ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC NGÀNH: CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ ĐỀ TÀI: THI
TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI THIẾT KẾ, THI CÔNG HỆ THỐNG NHÀ KÍNH TRỒNG DÂU TÂY THÔNG MINH
GIỚI THIỆU CHƯƠNG
Chương này trình bày về các vấn đề sau:
Lý do chọn đề tài
Các mô hình nhà kính thông minh
Mục tiêu của đề tài
Nôi dụng thực hiện đề tài
Yêu cầu đặt ra cho hệ thống
Giải pháp cho khí hậu miền trung.
LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI
Hiện nay trên thế giới, việc ứng dụng các công nghệ điều khiển vào trong sản xuất là rất nhiều và cần thiết trong các ngành nghề kể cả trong nông nghiệp Trong nông nghiệp, nhờ ứng dụng các công nghệ điều khiển hiện đại mà năng suất và chất lượng cây trồng tăng lên đáng kể Với công nghệ trồng rau trong nhà kính có sự hỗ trợ của các thiết bị điều khiển đã cho những kết quả ngoài mong đợi với năng suất cao, chất lượng tốt, sạch, an toàn mà còn có thể trồng những loại cây mà từ trước không phải là truyền thống của vùng miền
Mô hình nhà kính thông minh có khả năng tự cung cấp chất dinh dưỡng cho cây theo chu kỳ thời gian, tự động điều khiển khí hậu trong mô hình (nhiệt độ, độ ẩm, ánh sáng) do hệ thống có trang bị các cảm biến nhiệt độ, độ ẩm, ánh sáng, PH và các cơ cấu chấp hành như : hệ thống tưới, hệ thống phun sương, quạt, đèn led chiếu sáng kích thích tăng trưởng Ở Việt Nam thị trường rau ,củ quả không an toàn tràn ngập làm các bà mẹ nội trợ rất e ngại khi mua rau Hiện nay cũng đã có nhiều nơi ở Việt Nam đã ứng dụng công nghệ trồng cây trong nhà màng và công nghệ này cũng đã phát huy tính hiệu quả đã giúp cho các nhà đầu tư đạt được lợi nhuận Tuy nhiên các thiết bị điều khiển của các nhà màng trồng rau lớn ở Việt Nam hầu hết được nhập từ nước ngoài nên giá thành cao,
2 do đó những hộ nông dân nhỏ khó tiếp cận được với công nghệ này hoặc có thì ở mức đơn giản và còn nhiều khâu phải làm thủ công.
CÁC MÔ HÌNH NHÀ KINH THÔNG MINH ĐANG ĐƯỢC ỨNG DỤNG HIỆN NAY
Tùy vào mục đích sử dụng và loại cây trồng mà chúng ta có thể sử dụng nhiều loại nhà kính khác nhau Tuy nhiên, nhà kính thông minh hiện tại được chia thành 6 loại:
Mô hình nhà kính thông minh kiểu cánh bướm: Một trong những điểm mạnh lớn của mô hình này là sự tích hợp các công nghệ tiên tiến, từ cảm biến đo lường đến hệ thống điều khiển bằng phần mềm Các cảm biến thông minh được đặt khắp nơi trong nhà kính để theo dõi các chỉ số quan trọng như nhiệt độ, độ ẩm, ánh sáng, và CO2 Thông tin thu thập từ các cảm biến này sẽ được chuyển đến hệ thống điều khiển, giúp tối ưu hóa môi trường cho sự phát triển tối ưu của cây trồng
`Đặc trưng nhất của mô hình này là cánh bướm, làm tăng khả năng linh hoạt trong việc điều chỉnh mức ánh sáng và thông thoáng không khí Khả năng điều chỉnh cánh bướm giúp người chủ có thể kiểm soát lượng ánh sáng chiếu vào từng phần của nhà kính, đáp ứng chính xác nhu cầu của từng loại cây trồng Đồng thời, khả năng thông thoáng linh hoạt giúp duy trì sự cân bằng đúng đắn giữa độ ẩm và nhiệt độ trong nhà kính, tạo ra môi trường lý tưởng cho sự phát triển của cây trồng
Với khả năng điều chỉnh linh hoạt dựa trên điều kiện thời tiết và yêu cầu cụ thể của từng loại cây, mô hình nhà kính kiểu cánh bướm không chỉ mang lại hiệu suất cao mà còn giảm thiểu lãng phí tài nguyên và năng lượng Điều này không chỉ là một đóng góp tích cực cho bảo vệ môi trường mà còn tăng cường sự bền vững của hệ thống nông nghiệp hiện đại
Hình 1.1 Mô hình nhà kính thông minh kiểu cánh bướm
Mô hình nhà kính mini trồng rau gia đình: Mô hình này phù hợp cho các gia đình nhỏ, có nhu cầu trồng rau để cung cấp cho bữa ăn hằng ngày Cách lắp đặt, điện tích, nguyên vật liệu thấp hoặc nhỏ Bạn chỉ cần tận dụng một góc sân là có thể dựng nên nhà kính hiện đại cực tốt này rồi
Hình 1.2 Mô hình nhà kính mini trồng rau gia đình
Mô hình nhà kính trồng nấm: Kết hợp những ưu điểm của nhà kính hiện đại, đối với nhà kính nuôi nấm thì sẽ thêm các yêu cầu khắt khe hơn Không chỉ là diện tích đủ rộng, có các trang thiết bị nhất định và còn phải đảm bảo các yêu cầu về điều kiện cho nấm phát triển tốt
Hình 1.3 Mô hình vườn rau sạch
Mô hình nhà kính mái hở một bên: Đây là mô hình nhà kính kiểu mới, đang được rất nhiều người trồng trọt lựa chọn Kiểu mái hở và cố định 1 bên, dạng cung tròn lệch, có cửa thông gió, giảm chiều dài và rộng bị nóng.Sử dụng mô hình nhà kính thông minh này giúp bạn có thể điều chỉnh được lượng nhiệt độ và hơi nóng trong không khí bên trong khi thời tiết thay đổi
Hình 1.4 Mô hình nhà kính mái hở một bên
Mô hình nhà kính hở mái 2 bên: Tương tự như hở mái 1 bên, mô hình nhà kính hở mái 2 bên còn có cửa thông gió đôi Nếu bà con hoặc doanh nghiệp đang có kế hoạch trồng trọt với năng suất cao, diện tích lớn Vậy thì đừng bỏ qua loại nhà kính này
Hình 1.5 Mô hình nhà kính hở mái hai bên
Mô hình nhà kính mái vòm: Nhà kính thông minh kiểu mái vòm sóng, không được làm bằng thép hộp hình chữ I Thiết kế kín, theo hình sóng giúp người chủ tiết kiệm được chi phí Nếu địa hình dốc, ruộng bậc thang,… đều không có vấn đề gì với mô hình này
