Vi xử lý ngày càng phát triển và được sử dụng hầu hết trong các hệ thống điềukhiển trong công nghiệp cũng như trong các thiết bị điện tử dân dụng. Các nhà sản xuấtđiện tử đã cho ra đời những dòng vi điều khiển mới với những tính năng vượt bậc đápứng nhu cầu phát triển ngày càng cao của khoa học kỹ thuật. Và nhằm để nâng cao khảnăng tự động thay thế cho con người và cũng chính vì thế đã thúc đẩy lĩnh vực vi xử lýngày càng phát triển không ngừng, thích nghi với yêu cầu điều khiển.Mục đích muốn tiếp cận với các công nghệ đang phát triển, nghiên cứu dòng viđiều khiển mới cùng dòng cảm biến mới . Đề tài: “Ứng dụng vi điều khiển LoPy và cảmbiến Lego M5STACK vào thiết kế và thi công mô hình nhà kính trồng hoa Lan” sẽ giảiquyết vấn đề đó.Kết quả đạt được: Thiết kế và thi công mô hình trồng hoa Lan: Đo nhiệt độ, độ ẩm không khí, độ ẩm đất và ánh sáng. Điều khiển bằng giọng nói. Điều khiển với chế độ tự động hoặc chế độ điều khiển trên ứng dụng điện thoạiApp Android. Điều khiển, giám sát và hẹn giờ bật tắt thiết bị thông qua App Android. Giám sát bằng Camera.Với kết quả đạt được, nhóm hi vọng sẽ làm cơ sở nghiên cứu, phát triển dòng viđiều khiển mới cũng như mở rộng và phát triển các đề tài liên quan.
Trang 1KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH -
SVTH: Lê Tấn Đạt MSSV: 16141131
SVTH: Đặng Minh Thiện MSSV: 16141283
Tp Hồ Chí Minh – 08/2020
Trang 7ii
Chúng em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến các thầy cô trong Bộ môn Điện tử Công nghiệp -Y Sinh và các thầy cô trong Khoa Điện – Điện Tử đã nhiệt tình giúp đỡ chúng
em về các kiến thức liên quan tới lĩnh vực nghiên cứu của đề tài, cũng như các kiến thức
mà các thầy cô đã truyền đạt cho chúng em trong suốt thời gian học tập tại trường
Xin gửi lời cảm ơn chân thành nhất đến cô PGS.TS Trần Thu Hà đã trực tiếp hướng dẫn, tham gia đóng góp ý kiến, giúp đỡ, chia sẻ nhiều kiến thức quan trọng và tạo điều kiện thuận lợi để chúng em hoàn thành tốt đề tài tốt nghiệp
Chúng em cũng gửi lời cảm ơn đến các bạn lớp 16141DT đã chia sẻ trao đổi kiến thức cũng như những kinh nghiệm quý báu trong quá trình thực hiện đề tài
Chúng em gửi lời cảm ơn ba mẹ và người thân đã tạo mọi điều kiện, động viên
và hỗ trợ chúng em trong những lúc khó khăn thực hiện đề tài
Xin chân thành cảm ơn!
Người thực hiện đề tài
Lê Tấn Đạt Đặng Minh Thiện
Trang 8iii
Vi xử lý ngày càng phát triển và được sử dụng hầu hết trong các hệ thống điều khiển trong công nghiệp cũng như trong các thiết bị điện tử dân dụng Các nhà sản xuất điện tử đã cho ra đời những dòng vi điều khiển mới với những tính năng vượt bậc đáp ứng nhu cầu phát triển ngày càng cao của khoa học kỹ thuật Và nhằm để nâng cao khả năng tự động thay thế cho con người và cũng chính vì thế đã thúc đẩy lĩnh vực vi xử lý ngày càng phát triển không ngừng, thích nghi với yêu cầu điều khiển
Mục đích muốn tiếp cận với các công nghệ đang phát triển, nghiên cứu dòng vi
điều khiển mới cùng dòng cảm biến mới Đề tài: “Ứng dụng vi điều khiển LoPy và cảm
biến Lego M5STACK vào thiết kế và thi công mô hình nhà kính trồng hoa Lan” sẽ giải
quyết vấn đề đó
Kết quả đạt được:
- Thiết kế và thi công mô hình trồng hoa Lan:
- Đo nhiệt độ, độ ẩm không khí, độ ẩm đất và ánh sáng
- Điều khiển bằng giọng nói
- Điều khiển với chế độ tự động hoặc chế độ điều khiển trên ứng dụng điện thoại App Android
- Điều khiển, giám sát và hẹn giờ bật tắt thiết bị thông qua App Android
- Giám sát bằng Camera
Với kết quả đạt được, nhóm hi vọng sẽ làm cơ sở nghiên cứu, phát triển dòng vi điều khiển mới cũng như mở rộng và phát triển các đề tài liên quan
Trang 9iv
LỜI CAM ĐOAN i
LỜI CẢM ƠN ii
TÓM TẮT iii
MỤC LỤC iv
