Thiết kế và thi công mô hình hệ thống trồng hoa lan sử dụng nguồn pin năng lượng mặt trời

1.2 MỤC TIÊU Xây dựng được một bộ điều khiển giám sát trồng hoa lan trong đó đề tài điều khiển được nhiệt độ, độ ẩm bằng cách điều khiển hệ thống quạt và hệ thống phun sương, mái che, đè

SVTH: NGUYỄN ANH DUY MSSV: 15141118

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ TRUYỀN THÔNG

KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH

NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ TRUYỀN THÔNG

THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MÔ HÌNH HỆ THỐNG TRỒNG HOA LAN SỬ DỤNG NGUỒN PIN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI

GVHD: Ths Võ Đức Dũng

SVTH:

- Sinh viên 1:

KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH

LƯỢNG MẶT TRỜI

GVHD: Ths Võ Đức Dũng

SVTH:

Tp Hồ Chí Minh – 12/2019

TRƯỜNG ĐH SPKT TP HỒ CHÍ MINH

KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

ĐỘC LẬP - TỰ DO - HẠNH PHÚC

o0o

Tp HCM, ngày 23 tháng 12 năm 2019

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Họ tên sinh viên: Nguyễn Đắc Tuấn Phương MSSV: 15141251

Nguyễn Anh Duy MSSV: 15141118 Chuyên ngành: Điện Tử Công Nghiệp Mã ngành: 141

Hệ đào tạo: Đại học chính quy Mã hệ: 1

Khóa: 2015 Lớp: 15141DT1B

I TÊN ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MÔ HÌNH HỆ THỐNG TRỒNG

HOA LAN SỬ DỤNG NGUỒN PIN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI

II NHIỆM VỤ

1 Các số liệu ban đầu:

• Chọn hoa lan làm đối tượng nghiên cứu

• Thiết kế mô hình điều khiển

• Sử dụng LCD hiển thị dữ liệu trên mô hình

• Kích thước mô hình 60x40x40

2 Nội dung thực hiện:

• NỘI DUNG 1: Tìm hiểu và nghiên cứu về cấu tạo phần cứng, nguyên lý hoạt

động, tính năng của các Module ARM STM32F103C8T6, Module NODEMCU ESP8266, DHT11, Cảm biến mưa, Cảm biến ánh sáng, Cảm biến độ ẩm đất,

Động cơ bước, Module DRV8825

• NỘI DUNG 2: Tìm hiểu về cách sử dụng nguồn pin năng lượng mặt trời

• NỘI DUNG 3: Tìm hiểu và nghiên cứu về lập trình Webserver

• NỘI DUNG 4: Các giải pháp thi thiết kế hệ thống, thi công mô hình

• NỘI DUNG 5: Thiết kế hệ thống điều khiển, lưu đồ giải thuật và chương trình điều khiển mô hình

• NỘI DUNG 6: Thiết kế hoàn chỉnh mô hình thực tế

• NỘI DUNG 7: Chạy thử nghiệm hệ thống

• NỘI DUNG 8: Cân chỉnh hệ thống

• NỘI DUNG 9: Viết sách luận văn

• NỘI DUNG 10: Bảo vệ đề tài tốt nghiệp

III NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 26/08/2019

IV NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 20/12/2019

V HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: ThS Võ Đức Dũng

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN BM ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH

TRƯỜNG ĐH SPKT TP HỒ CHÍ MINH

KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM ĐỘC LẬP - TỰ DO - HẠNH PHÚC

Tên đề tài: Thiết kế và thi công mô hình hệ thống trồng hoa lan sử dụng nguồn pin

năng lượng mặt trời

4

(16/9-22/9)

- Tìm hiểu về cách sử dụng nguồn pin năng lượng mặt trời

- Tìm hiểu và nghiên cứu về lập trình Webserver

- Các giải pháp thi thiết kế hệ thống, thi công mô

hình

5

(23/9-29/9)

- Thiết kế sơ đồ khối, giải thích chức năng

- Tính toán lựa chọn linh kiện cho từng khối

- Thiết kế sơ đồ nguyên lý và giải thích hoạt

động của mạch

6

(30/9-6/10)

- Viết chương trình

- Thi công mạch, xây dựng mô hình

- Thiết kế Web Server

7

(7/10-13/10)

- Viết chương trình

- Thi công mạch, xây dựng mô hình

- Thiết kế Web Server

- Thi công mạch, xây dựng mô hình

- Hoàn thiện mô hình, chạy thử và sửa lỗi

- Viết báo cáo

LỜI CAM ĐOAN

Đề tài này là do chúng tôi tự thực hiện dựa vào một số tài liệu trước đó và không sao chép từ tài liệu hay công trình đã có trước đó Nếu có bất kỳ sự gian lận nào chúng tôi xin chịu trách nhiệm về nội dung đồ án của mình

Người thực hiện đề tài:

Nguyễn Đắc Tuấn Phương

Nguyễn Anh Duy

LỜI CẢM ƠN

Em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến Thầy Võ Đức Dũng _ Giảng viên bộ môn Điện Tử Công Nghiệp – Y Sinh đã trực tiếp hướng dẫn và tận tình giúp đỡ tạo điều kiện để em có thể hoàn thành tốt đề tài

Em chân thành cảm ơn các thầy cô bộ môn Điện Tử Công Nghiệp – Y Sinh

đã góp ý và chia sẻ nhiều kinh nghiệm quý báu cho em thực hiện tốt đề tài

Em xin gửi lời chân thành cảm ơn các thầy cô trong Khoa Điện-Điện Tử đã tạo những điều kiện tốt nhất cho em hoàn thành đề tài

Em cũng gửi lời đồng cảm ơn đến các bạn của lớp thực hiện ĐATN đã chia sẻ trao đổi kiến thức cũng như những kinh nghiệm quý báu trong thời gian thực hiện đề tài

Cảm ơn cha mẹ rất nhiều vì đã luôn tận tâm chăm sóc, lo lắng giúp đỡ em là nguồn động viên vô cùng lớn giúp em có thể hoàn thành đề tài

Xin chân thành cảm ơn!

Người thực hiện đề tài:

Nguyễn Đắc Tuấn Phương

Nguyễn Anh Duy

MỤC LỤC

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN 1

1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ 1

1.2 MỤC TIÊU 2

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 QUY TRÌNH TRỒNG HOA LAN 4

2.1.1Đặc tính sinh trưởng của hoa lan 4

2.1.2Mô tả quy trình chăm sóc 5

2.2 QUY TRÌNH HOẠT ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG 6

2.3 TỔNG QUAN VỀ ARM STM32 6

2.4 TỔNG QUAN VỀ NODEMCU ESP8266 8

2.5 HỆ THỐNG PIN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI 10

2.5.1 Tấm pin năng lượng mặt trời 10

2.5.2Bộ điều khiển sạc 12

2.5.3Bình ắc quy 14

2.6 TỔNG QUAN VỀ IOT 15

2.7 TỔNG QUAN VỀ WEB 16

2.8 CÁC CHUẨN GIAO TIẾP 16

2.8.1 Chuẩn giao tiếp uart 16

2.8.2 Chuẩn giao tiếp i2c 17

2.8.3 Chuẩn giao tiếp one-wire 18

CHƯƠNG 3 TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ 20

3.1 GIỚI THIỆU 20

3.2 TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG 20

3.2.1 Thiết kế sơ đồ khối hệ thống 20

3.2.2 Tính toán và thiết kế mạch 22

3.2.3 Sơ đồ nguyên lý toàn mạch 47

CHƯƠNG 4 THI CÔNG HỆ THỐNG 48

4.1 GIỚI THIỆU 48

4.2 THI CÔNG HỆ THỐNG 48

4.2.1 Thi công bo mạch 48

4.2.2 Lắp ráp và kiểm tra 51

4.3 ĐÓNG GÓI VÀ THI CÔNG MÔ HÌNH 52

4.4 LẬP TRÌNH HỆ THỐNG 52

4.4.1Lưu đồ giải thuật 52

4.4.3Phần mềm lập trình cho web 65

4.4.4Công cụ lập trình Web server 71

4.5 TÀI LIỆU HƯỚNG DẪN SỬ DỤNG, THAO TÁC 74

CHƯƠNG 5 KẾT QUẢ_NHẬN XÉT_ĐÁNH GIÁ 75

5.1 KẾT QUẢ 75

5.2 NHẬT XÉT VÀ ĐÁNH GIÁ 82

CHƯƠNG 6 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 83

6.1 KẾT LUẬN 83

6.2 HƯỚNG PHÁT TRIỂN 83

TÀI LIỆU THAM KHẢO 84

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 2.1 Hình ảnh về STM32F103C8T8 8

Hình 2.2 Module NodeMCU ESP8266 và sơ đồ chân 8

Hình 2.3 Mạch nguyên lý của NodeMCU ESP8266 10

Hình 2.4 Tấm pin năng lượng mặt trời 10W 10

Hình 2.5 Ứng dụng pin năng lượng mặt trời vào trồng trọt 12

Hình 2.6 Bộ Điều Khiển Sạc Solar 12V/24V 10A 13

Hình 2.7 Bình ắc-quy 12V-5Ah 14

Hình 2.8 Mô hình sơ đồ IOT 15

Hình 2.9 Giao tiếp UART 17

Hình 2.10 Giao tiếp I 2 C 17

Hình 2.11 Giao tiếp One-Wire 18

Hình 2.12 Giao tiếp One-Wire 19

Hình 3.1 Sơ đồ khối hệ thống 20

Hình 3.2 Sơ đồ khối hệ thống thiết bị thực tế 21

Hình 3.3 Khối xử lý trung tâm sử dụng ARM STM32F103C8T6 23

Hình 3.4 ESP8266 NODEMCU 24

Hình 3.5 Sơ đồ nối dây giữa ARM STM32F103C8T6 và NODEMCU 25

Hình 3.6 Mô tả chức năng của MQTT Broker 28

Hình 3.7 Màn hình LCD 20x4 28

Hình 3.8 Mạch chuyển giao tiếp LCD 20X4 29

Hình 3.9 Kết nối LCD với I2C 30

Hình 3.10 Sơ đồ kết nối vi xử lý với I2C 30

Hình 3.11 Nút nhấn 2 chân 31

Hình 3.12 Hình cảm biến DHT11 31

Hình 3.13 Kết nối cảm biến DHT11 với STM32F103C8T6 32

Hình 3.14 Hình ảnh cảm biến độ ẩm đất 33

Hình 3.15 Kết nối cảm biến độ ẩm đất và STM32F103C8T6 34

Hình 3.16 Cảm biến mưa 35

Hình 3.17 Cảm biến ánh sáng 35

Hình 3.18 Hình ảnh Module Relay thực tế 36

Hình 3.19 Sơ đồ nguyên lý của Module Relay 37

Hình 3.20 Hình ảnh động cơ phun sương và bơm tưới 38

Hình 3.21 Kết nối bơm phun sương với Relay 39

Hình 3.22 Kết nối bơm tưới với Relay 39

Hình 3.23 Đèn sợi tóc 39

Hình 3.24 Kết nối đèn sợi tóc với Relay 40

Hình 3.25 Quạt 40

Hình 3.26 Kết nối quạt với Relay 41

Hình 3.27 Còi SFM27 41

Hình 3.28 Kết nối chuông báo với Relay 42

Hình 3.29 Động cơ bước 42

Hình 3.30 Kết nối động cơ bước với stm32f103c8t6 43

Hình 3.31 Bình ắc-quy 12V-5Ah 44

Hình 3.32 Tấm pin năng lượng mặt trời 10W 44

Hình 3.33 Sơ đồ kết nối hệ thống năng lượng mặt trời 45

Hình 3.34 Hình ảnh module hạ áp LM2596 46

Hình 3.35 Hình sơ đồ nguyên lý mạch hạ áp LM2596 46

Hình 3.36 Sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển trung tâm 47

Hình 4.1 Sơ đồ bố trí linh kiện mặt trên 50

Hình 4.2 Sơ đồ bố trí linh kiện mặt dưới 50

Hình 4.3 Mạch điều khiển sau khi hoàn thành 51

Hình 4.4 Mô hình sau khi lắp 52

Hình 4.5 Lưu đồ chương trình code điều khiển 53

Hình 4.6 Lưu đồ chế độ tự động 54

Hình 4.7 Lưu đồ chế độ tay 55

Hình 4.8 Lưu đồ chuyển dữ liệu lên wed 56

Hình 4.9 Lưu đồ chế độ điều khiển bằng wed 57

Hình 4.10 Quy trình làm việc của arduino 58

Hình 4.11 Giao diện lập trình arduino 58

Hình 4.12 Giao diện menu arduino IDE 59

Hình 4.13 Giao diện file menu arduino IDE 59

Hình 4.14 Giao diện Examples menu arduino IDE 59

Hình 4.15 Giao diện edit menu arduino IDE 60

Hình 4.16 Giao diện Sketch Menu Arduino IDE 60

Hình 4.17 Giao diện Tool Menu Arduino IDE 61

Hình 4.18 Board NodeMCU sử dụng 61

Hình 4.19 Arduino Toolbar 62

Hình 4.20 Chương trình nạp thành công 62

Hình 4.21 Giao diện cài đặt phần mềm MDK511 63

Hình 4.22 Giao diện cài đặt MDK511 63

Hình 4.23 Chọn nơi lưu file cài đặt MDK511 64

Hình 4.24 Quá trình cài đặt đang được thực hiện 64

Hình 4.25 Quá trình cài đặt kết thúc 65

Hình 4.26 Giao diện Visual studio code 66

Hình 4.27 Visual Studio Code Explore 66

Hình 4.28 Visual Studio Code Search 67

Hình 4.29 Visual Studio Code Git 67

Hình 4.30 Visual Studio Code Debug 68

Hình 4.31 Visual Studio Code Command Palette 68

Hình 4.32 Trình soạn thảo code 69

Hình 4.33 Visual Studio Code Debug 70

Hình 4.34 Giao diện CloudMQTT 72

Hình 4.35 Nhập các thông tin khi tạo tài khoản 72

Hình 4.36 Bước tiếp theo để cấu hình thông tin 72

Hình 4.37 Nhập username và password 73

Hình 4.38 Chọn user và đặt tên topic 73

Hình 4.39 Giao diện sau khi thiết kế 73

Hình 5.1 Mô hình sau khi hoàn thành 76

Hình 5.2 Mô hình khi hoạt động 77

Hình 5.3 Giao diện wed 77

Hình 5.4 Hệ thống sấy khi tắt 78

Hình 5.5 Hệ thống sấy khi bật 79

Hình 5.6 Mặt trước bộ điều khiển 79

Hình 5.7 Hiển thị dung lượng bình ắc quy 80

Hình 5.8 Mái che đang đóng 80

Hình 5.9 Mái che đang mở 81 Hình 5.10 Hình hệ thống tưới, phun sương, đèn và chuông báo 81 Hình 5.11 Nhiệt độ cao hơn 30 o C 82