Hình 1.6 Mô hình nhà kính mái vòm
TÌM HIỂU VỀ LOẠI CÂY TRỒNG
Cây dâu tây (Fragaria ananassa) là một loại cây có hoa thuộc họ Hoa hồng (Rosaceae) và là loại cây thân leo Cây dâu tây được trồng rộng rãi trên khắp thế giới vì trái dâu tây thơm ngon và giàu dinh dưỡng
Cây dâu tây có thân rễ ngắn và mệnh danh là "cây ăn quả vụ" vì trồng cây vào mùa xuân và thu hoạch quả trong mùa hè Thân cây dâu tây là thân leo, có khả năng bò lan trên mặt đất và có những lông mềm như lông vũ Lá của cây dâu tây có hình học nhọn và có lông Hoa dâu tây có màu trắng và mọc thành chùm trên thân cây
Quả dâu tây có hình dạng tròn, màu đỏ tươi hoặc hồng, có những chấm nhỏ màu đen trên bề mặt Chúng có hương thơm ngọt và vị chua ngọt hài hòa Dâu tây được sử dụng rộng rãi trong ẩm thực, từ làm mứt, kem, bánh ngọt đến nước ép và sinh tố Chúng cũng có nhiều giá trị dinh dưỡng, chứa nhiều vitamin C, kali và chất xơ
Hình 1.7 Cây dâu trồng trong nhà kính
Theo Bộ Nông nghiệp Hoa Kỳ (USDA), một khẩu phần 100 g dâu tây tươi chứa khoảng 32 calo Điều này làm cho chúng trở thành một loại thực phẩm có hàm lượng calo thấp Bạn có thể ăn những thứ này mà không lo tăng cân Dâu tây không chứa chất béo và một cốc chứa khoảng 3g chất xơ Dâu tây chủ yếu bao gồm nước (91%) và carbohydrate (7,7%) Chúng chỉ chứa một lượng nhỏ chất béo (0,3%) và protein (0,7%)
Tác dụng của cây dâu tây:
Giúp cải thiện chức năng tim
Hỗ trợ giảm nguy cơ ung thư
Hỗ trợ quản lý bệnh đái tháo đường
Duy trì sức khỏe hệ tiêu hóa, tăng khả năng miễn dịch
Tăng cường chức năng não
Yêu cầu điều kiện ngoại cảnh cây dâu tây:
Nhiệt độ: nhiệt độ thích hợp cho cây dâu tây sinh trưởng và phát triển là 18 - 22°C Biên độ nhiệt ngày và đêm cao sẽ tạo điều kiện để tăng năng suất và chất lượng quả dâu tây
7 Ánh sáng: Ánh sáng cần thiết cho cây dâu tây sinh trưởng và phát triển, cường độ ánh sáng mạnh thì mới sinh trưởng mạnh, thiếu ánh sáng thường ảnh hưởng đến khả năng ra hoa kết quả Độ ẩm và nước: Độ ẩm đất cần thiết cho sự phát triển của cây dâu tây là trên 84%, độ ẩm không khí cao và mưa kéo dài dễ gây bệnh cho cây dâu tây Đất đai: Đất trồng cây dâu tây phải được cung cấp đầy đủ các yếu tố đa lượng và vi lượng, cây dâu tây thích hợp đất trung tính pH 6 - 7, thích hợp với loại đất thịt nhẹ, hàm lượng chất hữu cơ cao, đất giữ ẩm nhưng thoát nước tốt Đất có hàm lượng chất hữu cơ cao sẽ giúp cho cây dâu tây phát triển tốt, đạt năng suất cao và kéo dài thời gian thu hoạch quả.
MỤC TIÊU CỦA ĐỀ TÀI
Mục tiêu của đề tài là phát triển một hệ thống nhà kính thông minh tiên tiến, được thiết kế với quy mô nhỏ gọn, nhằm cung cấp cho người dùng khả năng giám sát và điều khiển môi trường trồng trọt một cách tự động và hiệu quả Hệ thống này không chỉ cho phép người dùng theo dõi và điều chỉnh nhiệt độ, độ ẩm và độ ẩm đất của khu vườn mà còn cung cấp các tính năng tiên tiến khác như hệ thống tưới cây tự động và điều chỉnh tự động mái che
Với khả năng theo dõi và điều chỉnh, hệ thống nhà kính này tự động phản ứng khi nhiệt độ hoặc độ ẩm vượt quá mức cho phép Khi nhiệt độ hoặc độ ẩm quá cao hoặc quá thấp, hệ thống sẽ tự động kích hoạt chế độ hoạt động tự động (auto) để giải quyết vấn đề Nó có thể bật máy làm mát hoặc điều chỉnh hệ thống thông gió để giảm nhiệt độ và độ ẩm trong nhà kính Nếu độ ẩm đất không đạt mức yêu cầu, hệ thống tưới cây tự động sẽ được kích hoạt để cung cấp đủ nước cho cây trồng Ngoài ra, mái che tự động có thể được mở hoặc đóng để điều chỉnh ánh sáng và bảo vệ cây dâu tây khỏi tác động thời tiết bất lợi
Từ đó, hệ thống nhà kính thông minh này giúp người dùng tiết kiệm thời gian và công sức trong việc quản lý và chăm sóc vườn Bằng cách tự động giám sát và điều chỉnh môi trường trồng trọt, nó đảm bảo rằng cây dâu tây được nuôi dưỡng trong một môi trường lý tưởng, tạo ra một môi trường trồng trọt hiệu suất cao và đảm bảo sự thành công trong việc trồng cây dâu tây trong nhà kính
NỘI DUNG THỰC HIỆN ĐỀ TÀI
Tìm hiểu và nghiên cứu về các cảm biến đo độ ẩm đất, cảm biến đo nhiệt độ và cảm biến đo cường độ ánh sáng để phù hợp với đề tài để đạt được độ chính xác cao
Tìm hiểu và nghiên cứu về cách nhận dữ liệu và xử lý tín hiệu từ các cảm biến Giao thức truyền nhận với module ESP32
Tìm hiểu và nghiên cứu về cách nhận dữ liệu và xử lý tính hiệu từ giao thức truyền thông UART
Thiết kế lưu đồ thuật toán và viết chương trình điều khiển cho STM32, ESP32 Thiết kế và thi công phần cứng cho hệ thống Đưa dữ liệu lên App để theo dõi và giám sát
Thử nghiệm và điều chỉnh phần cứng cũng như chương trình để mô hình được hoạt động một cách tối ưu.
YÊU CẦU ĐẶT RA CHO HỆ THỐNG
Hệ thống hoạt động yêu cầu độ chính xác cao >90%
Theo dõi và giám sát độ ẩm đất, nhiệt độ, độ ẩm không khí, cường độ ánh sáng của vườn Điều khiển hệ thống tưới cây tự động thông qua hai chế độ Auto và thủ công Theo dõi và điều khiển qua Internet
Thời gian đáp ứng nhanh
Tính ổn định của hệ thống cao.