DANH MỤC HÌNH ẢNH ix
DANH MỤC BẢNG xii
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 BỐ CỤC CỦA ĐỒ ÁN 2
CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 4
2.1 CƠ SỞ LÝ THUYẾT MÔ HÌNH TRỒNG HOA LAN 4
2.1.1 Cách trồng lan 4
a Điều kiện nhiệt độ khi trồng lan 4
b Điều kiện ánh sáng khi trồng lan 4
c Độ ẩm cần thiết khi trồng lan 4
d Độ thông gió 4
2.1.2 Cách chăm sóc lan 4
a Điều kiện ánh sáng khi chăm sóc lan 4
b Điều kiện nhiệt độ và độ ẩm khi chăm sóc lan 4
c Chế độ nước tưới khi chăm sóc lan 4
2.2 GIỚI THIỆU VI ĐIỀU KHIỂN LOPY 5
2.2.1 Nền tảng IoT đa giao thức LoPy 5
a Thông số LoPy 6
Trang 10v
2.2.2 Mạch mở rộng PYCOM 13
a Các đặc điểm của mạch mở rộng 3.0 14
b Mạch sạc 14
c Sơ đồ chân ra 15
2.3 CÁC CHUẨN GIAO TIẾP 15
2.3.1 Chuẩn giao tiếp GROVE 15
a Khái niệm về Grove 15
b Đặc điểm: 15
c Các loại Grove 15
d Ứng dụng cảm biến Grove trong đời sống 17
2.3.2 Truyền dữ liệu chuẩn I2C 18
a Giới thiệu 18
b Đặc điểm 18
2.3.3 Mạng truyền thông không dây WiFi 19
2.4 LCD RGB 20
2.4.1 Giới thiệu 20
2.4.2 Các thông số kỹ thuật 21
2.5 CẢM BIẾN ÁNH SÁNG – LIGHT SENSOR CLASS 21
2.5.1 Giới thiệu 21
2.5.2 Nguyên lý hoạt động 21
2.5.3 Thông số kỹ thuật 21
2.5.4 Sơ đồ nguyên lý 21
2.6 CẢM BIẾN NHIỆT ĐỘ ĐỘ ẨM – ENV SENSOR CLASS 22
2.6.1 Giới thiệu 22
2.6.2 Thông số kỹ thuật 22
Trang 11vi
2.7 CẢM BIẾN ĐỘ ẨM ĐẤT – EARTH SENSOR CLASS 23
2.7.1 Giới thiệu 23
2.7.2 Nguyên lý hoạt động 23
2.7.3 Thông số kỹ thuật 23
2.7.4 Sơ đồ nguyên lý 24
2.8 CÁC THIẾT BỊ CÔNG SUẤT 24
2.8.1 Relay 24
2.8.2 Đèn 27
2.8.3 Động cơ phun sương 27
2.8.4 Quạt tản nhiệt 28
2.9 MẠCH THU PHÁT Wifi ESP32-CAM 28
2.10 PHẦN MỀM LẬP TRÌNH CHO VI ĐIỀU KHIỂN LOPY 31
2.10.1 Giới thiệu về Arduino IDE 31
2.10.2 Giao diện 31
2.10.3 Vùng lệnh 32
2.10.4 Vùng viết chương trình 32
2.10.5 Vùng thông báo (debug) 33
2.10.6 Hướng dẫn cách thêm thư viện của bộ thí nghiệm vào IDE 35
2.11 GIỚI THIỆU APP INVENTOR 37
2.12 TỔNG QUAN HỆ ĐIỀU HÀNH ANDROID 38
2.13 TỔNG QUAN VỀ DATABASE 39
CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MÔ HÌNH TRỒNG HOA LAN 41
3.1 THIẾT KẾ SƠ ĐỒ KHỐI HỆ THỐNG 41
Trang 12vii
3.1.2 Giải thích chức năng các khối: 41
3.2 THIẾT KẾ VÀ TÍNH TOÁN MẠCH 42
3.2.1 Thiết kế khối công suất 42
3.2.2 Thiết kế khối cảm biến 43
3.2.3 Thiết kế khối hiển thị 44
3.2.4 Sơ đồ nguyên lý toàn mạch 45
3.2.5 Điện áp và dòng điện các linh kiện 45
CHƯƠNG 4: THI CÔNG HỆ THỐNG 48
4.1 THI CÔNG MẠCH 48
4.1.1 Lắp ráp và kiểm tra 49
4.1.2 Thi công mô hình 49
4.2 GIẢI THUẬT ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG 50
4.2.1 Lưu đồ giải thuật trên vi điều khiển LoPy 51
4.2.2 Lưu đồ giải thuật chế độ tự động 52
4.2.3 Lưu đồ giải thuật chế độ điều khiển 53
4.2.4 Lưu đồ giải thuật hiển thị LCD 53
4.2.5 Lưu đồ giải thuật truyền dữ liệu lên firebase 54
4.2.6 Lưu đồ giải thuật code điều khiển trên App 55
CHƯƠNG 5 KẾT QUẢ_NHẬN XÉT_ĐÁNH GIÁ 58
5.1 KẾT QUẢ 58
5.1.1 Kết quả nghiên cứu 58
5.1.2 Kết quả thi công mô hình trồng hoa Lan 58
a Bộ điều khiển hệ thống 58
b Điều khiển và giám sát mô hình từ xa bằng điện thoại 59
Trang 13viii
5.2 NHẬN XÉT VÀ ĐÁNH GIÁ 63
5.2.1 Nhận xét 63
a Ưu điểm 63
b Nhược điểm 63
5.2.2 Đánh giá 63
CHƯƠNG 6 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 65
6.1 KẾT LUẬN 65
6.2 HƯỚNG PHÁT TRIỂN 65
TÀI LIỆU THAM KHẢO 67
Trang 14ix
Hình 2.1 Vi điều khiển LoPy 6
Hình 2.2 Sơ đồ chân vi điều khiển LoPy 7
Hình 2.3 Sơ đồ chi tiết chân vi điều khiển LoPy 8
Hình 2.4 Sơ đồ khối vi điều khiển LoPy 11
Hình 2.5 Vi điều khiển ESP32-PICO-KIT 12
Hình 2.6 Mạch mở rộng Pycom 14
Hình 2.7 Hình chi tiết chân mạch mở rộng Pycom 15
Hình 2.8 Cảm biến môi trường 16
Hình 2.9 Cảm biến chuyển động 16
