ĐỒ ÁN NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU CHỈNH NHIỆT ĐỘ, ĐỘ ẨM ỨNG DỤNG LÀM GIÁ ĐỖ

PHIẾU HỌC TẬP CÁ NHÂN/NHĨM
I. Thơng tin chung
1. Tên lớp:
2. Tên nhóm:
Họ và tên thành viên:

3.

II. Nội dung học tập
1. Tên chủ đề: Nghiên cứu, thiết kế hệ thống giám sát nhiệt độ và độ
ẩm ứng dụng trong làm giá đỗ.
2. Hoạt động của sinh viên
- Nội dung 1: Tổng quan về hệ thống giám sát nhiệt độ và độ ẩm (L1.1)
- Nội dung 2: Xây dựng mơ hình hệ thống (L1.1; L1.2)
- Nội dung 3: Mơ hình hóa và mô phỏng hệ thống (L2.1)
- Nội dung 4: Viết báo cáo
3. Sản phẩm nghiên cứu: Mơ hình sản phẩm và báo cáo thu hoạch.
III. Nhiệm vụ học tập
1.
Hoàn thành đồ án theo đúng thời gian quy định (từ ngày 13/9/2021
đến ngày 2/12/2021).
2.

Báo cáo nội dung nghiên cứu theo chủ đề được giao trước hội đồng

đánh giá.
IV. Học liệu thực hiện tiểu luận, bài tập lớn, đồ án/dự án
1.

Tài liệu học tập: Giáo trình mơn học Cảm biến và hệ thống đo, vi

điều khiển.
2.

Phương tiện, nguyên liệu thực hiện tiểu luận, bài tập lớn, đồ án/dự

án (nếu có): Máy tính, linh kiện và dụng cụ điện tử theo nhu cầu sử dụng.
KHOA/TRUNG TÂM

TS. Nguyễn Anh Tú

GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

TS. Nguyễn Văn Trường

2


MƠ TẢ KỸ THUẬT
1. Mơ tả nhiệm vụ cơng nghệ Hệ
thống có khả năng:
- Đo và kiểm sốt nhiệt độ, độ ẩm.
- Hiển thị nhiệt độ, độ ẩm liên tục theo thời gian thực trên màn hình led 7
thanh hoặc LCD.
- Phát đi tín hiệu điều khiển bơm khi thiếu độ ẩm.
- Phát đi tín hiệu điều khiển quạt khi nhiệt độ cao. 2. Cấu trúc thiết bị
Thiết bị

Loại sử dụng

Cảm biến đo nhiệt độ

Cảm biến DHT11

Cảm biến đo độ ẩm

Cảm biến độ ẩm DHT11

Mạch chuyển đổi xử lí tín hiệu

ADC ngồi hoặc trong
chíp
Vi điều khiển/
PLC/PC/Arduino

Bộ điều khiển
Hiện thị nhiệt độ tức thời

LCD /LED/Monitor

Động cơ bơm nước, quạt

Động cơ điện một chiều

3. Đặc tính kỹ thuật
Thơng số
Giới hạn đo nhiệt
độ
Giới hạn đo độ ẩm

Giá trị
Giới hạn đo với nhiệt độ từ 0oC-50oC

Giới hạn đo với độ ẩm 20%-90% với độ ẩm

Sai số đo nhiệt độ

Sai số 2% với độ C

Sai số đo độ ẩm

Sai số 5% với độ ẩm

4. Nội dung báo cáo

3


- Bản vẽ
Tên bản vẽ

TT

Khổ giấy

Số lượng

1

Bản vẽ tổng thể sản phẩm

A3

1

2

Bản vẽ tách sản phẩm

A3

1

3

Các bản vẽ chi tiết các bộ phận

A4

4

- Báo cáo
Chương 1 Tổng quan về hệ thống
1.1. Giới thiệu chung
1.2. Các yêu cầu cơ bản
1.3. Phương pháp, phạm vi và giới hạn nghiên cứu
1.4 Ý nghĩa thực tiễn
Chương 2 Xây dựng mơ hình hệ thống
2.1 Thiết kế sơ đồ khối hệ thống
2.2 Phân tích và lựa chọn cảm biến

2.3 Phân tích và lựa chọn bộ điều khiển
2.4 Thiết kế mạch đo và xử lý tín hiệu
Chương 3: Mơ hình hóa và mơ phỏng hệ thống
3.1 Mơ hình hóa và mơ phỏng các bộ phận cơ khí
3.2 Mơ hình hóa và mơ phỏng các bộ phận điện - điện tử
3.3 Xây dựng chương trình điều khiển
3.4 Thử nghiệm và đánh giá hệ thống Kết Luận.