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 2.1 Thông số cấu hình của NodeMCU ESP8266 9

Bảng 2.2 Thông số kỹ thuật pin năng lượng mặt trời 10w 11

Bảng 2.3 Thông số kỹ thuật Bộ Điều Khiển Sạc Solar 12V/24V 10A 13

Bảng 3.1 Các chân của LCD 29

Bảng 4.1 Danh sách các linh kiện 48

Bảng 5.1 Kết quả chạy thực tế trên wed 78

Bảng 5.2 Kết quả chạy khi điều khiển trực tiếp trên hệ thống 82

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN

1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ

Xã hội ngày càng phát triển, đời sống người dân ngày một tốt hơn Để đáp ứng nhu cầu đó thì việc áp dụng công nghệ khoa học kỹ thuật vào đời sống công việc hằng ngày là điều rất cần thiết Việc điều khiển tự động đóng vai trò quan trọng trong các lĩnh vực khoa học kỹ thuật, nông nghiệp, công nghiệp, quản lý, …

Nước ta là một đất nước nông nghiệp, tuy nhiên sản lượng và chất lượng nông nghiệp của nước ta thường thấp hơn so với các nước khác mà nguyên nhân chính là việc công nghệ sản xuất của nước ta còn lạc hậu, chủ yếu dựa vào tay chân Mô hình nhà kính là nền tảng cho tiêu chuẩn về chất lượng, công năng và giá trị của sản phẩm trong việc sản xuất nông nghiệp theo hướng công nghệ cao Nhà kính giúp cho người trồng trọt có thể chủ động về môi trường, diện tích trồng trọt và hạn chế được rủi ro Đồng thời nhà kính còn có khả năng loại bỏ các điều kiện môi trường bất lợi, cung cấp một môi trường phát triển tốt, tạo ra mùa sinh trưởng dài hơn, có thể trồng các loại cây trái mùa và các giống cây khác nhau, bảo vệ cây trồng khỏi thời tiết lạnh, mưa đá, gió gây thiệt hại, loại bỏ dịch bệnh, sâu bệnh hại, tăng tốc độ sinh trưởng

và năng suất cao hơn, chất lượng tốt hơn Tất cả được điều chỉnh và điều khiển hoàn toàn tự động nhờ áp dụng công nghệ khoa học kỹ thuật vào quy trình giám sát và sản xuất Việc sử dụng nhà kính áp dụng mô hình điều khiển tự động giúp chúng ta có thể tiết kiệm nhân lực, tăng độ chính xác trong giám sát và điều khiển môi trường

Trên cơ sở và yêu cầu từ thực tế, những đòi hỏi ngày càng cao của phát triển nôngnghiệp công nghệ cao, cộng với sự phát triển mạnh của khoa học công nghệ, đặc biệt làcông nghệ thông tin, kỹ thuật điện-điện tử Phát triển kỹ thuật điều khiển

tự động từkhoảng cách xa trong nông nghiệp đang là xu thế phát triển nông nghiệp cao nói chungvà nhà kính tự động nói riêng Chúng tôi đề xuất đề tài“ THIẾT KẾ

VÀ THI CÔNG MÔ HÌNH HỆ THỐNG TRỒNG HOA LAN SỬ DỤNG NGUỒN PIN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI”

1.2 MỤC TIÊU

Xây dựng được một bộ điều khiển giám sát trồng hoa lan trong đó đề tài điều khiển được nhiệt độ, độ ẩm bằng cách điều khiển hệ thống quạt và hệ thống phun sương, mái che, đèn, bơm tưới và gửi được dữ liệu nhiệt độ, độ ẩm không khí, độ ẩm đất và trạng thái thiết bị lên website

1.3 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU

• NỘI DUNG 1: Tìm hiểu và nghiên cứu về cấu tạo phần cứng, nguyên lý hoạt

động, tính năng của Module ARM STM32F103C8T6, Module NODEMCU ESP8266, DHT11, Cảm biến ánh sáng, Cảm biến mưa, Cảm biến độ ẩm đất,

Động cơ bước, Module DRV8825

• NỘI DUNG 2: Tìm hiểu về cách sử dụng nguồn pin năng lượng mặt trời

• NỘI DUNG 3: Tìm hiểu và nghiên cứu về lập trình Webserver

• NỘI DUNG 4: Các giải pháp thi thiết kế hệ thống, thi công mô hình

• NỘI DUNG 5: Thiết kế hệ thống điều khiển, lưu đồ giải thuật và chương trình điều khiển mô hình

• NỘI DUNG 6: Thiết kế hoàn chỉnh mô hình thực tế

• NỘI DUNG 7: Chạy thử nghiệm hệ thống

• NỘI DUNG 8: Cân chỉnh hệ thống

• NỘI DUNG 9: Viết sách luận văn

• NỘI DUNG 10: Bảo vệ đề tài tốt nghiệp

1.4 GIỚI HẠN

• Mô hình vẩn chưa áp dụng ra ngoài thực tiễn được

• Điều khiển các thiết bị công suất nhỏ để mô phỏng

• Tính bảo mật của hệ thống chưa cao

• Sử dụng ARM STM32F103C8T6 để đọc giá trị cảm biến đo được và điều khiển các thiết bị để điều chỉnh các thông số nhiệt độ độ ẩm thích hợp cho sự sinh trưởng của hoa lan

• Giới hạn kích thước mô hình 60x40x40cm để quá trình thay đổi nhiệt độ độ ẩm được nhanh chóng và hiệu quả vì mô hình chỉ sử dụng các thiết bị có công suất nhỏ

• Các dữ liệu được gửi lên server gồm: Nhiệt độ, độ ẩm không khí, độ ẩm đất, trạng thái của các thiết bị lên Webserver và hiển thị lên màn hình LCD

1.5 BỐ CỤC

• Chương 1: Tổng Quan

Chương này trình bày về đặt vấn đề dẫn nhập lý do chọn đề tài, mục tiêu, nội dung nghiên cứu, giới hạn thông số và bố cục đồ án

• Chương 2: Cơ Sở Lý Thuyết

Trong chương này trình bày về các lý thuyết có liên quan đến các vấn đề mà đề tài sẽ dùng để thực hiện thiết kế, thi công cho đề tài

• Chương 3: Tính Toán Và Thiết Kế

Chương này giới thiệu tổng quan về các yêu cầu của đề tài mà mình thiết kế và các tính toán, thiết kế gồm những phần nào Như: thiết kế sơ đồ khối hệ thống, sơ đồ nguyên lý toàn mạch, tính toán thiết kế mạch

