiên cứu

Các thiết bị nghiên cứu:

Arduino Mega 2560

Cảm biến nhiệt ẩm DHT11

SD Card Module

Phần mềm mô phỏng và thiết kế mạch Proteus

Phần mềm lập trình vi điều khiển Arduino

Phần mềm thiết kế giao diện Matlab 2010a

3.3 Phương pháp nghiên cứu

Truyền thông SPI (Serial Peripheral Interface)

Chương 4

KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN4.1 Giới thiệu thiết bị đo và giám sát nhiệt độ, độ ẩm nhiều kênh

4.1.1 Bản vẽ hộp đựng boarb mạch datalogger

Hình 1.9: Bản vẽ của hộp đựng thiết bị thu thập tín hiệu đa kênh

Hình 2.2 thể hiện bản vẽ hộp đựng với phần khung của hộp dựa trên phần kích thướccủa mạch vi điều khiển

Kích thước của mạch vi điều khiển: chiều dài 145mm và chiều rộng là 110mm vàchiều cao khoảng 55mm

Kích thước hộp đựng: chiều dài 150mm và chiều rộng là 120mm và chiều cao 70mm

Hình 2.1: Phần thiết kế hộp đựng thiết bị thu thập

dữ liệu data logger

4.1.2 Sơ đồ khối tổng quát thiết bị đo nhiệt độ và độ ẩm đa kênh

Hình 2.2: Sơ đồ nguyên lý điều khiển của bộ thu

thập dữ liệu đa kênh

Cảm biến DHT11

(KHỐI CẢM BIẾN)

Arduino Mega 2560(KHỐI XỬ LÝTRUNG TÂM)

Hiển thị giá trị cảm biến

DHT11(KHỐI HIỂN THỊ)

Nút nhấn điều chỉnhhiển thị nhiệt độ haycảm biến

SD Card Module để lưu giátrị vào thẻ nhớ SD dưới dạng

file MS Excel (KHỐI LƯU TRỮ)

Hiệu chỉnh thời gian lấymẫu bằng biến trở(KHỐI HIỆU CHỈNH)

Chức năng các khối:

Cảm biến: có chức năng đo nhiệt độ và độ ẩm từ môi trường và gửi giá trị đođược cho Arduino Mega 2560 khi có tín hiệu yêu cầu

Khối xử lí trung tâm: có chức năng điều khiển cảm biến DHT11 đo nhiệt độ và

ẩm, đồng thời hiển thị dữ liệu trên LCD và lưu số liệu đo được vào SD Card, đồng thờihiệu chỉnh thời gian lấy mẫu

Khối hiển thị: có chức năng hiển thị giá trị nhiệt độ đo được

Khối thu: có chức năng lưu toàn bộ dữ liệu đo được vào SD Card dưới dạng fileExcel

Khối hiệu chỉnh: có chức năng hiệu chỉnh thời gian lấy mẫu của số liệu đo được

từ cảm biến lưu vào trong SD Card

4.2 Tính toán thiết kế mạch điều khiển bộ thu thập dữ liệu đa kênh

4.2.1 Sơ đồ nguyên lý hệ thống thu thập dữ liệu đa kênh

Chân 23, 25,…, 37 digital lần lượt kết nối với chân Data của các cảm biến đểđọc giá trị về Arduino Mega 2560 để xử lí và tính toán

Chân D4 → D7 của LCD kết nối từ Port 6 → 3 của Arduino để nhận dữ liệu từArduino và hiển thị các số liệu Một nút nhấn kết nối với Port 7 digital của Arduino đểcài đặt chế độ hiển thị là số liệu nhiệt độ hay là độ ẩm

Data của biến trở được nối vào Port A0 analog của Arduino để thiết lập thờigian lấy mẫu của cảm biến

Chân CS, SCK, MOSI, MISO của SD Card Module kết nối với chân 53, 52, 51,

50 của Arduino để lưu dữ liệu từ Arduino vào thẻ SD dưới dạng MS Excel

Hình 2.3: Sơ đồ nguyên lý mạch vi điều khiển thiết

bị thu thập dữ liệu đa kênh thiết kế trên Proteus.

4.2.2 Nguyên lý làm việc của thiết bị thu thập tín hiệu đa kênh

Cảm biến gởi dữ liệu thu được vào Arduino Mega 2560, Arduino Mega 2560 xử lí

và kiểm tra và gởi dữ liệu vào SD Card Module và được lưu vào SD Card dưới fileExcel, một biến trở được nối vào chân analog A0 của Arduino Mega 2560 để điềuchỉnh thời gian lấy mẫu của cảm biến lưu vào SD Card

Đồng thời hiển thị số liệu lên LCD 16x2 và nút nhấn được kết nối cổng digital port

7 của Arduino Mega 2560 nếu port 7 ở mức thấp thì LCD hiển thị nhiệt độ của 10 cảmbiến và ngược lại nếu port 7 lên mức cao thì LCD hiển thị toàn bộ độ ẩm của tất cảcảm biến

4.2.3 Mạch nguồn +5V