BỐ CỤC
1.8.1 Chương 1: Tổng quan hệ thống
Giới thiệu tổng quan về hệ thống gồm các nội dung sau:
- Lý do chọn đề tài
- Các mô hình nhà kính thông minh
- Mục tiêu của đề tài
- Nôi dụng thực hiện đề tài
- Yêu cầu đặt ra cho hệ thống
- Cấu trúc và nội dung đồ án
1.8.2 Chương 2: Cơ sở lý thuyết
Giới thiệu tất cả về các linh kiện được sử dụng trong hệ thống, và các giao thức truyền dữ liệu trong hệ thống gồm các nội dung cụ thể sau:
- Cảm biến nhiệt độ và độ ẩm DHT11
- Cảm biến cường độ ánh sáng.’
- Module công tắc hành trình
- Các phần mềm sử dụng
1.8.3 Chương 3: Thiết kế, mô phỏng, thi công
Thiết kế sơ đồ mạch từng khối, vẽ mạch in và tính chọn để lựa chọn các thông số phù hợp của từng loại linh kiện trong hệ thống rồi tiến hành thiết kế hệ thống
Vẽ và phân tích lưu đồ thuật toán, thiết kế chương trình cho từng khối, hệ thống
1.8.4 Kết quả và đánh giá hệ thống
Trình bày tất cả kết quả đạt được về phần cứng, phần mềm, sản phẩm làm được và từ đó đánh giá kết quả đạt được
KẾT LUẬN CHƯƠNG
Qua chương này, chúng ta đã nắm rõ được tổng quan của toàn hệ thống về những mục tiêu và nội dung thực hiện đề tài, bên cạnh đó sẽ hiểu được tầm quan trọng của hệ thống Để hiểu rõ hơn về mục đích chức năng về phần cứng, những linh kiện, module được sử dụng trong hệ thống thì chúng ta bước sang chương 2
CƠ SỞ LÝ THUYẾT
GIỚI THIỆU CHƯƠNG
Chương này trình bày các vấn đề sau:
- Cảm biến nhiệt độ và độ ẩm DHT11
- Cảm biến cường độ ánh sáng
- Module công tắc hành trình
- Các phần mềm sử dụng
PHÂN TÍCH VÀ LỰA CHỌN LINH KIỆN
Kit phát triển STM32F103C8T6 Blue Pill ARM Cortex-M3 là loại được sử dụng để nghiên cứu về ARM nhiều nhất hiện nay do có mức giá rẻ đồng thời có thể nạp bootloader Blue Pill để giao tiếp và lập trình với phần mềm Arduino một cách dễ dàng, kit có chất lượng gia công tốt, độ bền cao
Hình 2.1 Vi điều khiển STM32
- Điện áp cấp 5VDC qua cổng Micro USB sẽ được chuyển đổi thành 3.3VDC qua IC nguồn và cấp cho Vi điều khiển chính
- Tích hợp sẵn thạch anh 8Mhz
- Tích hợp sẵn thạnh anh 32Khz cho các ứng dụng RTC
- Ra chân đầy đủ tất cả các GPIO và giao tiếp: CAN, I2C, SPI, UART, USB,
- Tích hợp Led trạng thái nguồn, Led PC13, Nút Reset
Sơ đồ chân của Kit STM32F103C8T6 Blue Pill:
Hình 2.2 Sơ đồ chân của Kit STM32F103C8T6
Module Wifi Node MCU ESP32 (CH340) là phiên bản NodeMCU sử dụng IC nạp giá rẻ CH340 từ Lolin với bộ xử lý trung tâm là module Wifi SoC ESP32, kit có thiết kế dễ sử dụng và đặc biệt là có thể sử dụng trực tiếp trình biên dịch của Arduino để lập trình và nạp code, điều này khiến việc sử dụng và lập trình các ứng dụng trên ESP32 trở nên rất đơn giản
12 Module Wifi Node MCU ESP32 (CH340) được dùng cho các ứng dụng cần kết nối, thu thập dữ liệu và điều khiển qua sóng Wifi, đặc biệt là các ứng dụng liên quan đến IoT
Hình 2.3 Sơ đồ chân Module ESP32
- Wifi: 2.4Ghz hỗ trợ chuẩn 802.11b/g/n
- Điện áp hoạt động: 3.3V
- Điện áp vào: 5V(thông qua cáp USB) hoặc nguồn bên ngoài
- Số chân analog input: 1 (điện áp vào tối đa 3.3V)
- Giao tiếp: Cable Micro USB
- Hổ trợ bảo mật: WPA/WPA2
- Tích Hợp giao thức: TCP/IP
- Hỗ trợ 802.11n (2.4 GHz), lên tới 72.2 Mbps
- Có giao diện Wifi ảo
- Giám sát đèn hiệu tự động (TSF phần cứng)
- Hỗ trợ các bộ phận: Chế độ BSS Station, chế độ SoftAP, chế độ pha tạp
Bộ điều khiển trung tâm
- ESP32 tích hợp bộ xử lý RISC 32 bit của Tensilica L106, giúp đạt được mức tiêu thụ năng lượng ngoại biên và đạt tốc độ xung nhịp tối đa 160 MHz Hệ điều hành thời gian thực (RTOS) và ngăn xếp Wi-Fi cho phép 80% khả năng xử lý có sẵn để lập trình và phátư triển ứng dụng người dùng CPU bao gồm các giao diện sau đây:
- Giao diện RAM/ROM có thể lập trình, có thể được kết nối vớibộ điều kiển bộ nhớ và cũng có thể được sử dụng để truy cập flash
- Giao diện RAM dữ liệu (dBus), có thể kết nối với bộ điều khiển nhớ
- Giao diện AHB có thể được sử dụng để truy cập vào thanh ghi
- Theo phiên bản SDK hiện tại, không gian SRAM có sẵn cho người dùng được chỉ định như dưới đây:
- Kích thước RAM dưới 50kB, nghĩa là khi ESP32 hoạt động ở chế độ hệ thống và kết nối với bộ định tuyến, không gian lập trình tối đa có thể truy cập trong phân Heap + Data là khoảng 50kB
- Không có ROM lập trình trong SoC Do đó, chương trình người dùng phải được lưu trữ trong flash SPI bên ngoài
- ESP32 sử dụng flash SPI bên ngoài để lưu trữ các chương trình người dùng và hỗ trợ dung lượng bộ nhớ lên tới 16 MB theo lý thuyết
- Bộ nhớ flash tối thiểu của ESP32 được hiển thị bên dưới:
- Kích hoạt OTA: ít nhất 1MB
2.2.3 Cảm biến nhiệt độ và độ ẩm DHT11
DHT11 là một cảm biến kỹ thuật số giá rẻ để cảm nhận nhiệt độ và độ ẩm Cảm biến này có thể dễ dàng giao tiếp với bất kỳ bộ vi điều khiển vi nào như Arduino, Raspberry Pi, để đo độ ẩm và nhiệt độ ngay lập tức
DHT11 là một cảm biến độ ẩm tương đối Để đo không khí xung quanh, cảm biến này sử dụng một điện trở nhiệt và một cảm biến độ ẩm điện dung
Cảm biến DHT11 bao gồm một phần tử cảm biến độ ẩm điện dung và một điện trở nhiệt để cảm nhận nhiệt độ Tụ điện cảm biến độ ẩm có hai điện cực với chất nền giữ ẩm làm chất điện môi giữa chúng Thay đổi giá trị điện dung xả y ra với sự thay đổi của các mức độ ẩm IC đo, xử lý các giá trị điện trở đã thay đổi này và chuyển chúng thành dạng kỹ thuật số Để đo nhiệt độ, cảm biến này sử dụng một nhiệt điện trở có hệ số nhiệt độ âm, làm giảm giá trị điện trở của nó khi nhiệt độ tăng Để có được giá trị điện trở lớn hơn ngay cả đối với sự thay đổi nhỏ nhất của nhiệt độ, cảm biến này thường được làm bằng gốm bán dẫn hoặc polymer