4


LỜI NÓI ĐẦU
Hiện nay, khoa học kỹ thuật phát triển ngày càng mạnh mẽ trong tất cả các lĩnh
vực của đời sống và xản xuất. Việc ứng dụng khoa học kỹ thuật vào các hoạt động
sản xuất đòi hỏi con người phải khơng ngừng học hỏi và nâng cao trình độ hiểu biết
để kịp thời cập nhật những tiến bộ mới nhất của thế giới. Chính vì vậy, phát triển
ngành cơ điện tử có ý nghĩa hết sức quan trọng vì các sản phẩm của ngành phục vụ
trong tất cả các ngành khác trong nền kinh tế như: phục vụ trong lĩnh vực tự động
hóa, kỹ thuật robot, chế tạo, điều khiển và cảm ứng, …
Nhiệt độ và độ ẩm là những yếu tố quan trọng và cần thiết cho nhiều quá trình
diễn ra trong cuộc sống. Vì vậy cảm biến nhiệt độ được ứng dụng rất nhiều trong các
quá trình sản xuất hay trong cuộc sống như : cảm biến nhiệt độ và độ ẩm trong nhà,
cảm biến nhiệt độ và độ ẩm trong đất đối với trồng trọt, hay được lắp đặt trong các
trạm thời tiết để thu thập dữ liệu môi trường,... Để đo độ ẩm và nhiệt độ thì có rất
nhiều phương pháp, trong bài tập lớn của mình chúng em xin trình bày đo nhiệt độ
và độ ẩm sử dụng cảm biến DHT11 dể ứng dụng trong sản xuất giá đỗ.
Trong đề tài đồ án môn “ Nghiên cứu, thiết kế hệ thống giám sát nhiệt độ và độ
ẩm ứng dụng trong làm giá đỗ” này, nhóm sinh viên chúng em xin trình bày một
cách cụ thể về quá trình nghiên cứu tìm hiểu và tính tốn, thiết kế mơ hình. Thơng
qua đó có thể áp dụng nó vào các bài nghiên cứu khoa học hay vào đồ án tốt nghiệp

chuyên ngành khi ra trường.
Để bài báo cáo được hồn thiện hơn, nhóm chúng em hi vọng nhận được những
góp ý từ phía các thầy cô. Qua đây, chúng em cũng xin được gửi lời cảm ơn đến các
thầy cơ trong Khoa Cơ khí nói chung và thầy cô trong bộ môn Cơ điện tử nói riêng
đã nhiệt tình hướng dẫn đồ án mơn cho chúng em.

MỤC LỤC
LỜI NÓI ĐẦU ................................................................................... 1
1


DANH MỤC BẢNG BIỂU ............................................................... 3
DANH MỤC HÌNH ẢNH ................................................................. 5
Chương 1: Tổng quan về hệ thống ..................................................... 6
1.1 Giới thiệu chung ........................................................................ 6
1.2 Các yêu cầu cơ bản .................................................................... 7
1.2.1 Mô tả nhiệm vụ công nghệ .................................................. 7
1.2.2 Cấu trúc thiết bị ................................................................... 7
1.2.3 Đặc tính kỹ thuật ................................................................. 8
1.3 Phương pháp, phạm vi và giới hạn nghiên cứu ........................ 8
1.3.1 Phương pháp nghiên cứu ..................................................... 8
1.3.2 Phạm vi và giới hạn nghiên cứu .......................................... 8
1.4 Ý nghĩa thực tiễn ....................................................................... 9
Chương 2: Xây dựng mơ hình hệ thống........................................... 10
2.1 Thiết kế sơ đồ khối hệ thống ................................................... 10
2.2 Phân tích và lựa chọn cảm biến .............................................. 11
2.2.1 Các loại cảm biến nhiệt độ ................................................ 11
2.2.2 Các loại cảm biến độ ẩm ................................................... 14
2.2.3 Lựa chọn cảm biến ............................................................ 15
2.3 Phân tích và lựa chọn bộ điều khiển ....................................... 17

2.3.1 ARDUINO UNO R3 ......................................................... 17
2.3.2 Màn hình LCD ................................................................... 25
2.4 Thiết kế mạch đo và xử lý tín hiệu.......................................... 27
Chương 3: Mơ hình hóa và mơ phỏng hệ thống .............................. 28
3.1 Mơ hình hóa và mơ phỏng các bộ phận cơ khí ....................... 28
3.1.1 Mơ hình máy làm giá đỗ ................................................... 28
2