Hình 2.10 Cảm biến không dây 16
Hình 2.11 Các loại cảm biến giao diện người dùng 17
Hình 2.12 Cảm biến vật lý 17
Hình 2.13 Một số ứng dụng cảm biến Grove 18
Hình 2.14 Mô hình truyền dữ liệu chuẩn I2C 18
Hình 2.15 Mạng WiFi 20
Hình 2.16 LCD RGB 20
Hình 2.17 Cảm biến ánh sáng M5STACK 21
Hình 2.18 Sơ đồ nguyên lý cảm biến ánh sáng M5STACK 22
Hình 2.19 Cảm biến nhiệt độ, độ ẩm ENV M5STACK 22
Hình 2.20 Sơ đồ nguyên lý cảm biến ENV M5STACK 23
Hình 2.21 Sơ đồ nguyên lý cảm biến độ ẩm đất – EARTH M5STACK 24
Hình 2.22 Module Relay Grove 25
Hình 2.23 Sơ đồ nguyên lý module Relay Grove 25
Hình 2.24 Đèn LED cây trồng 27
Hình 2.25 Bơm 12 VDC 28
Hình 2.26 Quạt 12V 28
Hình 2.27 ESP32-CAM 29
Hình 2.28 Sơ đồ nguyên lý ESP32-CAM 30
Hình 2.29 Sơ đồ chân ESP32-CAM 30
Hình 2.30 Phần mềm Arduino 31
Trang 15x
Hình 2.33 Giao diện lập trình Arduino 33
Hình 2.34 Vùng thông báo phần mềm IDE 33
Hình 2.35 Chọn COM nạp code 34
Hình 2.36 Giao diện Examples menu 34
Hình 2.37 Board Arduino sử dụng 35
Hình 2.38 Giao diện phần mềm IDE 35
Hình 2.39 Chọn Preferences 36
Hình 2.40 Cài đặt thư viện 36
Hình 2.41 Cài đặt thư viện ESP32 37
Hình 2.42 Chọn thư viện ESP32 Pico Kit 37
Hình 2.43 Giao diện phần mềm Inventor 38
Hình 2.44 Logo hệ điều hành Android 38
Hình 2.45 Biểu tượng của Database 39
Hình 2.46 Cây Json của Realtime Database 40
Hình 3.1 Sơ đồ khối hệ thống 41
Hình 3.2 Sơ đồ nguyên lý khối công suất 43
Hình 3.3 Sơ đồ nguyên lý khối cảm biến 44
Hình 3.4 Sơ đồ nguyên lý khối hiển thị 44
Hình 3.5 Sơ đồ nguyên lý toàn mạch 45
Hình 3.6 Adapter 5VDC-1A 46
Hình 3.7 Adapter 12VDC-5A 46
Hình 4.1 Lớp dưới PCB của toàn mạch 49
Hình 4.2 Hình ảnh thực tế trên board mạch chính 49
Hình 4.3 Mặt trước mô hình 50
Hình 4.4 Mặt sau mô hình 50
Hình 4.5 Bên trong mô hình 50
Hình 4.6 Mặt trên mô hình 50
Trang 16xi
Hình 4.9 Lưu đồ chế độ tự động 52
Hình 4.10 Lưu đồ chế độ điều khiển 53
Hình 4.11 Lưu đồ hiển thị LCD 54
Hình 4.12 Lưu đồ truyền dữ liệu lên Firebase 55
Hình 4.13 Lưu đồ điều khiển trên app 56
Hình 5.1 Giao diện đăng nhập trên điện thoại 59
Hình 5.2 Cảnh báo sai mật khẩu trên App Android 59
Hình 5.3 Giao diện menu 60
Hình 5.4 Giao diện menu 60
Hình 5.5 Giao diện thoát ứng dụng 60
Hình 5.6 Giao diện đổi mật khẩu 61
Hình 5.7 Thông báo sai mật khẩu 61
Hình 5.8 Giao diện trang chủ 61
Hình 5.9 Giao diện cài đặt thời gian 62
Hình 5.10 Kết quả cơ sở dữ liệu 64
Trang 17xii
Bảng 2.1 Bộ nhớ RAM của vi điều khiển LoPy 6
Bảng 2.2 Bộ nhớ RAM của vi điều khiển LoPy 7
Bảng 2.3 Bảng chi tiết chân vi điều khiển LoPy 8
Bảng 2.4 Bảng so sánh một số loại vi điều khiển ESP32 11
Bảng 2.5 Bảng chi tiết chân vi điều khiển ESP32-PICO-KIT 12
Bảng 2.6 Thông số kỹ thuật ESP32-CAM 29
Bảng 2.7 Bảng chi tiết chân PINOUT ESP32-CAM 30
Bảng 3.1 Bảng kết nối khối công suất với vi điều khiển 43
Bảng 3.2 Bảng kết nối khối cảm biến với vi điều khiển 43
Bảng 3.3 Bảng kết nối khối hiển thị với vi điều khiển 44
Bảng 4.1 Bảng liệt kệ linh kiện sử dụng 48
Bảng 5.1 Kết quả chạy trên App điều khiển bằng Wifi 64
Bảng 5.2 Kết quả thực tế 64
Trang 18CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN
1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ
Trong xu hướng hiện nay, các bộ vi điều khiển đang có ứng dụng ngày càng rộng rãi trong đào tạo, sản xuất và đời sống, đặc biệt là trong kỹ thuật tự động hoá và điều
với nhiều ưu điểm so với IC số như: thiết kế mạch đơn giản, lập trình dễ dàng, có tốc độ
xử lý mạnh mẽ,… từ đó mang lại cho người dùng nhiều tiện ích Trong những năm gần đây, các nhà sản xuất điện tử đã cho ra đời những dòng vi điều khiển với những tính năng mới đáp ứng nhu cầu phát triển ngày càng cao của khoa học kỹ thuật
