Luận Văn Thiết kế và thi công hệ thống giám sát chỉ số môi trường và hiển thị thông tin trên Web

Các lênh AT chung .... Danh sách các linh ki n... Arduino Mega có giá thƠnh h i cao vƠ có... Các lênh AT chung.

ậ 6/2019

II NHI M V

N i dung th c hi n:

ch nh s a vƠ hoƠn thi n h th ng

III NGÀY GIAO NHI M V : 19/02/2019

IV NGÀY HOÀN THÀNH NHI M V : 05/07/2019

V H VÀ TÊN CÁN B H NG D N: PGS TS NGUY N THANH H I

VÀ HI N TH THÔNG TIN TRÊN WEB

GVHD

Tu n 1 (18/02 - 24/02) G p g GVHD và trao đ i v đ tài t t nghi p

Tu n 2 (25/02 - 03/03) Tìm hi u các đ tài nghiên c u có liên quan

Tu n 3 (04/03 - 10/03) Tìm hi u các chu n giao ti p s d ng trong đ

tài

Tu n 4 (11/03 - 17/03) Tìm hi u t t c các linh ki n s d ng trong đ

tài

Tu n 5 (18/03 - 24/03) Vi t code arduino và ch y th nghi m m t s

c m bi n liên quan đ n đ tài

Tu n 14,15,16 (20/05

-09/06)

Ch nh s a và hoàn thành toàn b bài báo cáo

GV H NG D N (Ký và ghi rõ h và tên)

tài này là do chúng em t th c hi n d a vào m t s tài li u tr c đó vƠ không sao

chép t tài li u hay công trình đư có tr c đó

Nhóm th c hi n đ tài

Tr n Xuân Th c

Tr n V n Trí

L i đ u tiên chúng em xin g i l i c m n sơu s c t i các th y cô giáo trong B môn

i n T Y Sinh nói riêng và các th y cô giáo trong Khoa i n ậ i n T nói chung đư

trong th i gian th c hi n đ tài, c ng nh các ki n th c mà các th y cô đư truy n đ t cho

chúng em trong su t th i gian h c t p t i tr ng

Xin g i l i c m n chơn thƠnh nh t đ n giáo viên h ng d n PGS TS Nguy n Thanh

l i trong th i gian th c hi n đ tài

Chúng em g i l i c m n ba m vƠ ng i thơn đư đ ng hƠnh vƠ đ ng viên trong su t

quá trình th c hi n đ tài

Chúng em c ng g i l i đ ng c m n đ n các b n l p 15141DT đư chia s trao đ i

ki n th c c ng nh nh ng kinh nghi m quý báu trong quá trình th c hi n đ tài

Xin chân thành c m n!

Ng i th c hi n đ tài

Tr n V n Trí

L I CAM OAN iv

L I C M N v

M C L C vi

LI T KÊ HÌNH V viii

LI T KÊ B NG x

TÓM T T xi

Ch ng 1 T NG QUAN 1

1.1 T V N 1

1.2 M C TIÊU 2

1.3 N I DUNG NGHIÊN C U 2

1.4 GI I H N 2

1.5 B C C 3

Ch ng 2 C S LÝ THUY T 4

2.1 QUY TRÌNH GIÁM SÁT C A H TH NG 4

2.2 GI I THI U PH N C NG 4

2.2.1 Kh i c m bi n 4

2.2.2 Kh i vi đi u khi n 10

2.2.3 Kh i nh n tín hi u 13

2.2.4 Kh i hi n th 14

2.2.5 Các chu n giao ti p 17

Ch ng 3 TệNH TOỄN VÀ THI T K 23

3.1 GI I THI U 23

3.2 TÍNH TOÁN VÀ THI T K H TH NG 23

3.2.1 Tính toán và thi t k m ch 24

3.2.2 i n áp vƠ dòng đi n c a các linh ki n 29

3.3 L P TRÌNH H TH NG 31

3.3.1 L u đ gi i thu t 31

3.3.2 Ph n m m l p trình cho vi đi u khi n 33

3.3.3 Ph n m m l p trình cho Web s d ng ph n m m ThingSpeak 35

4.2.1 Thi công bo m ch 44

4.2.2 L p ráp và ki m tra 46

4.3 ịNG GịI VÀ THI CÔNG MÔ HỊNH 47

4.3.1 óng gói b đi u khi n 47

4.3.2 Thi công mô hình 47

4.4 VI T TÀI LI U H NG D N S D NG 48

Ch ng 5 K T QU _NH N XÉT_ ỄNH GIỄ 49

5.1 K T QU TH C T 49

5.2 ỄNH GIỄ HO T NG C A H TH NG 53

Ch ng 6 K T LU N VÀ H NG PHÁT TRI N 54

6.1 K T LU N 54

6.2 H NG PHÁT TRI N 55

TÀI LI U THAM KH O 56

PH L C 57

Hình 2-1 S đ chân c a c m bi n DHT11 5

Hình 2-2 S đ k t n i gi a Vi đi u khi n v i DHT11 6

Hình 2-3 C m bi n b i Sharp GP2Y10 7

Hình 2-4 S đ chân và t ng quan quá trình k t n i v i vi đi u khi n c a c m bi n b i Sharp GP2Y10 8