• Chương 4: Thi Công Hệ Thống

Chương này trình bày về quá trình vẽ mạch in lắp ráp các thiết bị, đo kiểm tra mạch, lắp ráp mô hình Thiết kế lưu đồ giải thuật cho chương trình và viết chương trình cho hệ thống Hướng dẫn quy trình sử dụng hệ thống

• Chương 5: Kết Quả_Nhận Xét_Đánh Giá

Trình bày về những kết quả đã được mục tiêu đề ra sau quá trình nghiên cứu thi công Từ những kết quả đạt được để đánh giá quá trình hoàn thành được bao nhiêu phần trăm

• Chương 6: Kết Luận Và Hướng Phát Triển

Chương này trình bày về những kết quả mà đồ án đạt được, những hạn chế, từ

đó rút ra kết luận và hướng phát triển để giải quyết các vấn đề tồn đọng để đồ án hoàn thiện hơn

CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT

2.1 QUY TRÌNH TRỒNG HOA LAN

2.1.1 Đặc tính sinh trưởng của hoa lan

a Ảnh hưởng của độ ẩm đến hoa Lan

Nước là thành phần quan trọng chiếm tỷ lệ 60-90% trọng lượng của cây Lan Nước ở trong cây ở 3 trạng thái Phần lớn là nước tự do làm tan các chất, như nước ở nhựa cây; chính sự thoát hơi nước làm cây héo đi vì mất lượng nước này Phần còn lại là nước liên kết như nước ở các mao quản, nước tẩm ở trong celuloz, ở trong tinh bột và cuối cùng là nước cấu tạo dự phần mật thiết trong sinh thái của cây Mất lượng nước này thì cây sẽ chết

Việc chọn địa điểm thích hợp cho việc lập vườn Lan sẽ giúp ta giảm được rất nhiều công sức chăm sóc cho Lan, trong đó yếu tố độ ẩm là yếu tố quan trọng bậc nhất vì trong thiên nhiên chính yếu tố độ ẩm chi phối việc xuất hiện các vùng có Lan

Về phương diện này, cần lưu ý 3 loại độ ẩm:

• Độ ẩm của vùng là độ ẩm của khu vực rộng lớn, nơi mà ta sẽ thiết lập vườn

Lan Độ ẩm của vùng do điều kiện địa hình, địa lý ở nơi ấy định đoạt Ví dụ độ ẩm của vùng cạnh sông rạch cao hơn độ ẩm của vùng đồng trống nhiều gió, độ ẩm

của vùng đồi trọc sẽ thấp hơn độ ẩm của vùng có vườn cây ăn trái

• Độ ẩm của vườn là độ ẩm chính ngay trong vườn lan, độ ẩm này có thể cải

tạo theo ý muốn bằng cách đào ao, làm mương rãnh, trồng cây, trải cát, làm giàn che,

tưới nước

• Độ ẩm trong chậu còn gọi là độ ẩm cục bộ, tuỳ thuộc cấu tạo giá thể (chất

trồng), thể tích của chậu, loại chậu, vị trí đặt chậu, cách tưới nước, nghĩa là hoàn toàn

tuỳ thuộc vào kỹ thuật của người trồng lan

b Ảnh hưởng của nhiệt độ đến hoa Lan

Nhiệt độ còn ảnh hưởng đến sự ra hoa của một số loài hoa Lan: hoa Lan Bạch câu Dendrobium crumenatum đòi hỏi giảm nhiệt độ đột ngột khoảng 5-6 độ C trong vài giây đồng hồ thì khoảng 9 ngày sau chúng sẽ nở hoa đồng loạt Ở 18,5 độ C Paphiopediluminsigne và Dendrobium nobile chỉ tiếp tục tăng trưởng mà không ra

hoa nhưng chúng sẽ ra hoa khi nhiệt độ hạ xuống 13 độ C hay thấp hơn

Tuy nhiên, nếu nhiệt độ quá thấp thì sẽ làm cho nước trong tế bào của cây kết

tinh thành nước đá, làm gia tăng thể tích, phá vỡ các cấu trúc tế bào Ngược lại, nhiệt

độ tăng quá cao thì sự quang hợp ngừng lại vì nguyên sinh chất trong tế bào đặc quánh lại do mất nước, cây ngừng hô hấp và chết đi

Và như vậy, chúng chỉ phát triển tốt nhất ở trong khoảng nhiệt độ cực đại là 35

độ C, nhiệt độ tối hảo là 27 độ C Rõ ràng nhu cầu nhiệt độ ở cây Lan có khác nhau nên ta gặp chúng tập trung thành những nhóm Lan khác nhau ở những vùng nhiệt độ khác nhau: Lan vùng núi cao, Lan vùng đồng bằng, Lan vùng nhiệt đới, Lan vùng ôn đới …

Căn cứ vào nhu cầu nhiệt độ, ta chia Lan ra thành 3 nhóm:

• Nhóm ưa nóng: Chịu nhiệt độ ban ngày không dưới 21 độ C, ban đêm không

dưới 18,5 độ C Chúng thường ở vùng nhiệt đới

• Nhóm ưa lạnh: chịu nhiệt độ ban ngày không quá 14 độ C, ban đêm không

quá 13 độ C Chúng thường ở vùng hàn đới, ôn đới và các chỏm núi cao vùng nhiệt

đới

• Nhóm chịu nhiệt độ trung bình: thích hợp với nhiệt độ ban ngày không dưới

14,5 độ C, ban đêm không dưới 13,5 độ C

c Một số ảnh hưởng khác

Độ thông thoáng cũng là một yếu tố cần thiết cho cây lan phát triển tốt Không

khí nơi vườn lan cần được thay đổi mỗi phút Nhiệt độ ở lá dưới ánh nắng vào bất kỳ thời gian nào cũng luôn luôn cao hơn nhiệt độ của không khí quanh nó Sự tổn thương

do nhiệt độ tuỳ vào thời gian phơi bày ra nắng Không khí luân chuyển sẽ giúp tránh được điều đó Phần lớn cây lan chịu được nhiệt độ thấp của ban đêm, ngắn hạn thôi chứ không dai dẳng Ngược lại nhiệt độ cao dai dẳng trong đêm không tốt cho cây vì tiến trình hô hấp gia tăng Quang hợp thì diễn tiến suốt ngày còn hô hấp thì diễn ra suốt ngày và đêm Bằng cách làm chậm đi sự hô hấp về đêm, thì các chất tổng hợp được ban ngày sẽ không bị sử dụng hết! Có thể làm giảm sự hô hấp ấy bằng cách hạ nhiệt độ ban đêm xuống.Như vậy sự chênh lệch nhiệt độ giữa ngày và đêm (biên độ

nhiệt) có ảnh hưởng đến sự phát triển của cây lan.[10]

2.1.2 Mô tả quy trình chăm sóc

Áp dụng quy trình tưới tự động với các giá trị đã được cài đặt trước như:

• Nhiệt độ trên – nhiệt độ dưới, đảm bảo cho hoa Lan phát triển tốt.