3.1.2 Mơ hình chi tiết các bộ phận ............................................. 29
3.2 Các linh kiện điện tử ............................................................... 29
3.3 Xây dựng chương trình điều khiển ......................................... 31
3.4 Mơ phỏng hệ thống trên Proteus ............................................. 32
Tài liệu tham khảo và phần mềm hỗ trợ .......................................... 34
Tài liệu tham khảo ......................................................................... 34
Phần mềm hỗ trợ ........................................................................... 34
PHỤ LỤC ......................................................................................... 35
Các bản vẽ cơ khí .......................................................................... 35
Code cho chương trình điều khiển ................................................ 43

DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 1. 1 Cấu trúc các thiết bị ...........................................................
7
3


Bảng 1. 2 Đặc tính kỹ thuật của cảm biến .........................................
7
Bảng 2. 1 Các loại cảm biến độ ẩm..................................................
14

Bảng 2. 2 Thông số kỹ thuật của cảm biến ......................................
15
Bảng 2. 3 Thông số kỹ thuật chi tiết của cảm biến ..........................
16
Bảng 2. 4 Thông số kỹ thuật của ARDUINO ..................................
23 Bảng 3. 1 Các linh kiện điện tử cần thiết
......................................... 29

4


DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 2. 1 Sơ đồ khối hệ thống ...........................................................
9
Hình 2. 2 Cảm biến cặp nhiệt độ ......................................................
10
Hình 2. 3 Cảm biến nhiệt điện trở ....................................................
11
Hình 2. 4 Thermistor ........................................................................
12
Hình 2. 5 Cảm biến nhiệt bán dẫn ....................................................
13
Hình 2. 6 Hỏa kế ..............................................................................
13
Hình 2. 7 Cảm biến DHT11 .............................................................
15
Hình 2. 8 Module vi điều khiển 8051 ..............................................
17
Hình 2. 9 KIT AVR V4 ....................................................................
18

Hình 2. 10 Vi điều khiển PIC 16F877A ..........................................
19
Hình 2. 11 Chip ARM ......................................................................
21
Hình 2. 12 ARDUINO UNO R3 ......................................................
22
Hình 2. 13 Màn hình LCD + module I2C ........................................
24
5


Hình 2. 14 Mạch đo và xử lý tín hiệu ..............................................
25
Hình 3. 1 Mơ hình máy làm giá đỗ ..................................................
26
Hình 3. 2 Mơ hình chi tiết ................................................................
27
Hình 3. 3 Lưu đồ thuật tốn .............................................................
30
Hình 3. 4 Mơ phỏng hệ thống trên Proteus ......................................
31

Chương 1: Tổng quan về hệ thống
1.1 Giới thiệu chung
Trong cuộc sống hiện nay, có rất nhiều yếu tố ảnh hưởng đến quá trình sản xuất
và con người. Trong đó, nhiệt độ và độ ẩm cũng là yếu tố được đề cập tới rất nhiều,
vì thế mạch đo nhiệt độ và độ ẩm ra đời là sự tất yếu.Với sự phát triển của công nghệ
hiện nay, cảm biến nhiệt độ và độ ẩm được sử dụng rất phổ biến trong nhiều lĩnh vực
như sản xuất công nghiệp, y tế, … Tùy theo nhu cầu mà mà chúng ta có thể tùy biến
thêm ngồi chức năng của đề tài này để phù hợp với yêu cầu hoạt động ngoài chức

năng chính là hiển thị nhiệt độ, độ ẩm của khu vực cần khảo sát.
Trong nông nghiệp đo độ ẩm của đất rất quan trọng đối với các ứng dụng nông
nghiệp để giúp nông dân quản lý hệ thống tưới tiêu hiệu quả hơn. Biết chính xác điều
kiện độ ẩm của đất trên ruộng của họ, không chỉ người nông dân thường có thể sử
dụng ít nước hơn để trồng trọt, họ cịn có thể tăng năng suất và chất lượng của cây
trồng bằng cách cải thiện quản lý độ ẩm của đất trong các giai đoạn tăng trưởng quan
trọng của cây. Nghiên cứu Cảm biến độ ẩm đất được sử dụng trong nhiều ứng dụng
nghiên cứu, ví dụ như trong khoa học nông nghiệp và làm vườn bao gồm lập kế
hoạch tưới tiêu, nghiên cứu khí hậu hoặc khoa học môi trường bao gồm nghiên cứu
vận chuyển chất tan và làm cảm biến phụ trợ cho các phép đo hô hấp đất .