- Điện áp hoạt động: 3V - 5V DC
- Dòng điện tiêu thụ: 2.5mA
- Phạm vi cảm biến độ ẩm: 20% - 90% RH, sai số ±5%RH
- Phạm vi cảm biến nhiệt độ: 0°C ~ 50°C, sai số ±2°C
- Tần số lấy mẫu tối đa: 1Hz (1 giây 1 lần)
2.2.4 Cảm biến độ ẩm đất
Cảm biến đo độ ẩm là dòng cảm biến dùng để đo độ ẩm không khí hoặc đo độ ẩm đất Cảm biến đo độ ẩm được ứng dụng trong nhiều ngành và lắp đặt nhiều ứng dụng khác nhau
Hình 2.5 Cảm biến đo độ ẩm đất
Nguyên lí hoạt động:
- Cảm biến đo độ ẩm hoạt động dựa trên nguyên lí: sự hấp thụ hơi nước làm biến đổi tính chất của thành phần cảm nhận trong cảm biến làm thay đổi điện trở của cảm biến qua đó xác định được độ ẩm
- Đối với một ẩm kế điện dung, không khí chảy vào giữa hai tấm kim loại Sự thay đổi độ ẩm không khí tỷ lệ thuận với sự thay đổi điện dung giữa các bản
- Trong nguyên lý đo độ ẩm điện trở, polymer hoặc sức hấp thụ độ ẩm, sau đó ảnh hưởng đến điện trở suất của nó Và được kết nối với một mạch trong đó độ ẩm ảnh hưởng đến điện trở của vật liệu Từ đó độ ẩm tương đối sau đó được xác định dựa trên sự thay đổi của dòng điện
- Điện áp hoạt động: 3.3~5VDC
Analog: theo điện áp cấp nguồn tương ứng
Digital: High hoặc Low, có thể điều chỉnh độ ẩm mong muốn bằng biến trở thông qua mạch so sánh LM393 tích hợp
2.2.5 Cảm biến cường độ ánh sáng BH1750
Cảm biến cường độ ánh sáng BH1750 Digital Light Sensor được sử dụng để đo cường độ ánh sáng theo đơn vị lux, càm biến có ADC nội và bộ tiền xử lý nên giá trị được trả ra là giá trị trực tiếp cường độ ánh sáng lux mà không phải qua bất kỳ xử lý hay tính toán nào thông qua giao tiếp I2C
Hình 2.6 Module cảm biến cường độ ánh sáng
- Điện áp giao tiếp: TTL 3.3~5VDC
2.2.6 Module công tắc hành trình
Công tắc hành trình là công tắc tức có chức năng đóng mở mạch điện, và nó được đặt trên đường hoạt động của một cơ cấu nào đó sao cho khi cơ cấu đến 1 vị trí nào đó sẽ tác động lên công tắc Hành trình có thể là tịnh tiến hoặc quay
Hình 2.7 Module công tắc hành trình
OUT chân ra tín hiệu thấp hoặc cao
LCD 20x4 là loại màn hình tinh thể lỏng nhỏ dùng để hiển thị chữ hoặc số trong bảng mã ASCII Mỗi ô của Text LCD bao gồm các chấm tinh thể lỏng, các chấm này 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
GIAO THỨC SỬ DỤNG
Tên đầy đủ UART là “Universal Asynchronous Receiver/Transmitter” nó là một vi mạch sẵn có trong một vi điều khiển nhưng không giống như một giao thức truyền thông(I2C & SPI) Chức năng chính của UART là truyền dữ liệu nối tiếp Trong UART, giao tiếp giữa hai thiết bị có thể được thực hiện theo hai cách là giao tiếp dữ liệu nối tiếp và giao tiếp dữ liệu song song
Hình 2.13 Sơ đồ kết nối chân trong giao tiếp UART
Trong giao tiếp này, có hai loại UART có sẵn là truyền UART và nhận UART và giao tiếp giữ hai loại này có thể được thực hiện trực tiếp với nhau Đối với điều này, chỉ cần hai cáp để giao tiếp giữa hai UART Luồng dữ liệu sẽ từ cả hai chân truyền (Tx) và nhận (Rx) của UART Trong UART, việc truyền dữ liệu từ Tx UART sang Rx UART có thể được thực hiện không đồng bộ (không có tín hiệu CLK để đồng bộ hóa)
Việc truyền dữ liệu của UART có thể được thực hiện bằng cách sử dụng bus dữ liệu ở dạng song song bởi các thiết bị khác như vi điều khiển,bộ nhớ, CPU,… Sau khi nhận được dữ liệu song song từ bus, nó tạo thành gói dữ liệu bằng cách thêm ba bit như bắt đầu, dừng lại và trung bình Nó đọc từng bit gói dữ liệu và chuyển đổi dữ liệu nhận được thành dạng song song để loại bỏ ba bit của gói dữ liệu Tóm lại, gói dữ liệu nhận được bởi UART chuyển song song về phía bus dữ liệu ở đầu nhận
UART thường được sử dụng trong các bộ vi điều khiển cho các yêu cầu chính xác và chúng cũng có sẵn trong các thiết bị liên lạc khác nhau như giao tiếp không dây, thiết bị GPS, mô-đun Bluetooth và nhiều ứng dụng khác
Hình 2.14 Định dạng dữ liệu trong UART gồm các bit bắt đầu và kết thúc để tiện cho việc kiểm tra và ghi nhận
2.3.2 Ưu điểm và nhược điểm
2.3.3.1 Ưu điểm Đơn giản: Giao thức UART được thiết kế đơn giản và dễ hiểu, do đó, việc triển khai và sử dụng nó không quá phức tạp
Phổ biến: UART là một giao thức phổ biến được sử dụng rộng rãi trong các ứng dụng nhúng và viễn thông
Khả năng tương thích ngược: UART có thể hoạt động với nhiều tốc độ truyền khác nhau và cũng có khả năng tương thích ngược với các phiên bản UART cũ hơn
Khả năng truyền dữ liệu không đồng bộ: UART cho phép truyền dữ liệu không đồng bộ, điều này có nghĩa là không cần một tín hiệu clock chung giữa các thiết bị truyền và nhận
Tốc độ truyền thấp: Giao thức UART thường không thể đạt được tốc độ truyền dữ liệu cao như các giao thức truyền thông hiện đại khác như USB hoặc Ethernet
Cáp dài hạn chế: Đối với các kết nối UART truyền thống, cáp dài có thể gây nhiễu và giới hạn khoảng cách truyền thông hiệu quả
Không có kiểm soát lỗi tích hợp: UART không cung cấp cơ chế kiểm soát lỗi tích hợp như kiểm tra dư thừa (checksum) hoặc chức năng bảo mật dữ liệu Độ tin cậy thấp: Giao thức UART không có cơ chế để phát hiện và khắc phục lỗi truyền thông Nếu xảy ra lỗi trong quá trình truyền, nó có thể dẫn đến mất mát dữ liệu hoặc sự hiểu lầm trong việc truyền thông
Tùy thuộc vào ứng dụng cụ thể, các ưu điểm và nhược điểm của giao thức UART có thể ảnh hưởng đến quyết định sử dụng hoặc lựa chọn các giao thức truyền thông phù hợp hơn.
