Hệ thống điều khiển nhà kính tự động dùng năng lương tái tạo

LỜI CAM ĐOANTôi xin cam đoan số liệu và kết quả nghiên cứu trong luận văn “Hệ thống điều khiển nhà kính tự động dùng năng lượng tái tạo” là trung thực và không có bất kỳ sự sao chép hay

BỘ GIÁO DỤC VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC

VÀ ĐÀO TẠO VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM

HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ

BỘ GIÁO DỤC VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC

VÀ ĐÀO TẠO VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM

HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ

Hướng dẫn 1: TS Lê Văn Tùng Hướng dẫn 2: TS Nguyễn Trọng Nghĩa

Khánh Hòa - 2020

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan số liệu và kết quả nghiên cứu trong luận văn “Hệ thống điều khiển nhà kính tự động dùng năng lượng tái tạo” là trung thực và không có bất kỳ sự sao chép hay sử dụng để bảo vệ một học vị nào Tất cả sự giúp đỡ cho việc xây dựng cơ sở lý luận cho bài luận đều được trích dẫn đầy

đủ và ghi rõ nguồn gốc và được phép công bố

Học viên

Nguyễn Thị Phương Trà

LỜI CẢM ƠN

Tôi xin chân thành cảm ơn và tri ân đến:

- TS Lê Văn Tùng và TS Nguyễn Trọng Nghĩa đã tận tình giảng dạy, hướng dẫn khoa học và tạo mọi điều kiện thuận lợi cho tôi trong thời gian học tập, nghiên cứu và hoàn thành luận văn

- Quý Thầy Cô quản lý và giảng dạy lớp Vật lý kỹ thuật – 2018 Nha Trang tại Viện Nghiên cứu và Ứng dụng Công nghệ Nha Trang đã nhiệt tình giúp đỡ trong suốt khóa học

- Học viện Khoa học và Công nghệ, Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam đã hướng dẫn đã tạo điều kiện trong suốt quá trình học tập

- Ban Giám Hiệu trường Phổ thông Dân tộc nội trú tỉnh Khánh Hòa đã tạo điều kiện thuận lợi cho tôi vừa công tác vừa học tập

- Thầy Cô Khoa Vật lý & KTHN của Trường Đại học Đà Lạt đã nhiệt tình hỗ trợ để tôi có thể lắp đặt thử nghiệm hệ thống điều khiển trong suốt quá trình thực hiện luận văn

- Và tất cả các anh chị, các bạn học viên cùng lớp, những người thân đã giúp đỡ đóng góp ý kiến, động viên tôi trong suốt thời gian học tập và hoàn thành đề tài này

Học viên

Nguyễn Thị Phương Trà

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT Chữ viết tắt Các từ gốc của chữ viết tắt

EEPROM Electrically Erasable Programmable Read- Only

Memory

ESP Electronic Stability Program

FTDI Future Technology Devices International

GPIO General Purpose Input/Outputs

I2C Inter-Integrated Circuit

IDE Integrated Development Environment

PID Proportional Integral Derivative

PLC Programmable Logic Controller

PWM Pulse Width Modulation

UART Universal Asynchronous Receive/Transmit

USART Universal Synchronous Asynchronous Receiver /

Transmitter

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU

Bảng 1.1 Số liệu về bức xạ mặt trời tại Việt Nam 6

Bảng 1.2

Lượng tổng bức xạ mặt trời trung bình ngày của các tháng trong năm ở một số địa phương của nước ta

7

Bảng 2.1

Bảng tính toán điện năng tiêu thụ trong 1 ngày

DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 1.1 Cấu tạo của tế bào quang điện pin mặt trời 9