6


Tương tự trong nơng nghiệp thì cảm biến độ ẩm cũng như nhiệt độ có ứng dụng
quan trọng trong việc trồng giá đỗ, nó sẽ đo lường độ ẩm và nhiệt độ quản lí chất
lượng, quy trình phát triển của giá đỗ, từ đó giúp tăng năng suất, sản lượng cũng như
là chất lượng của giá đỗ. Con người sẽ khơng phải trực tiếp chăm sóc tưới tiêu cho
giá mà thay thế bằng hệ thống tự động sẽ tự động tưới khi độ ẩm giảm quá giới hạn
làm cho giá ln được cung cấp đủ độ ẩm, từ đó sẽ phát triển tốt hơn và nhanh hơn.
Với đề tài này 1 bộ mạch “Đo nhiệt độ và độ ẩm” ta có thể đo cùng lúc nhiệt
đơ và độ ẩm hiệu quả hơn, nhưng đề tìa chỉ trong phạm vi là một đồ án nên tính hiệu
quả thực tế cũng như tính chính xác của mạch khơng cao.

1.2 Các u cầu cơ bản
1.2.1 Mơ tả nhiệm vụ cơng nghệ
Hệ thống có khả năng:
- Đo và kiểm soát nhiệt độ, độ ẩm.
- Hiển thị nhiệt độ, độ ẩm liên tục theo thời gian thực trên màn hình led 7
thanh hoặc LCD.

- Phát đi tín hiệu điều khiển bơm khi thiếu độ ẩm.
- Phát đi tín hiệu điều khiển quạt khi nhiệt dộ quá cao.

1.2.2 Cấu trúc thiết bị
Thiết bị

Loại sử dụng

Cảm biến đo nhiệt độ

Cảm biến nhiệt độ

Cảm biến đo độ ẩm

Cảm biến độ ẩm

Mạch chuyển đổi xử lí tín hiệu

ADC ngồi hoặc trong chíp

Bộ điều khiển

Vi điều khiển/ PLC/PC/Arduino

Hiện thị nhiệt độ tức thời

LCD /LED/Monitor

Động cơ bơm nước

Động cơ điện một chiều

Bảng 1. 1 Cấu trúc các thiết bị

7


1.2.3 Đặc tính kỹ thuật
Thơng số
Giới hạn đo nhiệt
độ
Giới hạn đo độ ẩm

Giá trị
Giới hạn đo với nhiệt độ từ 0oC - 50oC

Giới hạn đo với độ ẩm 20% - 90% với độ ẩm

Sai số đo nhiệt độ

Sai số 2% với độ C

Sai số đo độ ẩm

Sai số 5% với độ ẩm
Bảng 1. 2 Đặc tính kỹ thuật của cảm biến

1.3 Phương pháp, phạm vi và giới hạn nghiên cứu
1.3.1 Phương pháp nghiên cứu
Phương pháp nghiên cứu lý thuyết: Tính tốn và mơ phỏng hệ thống đo nhiệt

độ và độ ẩm sử dụng cảm biến phù hợp bằng phần mềm. Khảo sát yêu cầu xem hệ
thống có hoạt động đúng hay không.
Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm: Từ nghiên cứu lý thuyết, bắt đầu thiết
kế một hệ thống đo nhiệt độ và độ ẩm đơn giản rồi tiến hành kiểm tra trong điều kiện
thực tế với các yếu tố bên ngồi thay đổi, các tình huống có thể xảy ra, sau đó đánh
giá mức độ đáp ứng của hệ thống từ đó có những cải tiến phù hợp nhằm tạo ra một
hệ thống tối ưu, chính xác và hiệu quả.
Phương pháp nghiên cứu kế thừa: Dựa vào các mơ hình thiết kế thực tế đã được
chế tạo hiện nay và nghiên cứu tài liệu kết hợp tìm kiếm thơng tin…giúp nắm vững
kiến thức cũng như tăng cường khả năng vận dụng trong thực tế.

1.3.2 Phạm vi và giới hạn nghiên cứu
Về khả năng phân tích và đánh giá, nhóm đã đi vào tìm hiểu cảm biến đo nhiệt
độ và độ ẩm sử dụng tín hiệu từ cảm biến kết hợp với vi xử lý ATmega328. Nhóm
hướng tới việc dùng tín hiệu đó đưa vào tính tốn từ đó đưa cho ra thông số về nhiệt
độ và độ ẩm.

8


Về khả năng hiển thị, nhóm đã nghiên cứu và sử dụng màn hình LCD 1602 để
hiển thị dữ liệu về nhiệt đo, độ ẩm và cảnh báo cần thiết.
Để xây dựng chương trình cho vi xử lý, nhóm đã nghiên cứu và sử dụng ngôn
ngữ arduino trên cơ sở ngôn ngữ C/C++ trong môi trường soạn thảo Arduino IDE,
kết hợp với trình mơ phỏng Proteus 8 để tạo ra mơ hình mơ phỏng trên máy tính, từ
đó thử nghiệm và thiết kế mơ hình thực tế.

