Đo, giám sát nhiệt độ và độ ẩm sử dụng Arduino kết nối qua mạng internet

ĐO, GIÁM SÁT NHIỆT ĐỘ VÀ ĐỘ ẨM SỬ DỤNG ARDUINO KẾT NỐI
QUA MẠNG INTERNET
Với sự phát triển mạnh mẽ gần đây của ngành nông nghiệp, việc đo và giám sát các thông số
của môi trường ngày càng trở nên quan trọng. Ngồi ra, khi ơ nhiễm mơi trường ngày càng
nặng nề thì việc quan trắc mơi trường được đặt ra như một điều kiện bắt buộc để đảm bảo có
những sản phẩm nơng nghiệp đạt tiêu chuẩn cho người sử dụng.
Đoàn Hữu Chức, trường Đại Học Quản Lý và Cơng Nghệ Hải Phịng

Để đo các thơng số mơi trường trong các nhà vườn, nhà kính nơng nghiệp cơng nghệ cao
chúng ta sử dụng các cảm biến đo như: cảm biến đo nhiệt độ, cảm biến đo độ ẩm, cảm biến
đo độ pH, cảm biến đo khí gas, v.v.. Khi biết được các thông số quan trọng của môi trường
như nhiệt độ, độ ẩm của khơng khí, độ ẩm của môi trường đất sẽ cho phép người làm nông
nghiệp điều chỉnh hoạt động canh tác một cách thích hợp để có được hiệu quả tối ưu năng
suất cây trồng. Việc xây dựng các hệ thống này sẽ gặp đôi chút khó khăn khi các nhà vườn
có khơng gian lớn, khoảng cách truyền xa và số lượng cảm biến lớn cũng như việc cung cấp
năng lượng duy trì hệ thống này [1, 2].

Hình 1. Mơ hình nhà kính nơng nghiệp.
Việc thu nhận và xử lý các tín hiệu này được thực hiện bởi các mạch điện tử có thể sử dụng
chip vi điều khiển. Một trong những giải pháp thử nghiệm hiệu quả trước khi tiến hành chế
tạo sản phẩm thương mại là sử dụng các kit Arduino. Một hệ thống sử dụng Arduino có thể
giúp giảm thiểu các những vấn đề về hệ thống nêu trên với việc kết nối các cảm biến đơn
giản, số lượng lớn và được giám sát từ xa qua mạng Internet thông qua kết nối không dây. Sơ
đồ một hệ thống sử dụng các cảm biến và Arduino cùng khối kết nối Internet qua mạng khơng
dây được nêu trên hình 2 [3,4].


Hình 2. Minh họa một hệ thống đo các thơng số môi trường và giám sát qua Internet.
Thiết kế hệ thống đo, giám sát nhiệt độ, độ ẩm và cảm biến mưa qua mạng Internet
Để thiết kế hệ thống đo và giám sát một số thông số môi trường, tác giả sử dụng các cảm biến
DHT11 đo nhiệt độ, độ ẩm khơng khí, cảm biến đo độ ẩm đất kiểu điện dung và cảm biến

mưa; sử dụng kit Mega 2560 và module ESP8266 cho phép kết nối Internet qua mạng khơng
dây. Sơ đồ khối của hệ thống như hình 3.
Cảm biến DHT11
Cảm biến DHT11 là một cảm biến thông dụng và giao tiếp qua một đường dây tín hiệu duy
nhất với mạch xử lý. Cảm biến đã được tích hợp bộ tiền xử ý tín hiệu. Do đó, dữ liệu thu được
rất chính xác khơng cần thơng qua bất cứ tính tốn nào [5]. Nó cho phép đo đồng thời nhiệt
độ và độ ẩm của mơi trường khơng khí.


Hình 3. Ảnh thực tế của DHT11.
Cảm biến độ ẩm đất
Cảm biến độ ẩm đất bao gồm 2 thành phần là một đầu dị và một mạch xử lý tín hiệu. Hình
ảnh thực tế của cảm biến cho trên hình 4. Cảm biến có một biến trở điều chỉnh độ nhạy của
đầu ra kỹ thuật số (D0), một đèn LED và một đầu ra kỹ thuật số LED. Hoạt động của cảm
biến đơn giản là các điện áp đầu ra cảm biến thay đổi cho phù hợp với hàm lượng nước trong
đất.
Khi đất là ẩm thì điện áp đầu ra giảm, cịn khi đất khơ thì điện áp đầu ra tăng. Các giá trị
ngưỡng cho tín hiệu kỹ thuật số có thể được điều chỉnh bằng cách sử dụng chiết áp [5].

