Thiết kế và thi công hệ thống giám sát, điều khiển các thiết bị điện trong nhà thông qua app android màn hình cảm ứng dùng mạng lora và wifi

TÊN ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG HỆ THỐNG GIÁM SÁT, ĐIỀU KHIỂN CÁC THIẾT BỊ ĐIỆN TRONG NHÀ THÔNG QUA APP ANDROID & MÀN HÌNH CẢM ỨNG DÙNG MẠNG LORA VÀ WIFI II.. Các thiết bị có thể được g

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH

KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH

-ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ TRUYỀN THÔNG

DÙNG MẠNG

LORA VÀ WIFI

GVHD: ThS Võ Đức Dũng SVTH:

Nguyễn Ngọc Nhiệm - 16141218 Trương Tuấn Anh - 16141105

Tp Hồ Chí Minh – 08/2020

KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ ĐỘC LẬP - TỰ DO - HẠNH PHÚC

o0o Tp HCM, ngày 04 tháng 08 năm 2020

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Chuyên ngành: Kỹ thuật Điện Tử, Truyền Thông Mã ngành: 141

I TÊN ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG HỆ THỐNG GIÁM SÁT, ĐIỀU KHIỂN

CÁC THIẾT BỊ ĐIỆN TRONG NHÀ THÔNG QUA APP ANDROID & MÀN HÌNH CẢM ỨNG DÙNG MẠNG LORA VÀ WIFI

II NHIỆM VỤ

1 Các số liệu ban đầu:

- Các loại vi điều khiển: Arduino Uno, Arduino Nano, Esp32 WROOM

- Các loại Module: Lora SX1278 UART, RTC DS1307

- Màn hình hiển thị: LCD_TFT SPI 3.2inch, LCD 20X4, LCD 16X2

- Cảm biến độ ẩm đất, cảm biến nhiệt độ, độ ẩm DHT11

- Ngõ ra điều khiển: Relay, transistor, diode, led

- Nguồn: Adapter 5V-2A, Adapter 5V-1A

2 Nội dung thực hiện:

- Tìm hiểu và tham khảo các tài liệu, giáo trình, nội dung liên quan đến đề tài

- Tìm hiểu màn hình cảm ứng TFT, thiết kế giao diện giám sát và điều khiển

- Thiết kế và thi công phần cứng hế thống

- Viết chương trình giao tiếp giữa ứng dụng Android, Firebase và bộ điều khiển trung tâm

- Viết các chương trình để giao tiếp giữa Arduino, Lora và các module cảm biến

- Nghiên cứu xây dựng một ứng dụng Android

- Chạy thử nghiệm, hiệu chỉnh và đánh giá kết quả

- Viết luận văn báo cáo

- Bảo vệ đồ án tốt nghiệp

IV NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 03/07/2020

V HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN:ThS VÕ ĐỨC DŨNG

KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ ĐỘC LẬP - TỰ DO - HẠNH PHÚC

o0o Tp HCM, ngày 04 tháng 08 năm 2020

LỊCH TRÌNH THỰC HIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Họ tên sinh viên: Nguyễn Ngọc Nhiệm MSSV: 16141218

Họ tên sinh viên: Trương Tuấn Anh MSSV: 16141105

Lớp: 16141TD2B

Tên đề tài: Thiết kế và thi công hệ thống giám sát, điều khiển các thiết bị điện trong nhà

thông qua App Android & màn hình cảm ứng dùng mạng Lora và Wifi

Tuần 4 (20/4 Tìm hiểu đề tài và lựa chọn thiết bị phù hợp

– 26/4) Tìm hiểu công nghệ Lora, giao thức UART, Wifi

Tuần 5 Thiết kế sơ đồ khối và giải thích chức năng từng

(27/4 – 3/5) khối

Tuần 6 (4/5 Tính toán và thiết kế sơ đồ nguyên lý cho hệ thống

– 10/5)

Tuần 7 (11/5 Viết chương trình, kiểm tra hoạt động của Arduino

với các module Lora SX1278, module ESP8266– 17/5)

NodeMCU, cảm biếnTuần 8 (18/5 Thiết kế PCB và thi công phần cứng

(8/6 – 14/6) hiển hệ thống

Tuần 12 (15/6 Thiết kế app Android, truyền nhận dữ liệu giữa

– 21/6) Firebase với App và Esp8266

Tuần 13 (22/6 Chạy thử nghiệm toàn bộ hệ thống Kiểm tra và sửa

LỜI CAM ĐOAN

Đề tài này là do chúng em tự thực hiện dựa vào một số tài liệu trước đó và khôngsao chép từ tài liệu hay công trình đã có trước đó

Người thực hiện đề tài

Nguyễn Ngọc Nhiệm Trương Tuấn Anh

LỜI CẢM ƠN

Lời đầu tiên, chúng em xin được phép chân thành cảm ơn các thầy cô trongkhoa Điện – Điện tử đã giảng dạy cho chúng em những kiến thức bổ ích để hômnay có thể ứng dụng hoàn thiện đồ án tốt nghiệp này

Đặc biệt, chúng em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến Thầy Võ Đức Dũng đã tận tìnhhướng dẫn, giúp đỡ nhóm thực hiện đề tài Thầy luôn tạo điều kiện, giải đáp những thắcmắc, khó khăn để nhóm có thể hoàn thiện đề tài một cách tốt nhất có thể

Chúng em cũng xin gửi lời đồng cảm ơn đến các bạn trong lớp 16141DT đãchia sẽ trao đổi kiến thức cũng như những kinh nghiệm quý báu trong thời gian thựchiện đề tài

Ngoài ra, chúng em cũng xin gởi lời cảm ơn thật nhiều đến gia đình, ngườithân, những người đã khích lệ, tạo động lực giúp nhóm hoàn thành tốt đề tài

Xin chân thành cảm ơn!