1.4 Ý nghĩa thực tiễn
Việc nghiên cứu, phát triển hệ thống đo lường độ ẩm và nhiệt độ ta có thể ứng
dụng vào nhiều lĩnh vực trong đời sống cũng như trong công nghiệp:

- Đo độ ẩm và nhiệt độ trong đất để tiện cho việc chăm sóc và tưới tiêu
cho cây trồng.
- Đo độ ẩm và nhiệt độ trong phịng để duy trì một độ ẩm và nhiệt độ thích
hợp đối với con người.
- Đo độ ẩm và nhiệt độ để ứng dụng làm giá đỗ hay các loại dưa muối, cà
muối,...

9


Chương 2: Xây dựng mơ hình hệ thống
2.1 Thiết kế sơ đồ khối hệ thống

Hình 2. 1 Sơ đồ khối hệ thống

Muốn cảm biến gửi tín hiệu, đầu tiên vi điều khiển sẽ gửi tín hiệu muốn đo đến
cảm biến
Sau khi xác nhận được, khối cảm biến sẽ nhận nhiệt độ, độ ẩm từ mơi trường
bên ngồi để gửi tín hiệu dạng sóng 5 bytes và nhiệt độ đo được đến vi điều khiển
Sau đó vi điều khiển sẽ đọc dữ liệu và gửi đến bộ mà hình LCD, qua bộ giải mã
được tích hợp trong LCD thì nhiệt độ và độ ẩm sẽ được hiển thị trên màn hình
Nguồn được dùng để cung cấp áp cho vi điều khiển, cảm biến, màn hình LCD
hoạt động ổn định

10


2.2 Phân tích và lựa chọn cảm biến
2.2.1 Các loại cảm biến nhiệt độ
Cặp nhiệt độ (Thermocouples)

Cặp nhiệt độ có tên tiếng anh là Thermocouples được đánh giá cao về độ bền
cũng như khả năng đo chính xác nhiệt độ cao.
Tuy nhiên những nhược điểm của loại này khiến nhiều người phân vân: Độ
nhạy đo khơng cao. Trong q trình vận hành, có rất nhiều yếu tố tác động làm sai
số khi đo.
Cặp nhiệt độ sẽ dùng để đo nhiệt của nhớt trong các loại máy nén, trong các lò
nhiệt, cơng việc có tính chất khắc nghiệt cao. Tầm đo nhiệt độ của Thermocouples
từ âm 100 độ C đến 1400 độ C.
Tùy thuộc vào chất liệu mà việc ổn định cũng như đo được nhiệt độ tại đầu lạnh
sẽ bị ảnh hưởng. Và cũng vì lý do này mà các hãng kỹ thuật cung cấp nhiều chủng
loại cặp nhiệt độ khác nhau như: J, E, K, R, S, T. Mỗi loại cặp này có thơng số về
sức điện động khác nhau

Hình 2. 2 Cảm biến cặp nhiệt độ

Nhiệt điện trở (RTD – Resitance temperature detector)

Cảm biến nhiệt độ công nghiệp điện trở có tên gọi tiếng anh là Resitance
temperature detector hay tên gọi tắt là RTD.
Ưu điểm nổi bật của RTD đó là: Chiều dài dây nối kéo dài, khơng hạn chế.
Thiết kế dễ sử dụng. Độ chính xác của thiết bị này cao hơn so với cặp nhiệt điện.

11


Tuy nhiên, thiết bị vẫn có nhược điểm như: Giá thành cao hơn so với cặp nhiệt
độ nên khách hàng cần cân nhắc. Dải đo của RTD thì hẹp hơn, bé hơn so với cặp
nhiệt.
Nếu muốn do nhiệt độ dùng trong công nghiệp môi trường, công nghiệp gia

công vật liệu, gia cơng hóa chất với khoảng nhiệt từ -200 độ C đến 700 độ C thì lựa
chọn ngay thiết bị nhiệt điện thở.

Hình 2. 3 Cảm biến nhiệt điện trở

Thermistor

Khi bạn cần đo nhiệt của thiết bị đang làm việc với mức nhiệt tầm 50 độ C thì
gợi ý mà các chuyên gia đưa ra là sử dụng cảm biến thermistor.
Thermistor cũng có những ưu điểm như: Tuổi thọ cao, dễ sản xuất cũng như
chế tạo, giá thành thấp. Bên cạnh ưu điểm, khi có nhu cầu mua, sử dụng thermistor
thì khách hàng cần cân nhắc nhược điểm như: Dãy tuyến tính hẹp. Vì vậy mà loại
cảm biến thermistor được dùng rất nhiều trong mạch điện tử hay thực hiện chức năng
bảo vệ, ép vào cuộc dây động cơ.