Hình 2-5 S đ chân k t n i c a c m bi n BH1750 9

Hình 2-6 Arduino Uno R3 12

Hình 2-7 Module ESP8266 V1 13

Hình 2-8 Màn hình LCD 20x4 15

Hình 2-9 Module I2C chuy n đ i LCD 17

Hình 2-10 K t n i các thi t b theo chu n I2C 18

Hình 3 1 S đ kh i h th ng giám sát ch s môi tr ng 23

Hình 3-2 S đ nguyên lý kh i c m bi n 25

Hình 3-3 Các chân giao ti p c a module ESP8266V1 27

Hình 3-4 S đ nguyên lý kh i giao ti p v i Arduino Uno R3 27

Hình 3-5 S đ nguyên lý toàn h th ng giám sát ch s môi tr ng 28

Hình 3-6 Adapter 12V ậ 1A 31

Hình 3-7 L u đ ch ng trình chính c a h th ng giám sát ch s môi tr ng qua Web 31

Hình 3-8 L u đ ch ng trình con v quá trình thu th p d li u vƠ đ a d li u lên Web 33

Hình 3-9 Các vùng làm vi c c a ph n m m 34

Hình 3-10 C nh báo có th xu t hi n khi s d ng ph n m m IDE 35

Hình 3-11 Trình duy t truy c p vào ThingSpeak 36

Hình 3-12 Giao di n ban đ u c a Thingspeak 36

Hình 3-13 Giao di n kh i t o tài kho n ThingSpeaks 37

Hình 3-14 Giao di n cƠi đ t m t s thông s c a Web 38

Hình 3-15 Giao di n đi m th hi n giá tr c m bi n đo đ c t i các kho ng th i gian khác nhau c a ThingSpeaks 38

Hình 3-16 Giao di n c t th hi n giá tr c m bi n đo đ c t i các kho ng th i gian khác nhau 39

Hình 3-17 Thông tin c a c m bi n mu n hi n th lên Server Web 40

Hình 3-18 Giáo sát b ng giao di n đ ng h c a Thingspeaks 40

Hình 3-19 Thông tin c a BH1750 v i giao di n đ ng h 41

Hình 3-20 Giao di n giám sát th i gian g i d li u lên Server Web 42

Hình 3-21 Giao di n c nh báo c a Thingspeaks 42

a đ m 43

Hình 4-2 M ch th c t 46

Hình 4-3 Mô hình v trên AutoCAD c a h th ng 47

Hình 4-4 Mô hình th c t sau khi c đ nh các m t c t 48

Hình 5-1 Hình ch p h th ng th c t 49

Hình 5-2 K t qu đo đ c lúc 16:00 50

Hình 5-3 K t qu đo đ c lúc 16:30 51

Hình 5-4 Th ng kê s li u thông qua ph n m m excel 52

B ng 2-1 B ng so sánh các c m bi n đo nhi t đ vƠ đ m thông d ng 4

B ng 2-2 Chân k t n i c a c m bi n b i GP2Y10 8

B ng 2-3 Chân k t n i c a c m bi n BH1750 9

B ng 2-4 M t vài thông s l a ch n Arduino trong các board Arduino ph bi n 10

B ng 2-5 Thông s Arduino Uno R3 11

B ng 2-6 Thông s k thu t: Các chân c a LCD 15

B ng 2-7 Các lênh AT chung 20

B ng 2-8 Các l nh AT c u hình module WiFi 21

B ng 2-9 Các l nh AT đ i v i module WiFi c u hình là tr m/khách 21

B ng 3-1 Dòng đi n vƠ đi n áp làm vi c c a các linh ki n 29

B ng 4-1 Danh sách các linh ki n 44

B ng 5-1 Th ng kê s li u các l n đo 52

t đư lƠm cho đ i s ng con ng i ngày cƠng đ c nâng cao Khi m c s ng con ng i đ c nơng cao thì đòi h i môi tr ng s ng