• Độ ẩm không khí trên – độ ẩm không khí dưới, đảm bảo sự thông thoáng và nhiệt độ cho hoa Lan quang hợp

• Độ ẩm đất trên - độ ẩm đất dưới, cung nước cho hoa Lan sinh trưởng tốt và

ra cây con Đồng thời chế độ điều khiển cho phép trực tiếp tác động đến quá trình

chăm sóc Lan thông qua việc bật tắt các thiết bị như: Bơm tưới, phun sương, đèn, quạt, đóng mở mái che Người trồng Lan có thể trực tiếp giám sát các thông số giá trị

thông qua web

2.2 QUY TRÌNH HOẠT ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG

Mạch được điều khiển bởi STM32F103C8T6 đóng vai trò điều khiển trung tâm, giao tiếp với các module khác trong đề tài như: WifiEsp, Cảm biến mưa, Cảm biến ánh sáng, DHT11, Cảm biến độ ẩm đất, Module DRV8825, Động cơ Bước, LCD 20x4 Sự kết hợp của các thiết bị sẽ tạo nên một hệ thống tốt, hiện đại

2.3 TỔNG QUAN VỀ ARM STM32

STM32 là một trong những dòng chip phổ biến của ST với nhiều họ thông dụng như F0,F1,F2,F3,F4… STM32F103 thuộc họ F1 với lõi là ARM COTEX M3 STM32F103 là vi điều khiển 32 bit, tốc độ tối đa là 72Mhz Giá thành cũng khá rẻ so với các loại vi điều khiển có chức năng tương tự Mạch nạp cũng như công cụ lập trình khá đa dạng và dễ sử dụng

Một số ứng dụng chính: Dùng cho driver để điều khiển ứng dụng, điều khiển ứng dụng thông thường, thiết bị cầm tay, máy tính và thiết bị ngoại vi chơi game, GPS cơ bản, các ứng dụng trong công nghiệp, thiết bị lập trình PLC, biến tần, máy

in, máy quét, hệ thống cảnh báo, thiết bị liên lạc nội bộ…

Phần mềm lập trình: có khá nhiều trình biên dịch cho STM32 như IAR Embedded Workbench, Keil C…

Thư viện lập trình: có nhiều loại thư viện lập trình cho STM32 như: STM32snippets, STM32Cube LL, STM32Cube HAL, Standard Peripheral Libraries, Mbed core

Mạch nạp: có khá nhiều loại mạch nạp như: ULINK, J-LINK , CMSIS-DAP, STLINK…

➢ Giới thiêu về STM32C8T6:

• ARM 32-bit Cortex M3 với clock max là 72Mhz

- Thạch anh nội dùng dao động RC ở mode 8Mhz hoặc 40khz

- Sử dụng thạch anh ngoài 32.768khz được sử dụng cho RTC

• Trong trường hợp điện áp thấp:

- Có các mode: ngủ, ngừng hoạt động hoặc hoạt động ở chế độ chờ

- Cấp nguồn ở chân Vbat bằng pin để hoạt động bộ RTC và sử dụng lưu trữ data khi mất nguồn cấp chính

• 2 bộ ADC 12 bit với 9 kênh cho mỗi bộ

- Khoảng giá trị chuyển đổi từ 0 – 3.6V

- Lấy mẫu nhiều kênh hoặc 1 kênh

- Có cảm biến nhiệt độ nội

• DMA: bộ chuyển đổi này giúp tăng tốc độ xử lý do không có sự can thiệp quá sâu của CPU Gồm 7 kênh DMA để hỗ trợ cho ADC, I2C, SPI, UART

• 7 timer

- 3 timer 16 bit hỗ trợ các mode IC/OC/PWM

- 1 timer 16 bit hỗ trợ để điều khiển động cơ với các mode bảo vệ như ngắt input, dead-time

- 1 sysTick timer 24 bit đếm xuống dùng cho các ứng dụng như hàm Delay…

- 2 watdog timer dùng để bảo vệ và kiểm tra lỗi

• Hỗ trợ 9 kênh giao tiếp bao gồm:

- 2 bộ I2C(SMBus/PMBus)

- 3 bộ USART(ISO 7816 interface, LIN, IrDA capability, modem

control)

- 2 SPIs (18 Mbit/s)

- 1 bộ CAN interface (2.0B Active)

- USB 2.0 full-speed interface

• Kiểm tra lỗi CRC và 96-bit ID.[6]

Hình 2.1 Hình ảnh về STM32F103C8T6

2.4 TỔNG QUAN VỀ NODEMCU ESP8266

Hình 2.2 Module NodeMCU ESP8266 và sơ đồ chân

ESP-12 kết hợp với firmware ESP8266 trên Arduino và thiết kế phần cứng giao tiếptiêu chuẩn đã tạo nên NodeMCU, cách sử dụng, kết nối dễ dàng, có thể lập trình, nạp chương trình trực tiếp trên phần mềm Arduino, đồng thời tương tích với các bộ thư việnArduino sẵn có [10]

a Thông số cấu hình của NodeMCU ESP8266

Bảng 2.1 Thông số cấu hình của NodeMCU ESP8266 THÔNG SỐ GIÁ TRỊ - CẤU HÌNH

Công suất đầu ra +20 dBm ở chế độ 802.11b

Giao tiếp ngoại vi UART/SDIO/SPI/I2C/I2S/IR Remote

Control, GPIO/PWM

ADC Môt đầu vào với độ phân giải 1024 bước

Phạm vi nhiệt độ hoạt động -40C ~ 125°C

Chip ESP8266EX SoC Wifi

Phiên bản firmware NodeMCU V1.0

Lập trình trên các ngôn ngữ C/C++, Micropython, NodeMCU – Lua

b Sơ đồ mạch nguyên lý của NodeMCU ESP8266

Hình 2.3 Mạch nguyên lý của NodeMCU ESP8266

2.5 HỆ THỐNG PIN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI

2.5.1 Tấm pin năng lượng mặt trời

Hình 2.4 Tấm pin năng lượng mặt trời 10W

Pin năng lượng mặt trời công suất 10W có kích thước nhỏ gọn Phù hợp để sạc

cho bình ắc quy 12V/4.5Ah hoặc 12V/7.2Ah – loại bình ắc quy cho xe máy rất phổ

biến hiện nay

Đặc điểm nổi bật:

• Biến đổi quang năng hấp thụ từ mặt trời để biến thành điện năng đáp ứng tiêu chuẩn chất lượng nghiêm ngặt của IEC, UL, CE, TUV, ETL, PV Cycle, MCS, BBA, Safety class

• Tuổi thọ Tấm pin năng lượng mặt trời Solarcity (Solar panels) từ 30 đến

• Hộp nối dây được bảo vệ IP65, chống bụi chống nước vận hành trong mọi điều kiện thời tiết

• Dây đấu và đầu connect tiêu chuẩn MC4 có khả năng chống bụi, nước, thiết

kế ghép nối dễ dàng

• Khả năng chống ăn mòn muối biển, bão cát và ammonia.[11]

