(Đồ án hcmute) thu thập dữ liệu và điều khiển thiết bị nhà kính qua web server

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM
KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO

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

THU THẬP DỮ LIỆU VÀ ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ NHÀ KÍNH
QUA WEB SERVER

GVHD: ThS. NGUYỄN ĐÌNH PHÚ
SVTH: TRẦN NAM KHƠI
MSSV: 12141116

S K C0 0 4 7 2 3

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 7 năm 2016

do an


TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

THU THẬP DỮ LIỆU VÀ ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ NHÀ KÍNH QUA
WEB SERVER
SVTH: TRẦN NAM KHƠI
MSSV: 12141116
Khố: 2012

Ngành: CN- KT ĐIỆN TỬ TRUYỀN THƠNG
GVHD: ThS. NGUYỄN ĐÌNH PHÚ

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 7 năm 2016

do an


Tp. Hồ Chí Minh, tháng 7 năm 2016

do an


Đồ Án Tốt Nghiệp

LỜI CẢM ƠN
Được sự phân công của khoa Đào Tạo Chất Lượng Cao, Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP. Hồ Chí
Minh và được sự đồng ý của thầy giảng viên hướng dẫn Th.S Nguyễn Đình Phú, tôi đã thực hiện đề tài mang
tên “Thu Thập Dữ Liệu Và Điều Khiển Thiết Bị Nhà Kính Qua Web Server”.
Để có thể hồn thành được đề tài này, nhóm thực hiện đề tài xin chân thành cảm ơn các thầy, cô trường
Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP. Hồ Chí Minh nói chung và các thầy, cơ trong bộ mơn Điện Tử Cơng Nghiệp
nói riêng đã tận tình hướng dẫn, giảng dạy trong suốt quá trình học tập, nghiên cứu và rèn luyện ở trường.
Xin chân thành cảm ơn thầy giảng viên hướng dẫn Th.S Nguyễn Đình Phú đã trực tiếp hướng dẫn tận
tình, chu đáo và tạo điều kiện để tơi có thể hồn thành khóa luận này.
Cuối cùng xin gửi lời cảm ơn gia đình, các bạn sinh viên trong lớp đặc biệt là các bạn Hồ Minh Thái,
Nguyễn Thành Tâm, Nguyễn Ngọc Nam Phương và Châu Quanh Thươne lời cảm ơn sâu sắc vì những đóng
góp quý báu về vật chất và tinh thần, sự động viên, giúp đỡ nhiệt tình trong suốt thời gian học tập, cũng như
q trình nghiên cứu, hồn thành đồ án này.
Mặc dù đã cố gắng hết sức để thực hiện đề tài một cách hoàn chỉnh nhất nhưng do buổi đầu làm quen và
tiếp cận trong lĩnh vực mới cũng như hạn chế về kiến thức và kinh nghiệm nên khơng thể tránh khỏi những

thiếu sót nhất định mà bản thân chưa nhìn nhận được. Nhóm thực hiện đề tài rất mong nhận được sự góp ý của
quý thầy, cơ và các bạn để đề tài được hồn thiện hơn.
Nhóm thực hiện đề tài xin chân thành cảm ơn!
NHĨM THỰC HIỆN ĐỀ TÀI.
Sinh viên: Trần Nam Khôi