Hình 4. Ảnh thực tế cảm biến độ ẩm đất.
Cảm biến mưa
Cảm biến nước được làm từ một tấm nhựa Bakelite hoặc nhựa mica, với kích thước cỡ
5cmx4cm. Ở hai bên mặt được in dây dẫn bằng kim loại được dính chặt bằng keo epoxy.
Khoảng cách các dây bên trong khoảng 3-5 mm.


Hình 5. Cảm biến mưa.
Khi khơng có mưa, trở kháng giữa các dây sẽ rất cao và sẽ khơng có sự truyền dẫn giữa các
dây trong bộ cảm biến. Khi có mưa rơi vào tấm cảm biến, nó sẽ làm ngắn các điểm A và B
lại và lúc đó sẽ có sự truyền dẫn giữa các dây [5].

Arduino Mega2560
Arduino Mega2560 là một hệ thống sử dụng vi điều khiển ATmega2560. Kit có 54 chân
vào/ra số trong đó 15 chân có thể dùng như các chân điều chế độ rộng xung PWM, 16 chân
lối vào tương tự, 4 cổng giao tiếp nối tiếp, 1 cổng giao tiếp USB và sử dụng thạch anh 16
MHz [6].
Tương tự các kit khác, Arduino Mega2560 cho phép nạp chương trình qua cổng USB giao
tiếp với máy tính. Nguồn cấp cho hệ thống có thể dùng qua cổng USB hoặc một Adaptor biến
đổi điện áp AC thành DC hay thậm chí bằng một nguồn Pin.


Hình 6. Arduino Mega 2560.
ESP 8266
ESP8266 là dịng chip tích hợp WiFi 2,4GHz có thể lập trình, nó có khả năng kết nối WiFi
một cách nhanh chóng với rất ít linh kiện đi kèm [6]. Module ESP8266 có các chân dùng để
cấp nguồn và thực hiện kết nối.
Thiết kế hệ thống
Dựa trên các thành phần của hệ thống và sơ đồ khối hình 2. Một hệ thống đo nhiệt độ, độ ẩm
và cảm biến mưa được xây dựng như ở hình 7.

Hình 7. Sơ đồ hệ thống đo nhiệt độ, độ ẩm và cảm biến mưa.
Kết nối qua Bink Server
Trong nghiên cứu này sử dụng Web Server Blynk để kết nối điện thoại dùng để giám sát thiết
bị kết nối qua mạng Internet. Sơ đồ kết nối như hình 8 dưới đây. Giao diện và ảnh hệ thống
thực tế đo độ ẩm, nhiệt độ và điều khiển máy bơm trên hình 9.


Hình 8. Kết nối hệ thống qua Blink.


Hình 9. Giao diện điều khiển thực tế.

Kết luận
Hệ thống cảm biến đo nhiệt độ, độ ẩm và cảm biến mưa đã được xây dựng trên cơ sở sử dụng
Kit Arduino Mega2560 và ESP8266. Tín hiệu đo được truyền qua Internet giúp người dùng
có thể giám sát và điều khiển qua các thiết bị di động thông minh. Hệ thống có thể được ứng
dụng cho nhà kính nơng nghiệp hay những hệ thống IoT khác.
Tài liệu tham khảo
[1] Phạm Mạnh Toàn, Xây dựng hệ thống giám sát nhiệt độ, độ ẩm trong nhà kính nơng
nghiệp dựa trên cơng nghệ mạng không dây WiFi, TC KHCN Nghệ An số 8/2016.
[2] Anisha Sinha, Study on IoT (Internet of Things) and its Applications.International Journal
for Research in Applied Science & Engineering Technology (IJRASET), Volume 8 Issue VI
June 2020, pp2553-2556.
[3] Ankita1, Mayakumari B, Amulya M, Chaithra G, Ms. Dhivya V, Smart Water
Management in Agricultural Land using IoT Technologies. International Journal for Research


in Applied Science & Engineering Technology (IJRASET) , Volume 8 Issue VIII Aug 2020,
pp300-302.
[4] Mr. Elaiyaraja P, Vivek Goudannavar, Vineeth N N, Yashas N, Keshav Anand, Smart
Irrigation System using IoT. International Journal for Research in Applied Science &
Engineering Technology (IJRASET), Volume 8 Issue VI June 2020, pp670-673.
[5] />[6] />