Một trong những vi điều khiển mới chính là vi điều khiển LoPy được thiết kế chuyên cho các ứng dụng IoT (Internet of Things) với công suất nhỏ nhằm mục đích điều khiển thiết bị ngoại vi chuẩn giao tiếp Grove, kết nối với những cảm biến lego của hãng M5STACK, truyền dữ liệu dựa trên nền tảng IoT đa giao thức của hãng Pycom Trước đây, với đề tài: “Thi công mô hình hệ thống trồng hoa Lan” của nhóm tác giả Nguyễn Quang Thạnh - Phan Thanh Triều, đã sử dụng nhiều cảm biến như cảm biến
Arduino Mega 2560, các vi điều khiển phổ biến để tạo ra một hệ thống khá hiệu quả và tính ứng dụng cao
Qua những thông tin trên cùng với kinh nghiệm và các kiến thức đã tích lũy được,
nhóm làm đề tài kiến nghị thực hiện đề tài có tên là: “Ứng dụng vi điều khiển LoPy và
cảm biến Lego M5STACK vào thiết kế và thi công mô hình nhà kính trồng hoa Lan” Với
vi điều khiển LoPy và các cảm biến Lego M5STACK còn khá mới mẻ và chưa phổ biến rộng rãi trong cộng đồng nên các tài liệu hướng dẫn và lập trình hầu như là chưa có Đề tài sẽ là những bước đi tiên phong tạo ra cách tiếp cận vi điều khiển mới để có thể phục
vụ nhu cầu học tập, nghiên cứu của mọi người và phát triển cho mọi người
1.2 MỤC TIÊU
Nghiên cứu và ứng dụng vi điều khiển LoPy cùng cảm biến Lego M5STACKđể thiết kế và thi công mô hình trồng hoa Lan gồm các mục tiêu cụ thể: thiết kế được hệ thống điều khiển và tự động trồng hoa Lan thông qua việc giám sát các thông số nhiệt
Trang 192
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH
độ, độ ẩ m không khí, độ ẩm đất, ánh sáng và camera qua mạng WiFi bằng App Android được lưu trên Database
1.3 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU
Trong quá trình thực hiện Đồ án tốt nghiệp với đề tài: “Ứng dụng vi điều khiển
LoPy và cảm biến Lego M5STACK vào thiết kế và thi công mô hình nhà kính trồng hoa Lan”, nhóm đã tập trung giải quyết và hoàn thành được những nội dung sau:
- NỘI DUNG 1: Nghiên cứu, khảo sát kết nối vi điều khiển LoPy với một số loại cảm biến M5STACK
- NỘI DUNG 2: Nghiên cứu kết nối vi điều khiển LoPy với Database để cập nhật dữ liệu, dùng cho việc hiển thị thông số nhiệt độ, độ ẩm không khí, độ ẩm đất và ánh sáng trong mô hình trồng hoa Lan
- NỘI DUNG 3: Nghiên cứu xây dựng App Android giám sát hệ thống mô hình trồng hoa Lan
- NỘI DUNG 4: Thiết kế và thi công mô hình trồng hoa Lan
- NỘI DUNG 5: Thi công phần cứng, chạy thử nghiệm, hiệu chỉnh hệ thống và đánh giá kết quả
- NỘI DUNG 6: Viết luận văn báo cáo và bảo về đề tài tốt nghiệp
Chương 2: Cơ sở lý thuyết
Chương này trình bày tổng quát về các lý thuyết bộ thí nghiệm HOBI IoT LabBox Giới thiệu các kiến thức liên quan tới đề tài, giới thiệu các cảm biến, linh kiện, thiết bị
sử dụng để thiết kế hệ thống và các loại giao thức truyền dữ liệu
Chương 3: Thiết kế và tính toán
Trang 20Tính toán, thiết kế hệ thống giám sát và điều khiển nhà kính trồng hoa Lan trên nền tảng: giám sát nhiệt độ, độ ẩm, độ ẩm đất và ánh sáng ứng dụng IoT
Chương 4: Thi công hệ thống
Trong chương này, nhóm tác giả sẽ thi công hệ thống, đóng gói và thi công mô hình, lập trình hệ thống và viết tài liệu hướng dẫn sử dụng, thao tác
Chương 5: Kết quả_ nhận xét_đánh giá
Đưa ra các kết quả đạt được của hệ thống sau một thời gian hoạt động, các hình ảnh
về mô hình hệ thống, đưa ra các nhận xét, đánh giá các số liệu đạt được
Chương 6: Kết luận và hướng phát triển
Trình bày các kết luận về hệ thống những gì đã làm được, chưa làm được và hướng cải tiến, phát triển hệ thống
Trang 214
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH
CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
2.1 CƠ SỞ LÝ THUYẾT MÔ HÌNH TRỒNG HOA LAN
2.1.1 Cách trồng lan