12


Hình 2. 4 Thermistor

Bán dẫn

Nếu bạn cần một loại cảm biến nhiệt độ trong cơng nghiệp có mức đo nhiệt độ
từ -50 độ C đến 150 độ C thì lựa chọn cảm biến bán dẫn rất thích hợp.
Thiết bị này có ưu điểm nổi bật như: Mạch xử lý được thiết kế đơn giản. Loại
cảm biến này có khả năng chống nhiễu trong môi trường làm việc tốt, độ nhạy được
đánh giá cao. Việc chế tạo, sản xuất thiết bị dễ dàng và cũng vì lý do này mà giá
thành của thiết bị phải chăng, phù hợp với đa số khách hàng.
Song song với những ưu điểm trên thì thiết bị này vẫn có những khuyết điểm
mà chúng ta cần phải khắc phục như: Thiết bị khơng thích hợp nhiệt độ rất cao. So

sánh độ bền bỉ với các thiết bị cảm biến khác thì loại này kém bền hơn.
Loại cảm biến bán dẫn này thường dùng để lắp trong các thiết bị đo, thiết bị bảo
vệ các mạch điện tử, đo nhiệt độ của khơng khí.

13


Hình 2. 5 Cảm biến nhiệt bán dẫn

Nhiệt kế bức xạ (Hỏa kế – Pyrometer)

Ngoài các loại cảm biến trên thì khách hàng có thêm một sự lựa chọn khác đó
là các hỏa kế hay gọi là nhiệt kế bức xạ, có tên tiếng anh là Pyrometer.
Ưu điểm nổi bật của thiết bị đo này là: Có thể sử dụng tốt trong những mơi
trường có tính chất khắc nghiệt mà không cần đo trực tiếp. Tuy nhiên, thiết bị này
vẫn có nhược điểm đó là: Giá thành đầu tư cao, độ chính xác khơng tuyệt đối.

Hình 2. 6 Hỏa kế

2.2.2 Các loại cảm biến độ ẩm

14


STT
1

Loại cảm biến
Cảm biến độ ẩm điện
dung

2

Cảm biến điện trở

3

Cảm biến độ ẩm dựa vào
độ dẫn nhiệt

Đặc điểm
+ Hằng số điện môi thay đổi tỷ lệ thuận với độ
ẩm tương đối trong môi trường
+ Hiệu ứng nhiệt không đáng kể. + Điện dung
thay đổi từ 0,2-0,5pF cho mỗi 1% RH thay đổi
+ Đo sự thay đổi trở kháng
+ Quan hệ với độ ẩm theo hàm mũ nghịch đảo
+ Chủ yếu dùng Polymer dẫn điện, muối
+ Vỏ ceramic để tránh hiện tượng ngưng tụ
+ Đo độ ẩm tuyệt đối.
+ Gồm 1 điện trở đặt trong Nito khô và một đặt
trong môi trường, sai lệch nhiệt độ tỷ lệ với độ
ẩm

Bảng 2. 1 Các loại cảm biến độ ẩm

2.2.3 Lựa chọn cảm biến
Cảm biến độ ẩm và nhiệt độ DHT11 Temperature Humidity Sensor là cảm biến
rất thơng dụng hiện nay vì chi phí rẻ và rất dễ lấy dữ liệu thơng qua giao tiếp 1 wire
(giao tiếp digital 1 dây truyền dữ liệu duy nhất). Bộ tiền xử lý tín hiệu tích hợp trong

cảm biến giúp bạn có được dữ liệu chính xác mà khơng phải qua bất kỳ tính tốn
nào. So với cảm biến đời mới hơn là DHT22 thì DHT11 cho khoảng đo và độ chính
xác kém hơn rất nhiều.

15


Hình 2. 7 Cảm biến DHT11

Thơng số kỹ thuật:
Measurement
Range

Item
DHT11

Humidity
Accuracy

Temperature
Accuracy

Resolution

20-90%RH 0± 2℃
1
± 5％RH
50 ℃
Bảng 2. 2 Thông số kỹ thuật của cảm biến

Package
4 Pin Single
Row

Thông số kỹ thuật chi tiết:
Parameters
Humidity

Conditions

Minimum

Resolution

1%RH

1%RH

Typical Maximum
1%RH

8 Bit
Repeatability

± 1%RH

Accuracy

25℃

0-50℃

± 5%RH

Interchangeability

Fully Interchangeable

Measurement Range

0℃

30%RH

25℃

20%RH

90%RH

50℃

20%RH

80%RH

± 4%RH

90%RH

16


Response Time (Seconds)

1/e(63%)25℃，

Hysteresis

1m/s Air
± 1%RH

6S

Typical

±
1%RH/year

Resolution

1℃

1℃

8 Bit

8 Bit

8 Bit

Repeatability

± 1℃

Accuracy

± 1℃

± 2℃

Measurement Range

0℃

50℃

1/e(63%)