Hình 1.2 Sơ đồ khối tổng quát của hệ thống điều khiển 12

Hình 1.3 Giao diện điều khiển tự động nhà kính lắp đặt ở

Hình 1.4 Nhà kính điều khiển tự động tại Trường Đại học

Hình 1.5 Sơ đồ cấu tạo của hệ thống giám sát và điều 15

Hình 1.6 Giao diện mô hình nhà kính thông minh trên PC 15

Hình 2.3 Sơ đồ khối khối điều khiển trung tâm 21

Hình 2.4 Arduino Mega 2560 Pro Mini cho khối điều

Hình 2.5 Mạch thu phát RF UART SI4463 tần số

Hình 2.6 Arduino Nano V3.0 ATmega328P cho khối cảm

Hình 2.10 Màn hình LCD 20 x 4 27

Hình 2.13 Hình ảnh rơ-le và cấu tạo bên trong của rơ-le 29

Hình 2.14 Hình ảnh công-tắc-tơ (contactor) khởi động từ 30

Hình 2.15 Sơ đồ nối dây trực quan từ Fritzing 30

Hình 2.16 Sơ đồ nguyên lý của hệ thống điều khiển 31

Hình 2.18 Máy trạng thái điều khiển của hệ thống trung

Hình 2.22 Sơ đồ khối nguồn của khối điều khiển 38

Hình 2.23 Hình ảnh Pin năng lượng mặt trời 18V-100W 38

Hình 2.25 Hình ảnh thực tế bộ điều khiển sạc năng lượng

mặt trời 12V / 24V / 36V / 48V – 50A 41

Hình 2.26 Bộ biến đổi điên áp Lvyuan - 12000W 42

Hình 2.27 Sơ đồ khối nguồn của khối cảm biến 42

Hình 2.28 Hình ảnh Pin mặt trời loại 6V 1W 43

45

Hình 3.1 Tủ hệ thống điều khiển trung tâm sau khi lắp đặt

Hình 3.2 Mạch điều khiển trung tâm sau khi hoàn thiện

(phiên bản 2) gắn bên trong tủ điện 47

Hình 3.3 Màn hình LCD và bàn phím được kết nối với

Hình 3.4 Các thông số môi trường hiển thị trên màn hình 48

Hình 3.5 Hình ảnh cập nhật dữ liệu trên server của

Hình 3.10 Hình mặt ngoài tủ điều khiển 52

Hình 3.11 Pin mặt trời thuộc phòng thí nghiệm Tự động

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU 3

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN TÀI LIỆU 6

1.1 TỔNG QUAN VỀ NĂNG LƯỢNG TÁI TẠO VÀ HỆ THỐNG PIN MẶT TRỜI 6

1.1.1 Năng lượng tái tạo tiềm năng tại Việt Nam 6

1.1.2 Hệ thống pin mặt trời 9

1.1.2.1 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của pin mặt trời 9

1.1.2.2 Hệ thống dự trữ điện năng (ắc quy) 9

1.1.2.3 Hệ thống điều phối điện mặt trời 10

1.1.2.4 Các mô hình vận hành cơ bản của hệ thống điện mặt trời 10

1.2 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG TRONG NHÀ KÍNH 11

1.2.1 Xu hướng ứng dụng nhà kính điều khiển tự động 11

1.2.2 Hệ thống điều khiển tự động nhà kính 12

CHƯƠNG 2 THIẾT KẾ VÀ XÂY DỰNG HỆ THỐNG 18

2.1 TÌM HIỂU VỀ ARDUINO 18

2.1.1 Đặc điểm chung của arduino 18

2.1.2 Tìm hiểu về Arduino Mega2560 19

2.2 ĐIỀU KIỆN TIẾN HÀNH NGHIÊN CỨU 20

2.3 THIẾT KẾ VÀ XÂY DỰNG KHỐI ĐIỀU KHIỂN 21

2.3.1 Phân tích chức năng, nhiệm vụ khối điều khiển 21

2.3.2 Xây dựng hệ thống 22

2.3.2.1 Khối trung tâm điều khiển 22

2.3.2.2 Khối giao tiếp không dây 23

2.3.2.3 Khối giao tiếp người dùng 26

2.3.2.4 Khối thời gian thực RTC 28

2.3.2.5 Khối động lực 29

2.3.3 Hoàn thiện phần cứng 30

2.3.4.Thiết kế giải thuật và lập trình hệ thống 33

2.3.4.1 Thiết kế giải thuật 33

2.3.4.2 Lập trình hệ thống 34

2.4 THIẾT KẾ VÀ XÂY DỰNG HỆ THỐNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI 36

2.4.1 Tính toán điện năng tiêu thụ trong nhà kính 36

2.4.2 Thiết kế và xây dựng khối nguồn của khối điều khiển 37

2.4.2.1 Sơ đồ khối nguồn của khối điều khiển 37

2.4.2.2 Lựa chọn thiết bị cho khối nguồn của khối 38

2.4.3 Thiết kế và xây dựng khối nguồn của khối cảm biến 42

2.4.3.1 Sơ đồ khối nguồn của khối cảm biến 42

2.4.3.2 Lựa chọn thiết bị cho khối nguồn của khối 43

CHƯƠNG 3 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 46

3.1 THỰC NGHIỆM VỀ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN 46

3.1.1 Kết quả hoạt động của hệ thống 46

3.1.2 Thảo luận kết quả hoạt động của hệ thống điều khiển 51

3.2 THỰC NGHIỆM VỀ KHỐI NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI 56

3.2.1 Đối với khối nguồn của khối điều khiển 56

3.2.2 Đối với khối nguồn của khối cảm biến 57

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 59

TÀI LIỆU THAM KHẢO 60

MỞ ĐẦU

Lý do chọn đề tài

Hiện nay vấn đề an ninh lương thực, thực phẩm sạch đang dần trở nên quan trọng và được chú ý hơn tại nhiều quốc gia Nông nghiệp là một ngành kinh tế quan trọng của Việt Nam Trong những năm gần đây,sự phát triển vượt bậc của ngành nông nghiệp có sự đóng góp đáng kể của khoa học công nghệ trong lĩnh vực nông nghiệp, trong đó tập trung chính vào phát triển nông nghiệp công nghệ cao Các kỹ thuật canh tác mới, nghiên cứu giống mới và ứng dụng công nghệ cao trong nông nghiệp đã và đang được triển khai Trong

đó, canh tác bằng nhà kính công nghệ cao đang là xu hướng và được đầu tư nghiên cứu tại nhiều quốc gia Nhà kính giúp cây trồng tránh được các tác động trực tiếp từ môi trường, khí hậu và thời tiết khắc nghiệt Ngoài ra, nhờ

sử dụng nhà kính, người dân quản lý tốt hơn các yếu tố môi trường ảnh hưởng đến quá trình sinh trưởng của cây trồng Tự động hóa các quy trình canh tác cũng có thể được thực hiện trong nhà kính một cách dễ dàng và thuận tiện hơn so với canh tác ngoài môi trường tự nhiên Các yếu tố trên giúp cải thiện chất lượng cây trồng, tiết kiệm chi phí nhân công, giảm lãng phí tài nguyên phục vụ sản xuất

Đi đôi với việc sử dụng công nghệ mới, tự động hóa trong nhà kính thì yếu tố hiệu quả trong tiêu thụ năng lượng cũng là một điểm nóng Việc khai thác và sử dụng năng lượng một cách hợp lí và hiệu quả là một vấn đề toàn cầu hiện nay Theo xu thế phát triển của khoa học công nghệ và nhu cầu của

xã hội, việc ứng dụng năng lượng tái tạo đang trở thành một tiêu chí cho đánh giá tính vượt trội của các hệ thống Việt Nam là một nước đang phát triển với tốc độ nhanh và nhu cầu sử dụng năng lượng là rất lớn Song, Việt Nam có vị trí địa lý giáp biển đồng thời nằm trong vùng nhiệt đới gió mùa nên sẽ có nhiều thuận lợi hơn cho tiềm năng phát triển các nguồn năng lượng tái tạo Việc sử dụng năng lượng tái tạo trong nông nghiệp không chỉ giảm áp lực lên

hệ thống điện lưới quốc gia, chủ động nguồn năng lượng mà còn giúp cải thiện chỉ số môi trường của sản phẩm

Với mong muốn kết hợp các ưu điểm của hệ thống sản xuất nông nghiệp bằng nhà kính và ứng dụng năng lượng tái tạo trong điều kiện thực tế,

tôi lựa chọn đề tài "Hệ thống điều khiển nhà kính tự động dùng năng lượng

tái tạo"

Mục đích của đề tài

Đề tài được thực hiện với mục đích sau khi hoàn thiện hệ thống sẽ có thể được triển khai ứng dụng tại những vùng sâu, vùng xa, biên giới, hải đảo, nơi có vị trí địa lý khó khăn trong việc tiếp cận với mạng lưới điện quốc gia hoặc những nơi có thời tiết không thuận lợi trong việc sản xuất nông nghiệp kiểu truyền thống

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

Tính toán, thiết kế cho hệ thống pin mặt trời cung cấp nguồn cho hệ thống điều khiển

Thiết kế và lập trình cho hệ thống điều khiển các thiết bị động lực trong nhà kính