GIỚI THIỆU PHẦN MỀM MÔ PHỎNG
Phần mềm Proteus là một phần mềm thiết kế mạch in được phát minh bởi Labcenter Electronics Nó được sử dụng để thiết kế các mạch khác nhau trên PCB (bo
24 mạch in) và mô phỏng các mạch khác nhau Việc sử dụng proteus cho bất kỳ dự án mạch điện tử nào làm cho dự án đó tiết kiệm chi phí và ít sai sót hơn do cấu trúc sơ đồ trên proteus
- Các tính năng của Proteus:
Giao diện thiết kế, quản lý và chỉnh sửa thân thiện, dễ dàng biên dịch, quản lý file, quản lý phiên bản cho các tài liệu thiết kế
Hỗ trợ mạnh mẽ cho việc thiết kế tự động, đi dây tự động theo thuật toán tối ưu, phân tích lắp ráp linh kiện Hỗ trợ việc tìm các giải pháp thiết kế hoặc chỉnh sửa mạch, linh kiện, netlist có sẵn từ trước theo các tham số mới
Mở, xem và in các file thiết kế mạch dễ dàng với đầy đủ các thông tin linh kiện, netlist, dữ liệu bản vẽ, kích thước, số lượng…
Hệ thống các thư viện linh kiện phong phú, chi tiết và hoàn chỉnh bao gồm tất cả các linh kiện nhúng, số, tương tự… Đặt và sửa đối tượng trên các lớp cơ khí, định nghĩa các luật thiết kế, tùy chỉnh các lớp mạch in, chuyển từ schematic sang PCB, đặt vị trí linh kiện trên PCB
Mô phỏng mạch PCB 3D, đem lại hình ảnh mạch điện trung thực trong không gian 3 chiều, hỗ trợ MCAD-ECAD, liên kết trực tiếp với mô hình STEP, kiểm tra khoảng cách cách điện, cấu hình cho cả 2D và 3D
Hỗ trợ thiết kế PCB sang FPGA và ngược lại
Từ đó, chúng ta thấy Altium designer có nhiều điểm mạnh so với các phần mềm khác như đặt luật thiết kế, quản lý đề tài mô phỏng dễ dàng, giao diện thân thiện,…
- Ưu điểm/Nhược điểm của Proteus so với các phần mềm khác: Ưu điểm:
Proteus được thiết kế chuyên dụng dành cho vẽ Schematic và PCB thế nên bộ công cụ của Proteus rất mạnh và thông minh, phù hợp với đa số các yêu cầu trên thị trường
Mô phỏng 3D, Proteus hỗ trợ việc sử dụng file 3D của các phần mềm khác để mô phỏng 3D, khiến việc thiết kế trở nên trực quan hơn rất nhiều
Cộng đồng lớn: Proteus là phần mềm đi đầu trong lĩnh vực thiết kế mạch in PCB, thế nên cộng đồng Proteus cũng cực kỳ đông đảo, bộ thư viện rất đầy đủ
Phần mềm nặng, máy yếu dùng rất mệt
Tính năng mô phỏng yếu
Android Studio là môi trường phát triển tích hợp (IDE) chính thức cho việc phát triển ứng dụng di động trên nền tảng Android Nó được phát triển bởi Google và cung cấp các công cụ mạnh mẽ và linh hoạt để tạo ra ứng dụng di động chất lượng cao
Android Studio cung cấp một loạt các tính năng hỗ trợ toàn diện cho lập trình viên Android Đầu tiên, nó đi kèm với trình biên dịch Java tích hợp và hỗ trợ ngôn ngữ Kotlin, cho phép bạn viết mã ứng dụng bằng cả hai ngôn ngữ này Bạn cũng có thể tạo giao diện người dùng cho ứng dụng của mình bằng cách sử dụng trình tạo giao diện dựa trên kéo và thả
Android Studio cung cấp một bộ công cụ mạnh mẽ để xây dựng, kiểm thử và triển khai ứng dụng Android Bạn có thể tạo và quản lý các dự án, điều chỉnh cấu trúc thư mục và tạo các phiên bản ứng dụng cho nhiều thiết bị và phiên bản Android khác nhau Ngoài ra, Android Studio tích hợp sẵn trình giả lập thiết bị di động để bạn có thể chạy và kiểm thử ứng dụng trên các thiết bị ảo một cách dễ dàng
Một tính năng quan trọng khác của Android Studio là khả năng tích hợp với dịch vụ Google Play Bạn có thể tạo và quản lý tài khoản phát triển, đăng ký ứng dụng của mình trên Google Play Store và quản lý quy trình cập nhật và phân phối ứng dụng
Ngoài ra, Android Studio còn có một cộng đồng lớn và sôi động, với nhiều tài liệu, ví dụ và hỗ trợ từ cộng đồng phát triển Android trên toàn cầu Điều này giúp bạn nhanh chóng tìm kiếm giải pháp cho các vấn đề phát triển cụ thể và tiếp cận các nguồn tư liệu phong phú để nâng cao kỹ năng lập trình Android của mình
26 Tóm lại, Android Studio là một công cụ mạnh mẽ và toàn diện cho việc phát triển ứng dụng Android Nó cung cấp các tính năng linh hoạt, công cụ tốt và sự hỗ trợ từ cộng đồng để giúp bạn tạo ra các ứng dụng di động chất lượng cao trên nền tảng Android Tính năng của phần mềm:
Android Studio có nhiều tính năng hữu ích cho việc phát triển ứng dụng
Android Dưới đây là một số tính năng chính của phần mềm này:
Chạy ứng dụng tức thì: Công nghệ này tích hợp hỗ trợ các thay đổi được thực hiện trong quá trình phát triển ứng dụng và hỗ trợ người dùng chạy thử ngay lập tức mà không mất thời gian để xây dựng lại APK và cài đặt Vì vậy, bạn có thể thấy các thay đổi ngay lập tức khi nó được thực hiện bằng cách khởi chạy URL trên ứng dụng Android, cài đặt các thư viện gốc với ứng dụng Android Instant hay còn gọi là “ New Module Wizard”