6S

Long-Term
Stability
Temperature

Response Time (Seconds)

10 S

15 S

1℃

30 S

Bảng 2. 3 Thông số kỹ thuật chi tiết của cảm biến

2.3 Phân tích và lựa chọn bộ điều khiển
2.3.1 ARDUINO UNO R3
Các loại vi điều khiển
Vi điều khiển 8051:

Intel 8051 - là vi điều khiển đơn tinh thể kiến trúc Harvard. Tên gọi chính thức
của họ vi điều khiển Intel 8051 - MCS 51. Những vi điều khiển Intel 8051 được sản
xuất với việc dùng công nghệ MOSFET, những những bản sau, chứa kí hiệu “C”
trong tên, như 80C51, dùng cơng nghệ CMOS và yêu cầu công suất thấp, hơn những
cái MOSFET trước (điều này cho phép trang bị cho các thiết bị với nguồn là pin).
Các thông số kỹ thuật: 8 bit ALU, 8 bit thanh ghi. 8 bit dữ liệu bus 16 bit địa chỉ bus
vì vậy khơng gian bộ nhớ tối đa cho ROM và RAM lên tới 64 kb Bộ nhớ dữ liệu
SRAM 128 bytes Bộ nhớ chương trình ROM 4 kb. 32 chân vào/ra đa hướng. Giao
tiếp nối tiếp UART. Hai bộ timer/counter 16 bit. Hai ngắt ngoài. Sơ đồ chân của
8051: Sơ đồ khối điều khiển: Lập trình cho 8051: Các nhà sản xuất 8051 đều hỗ trợ
ngơn ngữ lập trình Assembler tuy nhiên ngơn ngữ này thường ít được dùng cho
những ứng dụng lớn do tính phù hợp của nó, vì vậy trong các ứng dụng thực tế hay
sử dụng ngơn ngữ C. Ngồi ra cịn một số ngôn ngữ khác được phát triển cho 8051
như Pascal, Basic, Forth.

17

Hình 2. 8 Module vi điều khiển 8051

Vi điều khiển AVR:

Là dòng vi điều khiển do hãng Atmel sản xuất có nhiều loại AVR như:
• 32-bit AVR UC3.
• 8/16-bit AVR XMEGA.
• 8-bit mega AVR.
• 8-bit tiny AVR.
Vi điều khiển Atmega 16: Là vi điều khiển 8 bit với tiêu thụ điện năng thấp dựa
trên kiến trúc RISC (Reduced Instruction Set Computer). Vào ra Analog – digital và
ngược lại. Với công nghệ này cho phép các lệnh thực thi chỉ trong một chu kì xung
nhịp, vì thế tốc độ xử lý dữ liệu có thể đạt đến 1 triệu lệnh trên giây ở tần số 1Mhz.
Vi điều khiển này cho phép người thiết kế có thể tối ưu hố chế độ tiêu thụ năng
lượng mà vẫn đảm bảo tốc độ xử lý. Lõi AVR có tập lệnh phong phú với số lượng
với 32 thanh ghi làm việc chung với nhau. Tất cả 32 thanh ghi đều được nối trực tiếp
với ALU (Arithmetic Logic Unit), cho phép 2 thanh ghi truy cập độc lập trong một

18


chỉ lệnh đơn trong một chu kỳ xung nhịp. Kiến trúc đạt được có tốc độ xử lý nhanh
gấp 10 lần vi điều khiển dạng CISC (Complex Instruction Set Computer) thông
thường. Atmega 16 được hỗ trợ đầy đủ phần mềm và cơng cụ phát triển hệ thống bao
gồm: Trình dịch Assembly như AVR studio của Atmel, Trình dịch C như win AVR,
CodeVisionAVR C, ICCAVR. C - CMPPILER của GNU… Trình dịch C đã được
nhiều người dùng và đánh giá tương đối mạnh, dễ tiếp cận đối với những người bắt
đầu tìm hiểu AVR, đó là trình dịch CodeVisionAVR C. Phần mềm này hỗ trợ nhiều
ứng dụng và có nhiều hàm có sẵn nên việc lập trình tốt hơn. - Bộ nhớ: Flash 16KB
EEPROM 512 Byte SRAM 1KB. - Ngoại vi: Hai timer 8 bit Một timer 16 bit Bộ

counter với tần số riêng Bốn bộ điều chế độ rộng xung PWM. Tám kênh ADC 10
bit. USART. Giao tiếp SPI, Giao diện I2C. Watchdog timer. Bộ so sánh tương tự
trên chip. - Tính năng: Tập lệnh gồm 131 lệnh, hầu hết thực hiện trong một chu kỳ
máy. Xử lý 16 triệu lệnh ở tần số 16 MHZ. 32 chân vào/ra có thể lập trình được. Sáu
chế độ sleep . 40 pin kiểu PDIP, 44 pin kiểu TQFP và kiểu QFL/MLF. 32 thanh ghi
8 bit đa dụng. Ngắt trong và ngắt ngoài. Điện áp hoạt động từ 2,7-5,5V cho Atmega
16A.