Bảng 2.2 Thông số kỹ thuật pin năng lượng mặt trời 10w

PIN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI POLY 10 W

Công suất tấm pin NL mặt trời Pmax 10 W

Điện áp hở mạch Voc 21.6V

Dòng ngắn mạch Isc 0.62 A

Điện áp danh định Vmp 17.07 V

Dòng danh định Imp 0.58 A

Hiệu suất quang năng Module % 98 %

Chuẩn loại Pin (cell) - Pin Silic đơn tinh thể (monocrystalline) Cấu tạo tấm pin mặt trời - Kính-EVA-Cell-EVA-TPT & Khung

nhôm

Số lượng cell nCell 36

Chất lượng sản phẩm - IEC 61215, IEC 61730, TUV

Nhiệt độ hoạt động Tpv - 40OC ~ 80OC

Kích thước mm 445 x 190 x 25

Trọng lượng Kg 1.2 Kg

Bảo hành - 10 năm

Tuổi thọ sản phẩm - Từ 30 năm đến 50 năm

Xuất xứ - CTy Cổ Phần Năng Lượng Mặt Trời

Đỏ

Hình 2.5 Ứng dụng pin năng lượng mặt trời vào trồng trọt

2.5.2 Bộ điều khiển sạc

Bộ điều khiển sạc: Là thiết bị thực hiện chức năng điều tiết sạc cho ắc-quy,bảo

vệ cho quy chống nạp quá tải và xả quá sâu nhằm nâng cao tuổi thọ của bình quy, và giúp hệ thống pin mặt trời sử dụng hiệu quả và lâu dài.-Bộ điều khiển còn cho biết tình trạng nạp điện của Panel mặt trời vào ắc-quy giúp cho người sử dụng kiểm soát được các phụ tải.- Bộ điều khiển còn thực hiện việc bảo vệ nạp quá điện thế (>13,8V)hoặc điện thế thấp

ắc-Hình 2.6 Bộ Điều Khiển Sạc Solar 12V/24V 10A

➢ Bảng thông số Bộ Điều Khiển Sạc Solar 12V/24V 10A

Bảng 2.3 Thông số kỹ thuật Bộ Điều Khiển Sạc Solar 12V/24V 10A

Bảo vệ (quá tải, ắc quy ấp thấp)

I tải >20A Bảo vệ bằng cầu chì Vbatt ≤ 10,2V ± 2% Tự động cắt điện

2.5.3 Bình ắc quy

Hình 2.7 Bình ắc-quy 12V-5Ah

• Loại bình VRLA, siêu kín siêu bền, miễn bảo dưỡng, an tâm trên mọi hành

trình

• Dung lượng: 12V - 5Ah (10HR)

• Kích thước (mm): 90 x 70 x 101 (dài x rộng x cao)

Điện áp của ắc-quy : Tuỳ thuộc vào nồng độ chất điện phân và nguồn nạp cho

ăc quy mà điện áp ở mỗi ngăn của ăc quy khi nó được nạp đầy sẽ đạt 2,6V đến 2,7V(để hởmạch), và khi ăc quy đã phóng điện hoàn toàn là 1,7V đến 1,8V Điện áp phụ thuộc vào số bản cực.

Điện trở trong của ắc-quy : Là trị số điện trở bên trong của ăc quy, bao gồm điệntrở các bản cực, điện trở dung dịch điện phân có xét đến sự ngăn cách của các tấm ngăngiữa các bản cực Thường thì trị số điện trở trong của ăcquy khi đã nạp đầy điện

là(0,001-0,0015) Ω và khi ăc quy đã phóng điện hoàn toàn là (0,02-0,025) Ω

Phương pháp nạp bằng dòng điện không đổi Đây là phương pháp nạp cho phépchọn được dòng nạp thích hợp với mỗi loại ăc-quy, bảo đảm cho ăcquy được no Đây

làphương pháp sử dụng trong các xưởng bảo dưỡng sữa chữa để nạp điện cho ăcquy hoặc nạp sửa chữa cho các ăcquy bị sunfat hoá Với phương pháp này ăcquy được mắc nốitiếp với nhau và phải thoả mãn điều kiện: UN ≥2,7.Naq

UN là điện áp nạp của của ắc-quy — Naq là số bản cực của ắc-quy

2.6 TỔNG QUAN VỀ IOT

Hình 2.8 Mô hình sơ đồ IOT

IoTs (Internet of Things) là thuật ngữ dùng để chỉ các đối tượng có thể được nhận biết cũng như chỉ sự tồn tại của chúng trong một kiến trúc mang tính kết nối Cụm từ này được đưa ra bởi Kevin Ashton vào năm 1999 Ông là một nhà khoa học

đã sáng lập ra Trung tâm Auto-ID ở đại học MIT, nơi thiết lập các quy chuẩn toàn cầu cho RFID (một phương thức giao tiếp không dây dùng sóng radio) cũng như một

số loại cảm biến khác IoT sau đó cũng được dùng nhiều trong các ấn phẩm đến từ các hãng và nhà phân tích Điểm quan trọng của IoT đó là các đối tượng phải có thể được nhận biết và định dạng Nếu mọi đối tượng, kể cả con người, được "đánh dấu"

để phân biệt bản thân đối tượng đó với những thứ xung quanh thì chúng ta có thể hoàn toàn quản lý được nó thông qua máy tính Việc đánh dấu có thể được thực hiện thông qua nhiều công nghệ, chẳng hạn như RFID, NFC, mã vạch, mã QR, watermark

kỹ thuật số Việc kết nối thì có thể thực hiện qua Wifi, mạng viễn thông băng rộng (3G, 4G), Bluetooth, ZigBee, hồng ngoại Ngoài những kĩ thuật nói trên, nếu nhìn

từ thế giới web, chúng ta có thể sử dụng các địa chỉ độc nhất để xác định từng vật, chẳng hạn như địa chỉ IP Mỗi thiết bị sẽ có một IP riêng biệt không nhầm lẫn Sự xuất hiện của IPv6 với không gian địa chỉ vô cùng rộng lớn sẽ giúp mọi thứ dễ dàng kết nối vào Internet cũng như kết nối với nhau

Một trong những vấn đề đối với IoT đó là khả năng tạo ra một ứng dụng IoT nhanh chóng Để khắc phục hiện nay nhiều hãng, công ty tổ chức trên thế giới đang nghiên cứu các nền tảng giúp xây dựng nhanh ứng dụng dành cho IoT.[12]

2.7 TỔNG QUAN VỀ WEB

World Wide Web (www), gọi tắt là web, là một không gian thông tin toàn cầu

mà mọi người có thể truy nhập qua các máy tính nối với mạng Internet Các tài liệu trên web được lưu trữ trong một hệ thống siêu văn bản đặt tại các máy Webserver nối mạng Internet Người dùng phải sử dụng một chương trình gọi là trình duyệt web để xem các siêu văn bản này Chương trình này sẽ nhận thông tin tại ô địa chỉ URL do người sử dụng yêu cầu, sau đó trình duyệt sẽ tự động gửi thông tin đến máy webserver

và hiển thị trên màn hình máy tính của người xem

Người dùng có thể theo các liên kết siêu văn bản trên mỗi trang web để nối với các tài liệu khác hoặc gửi thông tin phản hồi lên máy chủ trong một quá trình tương tác Hoạt động truy tìm thông tin theo các siêu liên kết thường được gọi là duyệt web Quá trình này cho phép người dùng có thể lướt các trang web để lấy thông tin Tuy nhiên độ chính xác và chứng thực của thông tin tùy thuộc vào uy tín của các website đưa ra thông tin đó

Đặc điểm tiện lợi của web: Thông tin dễ dàng cập nhật, thay đổi, khách hàng có thể xem thông tin ngay tức khắc, ở bất kì đâu, tiết kiệm chi phí in ấn, gửi bưu kiện, fax, thông tin không giới hạn và không giới hạn khu vực sử dụng