tr ng an toàn v i s c kh e c a con ng i là m c tiêu h ng t i c a c ng đ ng Chính vì

pháp phòng tránh và c i thi n nó

Hi n nay v i s phát tri n m nh m c a IoT (Internet of Things) và giám sát d li u

đư đ c m r ng thông qua web và các thi t b đ c k t n i Internet T đó t o đ c s

thu n ti n và hi n đ i trong cu c s ng c a con ng i

N i dung c a đ tài là áp d ng nh ng ki n th c đi n t đư h c đ thi t k m ch đo

các ch s môi tr ng M ch g m các c m bi n nhi t đ , đ m, b i, c ng đ ánh sáng

giao ti p v i b đi u khi n trung tâm là Aduino Uno R3 Không ch hi n th các d li u

thông qua LCD 20x4, m ch còn giám sát d li u qua Web nh module ESP8266-V1 Mô

hình c ng đ c thi t k d ng hình kh i ch a đ ng t t c m ch và c m bi n s d ng S

li u hi n th trên trên LCD và Web tr c quan, d nhìn Ng i dùng có th d a vào nh ng

d li u đó đ có các quy t đ nh và bi n pháp phòng tránh hi u qu

Ch ng 1 T NG QUAN

1.1 T V N

Trong quá trình phát tri n c a đ t n c cùng v i vi c đ y m nh phát tri n kinh t thì

y u t không kém ph n quan tr ng lƠ v n đ v môi tr ng c n ph i đ c quan tơm đ c

bi t Trong nông nhi p, mu n đ t đ c hi u qu s n xu t đ c t t nh t thì nh ng kinh nghi m trong quá trình lao đ ng s n xu t t x a đ n nay v n ch a đ , c n ph i có nh ng thi t b chuyên d ng đ đo chính xác y u t môi tr ng ngay lúc đó Xư h i cƠng phát tri n thì s n xu t nó không ch d ng l i vi c lƠm ra ch đ ph c v cho mình, cho xư h i mà chúng ta còn ph i quan tơm đ n các v n đ b o v môi tr ng Vì các y u t môi tr ng

th giúp con ng i bi t đ c các y u t đó đ có nh ng bi n pháp phòng tránh hi u qu

Hi n nay c ng có r t nhi u bƠi nghiên c u c a sinh viên c ng lƠm v v n đ môi

tr ng vƠ th i ti t, lu n v n th c s c a Ph m c Huy v ắNghiên c u vƠ xơy d ng m t

s h đo m a ng d ng vƠo h th ng c nh báo tr t đ t”, trong đó h đo l ng m a s

d ng c m bi n WS-3000, ngoƠi đo l ng m a c m bi n còn cho bi t thêm thông s v t c

đ gió vƠ h ng gió M ch đo Ardruino Uno R3 đ c s d ng đ đ c vƠ x lỦ tín hi u t

đ u ra c m bi n N u c m bi n đ t g n trung tơm ta có th hi n th luôn đ c thông s đ u

ra trên máy tính, còn đ i v i c m bi n đ t xa trung tơm ta s truy n b ng module SIM900

ậ Ths Tr ng Quang Phúc có th c hi n m t đ tƠi lƠ Thi t k m t tr m quan tr c th i ti t

đ đoán đ c h ng gió vƠ đo nhi t đ môi tr ng xung quanh Các giá tr nhi t đ đo

đ c hi n th trên m t mƠn hình LCD H ng gió đ c hi n th trên LED s p x p theo m t

m u hình tròn K t qu đo s đ c truy n n i ti p t i m t thi t b bên ngoài [2]

M t s lu n v n khác nh c a Tr nh Minh Ph ng nghiên c u đ tƠi ắNghiên c u

ng d ng IoT cho giám sát môi tr ng”, s d ng Raspberry Pi giao ti p v i c m bi n ánh sáng BH1750, DHT22 S d ng ngôn ng l p trình Python đ đ c các d li u c m bi n ánh sáng, nhi t đ , đ m thu th p đ c sau đó hi n th trên giao di n Web [3] Lu n v n

ắH th ng báo cháy vƠ báo tr m thông qua SMS” c a Tr n V n en ậ Quang Vinh, h

th ng đ c xơy d ng trên module SIM900, vi đi u khi n SMP430, c m bi n gas MQ6,

c m bi n chuy n đ ng PIR230B vƠ c m bi n ánh sáng CDS K t h p v i m t moduel đi u khi n thi t b [4]