a Điều kiện nhiệt độ khi trồng lan
Hoa lan sinh trưởng thích hợp nhất ở những vùng có khí hậu ấm áp Ban ngày nhiệt
độ từ 27 đến 32 độ C, ban đêm từ 16 đến 18 độ C và đặc biệt cây lan sẽ rất dễ bị rụng lá khi nhiệt độ quá thấp
b Điều kiện ánh sáng khi trồng lan
Lượng ánh sáng loài hoa này cần là rất lớn, cần khoảng 70% ánh sáng mặt trời để hoa phát triển tốt Tuy nhiên, ánh sáng cao quá sẽ khiến cho cây bị cháy và rộp lá Còn khi thiếu sáng thì cây sẽ ngày một ốm yếu, lá mỏng, hoa nhỏ và có thể không ra hoa
c Độ ẩm cần thiết khi trồng lan
Lan cần khoảng 50% đến 80% độ ẩm để có thể nuôi dưỡng nó
d Độ thông gió
Môi trường luôn ẩm, mát mẻ và thông thoáng thì lan rất dễ để phát triển Để giữ
ẩm cho lan có thể làm với vòi nước phun sương, tưới nhiều nước hơn để giữ ẩm cho cây,…
2.1.2 Cách chăm sóc lan
a Điều kiện ánh sáng khi chăm sóc lan
Do cây rất ưa sáng nên khi cây trưởng thành đặc biệt là giai đoạn ra hoa, cần phải cho cây hấp thu 100% ánh sáng Càng được chiếu ánh sáng thì cây sẽ càng khỏe mạnh
và cho hoa càng đẹp
b Điều kiện nhiệt độ và độ ẩm khi chăm sóc lan
Các dòng lan nắng xưa phù hợp với các chỉ số môi trường:
(10 độ C)
- Nắng: Cần thật nhiều nắng nhưng phải có lưới che cây để tránh bị cháy, rộp lá
- Độ ẩm: Độ trung bình dao động từ 60 đến 70%
c Chế độ nước tưới khi chăm sóc lan
Trang 22Để cách chăm sóc cho lan phát huy hiệu quả cao nhất, cần cung cấp độ ẩm thích hợp cho cây Đặc biệt cây con cần khoảng 70 đến 75% Trong chu trình chăm sóc cây con rất quan trọng về độ ẩm, nếu tưới quá ẩm rễ cây dễ bị úng, cây vàng và chậm lớn Bên cạnh đó, nếu thiếu ẩm rễ cây phát triển kém, hạn chế hấp thu dinh dưỡng Nước tưới cho cây yêu cầu không mặn, phèn, không cứng (chứa các ion như Ca2+, Mg2+,…) có
độ pH tối ưu từ 5,5 đến 6,8
Khi tưới nước cho cây cần chú ý nguyên tắc: Tưới tạo độ ẩm xung quanh môi trường trồng (tưới vòm tròn xung quanh cây) sẽ tốt hơn thay vì chỉ tưới ẩm cục bộ trong chậu hay trong giá thể
Chỉ nên cung cấp nước đủ ẩm cho cây, nên tưới vào sáng sớm hay chiều mát, tránh tưới buổi trưa khi trời đang nắng gắt hoặc tưới quá muộn làm cho cây dễ bị bệnh
Bên cạnh đó, cũng có thể bổ sung tưới nước trên mái che hoặc dưới giàn ươm nhằm tăng độ ẩm, giảm nhiệt độ vườn ươm,… Có thể tăng số lần tưới trong ngày tùy điều kiện thời tiết để cây phát triển tốt
2.2 GIỚI THIỆU VI ĐIỀU KHIỂN LOPY
2.2.1 Nền tảng IoT đa giao thức LoPy
LoPy là một nhóm phát triển kích hoạt MicroPython bốn mạng nhỏ gọn (LoRa, Sigfox, WiFi, Bluetooth) và là nền tảng IoT hoàn hảo cho những thiết bị được kết nối LoPy mang đến sự kết hợp giữa tốc độ xử lý mạnh, sự thân thiện và tính linh hoạt LoPy có thể hoạt động như một cổng nano LoRa và nền tảng phát triển đa năng (LoRa, Sigfox, WiFi và BLE) phù hợp với tất cả các mạng LoRa và Sigfox trên toàn cầu Nó được lập trình với các plugin MicroPython và Pymakr để phát triển ứng dụng IoT nhanh chóng, lập trình dễ dàng trong lĩnh vực và khả năng phục hồi nhanh hơn với chuyển đổi dự phòng mạng Có thể định cấu hình LoPy ở chế độ LoRa để gửi các gói trực tiếp giữa các LoPy Sự pha trộn tốt nhất của tốc độ để triển khai và truy cập vào các mạng LPWAN mới được triển khai trên khắp Châu Âu, Hoa Kỳ, Châu Phi và Ấn
Độ LoPy được chứng nhận CE, FCC, LoRaWAN và Sigfox
Trang 236
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH
Hình 2.1 Vi điều khiển LoPy
a Thông số LoPy
- 2 x UART, SPI, 2 x I2C, I2S, thẻ micro SD
- Kênh tương tự: ADC 8 × 12 bit
- Bộ hẹn giờ: 4 × 16 bit với PWM và chụp đầu vào
- GPIO: Tối đa 24
- Tần số: 32KHz
- Nguồn:
• Đầu vào: 3,3V → 5,5V
• Đầu ra 3,3V có khả năng tìm nguồn lên tới 400mA
• WiFi: 12mA ở chế độ hoạt động, 5uA ở chế độ chờ