Người thực hiện đề tài

Nguyễn Ngọc Nhiệm Trương Tuấn Anh

MỤC LỤC

NHIỆM VỤ i

LỊCH TRÌNH ii

LỜI CAM ĐOAN iii

LỜI CẢM ƠN v

MỤC LỤC vi

LIỆT KÊ HÌNH VẼ ix

LIỆT KÊ BẢNG xii

TÓM TẮT xiii

Chương 1 TỔNG QUAN 1

1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ 1

1.2 MỤC TIÊU 1

1.3 NỘi DUNG NGHIÊN CỨU 2

1.4 GIỚI HẠN 2

1.5 BỐ CỤC 3

Chương 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT 4

2.1 GIỚI THIỆU VỀ MẠNG LORA 4

2.2 GIỚI THIỆU PHẦN CỨNG 5

2.2.1 Module thu phát RF UART Lora SX1278 5

2.2.2 Vi điều khiển 7

2.2.3 Module Cảm Biến Nhiệt Độ - Độ Ẩm DHT11 11

2.2.4 Module cảm biến độ ẩm đất 12

2.2.5 Module thời gian thực RTC- DS1307 13

2.2.6 Màn hình hiển thị 13

2.2.7 Tiếp điểm Relay 5v 17

2.3 GIỚI THIỆU CÁC CHUẨN TRUYỀN THÔNG 18

2.3.2 Chuẩn giao tiếp I2C 19

2.3.3 Chuẩn giao tiếp SPI 20

2.3.4 Truyền thông không dây wifi 21

Chương 3 TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ 23

3.1 GIỚI THIỆU 23

3.2 TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG 23

3.2.1 Thiết kế sơ đồ khối hệ thống 23

3.2.2 Tính toán và thiết kế mạch điện 25

Chương 4 THI CÔNG HỆ THỐNG 44

4.1 GIỚI THIỆU 44

4.2 THI CÔNG HỆ THỐNG 44

4.2.1 Thi công board mạch 44

4.2.2 Lắp ráp và kiểm tra 52

4.3 ĐÓNG GÓI VÀ THI CÔNG MÔ HÌNH 56

4.3.1 Đóng gói bộ điều khiển 56

4.3.2 Thi công mô hình 58

4.4 LẬP TRÌNH HỆ THỐNG 61

4.4.1 Lưu đồ giải thuật 61

4.4.4 Giới thiệu tính năng Realtime Database của Firebase 75

4.5 VIẾT TÀI LIỆU HƯỚNG DẪN 77

Chương 5 KẾT QUẢ_NHẬN XÉT_ĐÁNH GIÁ 79

5.1 GIỚI THIỆU 79

5.2 KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC 79

5.3 KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM 80

5.3.1 Bộ điều khiển trung tâm 80

5.3.4 Điều khiển và giám sát thiết bị trực tiếp tại các bộ điều khiển 91

5.3.5 Điều khiển thiết bị và giám sát dữ liệu khi không có internet 92

5.4 NHẬN XÉT VÀ ĐÁNH GIÁ 93

5.4.1 Nhận xét 93

5.4.2 Đánh giá 94

Chương 6 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 96

6.1 KẾT LUẬN 96

6.2 HƯỚNG PHÁT TRIỂN 96

TÀI LIỆU THAM KHẢO 98

PHỤ LỤC 100

LIỆT KÊ HÌNH VẼ

Hình 2.1 Cấu tạo mạng Lora 4

Hình 2.2 Module E32-TTL-100 RF 5

Hình 2.3 Ảnh minh họa arduino Uno 7

Hình 2.4 Arduino Nano 8

Hình 2.5 Module wifi Esp32 WROOM 10

Hình 2.6 Module cảm biến nhiệt độ, độ ẩm DHT11 11

Hình 2.7 Cảm biến đo độ ẩm đất 12

Hinh 2.8 Module thời gian thực RTC – DS1307 13

Hình 2.9 Màn hình LCD TFT 3.2inch ILI9341 14

Hình 2.10 Ảnh minh họa LCD20x4 15

Hình 2.11 Ảnh minh họa LCD 16x2 16

Hình 2.12 Module chuyển đổi I2C cho LCD 17

Hình 2.13 Kết nối I2C với LCD 17

Hình 2.14 Relay 5v 18

Hình 2.15 Kết nối UART giữa hai thiết bị 19

Hình 2.16 Sơ đồ giao tiếp I2C giữa các thiết bị 20

Hình 2.17 Sơ đồ giao tiếp SPI giữa các thiết bị 21

Hình 2.18 Mạng wifi 22

Hình 3.1 Sơ đồ khối hệ thống 23

Hình 3.2 Mạch kích Relay 25

Hình 3.3 Khối ngõ ra công suất 27

Hình 3.4 Khối cảm biến 28

Hình 3.5 Khối điều khiển và hiển thị 29

Hình 3.6 Mạch chuyển bus tín hiệu 29

Hình 3.7 Sơ đồ nguyên lý khối thu phát Lora 30

Hình 3.9 Sơ đồ nguyên lý toàn mạch 32

Hình 3.10 Adapter 5V-2A 34

Hình 3.11 Khối công suất 35

Hình 3.12 Khối cảm biến 35

Hình 3.13 Khối điều khiển và hiển thị 36

Hình 3.14 Mạch nút nhấn 36

Hình 3.15 Khối thu phát Lora 37

Hình 3.16 Khối xử lý và điều khiển 38

Hình 3.17 Sơ đồ nguyên lý toàn mạch khối phụ 1 39

Hình 3.18 Adapter 5V-1A 41

Hình 3.19 Sơ đồ nguyên lý toàn mạch khối phụ 2 42

Hình 4.1 Lớp dưới PCB khối chính 45

Hình 4.2 Lớp dưới và lớp trên PCB mạch mở rộng bus 45

Hình 4.3 Sơ đồ bố trí linh kiện khối chính 46

Hình 4.4 Sơ đồ bố trí linh kiện mạch mở rộng bus 46

Hình 4.5 Lớp dưới PCB khối phụ 1 48

Hình 4.6 Lớp dưới PCB nút nhấn 48

Hình 4.7 Sơ đồ bố trí linh kiện khối phụ 1 49

Hình 4.8 Sơ đồ bố trí mạch nút nhấn 49

Hình 4.9 Lớp dưới PCB khối phụ 2 51

Hình 4.10 Sơ đồ bố trí linh kiện khối phụ 2 51

Hình 4.11 Hình ảnh thực tế lớp trên board mạch khối chính 52

Hình 4.12 Hình ảnh thực tế lớp dưới board mạch khối chính 53

Hình 4.13 Hình ảnh thực tế lớp trên board mạch khối phụ 1 53

Hình 4.14 Hình ảnh thực tế lớp dưới board mạch khối phụ 1 54

Hình 4.17 Mô hình khối chính dạng 2D 56

Hình 4.18 Mô hình khối phụ 1 dạng 2D 56

Hình 4.19 Mô hình khối phụ 2 dạng 2D 57