Hình 2. 9 KIT AVR V4

19


Vi điều khiển PIC:

PIC là một họ vi điều khiển RISC được sản xuất bởi cơng ty Microchip
Technology. Dịng PIC đầu tiên là PIC1650 được phát triển bởi Microelectronics
Division thuộc General Instrument . PIC bắt nguồn là chữ viết tắt của
"Programmable Intelligent Computer" (Máy tính khả trình thơng minh). Là vi điều
khiển với kiến trúc RISC thực thi một lệnh với một chu kỳ máy (bằng bốn chu kỳ
của bộ dao động). Ngày nay có nhiều dịng PIC được sản xuất với hàng loạt các mơ
đun ngoại vi tích hợp sẵn như ADC, PWM, USART, SPI…với bộ nhớ chương trình
từ 512 word đến 32 Kword. Các họ vi điều khiển PIC: - Họ 8 bit: PIC 10/ PIC 12/
PIC 16/ PIC 18 - Họ 16 bit: PIC 24F/ PIC 24H/ dsPIC 30/ dsPIC 33 - Họ 32 bit: PIC
32.
Lập trình cho PIC: Hãng Microchip cung cấp mơi trường lập trình MPLAB nó
bao gồm phần mềm mơ phỏng, trình dịch ASM, liên kết và gỡ rối. Ngoài ra hãng
này cũng bán trình biên dịch C cho các dịng PIC18 và dsPIC tích hợp trong MPLAB.
Ngồi ra cịn một số cơng ty khác cung cấp trình biên dịch C, PASCAL, BASIC cho
PIC đó có thể là phần mềm thương mại hoặc phần mềm mã nguồn mở.

Hình 2. 10 Vi điều khiển PIC 16F877A

Vi điều khiển ARM:

20


Cấu trúc ARM (viết tắt từ tên gốc là Acorn RISC Machine) là một loại cấu trúc
vi xử lý 32-bit kiểu RISC được sử dụng rộng rãi trong các thiết kế nhúng. Được phát
triển lần đầu trong một dự án của cơng ty máy tính Acorn. Do có đặc điểm tiết kiệm
năng lượng, các bộ CPU ARM chiếm ưu thế trong các sản phẩm điện tử di động, mà
với các sản phẩm này việc tiêu tán công suất thấp là một mục tiêu thiết kế quan trọng
hàng đầu. Ngày nay, hơn 75% CPU nhúng 32-bit là thuộc họ ARM, điều này khiến
ARM trở thành cấu trúc 32-bit được sản xuất nhiều nhất trên thế giới. CPU ARM
được tìm thấy khắp nơi trong các sản phẩm thương mại điện tử, từ thiết bị cầm tay
(PDA, điện thoại di động, máy đa phương tiện, máy trị chơi cầm tay, và máy tính
cầm tay) cho đến các thiết bị ngoại vi máy tính (ổ đĩa cứng, bộ định tuyến để bàn.).
Một nhánh nổi tiếng của họ ARM là các vi xử lý Xscale của Intel. Giới thiệu về vi
điều khiển LPC2148: Là dòng vi điều khiển ARM được sản xuất bởi hãng Philips
On-chip Flash Memory: LPC 2148 có 512K bộ nhớ Flash có thể được dùng để
lưu trữ code và dữ liệu. Trong khi thực thi ứng dụng, vẫn có thể xóa hoặc lập trình
Flash thơng qua IAP (In Application Programming). Khi đó trình loader trên chip
được sử dụng, bộ nhớ trống cịn lại là 500K. Bộ nhớ Flash có thể ghi xóa được ít
nhất 100000 lần, lưu trữ dữ liệu đến 20 năm. On-chip Static RAM: LPC 2148 có
32K RAM tĩnh, có thể được truy xuất theo đơn vị byte, half word & word. Bộ điều
khiển SRAM sử dụng phương thức write-back buffer để ngăn chặn tình trạng treo
CPU khi có thao tác ghi. Bộ đệm luôn giữ dữ liệu cuối cùng từ chương trình gửi tới
bộ nhớ. Dữ liệu chỉ được ghi vào SRAM khi có 1 thao tác ghi khác từ chương trình.
Lập trình cho ARM: Ngơn ngữ lập trình chính cho ARM hiện nay là ngơn ngữ C.

21