Hệ thống được xây dựng hướng đến các đối tượng sản xuất có quy mô vừa và nhỏ, hộ gia đình

Phương pháp nghiên cứu

- Phương pháp nghiên cứu lý thuyết tài liệu liên quan

- Phương pháp thực nghiệm:

+ Xây dựng sơ đồ khối của hệ thống

+ Tính toán, lựa chọn các thiết bị hình thành nền tảng phần cứng

+ Xây dựng máy trạng thái, tiến hành lập trình phần mềm cho hệ thống

- Đánh giá kết quả hoạt động của hệ thống và tính khả thi trong thực tế

Bố cục của luận văn

Ngoài phần mở đầu, kết luận và tài liệu tham khảo luận văn được chia thành 3 chương:

Chương 1: Tổng quan tài liệu

Chương 2: Thiết kế và xây dựng hệ thống Chương 3: Kết quả và thảo luận

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN TÀI LIỆU

1.1 TỔNG QUAN VỀ NĂNG LƯỢNG TÁI TẠO VÀ HỆ THỐNG PIN MẶT TRỜI

1.1.1 Năng lượng tái tạo tiềm năng tại Việt Nam

Đã có nhiều loại năng lượng tái tạo được khai thác và sử dụng như năng lượng mặt trời, năng lượng thủy điện nhỏ, năng lượng gió, năng lượng sinh khối Đây là những nguồn năng lượng sạch, thân thiện với môi trường, ít gây ô nhiễm, giúp giảm áp lực sử dụng điện năng của lưới điện quốc gia và có thể sử dụng cho nhiều nhu cầu, và địa điểm khác nhau

Đặc biệt, Việt Nam có vị trí địa lý thuận lợi để khai thác sử dụng năng lượng mặt trời Việc điều tra đánh giá tiềm năng năng lượng mặt trời đã được nhiều cơ quan tổ chức nghiên cứu, số liệu về lượng bức xạ mặt trời tại các vùng miền nước ta và tại một số các địa phương được thể hiện qua bảng 1.1

và bảng 1.2

Bảng 1.1 Số liệu về bức xạ mặt trời tại Việt Nam [1]

Bảng 1.2 Lượng tổng bức xạ mặt trời trung bình ngày của các tháng trong

năm ở một số địa phương của nước ta [1]

8,72 19,11

10,43 17,60

12,70 13,57

16,81 11,27

17,56 9,37

2 Móng Cái

18,81 17,56

19,11 18,23

17,60 16,10

13,57 15,75

11,27 12,91

9,37 10,35

3 Sơn La

11,23 11,23

12,65 12,65

14,45 14,25

16,84 16,84

17,89 17,89

17,47 17,47

4

Láng

(Hà Nội)

8,76 20,11

8,63 18,23

9,09 17,22

12,44 15,04

18,94 12,40

19,11 10,66

5 Vinh

8,88 21,79

8,13 16,39

9,34 15,92

14,50 13,16

20,03 10,22

19,78 9,01

6 Đà Nẵng

12,44 22,84

14,87 20,78

18,02 17,93

20,28 14,29

22,17 10,43

21,04 8,47

7 Cần Thơ

17,51 16,68

20,07 15,29

20,95 16,38

20,88 15,54

16,72 15,25

15,00 16,38

8 Đà Lạt

16,68 18,94

15,29 16,51

16,38 15,00

15,54 14,87

15,25 15,75

16,38 10,07

Như vậy, tiềm năng về năng lượng mặt trời tốt nhất ở các vùng Thừa Thiên Huế trở vào Nam và vùng Tây Bắc Vùng Tây Bắc và vùng Bắc Trung

bộ có năng lượng mặt trời khá lớn Mật độ năng lượng mặt trời biến đổi trong khoảng 300 đến 500 cal/cm2.ngày Số giờ nắng trung bình cả năm trong khoảng 1800 đến 2100 giờ Như vậy, các tỉnh thành ở miền Bắc nước ta đều

có thể sử dụng hiệu quả Còn ở miền Nam, từ Đà Nẵng trở vào, năng lượng mặt trời rất tốt và phân bố tương đối điều hòa trong suốt cả năm Trừ những ngày có mưa rào, có thể nói trên 90% số ngày trong năm đều có thể sử dụng năng lượng mặt trời cho sinh hoạt [1, 2] Số giờ nắng trung bình cả năm trong khoảng 2000 đến 2600 giờ Đây là khu vực ứng dụng năng lượng mặt trời rất hiệu quả

Tóm lại, Việt Nam là nước có tiềm năng về năng lượng mặt trời trải dài

từ vĩ độ 8’’ Bắc đến 23’’ Bắc, nằm trong khu vực có cường độ bức xạ mặt trời tương đối cao, với trị số tổng xạ khá lớn từ 100 – 175 kcal/cm2.năm, do đó việc sử dụng năng lượng mặt trời ở nước ta sẽ đem lại hiệu quả kinh tế lớn Giải pháp sử dụng năng lượng mặt trời hiện đang được cho là giải pháp tối ưu nhất Đây là nguồn năng lượng sạch, không gây ô nhiễm môi trường và

có trữ lượng vô cùng lớn do tính tái tạo cao Đồng thời, phát triển ngành công nghiệp sản xuất pin mặt trời sẽ góp phần thay thế các nguồn năng lượng hóa thạch, giảm phát khí thải nhà kính, bảo vệ môi trường Vì thế, đây được coi

là nguồn năng lượng quý giá, có thể thay thế những dạng năng lượng cũ đang ngày càng cạn kiệt Từ lâu, nhiều nơi trên thế giới đã sử dụng năng lượng mặt trời như một giải pháp thay thế những nguồn tài nguyên truyền thống [1, 2]

Từ những đánh giá trên cho thấy tiềm năng của năng lượng mặt trời tại Việt Nam là rất lớn, đây là xu hướng phát triển trong tương lai Sử dụng nguồn năng lượng này đem lại nhiều kết quả tích cực cho môi trường và đời sống, do đó đề tài lựa chọn năng lượng mặt trời là nguồn năng lượng tái tạo thực hiện chức năng cung cấp năng lượng cho hệ thống điều khiển hoạt động