Về cơ bản các website được vận hành nhờ 3 thành phần: tên miền, website và web server Trong đó tên miền đóng vai trò là địa chỉ website Website là hệ thống file nguồn chứa file khởi chạy cho website, các file chứa nội dung của website như hình ảnh, văn bản, âm thanh Ngoài ra còn là những file điều khiển lưu trữ - trích xuất

dữ liệu từ CSDL, điều khiển cho webserver nhận và phản hồi yêu cầu của người dùng thông qua trình duyệt, … Còn thành phần thứ 3 webserver chính là nơi lưu trữ cho CSDL và hệ thống file nguồn nêu trên

2.8 CÁC CHUẨN GIAO TIẾP

2.8.1 Chuẩn giao tiếp uart

UART là viết tắt của Universal Asynchronous Receiver- Transmitter có nghĩa

là truyền dữ liệu nối tiếp bất đồng bộ UART chuyển đổi giữa dữ liệu nối tiếp và song

song Một chiều, UART chuyển đổi dữ liệu song song bus hệ thống ra dữ liệu nối tiếp để truyền đi Một chiều khác, UART chuyển đổi dữ liệu nhận được dạng dữ liệu nối tiếp thành dạng dữ liệu song song cho CPU có thể đọc và bus hệ thống Để truyền được dữ liệu thì cả bên phát và bên nhận phải tự tạo xung clock có cùng tần số và thường được gọi là tốc độ baud, ví dụ như 2400 baud, 4800 baud, 9600 baud… UART của PC hỗ trợ cả hai kiểu giao tiếp là giao tiếp đồng thời và giao tiếp không đồng thời Giao tiếp đồng thời tức là UART có thể gửi và nhận dữ liệu vào cùng một thời điểm Còn giao tiếp không đồng thời (không kép) là chỉ có một thiết

bị có thể chuyển dữ liệu vào một thời điểm, với tín hiệu điều khiển hoặc mã sẽ quyết định bên nào có thể truyền dữ liệu Giao tiếp không đồng thời được thực hiện khi mà

cả 2 chiều chia sẻ một đường dẫn hoặc nếu có 2 đường nhưng cả 2 thiết bị chỉ giao tiếp qua một đường ở cùng một thời điểm

Thêm vào đường dữ liệu, UART hỗ trợ bắt tay chuẩn RS232 và tín hiệu điều khiển như RTS, CTS, DTR, DCR, RT và CD

Hình 2.9 Giao tiếp UART

Để giao tiếp giữa 2 thiết bị thông qua chuẩn giao tiếp UART, ta tiến hành nối dây Tx (chân gửi tín hiệu) của bên phát với chân Rx (chân nhận tín hiệu) của bên thu

và ngược lại nối chân Rx (chân nhận tín hiệu) của bên phát với chân Tx (chân gửi tín hiệu) của bên thu Cách nối dây này được gọi là nối chéo dây Bên cạnh đó, cần phải nối chung GND cho cả 2 bên nhận và phát với nhau và muốn truyền nhận được, 2 bên phải có cùng tốc độ baud.[13]

2.8.2 Chuẩn giao tiếp i2c

I2C là một chuẩn truyền theo mô hình chủ - tớ Một thiết bị chủ có thể giao tiếp với nhiều thiết bị tớ Muốn giao tiếp với thiết bị nào, thiết bị chủ phải gửi đúng địa chỉ để kích hoạt thiết bị đó rồi mới được phép ghi hoặc đọc dữ liệu

Một giao tiếp I2C gồm có 2 dây: Serial Data (SDA) và Serial Clock (SCL) SDA

là đường truyền dữ liệu 2 hướng, còn SCL là đường truyền xung đồng hồ và chỉ theo một hướng Như hình vẽ trên, khi một thiết bị ngoại vi kết nối vào đường I2C thì chân SDA của nó sẽ nối với dây SDA của bus, chân SCL sẽ nối với dây SCL Mỗi dây SDA hay SCL đều được nối với điện áp dương của nguồn cấp thông qua một dây điện trở kéo lên Sự cần thiết của điện trở kéo này là vì chân giao tiếp I2C của các thiết bị ngoại vi thường là cực máng hở Giá trị của các điện trở này khác nhau tùy vào từng thiết bị và chuẩn giao tiếp, thường dao động trong khoảng 1k đến 4.7k Như hình trên, ta thấy có rất nhiều thiết bị cùng được nối vào một bus I2C, tuy nhiên sẽ không xảy ra chuyện nhầm lẫn giữa các thiết bị, bởi mỗi thiết bị sẽ được nhận ra bởi một địa chỉ duy nhất với một quan hệ chủ tớ tồn tại trong suốt thời gian kết nối 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) hay tớ (slave) Một thiết bị hay một IC khi kết nối với bus I2C, ngoài một địa chỉ duy nhất để phân biệt thì nó còn được cấu hình là thiết bị chủ hay tớ.[14]

2.8.3 Chuẩn giao tiếp one-wire

Chuẩn giao tiếp 1 dây (1 wire) do hãng Dallas giới thiệu Trong giao tiếp này chỉ cần 1 dây để truyền tính hiệu và làm nguồn nuôi (nếu không tín dây mass) Là chuẩn giao tiếp không đồng bộ và bán song công (half-duplex) Trong giao tiếp này tuân theo mối quan hệ chủ tớ một cách chặt chẽ Trên một bus có thể gắn 1 hoặc nhiều thiết bị slave nhưng chỉ có 1 master có thể kết nối đến bus này Bus dữ liệu khi

ở trạng thái rãnh (khi không có dữ liệu trên đường truyền) phải ở mức cao do vậy bus

dữ liệu phải được kéo lên nguồn thông qua 1 điện trở Giá trị điện trở này có thể tham khảo trong datasheet của thiết bị/các thiết bị slave

Hình 2.11 Giao tiếp One-Wire

Để giao tiếp được với vi điều khiển, tín hiệu trên bus 1 wire chia thành các khe thời gian 60µs Một bit dữ liệu truyền trên bus dựa trên khe thời gian (time slots) Các thiết bị slave khác nhau cho phép có thời gian quy định khác nhau Nhưng quan trọng nhất trong chuẩn giao tiếp này là cần chính xác về thời gian Vì vậy để tối ưu đường truyền thì cần một bộ định thời để delay chính xác nhất

Hình 2.12 Giao tiếp One-Wire

Bốn thao tác hoạt động cơ bản của bus 1 wire là Reset/Presence, gửi bit 0, và đọc bit cụ thể là:

• Write 1 (gửi bit 1): Master kéo xuống 0 một khoảng A (us) rồi về mức 1 khoảng B(us)

• Write 0 (gửi bit 0): Master kéo xuống 0 khoảng C (us) rồi thả về mức 1 khoảng

CHƯƠNG 3 TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ

3.1 GIỚI THIỆU

Đề tài “THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MÔ HÌNH HỆ THỐNG TRỒNG HOA

LAN SỬ DỤNG NGUỒN PIN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI” bao gồm:

• Thiết kế, tính toán dòng, áp cung cấp cho các cảm biến để thu thập thông tin,

dữ liệu

• Thiết kế, tính toán dòng áp cung cấp cho các thiết bị của hệ thống hoạt động đúng yêu cầu