Qua tóm t t trên, chúng em quy t đ nh lƠm đ tƠi ắThi t k và thi công h th ng

giám giám sát ch s môi tr ng và hi n th thông tin trên Web” H th ng này s d ng

vi đi u khi n trung tâm là module Arduino, module Wifi ESP8266V1 và các c m bi n ánh

sáng, nhi t đ , đ m, b i H th ng s phân tích, t ng h p d li u đ đ a ra g i ý cho

ng i s d ng Ng i dùng có th truy c p và giám sát d li u th i ti t đo đ c trên Web

bi n

ch nh s a vƠ hoƠn thi n h th ng

h ng đ n k t qu đo t các c m bi n c ng nh gơy h h ng toƠn m ch

hoƠn thƠnh đ c thì tìm hi u nguyên nhơn H ng phát tri n c a đ tài sau này

Ch ng 2 C S LÝ THUY T

2.1 QUY TRÌNH GIÁM SÁT C A H TH NG

Ban đ u Arduino giao ti p v i các c m bi n nhi t đ , đ m, b i và ánh sáng thông qua

các chu n giao ti p r i hi n th d li u đo đ c lên LCD 20x4, đ ng th i d li u t c m bi n

s c p nh t liên t c và hi n th trên Web qua Wifi D li u c p nh t theo th i gian th c và

th i gian c p nh t là 15 giây

2.2 GI I THI U PH N C NG

2.2.1 Kh i c m bi n

2.2.1.1 C m bi n nhi t đ vƠ đ m DHT11

Do m ch ng d ng trong môi tr ng không khí bình th ng nên gi i h n tiêu chí đo

Trên th tr ng có r t nhi u lo i c m bi n nhi t đ vƠ đ m Do v y, chúng ta c n ch n

lo i c m bi n thích h p cho h th ng B ng d i đơy li t kê thông tin c a m t s lo i c m

B ng 2-1 B ng so sánh các c m bi n đo nhi t đ vƠ đ m thông d ng

C n c vào s li u b ng so sánh trên ta th y c 2 dòng AS2301 vƠ SHT10 đ u có d i

đo nhi t đ vƠ đ m l n h n so v i DHT11 Tuy nhiên n u xét c th t ng dòng, SHT10

có giá thƠnh quá cao, AS2301 c ng có giá thƠnh cao vƠ đi u khi n ph c t p h n nhi u so

thông s k thu t phù h p v i nhu c u và gi i h n c a đ tài

a. Mô t Ếểân ốà s đ Ệ t n i ố i ối đi Ố Ệểi n Ế a Ế Ỉ bi n DHT11

S đ k t n i:

Hình 2-2 S đ k t n i gi a Vi đi u khi n v i DHT11

Trong đó, MCU: Micro Ctroller Unit (kh i vi đi u khi n)

b. T nỂ qỐan qỐá trìnể ỂiaỊ ti ị

Quá trình giao ti p gi a c m bi n DHT11 v i kh i đi u khi n Arduino s di n ra theo

03 giai đo n đ c trình bày tóm t t nh sau u tiên kh i đi u khi n g i đi m t xung b t

đ u ch tín hi u t DHT11, n u có DHT11 s tr l i b ng cách kéo tín hi u t m c logic

1 xu ng m c logic 0 Khi đó quá trình truy n nh n d li u b t đ u

Khi quá trình giao ti p c a kh i đi u khi n và c m bi n DHT11 b t đ u, chân d li u

đ c kéo xu ng m c logic 0 trong kho ng th i gian ít nh t 18ms đ ch c ch n c m bi n

DHT11 phát hi n tín hi u t kh i đi u khi n Sau đó kh i đi u khi n s đ a m c logic lên

1 vƠ đ i t m 20-40 µs ch c m bi n ph n h i

Khi c m bi n DHT11 phát hi n tín hi u b t đ u, nó s h i ti p v m c 0 và gi kho ng 80µs đ chu n b g i d li u v Sau đó l i đ a tín hi u lên m c 1 kho ng 80µs đ chu n

b truy n d li u Sau khi đ a tín hi u chân d li u v m c logic 0, c m bi n đ a nó lên

m c logic 1 N u chân d li u gi m c logic 1 trong kho ng 26-28µs thì ta đ c bit 0, còn

c. Ế Ểiá tr trên DHT11

Sau khi giao ti p đ c v i kh i đi u khi n, c m bi n DHT11 s tr v giá tr nhi t đ

vƠ đ m d i d ng 40 bit d li u, t ng ng chia lƠm 5 byte Trong đó:

Byte 1: giá tr ph n nguyên c a đ m

Byte 2: giá tr ph n th p phân c a đ m

Byte 3: giá tr ph n nguyên c a nhi t đ

Byte 4: giá tr ph n th p phân c a nhi t đ

Byte 5: ki m tra t ng

N u (Byte 5) = (Byte 1 + Byte 2 + Byte 3 + Byte 4) thì giá tr đ m và nhi t đ là

chính xác, n u sai thì k t qu đo không có Ủ ngh a

Ví d : D li u nh n 40 Bit: 00110101 00000000 00011000 00000000 01001101

D li u đư nh n chính xác v m: 00110101 = 35H = 53%RH

D li u đư nh n chính xác v Nhi t đ : 00011000 = 18H = 24oC

2.2.1.2 C m bi n b i Sharp GP2Y10 (Dust Sensor)

t i s c kh e m i con ng i Vì v y module c m bi n b i s giúp chúng ta bi t đ c m c

đ ô nhi m môi tr ng không khí đ có th c i thi n ch t l ng không khí

b. S đ Ếểân Ệ t n i

S đ chân k t n i đ c trình bày hình sau:

Hình 2-4 S đ chân và t ng quan quá trình k t n i v i vi đi u khi n c a c m bi n b i

Amplifer IR LED và Phototransistor lƠ 02 b ph n dùng đ truy n vƠ nh n h ng ngo i vƠ

đ c đ t ch ch g c v i nhau Khi có b i bay vƠo, tia h ng ngo i t IR LED s b d i vào Phototransistor, lúc nƠy đi n áp t phototransistor s đ c đ a đ n m ch khu ch đ i (Amplifier) vƠ xu t ra chơn Vo

2.2.1.3 C m bi n c ng đ ánh sáng BH1750

C m bi n BH1750 đ c s d ng đ đo c ng đ ánh sáng, c m bi n có m ch

chuy n đ i t ng t ra s n i và b ti n x lý nên giá tr đ c tr ra là giá tr tr c ti p

c ng đ ánh sáng mà không ph i qua b t k x lý C m bi n BHT1750 đ c k t n i v i

n v cho s l ng ánh sáng chi u t m t ngu n b t k trong m t giơy là lumen

C m bi n ánh sáng s đ c giá tr trong m t giơy trên 1 mét vuông n v lƠ Lux vi t t t lƠ

ADDR = ‘H’ (ADDR > 0,7Vcc)

ắ1011100”

ADDR = ‘L’ ( ADDR < 0,3Vcc)

Arduino là m t board m ch vi x lý tích h p, nh m xây d ng các ng d ng t ng tác

v i nhau ho c v i môi tr ng đ c thu n l i h n Ph n c ng bao g m m t board m ch

ngu n m đ c thi t k trên n n t ng vi x lý AVR Atmel 8 bit, ho c ARM Atmel 32-bit

Nh ng Model hi n t i đ c trang b g m 1 c ng giao ti p USB, 6 chơn đ u vào analog, 14

chân I/O k thu t s t ng thích v i nhi u board m r ng khác nhau

B ng 2-4 M t vài thông s l a ch n Arduino trong các board Arduino ph bi n

Uno

Arduino Nano

Arduino Mega

nó không có kh n ng t ng t ngu n nh Uno Arduino Mega có giá thƠnh h i cao vƠ có

r t nhi u chân không c n thi t so v i yêu c u đ tài

B ng 2-5 Thông s Arduino Uno R3

S chân Digital I/O 14 (6 chân hardware PWM)

S chân Analog 6 (đ phân gi i 10bit)

Dòng t i đa trên m i chân I/O 30 mA

C u t o chính c a Arduino Uno R3 bao g m các ph n sau:

th i nó c ng lƠ giao ti p serial đ truy n d li u gi a vi đi u khi n vƠ máy tính

ngu n t 9V đ n 12V V i các chơn đi n nh sau:

▪ GND (Ground): c c ơm c a ngu n đi n c p cho Arduino UNO Khi dùng các thi t b s d ng nh ng ngu n đi n riêng bi t thì nh ng chơn nƠy ph i đ c n i

v i nhau

▪ 5V: c p đi n áp 5V đ u ra Dòng t i đa cho phép chơn nƠy lƠ 500mA

▪ Vin (Voltage Input): đ c p ngu n ngoƠi cho Arduino UNO,n i c c d ng

c a ngu n v i chơn nƠy vƠ c c ơm c a ngu n v i chơn GND

▪ IOREF: đi n áp ho t đ ng c a vi đi u khi n trên Arduino UNO có th đ c

đo chơn nƠy vƠ nó luôn b ng 5V M c dù v y không đ c l y ngu n 5V t chơn nƠy đ s d ng b i ch c n ng c a nó không ph i lƠ c p ngu n