Hình 4.20 Mô hình thực tế khối chính 58

Hình 4.21 Mô hình thực tế khối phụ 1 59

Hình 4.22 Mô hình thực tế khối phụ 2 60

Hình 4.23 Lưu đồ giải thuật trên ESP32 61

Hình 4.24 Lưu đồ chương trình con gửi dữ liệu từ Firebase sang LORA và TFT 63

Hình 4.25 Lưu đồ giải thuật trên Arduino Uno 64

Hình 4.26 Lưu đồ chương trình con điều khiển trên TFT 66

Hình 4.27 Lưu đồ giải thuật khối phụ 1 67

Hình 4.28 Lưu đồ chương trình con gửi dữ liệu từ nút nhấn sang LORA 68

Hình 4.29 Lưu đồ giải thuật khối phụ 2 69

Hình 4.30 Lưu đồ trình con nhận dữ liệu từ Lora và màn hình TFT 70

Hình 4.31 Lưu đồ giải thuật ứng dụng Android 71

Hình 4.32 Giao diện lập trình phần mềm Arduino IDE 72

Hình 4.33 Giao diện quản lý dự án 73

Hình 4.34 Giao diện thiết kế 74

Hình 4.35 Giao diện lập trình 75

Hình 4.36 Tạo dự án mới trên Firebase 76

Hình 4.37 Giao diện người dùng trên Firebase 77

Hình 4.38 Ngõ vào ra của các bộ điều khiển 78

Hình 5.1 Bộ điều khiển trung tâm (nhà chính) 80

Hình 5.2 Kết nối wifi ESP 81

Hình 5.3 Đăng nhập wifi cho hệ thống 81

Hình 5.6 Bộ điều khiển phụ 1(vườn) 83

Hình 5.7 Bộ điều khiển phụ 2(kho) 84

Hình 5.8 Giao diện đăng nhập trên app android 85

Hình 5.9 Giao diện trang chủ và danh mục menu 86

Hình 5.10 Bật đèn 1 tại bộ điều khiển trung tâm 87

Hình 5.11 Dữ liệu được đồng bộ giữa ba bộ điều khiển 87

Hình 5.12 Tùy chọn giọng nói và giao diện giọng nói 88

Hình 5.13 Giao điện cài đặt trên ứng dụng điện thoại 89

Hình 5.14 Giao diện cài bơm vườn 90

Hình 5.15 Cài giá trị tự động cho bơm vườn 90

Hình 5.16 Giao diện hiển thị độ ẩm đất trên LCD 91

Hình 5.17 Giao diện điều khiển cảm ứng trên TFT 92

LIỆT KÊ BẢNG Bảng 2.1 Các chế độ làm việc của module thu phát RF UART Lora SX1278 6

Bảng 3.1 Tổng dòng điện khối chính tiêu thụ 33

Bảng 3.2 Tổng dòng điện khối phụ 1 tiêu thụ 40

Bảng 3.3 Tổng dòng điện khối phụ 2 tiêu thụ 43

Bảng 4.1 Danh sách linh kiện khối chính 44

Bảng 4.2 Danh sách linh kiện khối phụ 1 47

Bảng 4.3 Danh sách linh kiện khối phụ 2 50

Bảng 5.1 Thống kê đánh giá hệ thống trong 30 lần thực nghiệm 94

TÓM TẮT

Khi công nghệ ngày càng phát triển, nhu cầu đời trong đời sống của con người

sẽ ngày càng cao Những thiết bị công nghệ sẽ là một phần không thể thiếu trongcuộc sống Đặc biệt, ai cũng muốn xây dựng cho mình một tổ ấm an toàn và tiện íchnhất Chính vì thế, một hệ thống điều khiển các thiết bị trong nhà từ xa sẽ là mộtgiải pháp tiện lợi để con người sử dụng trong ngôi nhà của mình

Giải pháp điều khiển các thiết bị phổ biến ngày nay đó là điều khiển trực tiếpbằng nút nhấn, công tắc cơ Thay vì phải đến trực tiếp các công tắc để bật/tắt thiết

bị trong nhà hay đi hàng trăm mét để điều khiển một thiết bị bơm ngoài vườn thìlúc này chúng ta có thể điều khiển nó từ xa, đặc biệt hơn có thể sử dụng smartphone

để làm điều này

Đề tài tài “Thiết kế và thi công hệ thống giám sát, điều khiển các thiết bị điện

trong nhà thông qua App Android & màn hình cảm ứng dùng mạng Lora và Wifi” Sẽ

giải quyết vấn đề đó Các thiết bị có thể được giám sát và điều khiển từ xa bằng điệnthoại chỉ cần điện thoại và bộ điều khiển trung tâm có kết nối internet hoặc bằng mànhình cảm ứng Bên cạnh đó còn có thể giám sát được các thông số như nhiệt độ, độ ẩm,

độ ẩm đất Khi không có internet, thiết bị ở các bộ điều khiển con vẫn có thể đượcđiều khiển từ xa thông qua mạng Lora, một mạng truyền thông không dây tầm xa đượcứng dụng rộng rãi trong các lĩnh vực IoT(Internet of Things)

Chương 1 TỔNG QUAN1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ

Hiện nay, công nghệ ngày càng hiện đại và phát triển để đáp ứng các nhu cầucàng cao của con người Chính vì thế công nghệ bây giờ đang gần gũi với cuộc sốnghằng ngày hơn bao giờ hết, chúng ta đang ở trong thời đại mà sự bùng phát kỹ thuậttiên tiến và các ứng dụng của nó rất mạnh mẽ

Trong cuộc sống thường nhật, chúng ta đã quá quen thuộc với việc bật tắt cácthiết bị bằng công tắc thông thường Với cuộc sống bộn bề ngày nay, chúng ta bị chiphối bởi nhiều thứ Việc chúng ta ra khỏi nhà mà quên tắt đèn, điều hòa là chuyệnkhông hiếm gặp Với công tắc thông thường, khi chúng ta rời khỏi nhà mà vẫn quêntắt các thiết bị trong nhà Để tắt các thiết bị thì chỉ cách quay trở lại về nhà rồi tắtchúng Điều này đôi khi gây ra cho chúng ta nhiều phiền toái