1.1.2 Hệ thống pin năng lượng mặt trời

1.1.2.1 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của pin mặt trời

Cấu tạo

Pin mặt trời bao gồm nhiều tế bào quang điện, là phần tử bán dẫn có thành phần chính là silic tinh khiết, có chứa trên bề mặt một số lượng lớn các cảm biến ánh sáng là điốt quang, thực hiện biến đổi năng lượng ánh sáng thành năng lượng điện Các tế bào quang điện này được bảo vệ bởi một tấm kính trong suốt ở mặt trước và một vật liệu nhựa ở phía sau Toàn bộ được đóng gói chân không thông qua lớp nhựa polymer trong suốt được thể hiện như trong hình 1.1 [3]

Nguyên lý hoạt động

Pin mặt trời có nguyên lý hoạt động chính dựa trên hiện tượng quang điện xảy ra trên lớp tiếp xúc p-n của chất bán dẫn

Hình 1.1 Cấu tạo của tế bào quang điện pin mặt trời [4]

1.1.2.2 Hệ thống dự trữ điện năng (ắc quy)

Cấu tạo của ắc quy

Ắc quy gồm có các bản cực bằng chì và ô xít chì ngâm trong dung dịch axit sulfuric Các bản cực thường có cấu trúc phẳng, dẹp, dạng khung lưới,

làm bằng hợp kim chì antimon, có nhồi các hạt hóa chất tích cực Các hóa chất này khi được nạp đầy là điôxít chì ở cực dương và chì nguyên chất ở cực

1.1.2.3 Hệ thống điều phối điện mặt trời

Hệ thống điều phối điện mặt trời bao gồm hai bộ phận cơ bản là bộ điều khiển sạc và bộ biến đổi điện DC /AC Tùy vào thiết kế của nhà sản xuất mà hai bộ phận này tách rời độc lập với nhau hoặc được tích hợp chung trên một thiết bị Cụ thể [3]:

- Bộ điều khiển sạc thực hiện chức năng điều tiết sạc cho ắc quy, bảo vệ cho ắc quy chống nạp quá tải và xả quá sâu nhằm nâng cao tuổi thọ của bình

ắc quy và giúp hệ thống pin mặt trời sử dụng hiệu quả và dài lâu

- Bộ biến đổi điện DC /AC là thiết bị nghịch lưu, chuyển đổi dòng điện một chiều từ ắc quy (hoặc tấm pin) thành dòng điện xoay chiều cho tải

1.1.2.4 Các mô hình vận hành cơ bản của hệ thống điện mặt trời

a Vận hành độc lập với lưới (off grid)

Hệ thống pin mặt trời vận hành độc lập chỉ dựa vào năng lượng mặt trời

để phát ra điện năng, tùy vào nhu cầu sử dụng mà có thể có hoặc không có ắc quy để dự trữ năng lượng Quy mô và thiết kế của hệ thống này phù hợp cho các tải điện một chiều hoặc xoay chiều công suất nhỏ hoặc ứng dụng cho các

vùng không có lưới điện

b Vận hành kiểu lai (hybrid)

Hệ thống cục bộ có thể kết hợp với các nguồn khác (điện gió, máy phát điện…) như nguồn phát thứ cấp, khi đó ta có hệ thống pin mặt trời liên kết

theo hệ thống kiểu lai Về mặt vận hành, hệ thống liên kết tương tự hệ thống độc lập, tuy nhiên khi không có ánh sáng mặt trời thì nguồn điện của hệ vẫn

được duy trì nhờ các nguồn thứ cấp

c Vận hành kết nối với lưới điện ( grid tie)

Hệ thống pin mặt trời vận hành kết nối với lưới điện có vai trò như một phần của mạng điện khu vực Có hai dạng hệ thống pin mặt trời nối lưới là

trực tiếp và trữ ắc quy

1.2 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG TRONG NHÀ KÍNH

1.2.1 Xu hướng ứng dụng nhà kính điều khiển tự động

Trong những năm gần đây, nhà nước đã đẩy mạnh thực hiện cơ cấu cây trồng theo hướng công nghệ cao, việc áp dụng và triển khai nhiều loại hệ thống trồng cây trong nhà kính đã và đang mang lại nhiều kết quả tích cực về chất lượng sản phẩm Tuy nhiên để nâng cao được hiệu quả kinh tế, các nhà kính không ngừng được cải tiến, trang bị công nghệ Điều này thúc đẩy nhiều nơi lắp đặt nhà trồng cây có điều khiển tự động Nhà kính được trang bị hệ thống điều khiển tự động mang lại nhiều lợi ích như: giảm chi phí chăm sóc thông qua việc sử dụng phân, nước hiệu quả, giảm sử dụng lao công; giúp người dùng chủ động điều khiển được nhiệt độ, độ ẩm, ánh sáng và lượng thông gió, là những yếu tố quan trọng tác động đến quá trình sinh trưởng của cây trồng, từ đó người nông dân có thể trồng trọt bất cứ loại cây trồng nào ở bất cứ thời điểm nào

1.2.2 Hệ thống điều khiển tự động trong nhà kính

Hệ thống điều khiển tự động cơ bản sử dụng trong nhà kính có sơ đồ khối tổng quát như hình 1.2, gồm có [7-13]:

- Một hệ đo và chuyển đổi các đại lượng như nhiệt độ, độ ẩm, thông lượng ánh sáng thành các tín hiệu điện Nhà màng hiện đại còn đo cả tốc độ gió, báo mưa

- Khối xử lý chuyên dụng (specific) hoặc xử lý theo các giải thuật điều khiển đã được lập trình nạp vào (programmable)

- Phần động lực tác động đến các phần tử chấp hành như đóng/mở cửa, màn chắn, quạt, sưởi nóng và tưới

- Phần hiển thị các thông số điều khiển

Hình 1.2 Sơ đồ khối tổng quát của hệ thống điều khiển

Hệ điều khiển được sử dụng cho nhà kính có 2 loại, tùy vào mức độ công nghệ [14-22]:

- Hệ điều khiển mở - đóng (on-off controller) Ngõ ra hoặc đóng hoặc

mở và đương nhiên không có trang thái trung gian Hệ điều khiển mở - đóng chỉ chuyển khóa khi nhân tố điều khiển ψ(t) vượt qua một giá trị đặt trước Tuy nhiên, hệ điều khiển sẽ mở đóng liên tục khi ψ(t) tăng giảm quanh giá trị đặt trước Lúc ấy cần phải thêm vào hệ điều khiển bộ phận vi sai mở-đóng (on-off controller differential) Nhờ đó ψ(t) sẽ vượt qua điểm đặt trước một khoảng đáng kể trước khi ngõ ra đóng hoặc mở trở lại Hệ thống điều khiển theo phương pháp đóng - mở thường được sử dụng khi không cần độ chính xác quá cao