• LoRa: 15mA ở chế độ hoạt động, 1uA ở chế độ chờ
• Sigfox (Châu Âu): 12mA ở chế độ Rx, 42mA ở chế độ Tx và 0,5uA ở chế độ chờ
• Sigfox (Úc, New Zealand và Nam Mỹ): 12mA ở chế độ Rx, 120 mA ở chế độ
Tx và 0,5uA ở chế độ chờ
Bảng 2.1 Bộ nhớ RAM của vi điều khiển LoPy
Trang 24Slow RTC RAM Vùng RAM chậm có thể truy cập bằng Ultra Ultra
Low Bộ đồng xử lý điện trong khi ngủ sâu
8KB
40MHz
4MB
Bảng 2.2 Bộ nhớ RAM của vi điều khiển LoPy
và cấu hình chip) và 768 còn lại bit được dành riêng cho các ứng dụng của khách hàng, bao gồm Mã hóa Flash Flash
và ID Chip Chip
1Kbit
b Sơ đồ chân LoPy
Hình 2.2 Sơ đồ chân vi điều khiển LoPy
Trang 258
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH
Hình 2.3 Sơ đồ chi tiết chân vi điều khiển LoPy Bảng 2.3 Bảng chi tiết chân vi điều khiển LoPy
STT ESP32
GPIO
TÊN CHÂN
CHỨC NĂNG
GND trong khi khởi động Thiết bị sẽ vào chế độ bộ nạp khởi động Đã kết nối với bảng LED RGB trên bảng mạch
Trang 267 5 - Lora/Sigfox
xung SPI CLK
khích sử dụng bên ngoài
xung SPI MOSI
khích sử dụng bên ngoài
xung MISO
khích sử dụng bên ngoài
3,3V trong khi khởi động thiết bị vào chế
độ khởi động an toàn
Trang 2710
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH
cho 3,3V vào pin
Low = on–board, High = U.FL
(*) ADC2 hiện không được hỗ trợ trong fimware micropython
❖ Lưu ý khi Reset mạch:
- Bộ tải khởi động cấp thấp: P2+GND
Để cập nhật fimware của LoPy, nó cần được đặt vào chế độ bootloader Để thực hiện việc này, P2 cần được kết nối GND khi thiết bị khởi động lại Khi ở trong chế độ bootloader có thể sử dụng firmware Pycom công cụ cập nhật để cập nhật lên firmware chính thức mới nhất Sau đó LED nhấp nháy có nghĩa là được cung cấp với mã nguồn
- Chế độ khởi động và khởi động an toàn: P12+3V3
Điều này rất hữu ích nếu thiết bị được lập trình với mã gây ra thiết bị gặp sự cố hoặc không thể truy cập Để truy cập chế độ này, cần kết nối P12 với 3,3V và đặt lại thiết bị Khi vào chế độ khởi động an toàn, đèn LED trên mạch sẽ bắt đầu nhấp nháy 1~3s: khởi động an toàn, firmware mới nhất được chọn
4~6s: khởi động an toàn, cập nhật người dùng trước đã chọn
7~9s: khởi động an toàn, chương trình cơ sở được chọn
Trang 28c Sơ đồ khối của Lopy
Hình 2.4 Sơ đồ khối vi điều khiển LoPy
Với nền tảng IoT đa giao thức LoPy, sử dụng vi điều khiển ESP32 Pico Kit được sản xuất bởi Espressif Cốt lõi của board mạch này là ESP32-PICO-D4, với đầy đủ chức năng Wi-Fi và Bluetooth
Bảng 2.4 Bảng so sánh một số loại vi điều khiển ESP32
Tên sản
phẩm
Mã linh kiện nhà sản xuất
Mô tả sản phẩm
Flase Size
Kích thước PSRAM
Loại Ăng-ten
Sản phẩm liên quan
ESP32-DevkitC
DevkitC-
PCB bên trong
WROVER-E
DevkitC-VIE
ESP32-Bảng phát triển
đa năng ESP32, nhúng ESP32-WROVER-IE, flash 8MB
IPEX bên ngoài
WROVER-IE
Trang 29ESP32-Bảng phát triển SEP32, giao thức JTAG, màn hình TFT và máy ảnh được
hỗ trợ, WROVER-KIT-
ESP32-
PICO-KIT
PICO-KIT
ESP32-Bảng phát triển ESP32-PICO-D4
3D bên trong
D4
ESP32-PICO-So sánh với các ESP32 khác, ESP32-PICO-D4 tích hợp một số thành phần ngoại
vi trên board, bao gồm bộ tạo dao động tinh thể 40 MHz, flash 4MB, tụ lọc và RF Điều này giúp giảm đáng kể số lượng và chi phí của các thành phần bổ sung, chi phí lắp ráp
và thử nghiệm tiếp theo, cũng như độ phức tạp của sản phẩm
Hình 2.5 Vi điều khiển ESP32-PICO-KIT Bảng 2.5 Bảng chi tiết chân vi điều khiển ESP32-PICO-KIT
Thành phần cấu tạo Mô tả
Trang 30Thành phần cấu tạo Mô tả
USB-UART bridge
Cầu nối USB-UART đơn chip: CP2102 trong V4 cung cấp tốc
độ truyền lên tới 1 Mbps và CP2102N trong V4.1 cung cấp tốc
độ truyền lên tới 3 Mbps
giao diện giao tiếp giữa máy tính và bo mạch
I/O