Để giải quyết vấn đề đó ta có thể dùng các công nghệ truyền nhận dữ liệu không

dây như RF, NFC, Bluetooth, Wifi, Lora… Ở đây nhóm quyết định chọn đề tài “Thiết

kế và thi công hệ thống giám sát, điều khiển các thiết bị điện trong nhà thông qua App Android & màn hình cảm ứng dùng mạng Lora và Wifi” Vì Lora là một giao

thức không giây mới được thiết kế để truyền thông tầm xa, năng lượng thấp Giao thứccung cấp khả năng liên lạc mà thiết bị thông minh cần có, và liên minh Lora đang hoạtđộng để đảm bảo khả năng tương tác nhiều mạng trên toàn quốc [1]

LoRa hướng tới kết nối các thiết bị với nhau ở khoảng cách lớn Nó có thể hỗtrợ liên lạc ở khoảng cách lên tới 15 – 20 km, với hàng triệu node mạng Mạng Lora

có thể hoạt động trên băng tần không phải cấp phép, với tốc độ thấp từ 0,3kbps đếnkhoảng 30kbps [2] Với đặc tính này, mạng LoRa phù hợp với các lĩnh vực liênquan đến Internet of Things(IoT) tầm xa, các ứng dụng cần trao đổi dữ liệu ở mứcthấp nhưng duy trì trong một thời gian dài

1.3 NỘi DUNG NGHIÊN CỨU

- Nghiên cứu, thiết kế khối xử lý trung tâm để thu thập dữ liệu và gửi tín hiệuđiều khiển đến các khối con, đồng thời có thể nhận tín hiệu điều khiển từ cáckhối xử lý con để điều khiển các thiết bị

- Nghiên cứu, thiết kế khối xử lý con để kết nối với các thiết bị, sensor… và nhậntín hiệu điều khiển từ khối xử lý trung tâm đồng thời có thể gửi tín hiệu để điểukhiển ngược lại khối xử lý trung tâm

- Viết được các chương trình để giao tiếp giữa app android, Module wifi,

Arduino và Lora

- Thiết kế ứng dụng để điều khiển và giám sát hệ thống trên điện thoại sử dụng hệđiều hành Android

- Thiết kế, thi công hệ thống, chạy thử nghiệm và hoàn thiện sản phẩm

- Viết luận văn báo cáo và bảo vệ đề tài tốt nghiêp

1.4 GIỚI HẠN

- Sử dụng Arduino Uno, Arduino Nano, NodeMCU Esp32, Lora sx1278 Uart

- Dữ liệu giữa các bộ điều khiển được truyền nhận với nhau bằng giao thức truyềnthông không dây Lora với khoảng cách truyền nhận tối đa là 400m

- Bộ xử lý trung tâm chỉ sử dụng màn hình cảm ứng TFT 3.2 inch để điều khiển thiết bị và giám sát dữ liệu

- Nguồn cấp 220VAC trực tiếp từ điện lưới, thông qua mạch chuyển đổi 5VDC - 1A,2A cấp nguồn cho các bộ xử lý hoạt động và không sử dụng nguồn dự phòng

- Ngõ ra điều khiển các thiết bị có công suất dưới 1000W

- Board mạch của bộ xử lý trung tâm được đặt trong hộp mica có kích thước17x15x8cm

- Board mạch của hai bộ xử lý con được đặt trong hộp mica có kích thước

14x11x8cm

1.5 BỐ CỤC

• Chương 1: Tổng Quan

Chương này trình bày đặt vấn đề dẫn nhập lý do chọn đề tài, mục tiêu, nộidung nghiêṇ cứu, các giới hạn thông số và bố cục đồ án

• Chương 2: Cơ Sở Lý Thuyết.

Chương này trình bày các lý thuyết quan trọng có liên quan mà đề tài sẽ dùng

để thực hiện thiết kế và thi công

• Chương 3: Thiết Kế và Tính Toán

Chương này giới thiệu tổng quan về các yêu cầu của đề tài về thiết kế và các tính toán liên quan đến đề tài

• Chương 4: Thi Công Hệ Thống

Chương này sẽ nêu lên tóm tắt quá trình thực hiện và hoàn thành hệ thống thiết kế Lắp ráp và kiểm tra mạch

• Chương 5: Kết Quả, Nhận Xét và Đánh Giá

Chương này trình bày kết quả cuối cùng của đề tài Từ đó rút ra nhận xét và đánh giá

• Chương 6: Kết Luận và Hướng Phát Triển

Chương này sẽ đưa ra kết luận về tổng quan mô hình đã hoàn hành so với mụctiêu ban đầu đề ra, đồng thời đưa ra hướng phát triển cho đề tài

Chương 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT2.1 GIỚI THIỆU VỀ MẠNG LORA

LoRa (Long Range Radio) được nghiên cứu và phát triển bởi Cycleo và sau nàyđược mua lại bởi công ty Semtech năm 2012 là một công nghệ truyền thông dữ liệukhông dây được phát triển để cho phép truyền tốc độ dữ liệu thấp trên một khoảng cáchlớn LoRa hướng tới các kết nối thiết bị với nhau ở khoảng cách lớn Nó có thể hỗ trợliên lạc ở khoảng cách lên tới 15 – 20 km, với hàng triệu node mạng Nó có thể hoạtđộng trên băng tần không phải cấp phép, với tốc độ thấp từ 0,3kbps đến khoảng30kbps Với đặc tính này, mạng LoRa phù hợp với các thiết bị thông minh trao đổi dữliệu ở mức thấp nhưng duy trì trong một thời gian dài Thực tế các thiết bị LoRa có thểduy trì kết nối và chia sẻ dữ liệu trong thời gian lên đến 10 năm chỉ với năng lượng pin.[3] Một mạng LoRa có thể cung cấp vùng phù sóng tương tự như của một mạng diđộng Trong một số trường hợp, các ăng-ten Lora có thể được kết hợp với ăng-ten diđộng khi các tần số là gần nhau, do đó giúp tiết kiệm đáng kể chi phí Công nghệ khôngdây LoRa được đánh giá là lý tưởng để sử dụng trong một loạt các ứng dụng, bao gồm:định lượng thông minh, theo dõi hàng tồn kho, giám sát dữ liệu của máy bán hàng tựđộng, ngành công nghiệp ô tô, các ứng dụng tiện ích và trong bất cứ lĩnh vực nào màcần báo cáo và kiểm soát dữ liệu.[4]

Hình 2.1 Cấu tạo mạng Lora

Trong 1 mạng LoRaWan sẽ có 2 loại thiết bị:

• Device node: là các thiết bị cảm biến, hoặc các thiết bị giám sát được lắp đặt tại các vị trí làm việc ở xa để lấy và gửi dữ liệu về các thiết bị trung tâm Có 3 loại device node là Class A, Class B và Class C