KẾT LUẬN CHƯƠNG
Thông qua chương 2 đã nêu ra được những cơ sở lý thuyết về các thiết bị linh kiện được sử dụng trong hệ thống, từ đó chúng ra có thể rút ra được các yêu cầu cần thiết để thực hiện việc thiết kế phần cứng của đề tài để xây dựng hệ thống này Ngoài ra, chương 2 còn đưa ra những giới thiệu chi tiết về giao thức cần thiết trong đề tài này, đưa ra được những ưu/nhược điểm Và để thực hiện và hoàn thành một hệ thống, chúng ra bước sang chương tiếp theo để tìm hiểu rõ hơn
THIẾT KẾ, MÔ PHỎNG, THI CÔNG
GIỚI THIỆU CHƯƠNG
Chương này trình bày các vấn đề sau:
- Yêu cầu thiết kế của hệ thống
- Sơ đồ khối hệ thống
YÊU CẦU CỦA HỆ THỐNG
Cây dâu tây (Fragaria x ananassa) là một loại cây thân leo nhỏ thuộc họ Hoa hồng (Rosaceae) và là một trong những loại cây trồng phổ biến trên toàn cầu Với hương vị tươi ngon, thường được sử dụng trong các món trái cây, mứt, kem và nhiều món ăn khác, cây dâu tây trở thành một lựa chọn phổ biến cho việc trồng trong nhà kính
3.2.2 Các thông số cần lưu ý
- Các thông số của cây dâu cần lưu ý:
- Độ ẩm đất cần thiết cho sự phát triển của cây dâu tây là trên 84%
- Nhiệt độ thích hợp cho sinh trưởng và phát triển từ 18-220C
- Độ ẩm không khí từ 60% đến 70%
- Cường độ ánh sáng từ 5000 – 7000 lux
- Cần một lượng ánh sáng nhỏ vào ban đêm để tăng cường quang hợp
- Cần một lượng ánh sáng nhỏ vào ban đêm để tăng cường quang hợp
Sơ đồ khối của hệ thống gồm các khối sau:
- Khối điều khiển trung tâm
SƠ ĐỒ KHỐI HỆ THỐNG NHÀ KÍNH
Hình 3.1 Sơ đồ khối hệ thống nhà kính
Nguyên lý hoạt động của sơ đồ khối hệ thống nhà kính: Sơ đồ khối của hệ thống nhà kính gồm các khối là:
Khối nguồn có chức năng cung cấp nguồn 5V cho tất cả các khối khác hoạt động
Khối xử lý trung tâm là vi điều khiển STM32 có chức năng điều khiển cho toàn bộ hệ thống Có nhiệm vụ kết nối nhận dữ liệu từ khối cảm biến và điều khiển các module và động cơ, ngoài ra khối này còn có nhiệm vụ gởi và nhận dữ liệu
Khối cảm biến gồm các cảm biến nhiệt độ-độ ẩm, cảm biến ánh sáng, cảm biến cường độ ánh sáng, cảm biến độ ẩm đất Có chức năng thu thập các thông tin biến đổi từ môi trường gửi dữ liệu về cho khối xử lý trung tâm
Khối giao diện điều khiển là nơi hiển thị thông tin của môi trường cũng là nơi để thao tác bật tắt các thiết bị của khối cơ cấu chấp hành
Khối hiển thị là nơi tiếp nhận các thông tin của môi trường từ khối xử lý trung tâm sau đó hiển thị các thông số đó lên màn hình LCD
33 Khối cơ cấu chấp hành bao gồm các thiết bị như: quạt, máy bơm nước, động cơ rèm, đèn…sẽ được bật tắt tùy theo tín hiệu từ khối xử lý trung tâm
Khối cảm biến mang nhiệm vụ thu thập dữ liệu từ môi trường đưa về khối điều khiển trung tâm
Khối cảm biến sử dụng các linh kiện:
- Cảm biến nhiệt độ DHT11
- Cảm biến ánh sáng tự thiết kế
- Cảm biến cường độ ánh sáng
3.3.2 Khối điều khiển trung tâm
Khối điều khiển trung tâm mang nhiệm vụ tiếp nhận dữ liệu từ khối cảm biến và điều khiển các module và động cơ, ngoài ra khối này còn có nhiệm vụ gởi và nhận dữ liệu
Khối điều khiển trung tâm sử dụng các linh kiện:
Khối nguồn mang nhiệm vụ cung cấp nguồn cho tất cả các khối còn lại hoạt động Ở đây nhóm chúng em sử dụng Nguồn tổ ong 5V 20A có kích thước: 160 x 48 x 42mm và điện áp đầu vào: 110VAC-240VAC, được điều chỉnh bằng công tắc gạt Công suất của Nguồn tổ ong 5V 10A là 100W
Application đây là nơi nhận dữ liệu từ Server gửi lên cụ thể là ESP32 Server Là nơi giám sát độ ẩm không khí, độ ẩm đất, nhiệt độ không khí, cường độ ánh sáng, ngoài ra còn có thể điều khiển trên ứng dụng điện thoại thông qua mạng Internet bằng hai chế độ AUTO và MANUAL Tại chế độ MANUAL người dùng có thể bật tắt các thiệt bị trực tiếp, còn ở chế độ AUTO hệ thống sẽ tự động bật tắt các thiết bị thông qua các số liệu từ Server gửi lên
34 Application sử dụng: Android Studio
Khối cơ cấu chấp hành mang nhiệm vụ nhận tín hiệu từ khối xử lý trung tâm để bật tắt các thiết bị
Khối cơ cấu chấp hành sử dụng các linh kiện:
Khối hiển thị mang nhiệm vụ nhận dữ liệu từ khối điều khiển trung tâm từ đó hiển thị các thông số nhiệt độ, độ ẩm đất, cường độ ánh sáng, độ ẩm không khí ra màn hình LCD
Khối hiển thị sử dụng màn hình LCD 2004A.