• Thiết kế tính toán số vòng quay động cơ để đóng/mở mái che

• Thiết kế tính toán các chân kết nối giữa STM32F103C8T6 với các module

Hình 3.2 Sơ đồ khối hệ thống thiết bị thực tế

Chức năng từng khối:

• Khối nguồn: cung cấp nguồn cho toàn bộ hoạt động của hệ thống bao gồm:

khối xử lý trung tâm, khối giao tiếp wifi, khối hiển thị, khối cảm biến, khối relay

và khối chấp hành

• Khối xử lý trung tâm: Thu thập dữ liệu từ khối thu thập, khối hiển thị, khối giao tiếp wifi sau đó xử lý và điều khiển khối hiển thị, khối relay

• Khối giao tiếp wifi: Để giao tiếp giữa khối xử lý trung tâm và khối webserver,

đây là khối trung gian để nhận và gửi dữ liệu điều khiển từ web để điều khiển

các thiết bị trong mô hình

• Khối webserver: Xây dựng giao diện web để hiển thị, lưu trữ dữ liệu, đồng thời cho phép người dùng thao tác, điều khiển gián tiếp hệ thống thông qua wifi

• Khối hiển thị: Khối xử lý trung tâm sẽ gửi dữ liệu để hiển thị ra khối hiển thị giúp người dùng quan sát theo dõi các thông số của môi trường

• Khối thu thập: Bao gồm các thiết bị và cảm biến có nhiệm vụ thu thập dữ liệu

của môi trường trong mô hình gửi cho khối xử lý trung tâm để dựa vào đó để

điều khiển giám sát môi trường của mô hình

• Khối relay: Đóng ngắt tiếp điểm theo sự điều khiển ngõ ra của khối xử lý trung tâm để điều khiển thiết bị Cách li giữa mạch công suất và mạch điều khiển

• Khối chấp hành: Gồm các thiết bị nhận sự điều khiển của khối xử lý trung tâm

thông qua khối relay để điều chỉnh các thông số của môi trường trong mô hình

3.2.2 Tính toán và thiết kế mạch

➢ Khối xử lý trung tâm

Khối xử lý trung tâm: Được xem là phần quan trọng nhất của hệ thống Khối có chức năng tiếp nhận xử lý mọi tín hiệu ngõ vào thu được từ khối thu thập, các tín hiệu điều khiển và truyền nhận dữ liệu từ web để xử lý điều khiển thiết bị của khối chấp hành thông qua khối relay và đưa ra khối hiển thị để người dùng theo dõi Toàn bộ hoạt động điều khiển của hệ thống được xử lý thông qua khối xử lý trung tâm này Với các yêu cầu trên, hiện nay có rất nhiều sự lựa chọn 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 đáp ứng nhanh, chính xác với các yêu cầu đặt ra mà giá cả hợp lý nhóm quyết định

sử dụng ARM STM32F103C8T6 cho khối xử lý trung tâm

Vì ARM STM32F103C8T6 sử dụng bộ xử lý ARM-Cotex-M3 32 bit, tốc độ tối

đa là 72Mhz Trong ARM STM32F103C8T6 có 48 chân I/O, sử dụng thạch anh ngoài từ 4Mhz → 20Mhz, thạch anh nội dùng dao động RC ở mode 8Mhz hoặc 40Khz

và sử dụng thạch anh ngoài 32.768khz cho RTC, 1 cổng mini USB dùng để cấp nguồn, nạp cũng như debug, bộ nhớ flash 64KB, SRAM 20KB, 2 bộ ADC 12 bit với

9 kênh cho mỗi bộ, DMA: bộ chuyển đổi này giúp tăng tốc độ xử lý do không có sự can thiệp quá sâu của CPU, 7 timer,

ARM STM32F103C8T6 chứa tất cả mọi thứ cần thiết để tạo thành khối xử lý trung tâm với đầy đủ các port để có thể xử lý và điều khiển nhiều chức năng một cách chính xác và hiệu quả

Hình 3.3 Khối xử lý trung tâm sử dụng ARM STM32F103C8T6

Các thông số kỹ thuật của ARM STM32F103C8T6:

• Nguồn cấp cho KIT: 3.6 - 5 VDC

• Bộ nhớ EEPROM: AT24C04 (512 Byte) giao tiếp i2C

• Trang bị cổng USB Type A

• Cổng nạp kiểu SWD (sử dụng mạch nạp ST-Link V2 để nạp code vào chip)

• Các chân Port IO đều được đưa ra ngoài thông qua header

➢ Khối giao tiếp Wifi

Yêu cầu khối giao tiếp Wifi: Bản thân ARM STM32F103C8T6 không được hỗ trợ kết nối mạng cũng như giao tiếp mạng Vì vậy yêu cầu đặt ra là phải có một khối trung gian để giúp ARM STM32F103C8T6 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 về ARM STM32F103C8T6

Từ đó nhận thấy hiện nay mạch Wifi ESP8266 rất phổ biến và được ứng dụng rộng rãi, bản thân dòng này có rất nhiều phiên bản từ ESP8266 V1 đến ESP8266 V12, các dòng ESP8266 tích hợp hẳn vào board Arduino, ESP8266 NODE MCU Ở đây nhóm sử dụng ESP8266 NODE MCU vì đây là dòng sản phẩm có kích thước nhỏ

gọn, dễ dàng sử dụng, giá rẻ, có cổng micro USB để nạp chương trình và cấp nguồn nên không cần mạch nạp trung gian

Hình 3.4 ESP8266 NODEMCU

ESP8266 là dạng vi điều khiển tích hợp Wifi (Wifi SoC) được phát triển bởi Espressif Systems, một nhà sản xuất Trung Quốc Với vi điều khiển và Wifi tích hợp, ESP8266 cho phép lập trình viên có thể thực hiện vô số tác vụ TCP/IP đơn giản để thực hiện vô số các ứng dụng khác nhau, đặt biệt là ứng dụng IOT Tuy nhiên, vào thời điểm ra mắt năm 2014, hầu như chỉ có tài liệu bằng tiếng Trung Quốc nên ESP8266 chưa được phổ biến như hiện nay

Module ESP-12 kết hợp với firmware ESP8266 trên Arduino và thiết kế phần cứng giao tiếp tiêu chuẩn đã tạo nên NodeMCU, loại kit phát triển ESP8266 phổ biến nhất trong thời điểm hiện tại Với cách sử dụng kết nối dễ dàng, có thể lập trình, nạp chương trình trực tiếp trên phần mềm Arduino, đồng thời tương thích với các bộ thư viện Arduino có sẵn, NodeMCU là sự lựa chọn hàng đầu

NODEMCU có khả năng như một modem wifi:

• Có thể quét và kết nối đến một mạng wifi bất kỳ (Wifi Client) để thực hiện các tác vụ như lưu trữ, truy cập dữ liệu từ server

• Tạo điểm truy cập wifi (Wifi Access Point) cho phép các thiết bị khác kết nối, giao tiếp và điều khiển

• Là một server để xử lý dữ liệu từ các thiết bị sử dụng Internet khác

Các thông số kỹ thuật của NODEMCU ESP8266:

• IC chính: ESP8266 wifi SoC, phiên bản firmware: NodeMCU Lua

• Chip nạp và giao tiếp UART: CP2102