▪ RESET: vi c nh n nút Reset trên board đ reset vi đi u khi n t ng đ ng

v i vi c chơn RESET đ c n i v i GND qua 1 đi n tr 10K

Hình 2-6 Arduino Uno R3 Arduino UNO có 14 chơn digital dùng đ đ c ho c xu t tín hi u Chúng ch có 2

m c đi n áp lƠ 0V vƠ 5V v i dòng vƠo/ra t i đa trên m i chơn lƠ 40mA m i chơn đ u

có các đi n tr pull-up t đ c cƠi đ t ngay trong vi đi u khi n ATmega328 (m c đ nh thì

• Chân PWM (~): 3, 5, 6, 9, 10, và 11: cho phép xu t ra xung PWM v i đ phơn

n ng thông th ng, 4 chơn nƠy còn dùng đ truy n phát d li u b ng giao th c SPI v i các thi t b khác

• LED 13: trên Arduino UNO có 1 đèn led mƠu cam (kí hi u ch L) Khi b m nút Reset đèn nƠy nh p nháy đ báo hi u Nó đ c n i v i chơn s 13 Khi chơn nƠy

đ c s d ng LED nƠy s sáng

Arduino UNO có 6 chơn analog (A0 A5) cung c p đ phơn gi i tín hi u 10 bit

vƠo chơn nƠy thì ta có th dùng các chơn analog đ đo đi n áp trong kho ng t 0V 2.5V

v i đ phơn gi i v n lƠ 10bit c bi t, Arduino UNO có 2 chơn A4 (SDA) vƠ A5 (SCL)

h tr giao ti p I2C/TWI v i các thi t b khác

2.2.3 Kh i nh n tín hi u

i v i kh i nh n tín hi u ta s d ng modul ESP8266-01, lo i này có 02 phiên b n

(2 phân vùng 256KB), phiên b n m i (mƠu đen) th ng có tên "ai-cloud bên trong",

phiên b n này có b nh 1MB (2 phân vùng 512KB)

Hình 2-7 Module ESP8266 V1

Module ESP8266-01 h tr chu n giao ti p UART, thích h p giao ti p v i vi đi u khi n

đ truy n t i d li u hay đi u khi n các thi t b thông qua WiFi Module ESP8266-01 có

kh n ng ho t đ ng đ c l p v i 02 chơn I/O (cho phép module k t n i tr c ti p v i c m

bi n, thi t b ngo i vi ho c đi u khi n máy ch thông qua Wifi) vƠ có kh n ng l u tr v i

b nh Flash 1MB Hai chơn I/O cho m c đi n áp ra t i đa 3.6V nên c n m t b chuy n

đ i m c đi n áp đ i v i các thi t b đi n áp cao h n nh Arduino (5V)

ESP8266 s d ng ngu n áp 3.3V nên c n dùng 1 m ch chuy n đ i đi n áp 3.3V đ

module ho t đ ng LƠ m t s l a ch n khá t t khi lƠm d án IoT v i giá thƠnh t ng đ i

2.2.4.2 M ch chuy n đ i I2C cho LCD

t i thi u sáu chân c a vi đi u khi n đ k t n i v i LCD (RS, EN, D7, D6, D5 và D4) thì

v i module chuy n đ i ch c n s d ng hai chơn (SCL, SDA) đ k t n i Module chuy n

đ i I2C h tr các lo i LCD s d ng driver HD44780 k t n i v i vi đi u khi n thông qua

giao ti p I2C, t ng thích v i h u h t các vi đi u khi n

RW = 0 Vi đi u khi n truy n d li u vƠo LCD

RW = 1 Vi đi u khi n đ c d li u vƠo LCD

Hình 2-9.Module I2C chuy n đ i LCD

2.2.5 Các chu n giao ti p

2.2.5.1 Chu n truy n giao ti p n i ti p 2 dơy I2C

Chu n giao ti p I2C đ c mô t nh hình bên d i

Hình 2-10 K t n i các thi t b theo chu n I2C

M t giao ti p I2C g m có 2 dây: SDA và SCL SDA lƠ đ ng truy n d li u 2

h ng, còn SCL lƠ đ ng truy n xung đ ng h đ đ ng b và ch theo m t h ng Theo

hình v trên, khi m t thi t b ngo i vi k t n i vƠo đ ng bus I2C thì chân SDA c a nó s

n i v i dây SDA c a bus, chân SCL s n i v i dây SCL M i dơy SDA hưy SCL đ u đ c

n i v i đi n áp d ng c a ngu n c p thông qua m t đi n tr kéo lên S c n thi t c a các