Tất cả các chân trên ESP32-PICO-D4 được chia ra để tiêu đề pin Có thể lập trình ESP32 để kích hoạt nhiều chức năng, chẳng hạn như PWM, ADC, DAC, I2C, I2S, SPI, v.v
Trang 3114
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH
Hình 2.6 Mạch mở rộng Pycom
a Các đặc điểm của mạch mở rộng 3.0
- Cấp nguồn bằng USB hoặc LiPo
- Bộ chuyển đổi USB sang nối tiếp tùy chỉnh với chế độ bộ nạp khởi động tự
- Đầu nối pin kiểu JST
- Có LED báo nguồn và báo sạc
- Đèn LED một người dùng và một công tắc người dùng
- Nút vào chế độ an toàn
- Kiểm soát điện áp nguồn thông qua WiPy ADC
- Rất nhiều nút nhảy để bật/tắt tính năng
b Mạch sạc
Mạch mở rộng mang đặc điểm mạch sạc pin Li-Ion/Li-Po một cục Khi mạch đang được cấp nguồn thông qua đầu nối USB, mạch mở rộng sẽ sạc pin (nếu được nối vào) Khi đầu nối CHG hiện diện, pin sẽ sạc ở mức 450mA Nếu giá trị này quá cao cho ứng dụng, tháo đầu nối để xuống dòng sạc 100mA Để sử dụng pin, kéo P8/G15 lên mức cao (nối đến 3.3V) Nếu muốn sử dụng thẻ SD tốt, sử dụng một điện trở kéo lên 10K
Trang 32c Sơ đồ chân ra
Hình 2.7 Hình chi tiết chân mạch mở rộng Pycom 2.3 CÁC CHUẨN GIAO TIẾP
2.3.1 Chuẩn giao tiếp GROVE
a Khái niệm về Grove
Grove là một hệ thống tạo mẫu kết nối tiêu chuẩn hóa Grove có một cách tiếp cận khối xây dựng để lắp ráp thiết bị điện tử So với hệ thống dựa trên hàn, việc kết nối, thử nghiệm, xây dựng và đơn giản hóa hệ thống học tập dễ dàng hơn Một số hệ thống nguyên mẫu khác ngoài kia đưa cấp độ xuống để xây dựng các khối Bộ vi xử lý cho phép dễ dàng kết nối bất kỳ đầu vào hoặc đầu ra nào từ các cảm biến Grove
b Đặc điểm:
- Giá cả hợp lý cho tất cả mọi người
- Bộ công cụ mạnh, bao gồm các yếu tố từ phát hiện quán tính đến các giao tiếp không dây
- Giao diện thống nhất, PnP (plug and play) không cần hàn
c Các loại Grove
Đã có hơn 70 loại cảm biến Grove cộng với nhiều ứng dụng Chúng được phân thành 5 loại: cảm biến môi trường, cảm biến chuyện động, cảm biến không dây, cảm biến giao diện người dùng và cảm biến vật lý
❖ Cảm biến môi trường
Các cảm biến trong danh mục này giúp theo dõi và báo cáo về môi trường với nỗ lực tối thiểu
Trang 3316
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH
Hình 2.8 Cảm biến môi trường
❖ Cảm biến chuyển động
Cảm biến loại này cho phép vi điều khiển phát hiện chuyển động, vị trí và hướng
Có thể làm cho chuyển động của vi điều khiển hiểu được trong không gian 3 chiều hoặc xác định hướng đi lên với sự trợ giúp của gia tốc kế 3 trục và la bàn
Hình 2.9 Cảm biến chuyển động
❖ Cảm biến không dây
Các cảm biến trong danh mục này hỗ trợ vi điều khiển có khả năng giao tiếp không dây như RF, Bluetooth,…
Hình 2.10 Cảm biến không dây
❖ Cảm biến giao diện người dùng
Trang 34Các cảm biến loại này cho phép giao tiếp với vi điều khiển thông qua các cảm biến đầu vào, chẳng hạn như bàn phím cảm ứng, cần điều khiển hoặc giọng nói Hoặc có thể chọn các mạch đầu ra, như dải đèn LED, động cơ hoặc thậm chí là màn hình OLED
Hình 2.11 Các loại cảm biến giao diện người dùng
Trang 3518
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH
Hình 2.13 Một số ứng dụng cảm biến Grove 2.3.2 Truyền dữ liệu chuẩn I2C
a Giới thiệu
I2C là giao thức truyền thông nối tiếp đồng bộ phổ biến hiện nay, được sử dụng rộng rãi trong việc kết nối nhiều IC với nhau, hay kết nối giữa IC và các ngoại vi với tốc độ thấp Các thiết bị ngày nay như: NVRAM, LCD, keypad, led matrix, ADC, DAC… gần như tất cả đều hướng tới dùng chuẩn này Tốc độ I2C ngày càng cao và có thể lên đến Mbit/s
Hình 2.14 Mô hình truyền dữ liệu chuẩn I2C
b Đặc điểm
- 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) Một đường dữ liệu (SDA) theo 2 hướng
Trang 36- Hai chân này luôn hoạt động ở chế độ mở, vì vậy để sử dụng được cần phải có điện trở kéo lên