THIẾT KẾ PHẦN CỨNG
3.4.1 Yêu cầu thiết kế phần cứng
Hệ thống phải đảm bảo độ chính xác cao 90%
Hệ thống sẽ có các phần chính: phần cảm biến, phần xử lý trung tâm, điều khiển Phần xử lý trung tâm sẽ đảm nhiệm vai trò quan trọng nhất
Hệ thống hoạt động có độ ổn định cao không xảy ra tình trạng mất kết nối giữa các thiết bị
3.4.2 Phân tích thiết kế phần cứng
3.4.2.1 Khối xử lý trung tâm
Hệ thống có khả năng kiểm soát và điều khiển tất các hoạt động trong nó
Phân tích và lựa chọn linh kiện:
35 Dựa trên yêu cầu và tính linh hoạt trong việc lựa chọn, chúng ta có khả năng tùy chọn từ một loạt các vi điều khiển khác nhau để xây dựng mạch Trong việc so sánh với Arduino, việc lựa chọn STM32 mang lại nhiều ưu điểm vượt trội và đồng thời bảo đảm giá thành phù hợp STM32 nổi tiếng với hiệu suất mạnh mẽ, kiến trúc 32- bit, bộ nhớ lớn, khả năng xử lý đa nhiệm và tích hợp nhiều tính năng cao cấp như giao tiếp USB, Ethernet, CAN bus, SPI, I2C và nhiều tính năng khác Ngoài ra, STM32 cũng hỗ trợ một môi trường phát triển phong phú và sự hỗ trợ từ cộng đồng lớn, giúp tăng tính linh hoạt và tốc độ phát triển của dự án Với các ưu điểm này, việc lựa chọn STM32 có thể mang lại hiệu suất và khả năng mở rộng tốt, đồng thời vẫn đảm bảo giá thành phù hợp cho các ứng dụng nhúng đa dạng
Hình 3.2 Kit phát triển STM32F103C8T6 Blue Pill ARM Cortex-M3
Mạch dao động thạch anh cho STM32
STM32 có thể sử dụng bộ dao dộng nôi HIS bên trong nó, bạn có thể không cần thiết kế mạch dao động Để thêm mạch dao động bên ngoài cho STM32 chúng ta có 2 nguồn:
- Nguồn dao động bên ngoài External Clock
- Nguồn dao động thạch anh Crystal
Hình 3.3 Xung clock của STM32
Trong thực tế mình hay sử dụng mạch dao động gồm thạch anh và tụ như sau:
Hình 3.4 Mạch dao động LSE và HSE sử dụng thạch anh
Dựa trên hướng dẫn trong datasheet của STM32, được lựa chọn các thành phần như sau: Điện tụ C9, C12, C13, C14 được chọn với giá trị 20pF
Sử dụng thạch anh Y3 với tần số 32KHz với thạch anh Y2 với tần số 8MHz Điện trở R6 có giá trị 1MΩ
STM32 đã có trở trên cho chân RESET, nghĩa là không cần thiết kế mạch reset STM32 vẫn có thể hoạt động được
37 Trong thực tế chúng ta sẽ thiết kế thêm nút nhấn và tụ để có thể reset bằng tà mà không cần ngắt mạch điện
Các đầu vào của cảm biến:
- Cảm biến độ ẩm đất: chọn cảm biến độ ẩm đất có điện áp hoạt động là 3.3V
- Cảm biến độ ẩm không khí DHT11: Sử dụng cảm biến nhiệt độ và độ ẩm DHT với điện áp là 3.3V
- Cảm biến cường độ ánh sáng BH1750: sử dụng cảm biến cường độ ánh sáng BH1750 có điện áp hoạt động là 3.3V
- Công tắc hành trình: chọn hai công tắc hành trình với điện áp hoạt động là 3V
- Màn hình LCD: sử dụng màn hình LCD với điện áp hoạt động là 5V
Chúng ta đã lựa chọn các cảm biến và module này dựa trên một số yếu tố quan trọng như tính thông dụng, giá cả phải chăng, độ chính xác tương đối cao và khả năng tiếp cận dễ dàng trên thị trường hiện nay Việc lựa chọn này giúp đảm bảo sự linh hoạt và hiệu quả của hệ thống, đồng thời đảm bảo rằng các thành phần có sẵn và có khả năng thực hiện các nhiệm vụ đo lường và giao tiếp một cách chính xác và tin cậy
3.4.3 Sơ đồ nguyên lý mạch
Hình 3.7 Sơ đồ nguyên lý của mạch 3.4.4 Sơ đồ đi dây của mạch
Hình 3.8 Sơ đồ đi dây của mạch
Giải thích nguyên lý hoạt động toàn mạch
Mạch gồm các bộ phận đó là: Nguồn đầu vào 5V DC, vi điều khiển STM32, vi điều khiển ESP32, hai công tắc hành trình, sáu đầu ra relay, LCD và các cảm biến ánh sáng, cảm biến cường độ ánh sáng, cảm biến nhiệt độ-độ ẩm, cảm biến độ ẩm đất
Trong mạch vi điều khiển STM32 và ESP32 được kết nối với nhau bằng giao thức truyền thông UART
Các cảm biến độ ẩm đất, LCD và các cảm biến ánh sáng, cảm biến cường độ ánh sáng, cảm biến nhiệt độ-độ ẩm sẽ được kết nối với vi điều khiển STM32 có mục đích là gửi tín hiệu cho vi điều khiển
Các công tắc hành trình, sáu relay sẽ được kết nối với vi điều khiển ESP32 có mục đích là nhận tín hiệu được vi điều khiển xử lý và gửi đến cho các thiết bị
Giải thích khối đầu ra:
Khi có điện áp thì opto PC817 sẽ hoạt động, sau đó kích transistor C1815 hoạt động Khi C1815 hoạt động sẽ kích hai tiếp điểm của relay để điều khiển thiết bị
3.4.5 Tính toán lựa chọn linh kiện
- Cường độ dòng điện: 5mA-40mA (Khuyên dùng 10-20mA là bền) Lựa chọn linh kiện PC817:
- Cường độ dòng điện: 10mA.