đi n tr kéo này là vì chân giao ti p I2C c a các thi t b ngo i vi th ng là d ng c c máng

h Giá tr c a các đi n tr này khác nhau tùy vào t ng thi t b và chu n giao ti p

Nhi u thi t b có th cùng đ c k t n i vào m t bus I2C, tuy nhiên s không x y ra

chuy n nh m l n gi a các thi t b , b i m i thi t b s đ c nh n ra b m t đ a ch duy

nh t v i m t quan h ch /t t n t i trong su t th i gian k t n i M i thi t b có th ho t

đ ng nh lƠ thi t b nh n ho c truy n d li u hay có th v a truy n v a nh n Ho t đ ng

truy n hay nh n còn tùy thu c vào vi c thi t b đó lƠ ch hay t

- M t ch m t t

▪ Th t truy n bit lên đ ng truy n

Thi t b ch t o m t đi u ki n b t đ u i u ki n này thông báo cho t t c các thi t

b t l ng nghe d li u trên đ ng truy n Thi t b ch g i đ a ch c a thi t b t mà thi t

b ch mu n giao ti p và c đ c/ghi d Khi thi t b t trên bus I2C có đ a ch đúng v i đ a

ch mà thi t b ch g i s ph n h i l i b ng m t xung ACK Giao ti p gi a thi t b ch và

t trên bus d li u b t đ u C ch và t đ u có th nh n ho c truy n d li u tùy thu c vào

vi c truy n thông lƠ đ c hay vi t B truy n g i 8 bit d li u t i b nh n, b nh n tr l i

v i m t bit ACK k t thúc quá trình giao ti p, thi t b ch t o ra m t đi u ki n k t thúc

▪ i u ki n START vƠ STOP

START và STOP là nh ng đi u ki n b t bu c ph i có khi m t thi t b ch mu n

thi t l p giao ti p v i m t thi t b nƠo đó trên bus I2C START lƠ đi u ki n kh i đ u, báo

hi u b t đ u c a giao ti p, còn STOP báo hi u k t thúc m t giao ti p Ban đ u khi ch a

th c hi n quá trình giao ti p, c hai đ ng SDA vƠ SCL đ u m c cao Lúc này bus I2C

đ c coi là r i, s n sàng cho m t giao ti p Hai đi u ki n START và STOP là không th

thi u trong vi c giao ti p gi a các thi t b I2C v i nhau Sau khi có m t đi u ki n START,

trong quá trình giao ti p, khi có m t tín hi u START đ c l p l i thay vì m t tín hi u STOP

thì bus I2C v n ti p t c trong tr ng thái b n Tín hi u START và l p l i START đ u có

▪ Truy n d li u:

M i xung clock có m t bit d li u đ c truy n M c tín hi u SDA ch đ c thay

đ i khi xung clock đang m c th p, và n đ nh khi xung clock m c cao Thi t b t có

th l y m u d li u khi xung clock m c cao

2.2.5.2 Chu n truy n giao ti p n i ti p UART

Giao th c truy n nh n d li u UART lƠ giao th c truy n d li u n i ti p b t đ ng

b M t gói truy n d li u bao g m bit Start, khung truy n d li u, bit parity, bit Stop

- Bit Start: g i m c đi n áp cao khi nó không truy n d li u b t đ u quá

trình truy n d li u, UART truy n s kéo bit nƠy t cao xu ng th p trong m t chu k xung

nh p Khi UART nh n phát hi n s chuy n đ i đi n áp cao sang th p

- KểỐnỂ ế ệi Ố: ch a d li u đ c truy n, nó có th dƠi t 5 đ n 8 bit n u s

d ng m t bit parity Bit parity có tác d ng ki m tra xem d li u có b thay đ i trong quá trình truy n không b ng cách lƠ ki m tra t ng s bit 1 lƠ ch n hay l r i so sánh v i d

li u N u t ng s bit 1 lƠ ch n mƠ bit parity b ng 0 thì quá trình truy n không có l i vƠ n u

b ng 1 thì đ ng truy n b l i khi n d li u b thay đ i

- Bit Stop: đ báo hi u s k t thúc c a gói d li u, UART g i s đi u khi n đ ng

truy n d li u t đi n áp th p đ n đi n áp cao trong ít nh t hai bit

- NỂỐyên ệý ểỊ t đ nỂ: UART truy n s nh n d li u t m t bus d li u D li u

đ c truy n t bus d li u sang UART truy n d ng song song r i thêm bit start, bit parity

vƠ bit stop đ t o gói d li u Sau đó, gói d li u đ c xu t ra d ng n i ti p tu n t chơn