- Có rất nhiều thiết bị có thể cùng được kết nối vào một bus I2C, tuy nhiên dữ liệu
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 liệu hay có thể vừa truyền vừa nhận Hoạt động truyền hay nhận còn tùy thuộc vào việc thiết bị đó là chủ (master) hoặc tớ (slave)
- Nói cách khác, 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 cập vào nó
2.3.3 Mạng truyền thông không dây WiFi
Wi-Fi viết tắt từ Wireless Fidelity hay mạng 802.11 là hệ thống mạng không dây
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 dụng cho thiết bị cầm tay, điện thoại di động và các thiết bị khác Nó có thể chuyển và nhận sóng
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: Chúng truyền 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 loại chuẩn kết nối IEEE 802.11, và chủ yếu hiện nay Wifi hoạt động trên băng tần 54 Mbps và có tín hiệu mạnh nhất trong khoảng cách 100 feet
Trang 3720
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH
Hình 2.15 Mạng WiFi 2.4 LCD RGB
2.4.1 Giới thiệu
Grove - LCD RGB Backlight là đèn nền LCD 16x2 đủ màu Độ tương phản cao và
dễ sử dụng làm cho nó trở thành màn hình LCD I2C hoàn hảo cho Arduino và Raspberry
Pi
Màn hình LCD 16x2 truyền thống cần tới 10 chân I / O để hiển thị và màn hình LCD 16x2 có đèn nền RGB cần thêm 3 chân để điều khiển màu đèn nền Điều này sẽ chiếm rất nhiều chân I / O trên bảng điều khiển chính, đặc biệt là đối với các bảng phát triển có ít tài nguyên I / O như Arduino và Raspberry Pi Với sự trợ giúp của đầu nối Grove I2C, chỉ cần 2 chân tín hiệu và 2 chân nguồn Chỉ cần cắm nó vào giao diện I2C thông qua cáp Grove
Màn hình LCD có các ký tự RGB đủ màu Điều đó có nghĩa là có thể thay đổi màu sắc: đỏ, xanh lá cây, xanh dương, hồng, trắng, vàng tím,
Hình 2.16 LCD RGB
Trang 38LIGHT là cảm biến cường độ ánh sáng với một quang điện trở có thể điều chỉnh,
có khả năng thay đổi điện trở theo cường độ ánh sáng chiếu vào
2.5.2 Nguyên lý hoạt động
Một quang điện trở là một điện trở biến điều khiển ánh sáng Điện trở của một quang điện trở giảm khi tăng cường độ ánh sáng tới và ngược lại Nhận biết cường độ ánh sáng của môi trường, cảm biến trả ra giá trị điện áp tín hiệu tương tự tuyến tính với cường độ ánh sáng Tín hiệu xuất ra của cảm biến là tín hiệu HIGH (5V) hoặc LOW tượng trưng cho các trạng thái bật, tắt thiết bị
Hình 2.17 Cảm biến ánh sáng M5STACK 2.5.3 Thông số kỹ thuật
Trang 3922
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH
Hình 2.18 Sơ đồ nguyên lý cảm biến ánh sáng M5STACK
2.6 CẢM BIẾN NHIỆT ĐỘ ĐỘ ẨM – ENV SENSOR CLASS
2.6.1 Giới thiệu
ENV là một cảm biến môi trường, có thể được sử dụng để đo nhiệt độ, độ ẩm và
áp suất khí quyển Xây dựng với DHT12 và BMP280
Hình 2.19 Cảm biến nhiệt độ, độ ẩm ENV M5STACK
DHT12 là phiên bản nâng cấp của cảm biến nhiệt độ độ ẩm DHT11, tương thích với chuẩn giao tiếp I2C BMP280 là một cảm biến áp suất khí quyển tuyệt đối được thiết
kế đặc biệt cho các ứng dụng di động, mang lại sự linh hoạt cao nhất để tối ưu hóa thiết
bị về mức tiêu thụ điện, độ phân giải và hiệu suất của bộ lọc
2.6.2 Thông số kỹ thuật
- Chuẩn giao tiếp: I2C, 1-wire
- Nguồn cấp: DC 3,3 - 5V
Trang 40- Dòng hoạt động: 2mA
- Dòng tĩnh: 60uA
- Chu kỳ lấy mẫu dữ liệu: lớn hơn 2 giây
- Phạm vi đo nhiệt độ: -20 ~ 60 ℃, độ phân giải: ± 0,2 oC
- Phạm vi đo độ ẩm: 20 ~ 95% rh, độ phân giải: 0,1%
- Phạm vi đo áp suất không khí: 300 ~ 1100hPa, độ phân giải: ± 1hPa
2.6.3 Sơ đồ nguyên lý
Hình 2.20 Sơ đồ nguyên lý cảm biến ENV M5STACK
2.7 CẢM BIẾN ĐỘ ẨM ĐẤT – EARTH SENSOR CLASS
Có thể đọc độ ẩm trong đất bằng ADC Bên trong Thiết bị này, có thêm một chiết
áp để thay đổi phạm vi đo
2.7.3 Thông số kỹ thuật