- Khi cần độ chính xác cao và làm việc ổn định, hệ điều khiển sẽ sử dụng các giải pháp điều khiển phức tạp hơn như: Điều khiển tỷ lệ (Proportional) hay điều khiển tỷ lệ với hai thành phần điều chỉnh là tích phân (Integral) và đạo hàm (Derivative) để tạo thành bộ điều khiển PID hoàn chỉnh

Khối hiển thị

Tuy hệ điều khiển tỉ lệ có nhiều ưu thế hơn hệ điều khiển mở - đóng nhưng yêu cầu quá trình thiết kế phức tạp hơn Trong những hệ thống canh tác cây trồng đơn giản, việc đầu tư sử dụng loại điều khiển này vừa phức tạp vừa không hoàn toàn cải thiện nhiều hiệu quả công việc Chính vì vậy, loại điều khiển PID ít được triển khai

Các hệ thống điều khiển thông minh khác trong tương lai có thể ứng dụng cả trí tuệ nhân tạo và dữ liệu lớn big data kết hợp với IoT để tối ưu hóa quá trình canh tác Việc điều khiển sẽ không chỉ phụ thuộc vào yêu cầu của người canh tác mà còn cả lịch sử canh tác cũng như hiệu quả qua các năm Các thông số này sẽ được sử dụng tính toán để tự động điều chỉnh mà không cần sự can thiệp của người dùng Tuy nhiên, các hệ thống này vẫn chỉ mới được nghiên cứu trong phòng thí nghiệm và chưa có mặt trên thị trường

Tình hình nghiên cứu hệ thống điều khiển tự động nhà kính:

Hình 1.3 Giao diện điều khiển tự động nhà kính lắp đặt ở Dalat_Hasfarm [16] Trên thế giới cũng như tại Việt nam, có rất nhiều hệ thống điều khiển nhà kính, cả thương mại và nghiên cứu Những hệ thống đã được thương mại hóa có thể kể đến như của Hasfarm (tại Việt Nam là Dalat Hasfarm) như trong hình 1.3 hay của Nettafim, Mimosatek, Trường Thịnh, Khang Huân,

Habcom Tất cả các hệ thống này đều sử dụng điện lưới phục vụ cho quá trình hoạt động, kỹ thuật điều khiển được thực hiện theo kiểu đóng-mở truyền thống

Tại các trường đại học, một số hệ thống điều khiển nhà kính đã được thực hiện dưới hình thức đồ án, khóa luận hay luận văn tốt nghiệp Tuy nhiên, các hệ thống này thường chỉ dừng ở mức độ mô hình, không có thành phần động lực để đánh giá hoạt động thực tế Ngoài ra, các hệ thống này áp dụng PLC để điều khiển Đây cũng là cách thức triển khai của đa phần hệ thống thương mại Ưu điểm của PLC là ổn định, kết nối chuẩn công nghiệp nhưng việc kết hợp với cảm biến bị giới hạn và có giá thành cao hơn sử dụng vi điều khiển

Trong một nghiên cứu tại Trường Đại học Quảng Bình [17], một hệ thống điều khiển đã được thử nghiệm thực tế như trong hình 1.4, hệ thống sử dụng cảm biến không dây để gửi tín hiệu về trung tâm điều khiển có sơ đồ cấu tạo như hình 1.5 Các kết quả thử nghiệm cho thấy tiềm năng sử dụng của hệ thống Tuy nhiên cách thức triển khai, mở rộng cảm biến và nền tảng phần cứng chưa thể hiện rõ tính năng Đồng thời, hệ thống cũng triển khai theo hướng sử dụng điện lưới truyền thống

Hình 1.4 Nhà kính điều khiển tự động tại Trường Đại học Quảng Bình [17]

Hình 1.5 Sơ đồ cấu tạo của hệ thống giám sát và điều khiển [17]

Một mô hình điều khiển tự động dùng năng lượng tái tạo đã được thực hiện trong luận văn thạc sĩ [18] và có giao diện mô hình như trên hình 1.6 Tại đây, tác giả đã sử dụng PLC trong khối trung tâm, năng lượng mặt trời cũng được lựa chọn để tìm hiểu Những kết quả trong nghiên cứu [18] cho thấy tác giả đã thiết kế hệ thống điều khiển nhưng chưa rõ tính năng Đồng thời việc

sử dụng năng lượng mặt trời cũng chỉ dừng ở mức tính toán lý thuyết Toàn

bộ nghiên cứu không được kiểm tra trên hệ thống thực tế

Hình 1.6 Giao diện mô hình nhà kính thông minh trên PC [18] Tại Pháp, nhà kính thông minh sử dụng năng lượng mặt trời có diện tích nhỏ vừa cho ban công, sản xuất được 300-400kg rau củ sạch mỗi năm đang là sản phẩm được phát triển Mô hình này phù hợp với mọi khu vực, từ

thành thị đến nông thôn, việc áp dụng nhà kính điều khiển tự động dùng năng lượng tái tạo không chỉ mang lại một nguồn rau quả sạch phục vụ cho chất lượng sức khỏe con người, bảo vệ hệ sinh thái mà còn góp phần giảm thiểu áp lực cho hệ thống điện quốc gia, đặc biệt tại những vùng sâu, vùng xa, biên giới, hải đảo là những nơi có khí hậu khắc nghiệt, khó khăn trong việc tiếp xúc với mạng lưới điện quốc gia thì mô hình này lại càng mang đến một ý nghĩa lớn trong việc nâng cao chất lượng cuộc sống với một nguồn năng lượng vô tận mới [23-27] Tuy nhiên, mô hình này vẫn chưa được sử dụng

mở rộng tại Việt Nam, việc xây dựng một nhà kính điều khiển tự động dùng năng lượng tái tạo có thệ thống đầy đủ chức năng và cài đặt đơn giản có thể sẽ được áp dụng phổ biến cho quy mô sản xuất tại các hộ gia đình ở mọi địa phương

Vấn đề nghiên cứu trong đề tài:

Trong đề tài này, vấn đề nghiên cứu được đặt ra là khảo sát và đánh giá tiềm năng của năng lượng mặt trời trong vận hành nhà kính quy mô hộ gia đình, kích thước nhỏ, với đầy đủ các hệ thống động lực