• Gateway: là các thiết bị trung tâm sẽ thu thập dữ liệu từ các device node và gửi lên 1 server trung tâm để xử lý dữ liệu Các thiết bị Gateway thường sẽ được đặt tại 1 vị trí có nguồn cung cấp và có các kết nối network như Wifi, LAN, GSM để có thể gửi dữ liệu lên server

2.2 GIỚI THIỆU PHẦN CỨNG

2.2.1 Module thu phát RF UART Lora SX1278

Mạch thu phát RF UART Lora SX1278 433Mhz 3000m sử dụng chip SX1278của nhà sản xuất SEMTECH chuẩn giao tiếp LORA (Long Range), chuẩn LORAmang đến hai yếu tố quan trọng là tiết kiệm năng lượng và khoảng cách phát siêu xa( Ultimate long range wireless solution), ngoài ra nó còn có khả năng cấu hình đểtạo thành mạng nên hiện tại được phát triển và sử dụng rất nhiều trong các nghiêncứu về IoT

Module được tích hợp phần chuyển đổi giao tiếp SPI của SX1278 sang UARTgiúp việc giao tiếp và sử dụng rất dễ dàng, chỉ cần kết nối với Software của hãng đểcấu hình địa chỉ , tốc độ và công suất truyền là có thể sử dụng (cần mua thêm mạchchuyển USB-UART để kết nối máy tính)

Hình 2.2 Module E32-TTL-100 RF

Thông số kỷ thuật

- Model: E32-TTL-100 RF

- IC chính: SX1278 từ SEMTECH

- Điện áp hoạt đông: 2.3 – 5.5 VDC

- Điện áp giao tiếp: TTL – 3.3VDC

- Giao tiếp UART Data bits 8, Stop bits 1, Parity none, tốc độ từ 1200 – 115200 baud

0 0 dây được bật để truyền và nhận dữ chế độ 0 hoặc chế(Nomal)

2.2.2 Vi điều khiển

a Board Arduino Uno

Arduino là một nền tảng mã nguồn mở được sử dụng để xây dựng các ứngdụng điện tử tương tác với nhau hoặc với môi trường được thuận lợi hơn Arduinogiống như một máy tính nhỏ để người dùng có thể lập trình và thực hiện các dự ánđiện tử mà không cần phải có các công cụ chuyên biệt để phục vụ việc nạp code.Sau khi tham khảo về các dòng vi điều khiển như PIC, STM, ARM… nhómquyết định chọn Arduino để thực hiện đề tài một phần vì Arduino có giá thành rẻ vàphổ biến trên thị trường Việt Nam, mặc khác cộng động sử dụng arduino rất lớn nên

sẽ giúp chúng ta dễ dàng hơn trong quá trình tìm kiếm tài liệu tham khảo

Hình 2.3 Ảnh minh họa arduino Uno

Arduino UNO là một board mạch vi điều khiển tích hợp sẵn các hệ thống nhưthạch anh, mạch nạp code, các IC, tụ cần thiết… giúp chúng ta dễ dàng sử dụng vàlập trình

Arduino UNO có thể được cấp nguồn 5V thông qua cổng USB hoặc cấpnguồn ngoài với điện áp khuyên dùng là 7-12V DC và giới hạn là 6-20V

➢ Thông số kỹ thuật:

- Vi điều khiển: ATmega328P

- Điện áp hoạt động: 5V

- Điện áp vào khuyên dùng: 7-12V

- Điện áp vào giới hạn: 6-20V

- Digital I/O pins: 14 (trong đó 6 chân PWM)

- Analog Input Pins: 6

- Cường độ dòng điện trên mỗi I/O pin: 30 mA

- Cường độ dòng điện trên mỗi 3.3V pin: 50 mA

- Flash Memory: 32 KB (0.5 KB được sử dụng bởi bootloader)

b Board Arduino Nano

Board Arduino Nano là một trong những phiên bản nhỏ gọn của board Arduino.Arduino Nano có đầy đủ các chức năng và chương trình có trên Arduino Uno do cùng

sử dụng MCU ATmega328P Nhờ việc sử dụng IC dán của ATmega328P thay vì ICchân cắm nên Arduino Nano có thêm 2 chân Analog so với Arduino Uno

Hình 2.4 Arduino Nano

Arduino Nano được kết nối với máy tính qua cổng Mini - B USB và sử dụng chipCH340 để chuyển đổi USB sang UART thay vì dùng chip ATmega16U2 để giả lậpcổng COM như trên Arduino Uno hay Arduino Mega, nhờ vậy giá thành sản phẩmđược giảm mà vẫn giữ nguyên được tính năng, giúp Arduino giao tiếp được với máy

- Điện áp đầu vào: 7V - 12V DC

- Điện áp vào giới hạn: 6-20V DC

- Số chân Digital I/O: 14 (6 chân hardware PWM)

(Inch) c Board Wifi ESP32 NodeMCU

ESP32-WROOM Node MCU (Microcontroller unit) là một board mạch viđiều khiển tích hợp thu nhỏ với nhiều tính năng cải tiến hơn các module dòngESP8266 khi hỗ trợ thêm các tính năng Bluetooth và Bluetooth Low Energy (BLE)bên cạnh tính năng WiFi Sản phẩm sử dụng chip ESP32-WROOM với 2 CPU cóthể được điều khiển độc lập với tần số xung clock lên đến 240 MHz

Module hỗ trợ các chuẩn giao tiếp SPI, UART, I2C và I2S và có khả năng kếtnối với nhiều ngoại vi như các cảm biến, các bộ khuếch đại…

Sau khi so sánh giữa các dòng Esp phổ biến hiện hay, ESP8266 và WROOM là hai sự lựa chọn phù hợp nhất vì chúng có giá thành hợp lý và đều đápứng được các tính năng cần thiết của đề tài, nhưng vì ESP8266 chỉ hỗ trợ một cổngUART, trong khi ESP32 hỗ trợ ba cổng, nên nhóm quyết định chọn ESP32 để thicông đề tài

ESP32-Hình 2.5 Module wifi Esp32 WROOM

- 8 KBytes SRAM in RTC SLOW

- 8 KBytes SRAM in RTC FAST

- 1 Kbit of EFUSE, 256 bits MAC

- WiFi: 802.11 b/g/n/d/e/i/k/r (802.11n up to 150 Mbps)