Lựa chọn nguồn cung cấp có điện áp 𝑉 𝐶𝐶 = 5𝑉 và kết hợp với một động cơ có điện áp hoạt động 𝑉 𝐷𝐶 = 5𝑉 và dòng làm việc 𝐼 𝐷𝐶 = 20𝑚𝐴 Để điều khiển Relay thì BJT phải hoạt động ở vùng ngưng dẫn hoặc bão hòa
Vì mạch sử dụng tải có dòng làm việc 20𝑚𝐴 Mà theo thông số thì BJT C1815 được sử dụng chuyển đổi trong các mạch điện tử để điều khiển tải dưới 150mA
Tính toán lựa chọn điện trở:
Theo datasheet thì BJT C1815 có điện áp giữa Collector và Emitter là: (𝑉 𝐶𝐸𝑆 ) 0.25V và hệ số khuếch đại là: 𝛽 = 70
Dòng điện hoạt của động cơ là: (𝐼 𝐷𝐶 ) = 20mA
Tính toán lựa chọn BJT Q1:
Công suất tiêu tán trên BJT (𝑃 𝑡𝑡 ):
- Điện áp giữa Collector và Emitter (𝑉 𝐶𝐸𝑆 ): 0.25V
- Dòng điện làm việc của động cơ (𝐼 𝐷𝐶 ): 20mA
Khi BJT tắt, điện áp nguồn trên BJT là 𝑉 𝐶𝐶 = 5𝑉 Do đó, điều kiện chọn BJT khi tắt là:
- Điện áp 𝑉 𝐶𝐸𝑂 khi BJT tắt: 𝑉 𝐶𝐸𝑂 = (2 − 3)𝑉 𝐶𝐶 = (2 − 3) × 5𝑉
Từ đó, ta chọn BJT: C1815
Tính toán lựa chọn 𝑅 2 : Đầu tiên, tính giá trị 𝑅 2 bằng cách sử dụng công thức:
Trong đó, 𝑉 𝐶𝐶 điện áp nguồn cung cấp là 5V;
𝑉 𝐵𝐸𝑆 = 1𝑉; 𝑉 𝐶𝐸𝑆 = 0.2 và giá trị 𝐼 𝐵𝑆 được tính ở trên là 1.675mA
0.715𝑚𝐴 = 5244,7 Ω Vậy ta chọn giá trị gần nhất cho 𝑅 2 = 5.6𝐾Ω
Tính công suất tiêu tán tại 𝑅 2 :
𝑃 𝑅2 = 𝐼 𝐵𝐸/𝑄1 2 × 𝑅 2 = (0.715mA) 2 × 5.6(KΩ) = 0.00286286(𝑊) tính toán lựa chọn 𝑅 1 :
Dựa vào datasheet của opto PC817:
- 𝐼 𝐶 = 50𝑚𝐴 Đầu tiên, chúng ta lựa chọn giá trị dòng chạy qua chân 1 của Opto PC817:
Ta thấy 𝐼 𝐹 𝑚𝑎𝑥 = 50𝑚𝐴 nên ta có thể lựa cho các giá trị nhỏ hơn 50mA Suy ra ta chọn 𝐼 𝐿𝐸𝐷.𝑜𝑝𝑡𝑜 = 14𝑚𝐴
𝑉 𝐿𝐸𝐷.𝑜𝑝𝑡𝑜 được nằm trong khoảng từ 1.2V – 1.5V Nên ta có thể chọn
42 vậy chọn giá trị gần nhất R1 là 130 Ω
THIẾT KẾ PHẦN MỀM
3.5.1 Lưu đồ thuật toán cho toàn bộ hệ thống
Hình 3.5 Lưu đồ thuật toán toàn bộ hệ thống
43 Giải thích lưu đồ thuật toán tổng thể:
Tất cả dữ liệu sau khi được ghép chuỗi thu thập từ những cảm biến của STM32 gửi về ESP32 Sever Tại ESP32 Sever chịu trách nhiệm nhận các chuỗi dữ liệu đó gửi lên App để điều khiển và theo dõi
3.5.2 Lưu đồ thuật toán cảm biến độ ẩm đất
Hình 3.6 Lưu đồ thuật toán cảm biến độ ẩm đất
44 Giải thích lưu đồ thuật toán cảm biến độ ẩm đất
- Khởi tạo tham số biến để nhận giá trị độ ẩm đất từ cảm biến độ ẩm đất
- Nếu giá trị cảm biến độ ẩm đất thấp hơn ngưỡng cho phép thì bật máy bơm
- Ghép giá trị cảm biến vào chuỗi
- Gửi chuỗi dữ liệu sang ESP32
3.5.3 Lưu đồ thuật toán cảm biến nhiệt độ DHT11
Hình 3.7 Lưu đồ thuật toán cảm biến nhiệt độ
45 Giải thích lưu đồ thuật toán cảm biến nhiệt độ
- Khởi tạo tham số biến để nhận giá trị nhiệt độ từ cảm biến nhiệt độ DHT11
- Nếu giá trị cảm biến nhiệt độ cao hơn ngưỡng cho phép thì quạt bật
- Ghép giá trị cảm biến vào chuỗi
- Gửi chuỗi dữ liệu sang ESP32
3.5.4 Lưu đồ thuật toán cảm biến độ ẩm không khí DHT11
Hình 3.8 Lưu đồ thuật toán cảm biến độ ẩm không khí
46 Giải thích lưu đồ thuật toán cảm biến độ ẩm không khí
- Khởi tạo tham số biến để nhận giá trị độ ẩm từ cảm biến DHT11
- Nếu giá trị cảm biến độ ẩm thấp hơn ngưỡng cho phép thì bật máy bơm
- Ghép giá trị cảm biến vào chuỗi
- Gửi chuỗi dữ liệu sang ESP32
3.5.5 Lưu đồ thuật toán cảm biến ánh sáng
Hình 3.9 Lưu đồ thuật toán cảm biến ánh sáng
Giải thích lưu đồ thuật toán cảm biến ánh sáng
- Khởi tạo tham số biến để nhận giá trị từ cảm biến ánh sáng
- Nếu giá trị cảm biến ánh sáng bằng 1 thì bật đèn còn nếu bằng 0 thì tắt đèn
- Ghép giá trị cảm biến vào chuỗi
- Gửi chuỗi dữ liệu sang ESP32
3.5.6 Lưu đồ thuật toán cảm biến cường độ ánh sáng
Hình 3.10 Lưu đồ thuật toán cảm biến cường độ ánh sáng
48 Giải thích lưu đồ thuật toán cảm biến cường độ ánh sáng
- Khởi tạo tham số biến để nhận giá trị từ cảm biến cường độ ánh sáng
- Nếu giá trị cảm biến ánh sáng >7000lux thì đóng rèm còn nếu < hoặc = 7000lux thì mở rèm
- Ghép giá trị cảm biến vào chuỗi
- Gửi chuỗi dữ liệu sang ESP32
3.5.7 Thiết kế app điều khiển hệ thống nhà kính
Thiết kế app điều khiển hệ thông nhà kính thông minh
Dưới đây là giao diện app:
Hình 3.11 Giao diện giám sát của hệ thống
Hình 3.12 Giao diện của hệ thống ở chế độ MANUAL
49 Ở giao diện giám sát của hệ thống, nó sẽ hiển thị một số thông tin quan trọng bao gồm: độ ẩm không khí; nhiệt độ; độ ẩm đất; cường độ ánh sáng và trạng thái hoạt động của thiết bị Ở giao diện của hệ thống điều khiển thì có thể điều khiển được các thiết bị sau:
- Chọn chế độ hoạt động cho hệ thống (chế độ manual; chế độ auto)
MÔ HÌNH NHÀ KÍNH TRỒNG DÂU TÂY THÔNG MINH
Hình 3.13 Mô hình hệ thống nhà kính
Hình 3.14 Mô hình hệ thống nhà kính
Hệ thống hoạt động đáp ứng được các yêu cầu để đảm bảo cho cây dâu phát triển một cách tốt nhất khi được trồng ở miền trung Nhưng hệ thông còn nhược điểm như thời gian delay tầm 4s – 5s do kết nối mạng chưa được ổn định và quá trình truyền dẫn phải diễn ra qua các nhiều bước Đến phần tiếp theo chúng em xin trình bày rõ hơn về các ưu điểm và nhược điểm; giải pháp để nâng cao ưu điểm và hạn chế các nhược điểm; đưa ra các hướng pháp triển của đề tài