Thứ hai, đề tài tiến hành thiết kế và xây dựng một hệ thống điều khiển

tự động dựa trên vi điều khiển Hệ thống khi hoàn thiện có chi phí triển khai phù hợp, đáp ứng đúng và đủ khả năng vận hành các hệ thống động lực nhà kính phổ biến Hệ thống cũng có khả năng kết nối không dây với các khối cảm biến để gia tăng tính linh hoạt Đồng thời, hệ thống bước đầu xây dựng khả năng kết nối internet nhằm mở rộng khả năng liên kết trong hệ sinh thái IoT về sau

- Phát triển một hệ thống thân thiện với người dùng, chi phí vừa phải và đơn giản trong vận hành, hoạt động

- Hệ thống sử dụng năng lượng tái tạo, bền vững, phù hợp với điều kiện thời tiết khí hậu tại Việt Nam vì vậy nhà kính này có thể được lắp đặt tại khắp các nơi hẻo lánh, nơi chưa có hoặc điện lưới hạn chế

Áp dụng công nghệ này sẽ cho hiệu quả tốt hơn trong canh tác nông nghiệp Người nông dân ở nhiều nơi khác nhau đều có thể sử dụng nhà kính thay vì trồng cây ngoài trời Ngoài sự tăng trưởng trong sản xuất, nhà kính còn có nhiều lợi thế khác như: Tạo thu hoạch trái mùa, trồng ở những nơi bất lợi, giảm chu kỳ sinh dưỡng, tăng chất lượng, kiểm soát tốt hơn bệnh dịch và bệnh tật, tiết kiệm nước, tránh ảnh hưởng của biến đổi khí hậu

Việc thu thập thông số môi trường và điều khiển tự động được thực hiện bởi các mạch điện tử được sản xuất phổ biến trên thị trường, giá thành thấp, dễ triển khai và thay thế khi cần thiết

KẾT LUẬN CHƯƠNG 1

Chương 1 chúng tôi đã tập trung tìm hiểu về loại năng lượng tái tạo tiềm năng tại Việt Nam và lựa chọn năng lượng mặt trời làm nguôn năng lượng cung cấp cho cả hệ thống

Tìm hiểu về hệ thống điện năng lượng mặt trời và lựa chọn mô hình vận hành độc lập với điện lưới

Tìm hiểu tổng quan về điều khiển nhà kính tự động và tình hình các kết quả đã được nghiên cứu, triển khai

Từ những tìm hiểu trên, chúng tôi nhận thấy rằng việc nghiên cứu ứng dụng hệ thống điều khiển nhà kính tự động dùng năng lượng tái tạo là một nghiên cứu thiết thực, có xu hướng áp dụng rộng, phù hợp với tình hình tại Việt Nam và góp phần nâng cao giá trị sản xuất trong nông nghiệp

CHƯƠNG 2 THIẾT KẾ VÀ XÂY DỰNG HỆ THỐNG

2.1 TÌM HIỂU VỀ ARDUINO

2.1.1 Đặc điểm chung của arduino

Arduino được giới thiệu đến người sư dụng vào năm 2005, mục đích là mang đến một phương thức dễ dàng cho những người mới tiếp xúc với lập trình điều khiển hoặc những người chuyên nghiệp để tạo ra các thiết bị có khả năng tương tác với môi trường thông qua các cảm biến và các cơ cấu chấp hành Các ứng dụng nổi bật của board Arduino như thiết kế robot đơn giản, điều khiển nhiệt độ, phát hiện chuyển động, game tương tác…

Arduino là một board mạch vi xử lý, nhằm xây dựng các ứng dụng tương tác với nhau hoặc với môi trường được thuận lợi hơn Phần cứng bao gồm một board mạch nguồn mở được thiết kế trên nền tảng vi xử lý AVR Atmel 8 bit, hoặc ARM Atmel 32 bit Những model hiện tại được trang bị gồm 1 cổng giao tiếp USB, 6 chân đầu vào analog, 14 chân I/O kỹ thuật số tương thích với nhiều board mở rộng khác nhau

Hình 2.1 Các loại board Arduino

Arduino chính thức thường sử dụng các dòng chip megaAVR, đặc biệt

là ATmega8, ATmega168, ATmega328, ATmega1280, và ATmega2560 Một vài các bộ vi xử lý khác cũng được sử dụng bởi các mạch Arduino tương thích Một số loại board Arduino thông dụng như hình 2.1

2.1.2 Tìm hiểu về Arduino Mega2560

Arduino Mega2560 là phiên bản nâng cấp của Arduino Mega1280, hiện đang được sử dụng rộng rãi và ứng dụng hiệu quả

Hình 2.2 Board Arduino Mega2560

Thành phần Arduino Mega2560 [27]:

Arduino Mega2560 là một vi điều khiển hoạt động dựa trên chip ATmega2560, bao gồm: 54 chân digital, trong đó có 15 chân có thể được sử dụng như những chân PWM, 16 đầu vào analog, 4 cổng serial giao tiếp với phần cứng (UARTs), 1 thạch anh với tần số dao động 16 MHz, 1 cổng kết nối USB, 1 jack cắm điện, 1 đầu ICSP, 1 nút reset

Thông số cơ bản của Arduino Mega2560 [27]:

- Điện áp hoạt động: 5V DC

- Điện áp vào giới hạn: 6V DC đến 12 V DC

- Điện áp vào khuyên dùng: 7V DC đến 15 V DC

- Cường độ dòng điện trên mỗi 3,3V pin: 50mA

- Cường độ dòng điện trên mỗi I/O pin: 20mA

và số lượng shield hỗ trợ nhiều nên được lựa chọn cho các dự án lớn

2.2 ĐIỀU KIỆN TIẾN HÀNH NGHIÊN CỨU

Đề tài tiến hành nghiên cứu trên điều kiện thực tế của nhà kính quy mô diện tích 120 m2 với đầy đủ các thiết bị động lực Nhà kính có phòng điều khiển nằm tách biệt với nhà kính Tại phòng điều khiển sẽ bố trí bảng điện điều khiển và hai máy bơm phục vụ tưới nhỏ giọt và tưới phun sương Các thiết bị động lực khác bao gồm quạt thông gió, động cơ kéo màn che nắng và đèn kích thích sinh trưởng sẽ được đặt bên trong nhà kính theo đúng quy chuẩn

Đây là đề tài nghiên cứu khá rộng, vì vậy luận văn sẽ tập trung vào các phần sau của hệ thống: Tìm hiểu thiết kế khối điều khiển, khối nguồn cung cấp cho khối điều khiển và khối nguồn cung cấp cho khối cảm biến