- Bluetooth v4.2 BR/EDR and BLE specification

- Wi-Fi mode Station/softAP/SoftAP+station/P2P

- Security WPA/WPA2/WPA2-Enterprise/WPS

- Encryption AES/RSA/ECC/SHA

- IPv4, IPv6, SSL, TCP/UDP/HTTP/FTP/MQTT

- Interfaces: SD-card, UART, SPI, SDIO, I2C, LED PWM, Motor PWM, I2S ,

IR, GPIO, capacitive touch sensor, ADC, DAC, Hall sensor, temperature sensor

- Kích thước: 18 x 25.5 x 3.1mm

2.2.3 Module Cảm Biến Nhiệt Độ - Độ Ẩm DHT11

DHT11 là cảm biến nhiêt độ và độ ẩm giao tiếp với 1 chân dữ liệu, DHT11 đođược giá trị độ ẩm từ 20% đến 90%RH và nhiệt độ từ 0oC đến 50oC, độ chính xác:

± 5%RH và ±2oC

Cảm biến nhiệt độ và độ ẩm DHT11 có cảm biến nhiệt độ và độ ẩm phức tạpvới một đầu ra tín hiệu kỹ thuật số hiệu chuẩn Cảm biến này bao gồm đo độ ẩmkiểu điện trở thành phần và thành phần đo nhiệt độ NTC, kết nối với bộ vi điềukhiển 8 bit có hiệu suất cao, mang lại chất lượng tuyệt vời, phản ứng nhanh, khảnăng chống nhiễu cao và hiệu quả chi phí

So với các loại cảm biến đo nhiệt độ và độ ẩm khác trên thị trường nhưDHT22, AM2301, CJMCU-SHT10… thì DHT11 là một sự lựa chọn khá phù hợpbởi giá thành khá rẻ so với các loại còn lại và độ chính xác tương đối cao

Hình 2.6 Module cảm biến nhiệt độ, độ ẩm DHT11

➢

Thông số kỷ thuật

- Điện áp hoạt động: 3V - 5V (DC)

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

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

- Dãi nhiệt độ hoạt động: 0°C ~ 50°C, sai số ±2°C

- Khoảng cách truyển tối đa: 20m

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

Phần đầu đo được cắm vào đất để phát hiện độ ẩm của đất, khi độ ầm của đấtđạt ngưỡng thiết lập, đầu ra DO sẽ chuyển trạng thái từ mức thấp lên mức cao.

- DO: Đầu ra tín hiệu số (0 và 1)

- AO: Đầu ra Analog (Tín hiệu tương tự)

2.2.5 Module thời gian thực RTC- DS1307

Module thời gian thực RTC DS1307 hoạt động như một chiếc đồng hồ có chứcnăng lưu trữ thông tin ngày tháng năm cũng như giờ phút giây và có thể xuất dữ liệu rangoài qua giao thức I2C Module được thiết kế kèm theo một viên pin đồng hồ có khảnăng lưu trữ thông tin lên đến 10 năm mà không cần cấp nguồn từ bên ngoài

Hinh 2.8 Module thời gian thực RTC – DS1307 ➢

Thông Số Kỹ Thuật:

- Điện áp làm việc: 3.3V đến 5V

- Bao gồm 1 IC thời gian thực DS1307

- Các thành phần cần thiết như thạch anh 32768kHz, điện trở pull-up và tụ lọc nguồn đều được tích hợp trên board

- LED báo nguồn

- Có sẵn pin dự phòng duy trì thời gian khi mất điện

- 5-pin bao gồm giao thức I2C: INT (QWO), SCL, SDA, VCC và GND

- Dễ dàng thêm một đồng hồ thời gian thực để dự án của bạn

- Nhỏ gọn và dễ dàng để lắp thêm vào bo mạch hoặc test board

2.2.6 Màn hình hiển thị

a LCD TFT 3.2inch 240x320 SPI ILI9341

LCD TFT (Thin Film Transistor) ILI9341 là màn hình tinh thể lỏng sử dụngcông nghệ Transistor màng mỏng và cảm ứng điện trở với độ phân giải 240x320 sửdụng phương thức liên lạc SPI 4 dây với IC điều khiển Mô-đun này bao gồm mànhình LCD, mạch điều khiển đèn nền và mạch điều khiển màn hình cảm ứng

Tính năng

- Màn hình màu 3,2 inch, hỗ trợ màn hình màu 16 bit 65K, hiển thị màu sắc phongphú

- Độ phân giải 240X320 với chức năng cảm ứng tùy chọn

- Sử dụng bus nối tiếp SPI, chỉ mất vài IO để chiếu sáng màn hình

- Dễ dàng mở rộng thử nghiệm với khe cắm thẻ SD

- Cung cấp một chương trình mẫu phong phú

- Tiêu chuẩn quy trình cấp quân đội, công việc ổn định lâu dài

- Cung cấp hỗ trợ kỹ thuật trình điều khiển cơ bản

- IC điều khiển: ILI9341

- Độ phân giải: 320 x 240 (Pixel)

- Chuẩn giao tiếp: SPI 4 dây

- Kích thước PCB: 50.0x86.0 (mm)

- Điện áp hoạt động ổn định: 3,3V / 5V

- Dòng tiêu thụ: Khoảng 90mA

- Khoảng 25 (g)

b LCD 20x4

LCD 20x4 là kiểu màn hình tinh thể lỏng nhỏ dùng để hiển thị chữ hoặc số trongbảng mã ASCII Mỗi ô của Text LCD bao gồm các chấm tinh thể lỏng, các chấmnày kết hợp với nhau theo trình tự “ẩn” hoặc “hiện” sẽ tạo nên các kí tự cần hiển thị

và mỗi ô chỉ hiển thị được một kí tự duy nhất

LCD 20x4 nghĩa là loại LCD có 4 dòng và mỗi dòng chỉ hiển thị được 20 kí tự.Đây là loại màn hình được sử dụng rất phổ biến trong các loại mạch điện

Hình 2.10 Ảnh minh họa LCD20x4

➢

Thông số kĩ thuật của LCD 20x4:

- Điện áp: 5V

- Ngõ giao tiếp: 16 chân

- Màu sắc: xanh lá hoặc xanh dương

- Module hỗ trợ giao tiếp với vi điều khiển: LCD I2C

c LCD 16x2

Tương tự như LCD 20x4 thì LCD 16x2 cũng là kiểu màn hình tinh thể lỏng nhỏdùng để hiển thị chữ hoặc số trong bảng mã ASCII Chỉ khác ở chỗ LCD 16x2 chỉ có 2dòng để hiển thị và số ký tự có thể hiển thị tối đa là 16 Bên cạnh đó vì giá thành rẻ hơnnhiều so với LCD 20x4 nên LCD 16x2 khá phổ biến trong lĩnh vực điện tử

d Module chuyển đổi I2C cho LCD

Module chuyển đỗi LCD là một Module tích hợp có chức năng chuyển đổi tất

cả các chân của LCD về chuẩn giao tiếp I2C giúp người dùng dễ dàng kết nối và

sử dụng hơn Module chuyển đổi I2C hỗ trợ các loại LCD sử dụng driveHD44780(LCD 1602, LCD 2004…), kết nối với vi điều khiển thông qua giao tiếpI2C, tương thích với hầu hết các vi điều khiển hiện nay

Hình 2.12 Module chuyển đổi I2C cho LCD ➢

Thông số kĩ thuật

- Điện áp hoạt động: 2.5-6V DC

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

- Giao tiếp: I2C

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

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

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

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

Hình 2.13 Kết nối I2C với LCD 2.2.7 Tiếp điểm Relay 5v

Relay hay còn gọi là rơ – le là tên gọi theo tiếng Pháp, là một công tắc (khóa K)điện từ được vận hành bởi một dòng điện tương đối nhỏ có thể bật hoặc tắt một dòngđiện lớn hơn nhiều Bản chất của relay là một nam châm điện (một cuộn dây trở thànhmột nam châm tạm thời khi dòng điện chạy qua nó) và hệ thống các tiếp điểm đóng cắt

có thiết kế module hóa dễ dàng lắp đặt Có thể xem relay như một loại đòn bẩy

điện, khi chúng ta kích nó bằng một dòng điện nhỏ thì nó sẽ bật “đòn bẩy” một thiết

bị nào đó đang sử dụng dòng điện lớn hơn nhiều

- Dòng điện cực đại: 10A

- Điện áp AC cực đại: 250 VAC

- Thời gian tác động: 10ms

- Thời gian nhã hãm: 5ms

- Nhiệt độ hoạt động: - 45 oC ~ 75Oc

2.3 GIỚI THIỆU CÁC CHUẨN TRUYỀN THÔNG

2.3.1 Chuẩn truyền thông UART

UART (Universal Asynchronous Receive/Transmit) là chuẩn giao tiếp truyềnnhận dữ liệu không đồng bộ Đây là chuẩn giao tiếp phổ biến và dễ sử dụng, thườngdùng trong giao tiếp giữa vi điều khiển với nhau hoặc với các thiết bị khác

Nếu như giao tiếp SPI và I2C có 1 dây truyền dữ liệu và 1 dây được sử dụng đểtruyền xung clock (SCL) để đồng bộ trong giao tiếp Với UART thì không có dây SCL,UART chỉ sử dụng 2 dây để giao tiếp là TX (chân truyền) và RX (chân nhận) đồngnghĩa với việc mỗi vi xử lý có thể tự tạo ra xung clock cho chính nó xử dụng

➢

Các thông số cơ bản trong truyền nhận UART:

- Baund rate (tốc độ baund): Khoảng thời gian để thực hiện việc truyền nhận 1 bit Phải được cài đặt giống nhau ở gửi và nhận.

- Frame (khung truyền): Khung truyền quy định về số bit trong mỗi lần truyền

- Start bit: là bit đầu tiên được truyền trong 1 Frame Báo hiệu cho thiết bị nhận cómột gói dữ liệu sắp đc truyền đến Bit bắt buộc

- Data: dữ liệu cần truyền Bit có trọng số nhỏ nhất LSB được truyền trước sau đó đến bit MSB

- Parity bit: kiểm tra dữ liệu truyền có đúng không

- Stop bit: là 1 hoặc các bit báo cho thiết bị rằng các bit đã được gửi xong Thiết bịnhận sẽ tiến hành kiểm tra khung truyền nhằm đảm bảo tính đúng đắn của dữ liệu Bit bắt buộc

Hình 2.15 Kết nối UART giữa hai thiết bị

2.3.2 Chuẩn giao tiếp I2C

Bên cạnh UART, I2C (Inter-Intergrated Circuit) cũng là một giao thức truyền nhận dữ liệu khá phổ biến, I2C sử dụng hai đường truyền tín hiệu:

- Một đường xung nhịp đồng hồ (SCL) chỉ do Master phát đi (thông thường ở 100kHz và 400kHz Mức cao nhất là 1Mhz và 3.4MHz) có tác dụng đồng bộ hóa việc truyền dữ liệu giữa các thiết bị

- Một đường dữ liệu (SDA) theo 2 hướng [1]

Hình 2.16 Sơ đồ giao tiếp I2C giữa các thiết bị

Hai chân này luôn hoạt động ở chế độ mở, vì vậy để sử dụng được cần phải cótrở kéo lên

Có rất nhiều thiết bị có thể cùng được kết nối vào một bus I2C, tuy nhiên dữliệu sẽ không bị nhầm lẫn giữa các thiết bị, bởi mỗi thiết bị sẽ có một địa chỉ riêng

để phân biệt Mỗi thiết bị có thể hoạt động như là thiết bị nhận hoặc truyền dữ liệuhay có thể vừa truyền vừa nhận Hoạt động truyền hay nhận còn tùy thuộc vào việcthiết bị đó là chủ (master) hãy tớ (slave)

Nói một cách dê hiểu, dữ liệu ở thiết bị chủ sẽ được gửi đi theo đường tín hiệu

và mỗi thiết bị con sẽ có một địa chỉ riêng biệt để thiết bị chủ nhận biết và truy cậpvào nó

2.3.3 Chuẩn giao tiếp SPI

Ngoài UART và I2C thì SPI (Serial Peripheral Bus) cũng là một chuẩn truyềnthông nối tiếp khá phổ biến do hãng Morola đề xuất Đây là kiểu truyền thôngMaster-Slave

SPI có thể truyền song công, có nghĩa là tại cũng một thời điểm thì quá trìnhtruyền nhận có thể xảy ra đồng thời SPI sử dụng 4 đường tín hiệu để giao tiếp:

Hình 2.17 Sơ đồ giao tiếp SPI giữa các thiết bị

- SCK: tín hiệu xung clock nối tiếp, dành cho việc truyền tín hiệu dành cho thiết bị

slave

- MISO– Master Input / Slave Output: nếu là chip Master thì đây là đường Input

còn nếu là chip Slave thì MISO lại là Output Một cách dễ hiểu thì MISO là chân mang các dữ liệu từ các thiết bị SPI về bộ master

- MOSI – Master Output / Slave Input: Ngược lại với MISO thì MOSI là chân

mang các dữ liệu từ bộ master đến các thiết bị SPI

- SS – Slave Select: SS là đường chọn Slave cần giao tiếp, ở các bộ Slave đường SS

sẽ ở mức cao khi không làm việc Nếu chip Master kéo đường SS của một Slave nào đó xuống mức thấp thì việc giao tiếp sẽ xảy ra giữa Master và Slave đó

2.3.4 Truyền thông không dây wifi

Wi-Fi viết tắt từ Wireless Fidelity hay mạng 802.11 là hệ thống mạng khôngdây sử dụng sóng vô tuyến, giống như điện thoại di động, truyền hình và radio.Các sóng vô tuyến sử dụng cho WiFi gần giống với các sóng vô tuyến sử dụngcho thiết bị cầm tay, điện thoại di động và các thiết bị khác Nó có thể chuyển và nhậnsóng vô tuyến, chuyển đổi các mã nhị phân 1 và 0 sang sóng vô tuyến và ngược lại.Tuy nhiên, sóng WiFi có một số khác biệt so với các sóng vô tuyến khác ở chỗ: Chúngtruyền và phát tín hiệu ở tần số 2.4 GHz hoặc 5 GHz Tần số này cao hơn so với các tần

số sử dụng cho điện thoại di động, các thiết bị cầm tay và truyền hình Tần số cao

hơn cho phép tín hiệu mang theo nhiều dữ liệu hơn.

Hiện nay, đa số các thiết bị wifi đều tuân theo chuẩn 802.11n, được phát ở tần

số 2.4Ghz và đạt tốc độ xử lý tối đa 300Megabit/giây Kết nối Wifi dựa trên các loạichuẩn kết nối IEEE 802.11, và chủ yếu hiện nay Wifi hoạt động trên băng tần 54Mbps và có tín hiệu mạnh nhất trong khoảng cách 100 feet

Hình 2.18 Mạng wifi

Chương 3 TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ

3.1 GIỚI THIỆU

Ở đề tài này vi điều khiển trung tâm sẽ thực hiện chức năng thu thập giá trịcảm biến bao gồm: cảm biến nhiệt độ, độ ẩm, cảm biến độ ẩm đất Đồng thời viđiều khiển nhận tín hiệu điều khiển từ ứng dụng android và nút nhấn để điều khiểnthiết bị điện thông qua chuẩn truyền thông uart

Trong chương này nhóm thực hiện thiết kế sơ đồ khối, từ đó tính toán lựa chọnlinh kiện thiết kế sơ đồ nguyên lý: mạch nguồn cung cấp dòng điện, điện áp chotoàn mạch, ngõ ra công suất, các module

3.2 TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG

3.2.1 Thiết kế sơ đồ khối hệ thống

Hình 3.1 Sơ đồ khối hệ thống

➢ Chức năng từng khối:

• Khối xử lý và điều khiển trung tâm: Sử dụng vi điều khiển Arduino Uno R3 và

module Wifi BLE ESP32 NodeMCU LuaNode32

- Là khối điều khiểm trung tâm cho toàn hệ thống có nhiệm vụ: Kết nối với các khối xử lí và điều khiển phụ trong hệ thống để truyền dữ liệu điều khiển từ người sử dụng đến các thiết bị, đồng thời nhận dữ liệu của các cảm biến đọc được từ các khối xử lí và điều khiển phụ và gửi lên cơ sở dữ liệu để người sử dụng có thể giám sát và điều khiển từ xa Ngoài ra, khối này cũng có thể điều khiển và giám sát được các thiết bị điện, các cảm biến như các khối xử lí và điều khiển phụ khác trong hệ thống.

• Khối xử lý và điều khiển phụ: Sử dụng Arduino Nano

- Khối này có nhiệm vụ điều khiển các thiết bị điện theo lệnh nhận được từ khối

xử lý và điều khiển trung tâm, đọc và xử lý dữ liệu cảm biến để gửi về khối xử

lý và điều khiển trung tâm

• Khối nguồn: Sử dụng Adapter

- Sử dụng nguồn AC 220V chuyển sang nguồn DC cấp nguồn cho các khối hoạt động

• Khối thu phát Lora:

- Khối này sử dụng module thu phát sóng RF Lora, có chức năng nhận dữ liệu từ

vi điều khiển sau đó chuyển đổi thành sóng RF để truyền đi và ngược lại

• Khối ngõ ra công suất:

- Khối này có chức năng nhận lệnh điều khiển sau đó sẽ đóng ngắt Relay để điều khiển thiết bị điện 220VAC

• Khối cảm biến:

- Khối này gồm cảm biến độ ẩm đất, cảm biến nhiệt độ, độ ẩm DHT11

• Khối điều khiển và hiển thị

- Gồm các nút nhấn điều khiển các thiết bị, màn hình lcd để hiển thị trạng thái thiếtbị

• Khối Ứng dụng Android:

- Là ứng dụng được lập trình bằng MIT Inventor chuyên dụng cho điện thoại thông minh chạy hệ điều hành Android để người sử dụng điều khiển và giám sát thiết bị, dữ liệu cảm biến trong hệ thống

3.2.2 Tính toán và thiết kế mạch điện

a Bộ điều khiển trung tâm

➢ Tính toán khối công suất

Hình 3.2 Mạch kích Relay

Chọn C1815 làm transistor kích cho relay vì có lượng tiêu thụ điện năng không lớn, độ trễ gần như không có khi khởi động Tính toán phân cực cho C1815:Theo Datasheet: IRelay (Max) = 70 mA

Công thức tính tổng dòng điện trên cực C Transistor:

=0 n-kChọn Iled = 20 mA = > I( ) = IRelay + Iled = 90 mA

Công thức tính điện trở hạn dòng cho led:

R = V

CC -V

3

ILED Điện trở hạn dòng cho led: R 3 = 5-0.7-0.7 = 180 Ω

Transistor dẫn bão hòa:

Điều kiện transistor C1815 dẫn: I BB > 0, V BE > 0.7 V

VCE = 5V không có dòng điện chạy qua cuộn dây relay nên relay ngắt