Tx r i truy n qua chơn Rx c a UART nh n UART nh n đ c các gói d li u nh n đ c r i

lo i b bit start, bit parity vƠ bit stop Sau đó chuy n đ i d li u tr l i d ng song song

Cu i cùng UART nh n chuy n gói d li u song song qua bus d li u

2.2.5.3 T p l nh AT v i ESP8266

T p l nh AT t p l nh chu n đ c h tr cho các thi t b di đ ng nh đi n tho i di

đ ng, GSM modem mà có h tr g i, nh n tin nh n vƠ đi u khi n cu c g i T p l nh AT

ph c v cho các m c đích đi u khi n khác nhau nh : các cu c g i, truy n các file d li u

d i d ng âm thanh, hình nh t máy tính đ n đi n tho i di đ ng, t đi n tho i di đ ng đ n

đi n tho i di đ ng đ t o k n ng lƠm vi c trong các h th ng m ng vi n thông Khi ta

mu n giao ti p gi a vi đi u khi n v i ESP8266V1 theo chu n giao ti p UART thì ta s s

d ng t p l nh AT

Các l nh AT đ c s d ng đ giao ti p gi a vi đi u khi n và module ESP8266V1

g m các l nh c b n sau:

B ng 2-7 Các lênh AT chung

AT+CWMODE? Truy v n ch đ đư cƠi đ t

AT+CIPMUX=<mode> CƠi đ t s l ng các kênh

AT+CIPMODE=<mode> CƠi đ t ch đ d li u 0= transparent, 1= Data

AT+CWLAP Truy v n các m ng WiFi có th k t n i

2.2.5.4 Giao th c TCP/IP

Giao th c TCP/IP là m t t p h p các giao th c đi u khi n truy n thông gi a t t c

các máy tính trên Internet Giao th c nƠy đ a ra cách th c đóng gói thông tin đ c g i và

nh n b i các máy tính có k t n i v i nhau

Giao th c TCP/IP lƠ s k t h p c a hai giao th c riêng bi t: Giao th c ki m soát truy n tin (TCP) vƠ giao th c Internet (IP) Giao th c Internet cho phép các gói đ c g i qua m ng Nó cho bi t các gói tin đ c g i đi đơu vƠ lƠm th nƠo đ đ n đó Giao th c

Internet có m t ph ng th c cho phép b t k máy tính nƠo trên Internet chuy n ti p gói tin t i m t máy tính khác thông qua m t ho c nhi u kho ng g n v i ng i nh n gói tin Giao th c ki m soát truy n tin ki m tra các gói d li u xem có l i không vƠ g i yêu c u

Ch ng 3 TÍNH TOÁN VÀ THI T K

3.1 GI I THI U

có k t qu đo chính xác bên c nh sai s c a c m bi n, chúng ta ph i tính toán các

h s quy đ i cho phù h p đ d li u đo v là chính xác nh t V i đ tài s d ng khá nhi u

các c m bi n, sai s càng nh thì tính m ch b ch c a đ tài càng cao

3.2 TÍNH TOÁN VÀ THI T K H TH NG

T các yêu c u c a đ tƠi thì s kh i c a h th ng có th hình dung nh sau:

Hình 3 1 S đ kh i h th ng giám sát ch s môi tr ng

• Kh i ngu n: cung c p ngu n cho toƠn b m ch ho t đ ng

3.2.1 Tính toán và thi t k m ch

3.2.1.1 Tính toán và thi t k kh i c m bi n

a) Tính toán kh i c m bi n

▪ C m bi n b i

Theo datasheet, m t l n đo c a c m bi n s m t kho ng 10ms đ đo Trong 0,32ms IR

LED s đ c b t lên và chúng ta ti n hƠnh đ c giá tr Tuy nhiên, ch đ c phép đ c giá

tr sau 0.28ms, delay 0.28ms r i t t IR LED, delay 0.04ms V y còn 9,680ms thì c m bi n không làm gì nên ta ch c n delay 9.680ms

chơn Analog c a Arduino đ c thì đi n áp s đ c chuy n thƠnh giá tr s (0 - 1023) Vì

v y ch c n tìm giá tr vôn c a m i m c s b ng cách:

vpd = (V) (3.1)

Trong đó:

vpd: giá tr đi n áp t ng ng v i 1 giá tr s (V)

vRef: giá tr đi n áp c p cho c m bi n (V)

Sau khi đư có vpd, ta ch c n nhơn v i giá tr ADC đ c t chơn Vo c a c m bi n lƠ có

th tính ra đ c đi n áp V y lƠ sau khi có đi n áp, ta có th d dƠng tính ra đ c n ng b