2.3 THIẾT KẾ VÀ XÂY DỰNG KHỐI ĐIỀU KHIỂN

2.3.1 Phân tích chức năng nhiệm vụ khối điều khiển

Hình 2.3 Sơ đồ khối khối điều khiển trung tâm Khối điều khiển bao gồm nhiều khối nhỏ như sơ đồ khối hình 2.3 Trong đó, khối trung tâm điều khiển có vị trí số (1) trong hình 2.3 chính là

“bộ não” của hệ thống, có nhiệm vụ thu thập thông tin từ các khối cảm biến,

xử lý thông tin, đưa ra các quyết định đến khối động lực cũng như giao tiếp với người dùng Khối này còn có chức năng triển khai giao thức truyền thông không dây với các cảm biến, đóng vai trò như một máy chủ trong mạng cảm biến không dây Bên cạnh đó, khối điều khiển trung tâm còn được hỗ trợ khả năng đảm bảo hoạt động theo thời gian thực Điều này giúp gia tăng các tính năng hoạt động của khối

Khối điều khiển cần đạt các yêu cầu cơ bản như sau:

- Chi phí không quá cao để có thể triển khai tới đối tượng sử dụng là hộ gia đình, quy mô nhà kính loại vừa và nhỏ

Khối nguồn năng lượng tái tạo

Giao tiếp với mạng cảm biến không dây

(2)

Giao tiếp người dùng

(5)

Khối trung tâm điều khiển (1)

Khối động lực (7)

Thời gian thực (6)

Wifi (3)

Internet (4)

- Có chức năng linh hoạt, đa dạng phù hợp với các loại hình điều khiển

từ cơ bản đến phức tạp

- Tiêu thụ năng lượng thấp, phù hợp với hoạt động dài ngày trong điều kiện sử dụng nguồn điện dung lượng thấp

- Linh kiện phổ biến để có thể thay thế, lập trình một cách thuận tiện

Hệ thống được thiết kế với ba chế độ hoạt động, đó là: chế độ vận hành bằng tay, chế độ vận hành tự động theo thời gian và chế độ vận hành tự động theo thông số môi trường

Các thông số hoạt động của hệ thống sẽ được định kỳ gửi lên internet, phục vụ công tác lưu trữ, phân tích dữ liệu đám mây

2.3.2 Xây dựng hệ thống

2.3.2.1 Khối trung tâm điều khiển

Hiện nay có rất nhiều các sự lựa chọn cho khối trung tâm điều khiển ở nhiều phân khúc khác nhau như các dòng PLC của Siemens, Panasonic, hay các dòng vi điều khiển họ PIC, các dòng vi điều khiển ARM, các dòng kit Arduino,…Tuy nhiên với yêu cầu dễ sử dụng, sức mạnh vừa đủ cho các tác

vụ xử lý cơ bản và quan trọng nhất là giá cả phải phù hợp, đề tài sử dụng Arduino Mega2560 Pro Mini như trên hình 2.4 cho khối điều khiển trung tâm Thiết kế tiêu chuẩn của Arduino Mega2560 Pro Mini sử dụng vi điều khiển ATmega2560 với giá khoảng 180.000 đồng [28]

Arduino Mega2560 Pro Mini là phiên bản thu nhỏ của Arduino Mega2560, vì cùng sử dụng chung vi điều khiển trung tâm ATmega2560-16AU, thạch anh 16 Mhz nên mạch có chức năng, số chân GPIO và cách sử dụng tương tự như Arduino Mega 2560, mạch này thích hợp cho các dự án sử dụng Arduino Mega2560 cần độ nhỏ gọn, tiện lợi, mạch có chất lượng gia công tốt, độ bền và độ ổn định cao Arduino Mega2560 Pro Mini có bộ nhớ flash 256 KB, SRAM 8 KB và EEPROM 4 KB, nó chứa tất cả mọi thứ cần thiết để tạo thành khối xử lý trung tâm với đầy đủ các port [27-29]

Mặt trước Mặt sau

Hình 2.4 Arduino Mega 2560 Pro Mini cho khối điều khiển trung tâm [28]

Vi điều khiển ATmega 2560 là bản nâng cấp so với ATmega 328 với nhiều cổng giao tiếp USART hơn cũng như dung lượng bộ nhớ lớn giúp hệ thống trung tâm dễ dàng triển khai Đồng thời, tài nguyên phần cứng được tận dụng giúp tránh sử dụng những linh kiện phức tạp hơn, giá thành cao hơn gây lãng phí tài nguyên

2.3.2.2 Khối giao tiếp không dây

Khối giao tiếp không dây bao gồm hai khối nhỏ hơn là khối giao tiếp với mạng cảm biến không dây và khối giao tiếp internet

Khối giao tiếp với mạng cảm biến không dây

Khối này có vị trí số (2) trong sơ đồ khối hình 2.3, có nhiệm vụ làm cầu nối truyền nhận thông tin giữa các khối cảm biến và khối điều khiển trung tâm Bằng môi trường không dây, khối trung tâm có thể dễ dàng quản lý sự thay đổi của các khối cảm biến Khối điều khiển trung tâm thu nhận dữ liệu từ khối cảm biến thông qua giao tiếp RF không dây vừa đem lại sự thuận tiện cho người sử dụng vừa đảm bảo tính thẩm mỹ cho khu vườn vì không cần đến dây nối Đề tài lựa chọn sử dụng mạch thu phát RF UART SI4463 tần số 433Mhz theo khối cảm biến để đồng bộ trong quá trình sử dụng Mạch HC-12 như hình 2.5 xây dựng trên nền tảng Si463 được lựa chọn vì ưu điểm nổi bật

là dễ dàng cài đặt và sử dụng

Hình 2.5 Mạch thu phát RF UART SI4463 tần số 433Mhz HC-12

Để thuận tiện cho việc thay đổi, sửa chữa hoặc nâng cấp về sau, đề tài

sử dụng một vi điều khiển với nhiệm vụ quản lý liên kết với khối cảm biến

Vi điều khiển Atmel328 được gắn trên bo mạch Arduino Nano như hình 2.6, mạch HC-12 được kết nối trực tiếp với mạch này Dữ liệu sau đó được truyền

về mạch xử lý trung tâm qua chuẩn USART Chương trình quản lý giao thức trong hệ cảm biến được thực hiện bởi Lê Công Huynh trong đề tài “Hệ thống cảm biến IoT trong nông nghiệp công nghệ cao”

Hình 2.6 Arduino Nano V3.0 ATmega328P cho khối cảm biến

Khối giao tiếp internet

Đối với khối giao tiếp internet, có nhiệm vụ xây dựng và duy trì liên kết internet với một máy chủ đám mây Nhờ vậy các thông tin của hệ thống

có thể được gửi lên đám mây, phục vụ các xử lý tiếp sau Đồng thời, hệ thống cũng có thể mở rộng tính năng, cho phép nhận tín hiệu điều khiển từ máy chủ đám mây nhằm tăng cường tính năng IoT cho hệ thống

Khối kết nối internet bao gồm 2 thành phần là khối giao tiếp wifi vị trí (3) và khối webserver vị trí (4) như trong sơ đồ hình 2.3 Với sự lựa chọn Arduino Mega2560 làm bộ xử lý trung tâm thì việc giao tiếp với mạng là điều không thể vì không được hỗ trợ kết nối mạng cũng như giao tiếp mạng Vì thế yêu cầu đặt ra là phải có một khối trung gian để giúp Arduino có thể giao tiếp được với internet, làm cầu nối để nhận dữ liệu từ khối xử lý trung tâm đưa lên website và ngược lại từ website đưa ngược về Arduino Vi mạch của khối giao tiếp wifi phải đáp ứng được yêu cầu trước tiên là sử dụng phổ biến và ứng dụng rộng lớn, ngoài ra mạch cần có kích thước nhỏ gọn, dễ dàng sử dụng

Hình 2.7 Mạch wifi ESP 8266 – ESP 01

Với các yêu cầu kể trên, hiện nay dòng vi mạch wifi ESP 8266 rất phổ biến và được ứng dụng rộng lớn, bản thân dòng này có rất nhiều phiên bản trừ ESP 8266 V1 đến ESP 8266 V12, các dòng ESP 8266 kết tích hợp hẳn vào bo Arduino, ESP 8266 Node MCU Ở đây, đề tài sử dụng ESP 8266 – ESP 01 như hình 2.7 vì đáp ứng được yêu cầu đưa ra Ngoài ra, ESP 8266 – ESP 01

có cổng micro USB để nạp chương trình và cấp nguồn nên không cần mạch nạp trung gian, có hỗ trợ chuẩn 802,11 b/g/n và Wifi 2,4 Ghz hỗ trợ WPA/WPA2

Hình 2.8 Trang webserver Thingspeak Webserver với nhiệm vụ theo dõi hoạt động của khu vườn và điều khiển khu vườn và là một khối hoạt động song song, độc lập với khối xử lí trung tâm, đề tài lựa chọn sử dụng webserver Thingspeak như hình 2.8 với ưu điểm phổ biến và dễ sử dụng, giao diện hiển thị bắt mắt và phí sử dụng là miễn phí cho những ứng dụng nhỏ

2.3.2.3 Khối giao tiếp người dùng

Khối giao tiếp người dùng có vị trí (5) như trong sơ đồ 2.3 bao gồm bàn phím chức năng và màn hình hiển thị thông tin Bàn phím chức năng chỉ

có một số phim giới hạn, giúp người dùng lựa chọn và cài đặt các chế độ điều khiển cũng như cài đặt một số chức năng hệ thống Màn hình hiển thị cho phép trình bày một số thông tin cơ bản của hệ thống và thông số môi trường

cài đặt thích hợp cho toàn bộ hệ thống Với các yêu cầu kể trên, sự lựa chọn của đề tài là bàn phím 6 nút như hình 2.9 để nhập dữ liệu và màn hình LCD

20 x 4 như hình 1.10 để hiển thị thông tin

Hình 2.9 Bàn phím 6 nút Bàn phím mền có 6 nút nhấn chữ (Auto, menu, left, righ, select, on/off) xếp thành 1 hàng ngang, kích thước nhỏ gọn 103 x 24 mm, mỏng, có keo dán 3M mặt sau dễ dàng dán lên các bề mặt cần sử dụng, ngoài ra còn có đèn led báo ở mặt trước

Hình 2.10 Màn hình LCD 20 x 4 Màn hình LCD 20 x 4 sử dụng mạch điều khiển Hitachi HD44780, có khả năng hiển thị 4 dòng có mỗi dòng 20 ký tự, chữ trắng, nền xanh, màn hình có độ bền cao, phổ biến, nhiều code mẫu và dễ sử dụng, tên các chân được ghi ở mặt sau của màn hình LCD

Để kết nối màn hình LCD cho hiển thị thông tin, ta sử dụng mạch đổi I2C cho LCD như trên hình 2.11 Việc này giúp tiết kiệm chân vi điều khiển phải sử dụng Ngoài ra còn đơn giản hóa việc lập trình với thư viện hỗ trợ sẵn

có

Hình 2.11 Mạch đổi I2C cho LCD

2.3.2.4 Khối thời gian thực RTC

Khối thời gian thực RTC có vị trí số (6) trong sơ đồ hình 2.3 là khối đồng hồ thời gian thực với nhiệm vụ lưu trữ dữ liệu thời gian ngày tháng năm

và các thông tin khác và tự động điều chỉnh khi thời gian thay đổi theo cài đặt Khối RTC được lựa chọn theo yêu cầu phổ biến trong các ứng dụng của Arduino với chuẩn giao tiếp I2C, dữ liệu thời gian lưu trữ lâu, đặc biệt có giả

cả phải chăng và sử dụng dòng điện thấp

Đề tài lựa chọn sử dụng mạch thời gian thực RTC I2C DS1307 là đồng

hồ thời gian thực như hình 2.12 để lưu trữ dữ liệu thời gian ngày tháng năm

và các thông tin khác, tự động điều chỉnh khi thời gian thay đổi Mạch RTC I2C DS1307 được sử dụng rất phổ biến trong các ứng dụng của Arduino Để

có thể làm việc với mạch này chúng ta cần sử dụng một chuẩn giao tiếp quen thuộc là I2C Trên mạch, có thiết kế đế pin đồng hồ, với pin này mạch có thể hoạt động lưu trữ thời gian lên đến 10 năm mà không cần nguồn nuôi từ bên ngoài Mạch đi kèm bộ nhớ để EEPROM lưu trữ thông tin lên đến 32 Kbits Mạch DS1307 sử dụng pin CR2023 3V

DS1307 là một trong những mạch RTC có giá thấp, chỉ khoảng 20.000 đồng và được sử dụng phổ biến nhất Nó có thể theo dõi chính xác giây, phút,