Khoa Đào Tạo Chất Lượng Cao - ĐH SPKT TP. Hồ Chí Minh

do an

Trang i


Đồ Án Tốt Nghiệp

TÓM TẮT
Xã hội ngày càng phát triển với những công nghệ hiện đại và gần gũi với con người. Trong đó ngành
Điện tử góp phần lớn và quan trọng mang lại những thành tựu to lớn đó.Với đặc thù của ngành là ln đón đầu
cơng nghệ, ngành Điện tử luôn cho ra các sản phẩm mới để phục vụ con người, khơng chỉ trong cuộc sống mà
cịn trong khoa học, quân sự, y tế, công nghiệp, nông nghiệp….Điều đó khơng những góp phần thúc đẩy chất
lượng cuộc sống ngày càng tốt hơn, mà còn mở ra nhiều hướng đi mới hỗ trợ con người nhiều hơn trong tương
lai.
Nhu cầu về giám sát, điều khiển các thiết bị và thu thập dữ liệu thông qua mạng không dây ngày càng
tăng, theo đó là sự phát triển liên tục của các máy tính nhúng qua hàng thập kỉ hình thành và phát triển đã
nhanh chóng khẳng định được vị thế của mình trong xu thế Internet of Things – IoT.
Với đề tài này, nhóm thực hiện xây dựng một mơ hình thu thập dữ liệu và điều khiển thiết bị. Các board
cảm biến và board điều khiển thiết bị được thiết kế có gắn các cảm biến và các thiết bị ngoại vi, kết nối vô
tuyến với khối xử lý trung tâm. Các board cảm biến sẽ thu thập và xử lý dữ liệu, board điều khiển thiết bị sẽ ra
các quyết định bật/tắt thiết bị dựa vào chương trình đã được lập trình sẵn và gửi thơng tin về cho khối xử lý
trung tâm.

Khối trung tâm bao gồm một máy tính nhúng có chức năng thu thập dữ liệu từ các board cảm biến và
board điều khiển thiết bị. Dữ liệu gồm giá trị cảm biến nhiệt độ - độ ẩm khơng khí, độ ẩm đất, cường độ ánh
sáng, cảm biến mưa, trạng thái hoạt động của các thiết bị … Dữ liệu sau khi thu thập sẽ được gửi đến máy tính
nhúng qua sóng vơ tuyến. Nhóm thực hiện đề tài đã cài đặt các chương trình để máy tính nhúng này trở thành
một Web Server và Database Server.Máy tính nhúng sau khi khởi động sẽ chạy chương trình nhận dữ liệu và
xử lý dữ liệu nhận được đưa vào cơ sở dữ liệu. Một giao diện Web được thiết kế để người dùng có thể đăng
nhập, xem thông tin về hệ thống, giám sát dữ liệu cảm biến các board, trạng thái hoạt động của các thiết bị và
có thể tương tác để bật/tắt thiết bị khi cần thiết.
Ngồi ra, nhóm cịn xây dựng một SMS Gateway để có thể tương tác với mơ hình qua tin nhắn SMS.
Giám sát môi trường bằng Camera và trên board điều khiển thiết bị còn được trang bị thêm màn hình TFT để
tương tác với thiết bị, tất cả các hoạt động đều được đồng bộ hóa giữa Web và board điều khiển thiết bị.

ABSTRACT
The society is growing with modern and friendly technology. The living standards and people’s needs are
higher than ever, requiring technical industry must always change, improvetomeet and enhance the quality of
life. In fact, Electronics industry largely and importantly contributes to bring such great achievements. Its
characteristic is always proactive,create new products to serve people, not only in life but also in science,

Khoa Đào Tạo Chất Lượng Cao - ĐH SPKT TP. Hồ Chí Minh

do an

Trang ii


Đồ Án Tốt Nghiệp
military, health care, agriculture…That does not only contribute to enhance the quality of life, but also open up
new ways to assist people more in the future.
The demand for monitoring, control devices and data collection via Wireless networks is increasing. The
continuous development of embedded computer for decade formation and development has quickly asserted its

position in the trend of Internet of Things– IoT.
This project, the implementation team builds a model of data collection and control devices. The sensor
boards and controller board are designed with sensors, peripherals to control devices, the connection to the
center unit via wireless. The sensor boards will collect and process data. The controller board will make
decision to control on/off devices based on the program has been programmed and sent information to the
center unit.
Center unit includes an embedded computer with data acquisition function from the sensor board and
controller board. Data is temperature - air humidity, soil moisture, light intensity, rain sensor and status of
devices. After collecting, Data will be sent to the embedded computer via wireless. The groupinstalled a
computer program to this embedded computer become Web Server and Database Server. After booting,
embedded computer will run the data receiving and process data received into the Database. A Web interface is
designed so that users can log in, view system information, data monitoring, status of the device and turn
on/off the device when necessary.
In addition, the group builds a SMS Gateway to be able to interact with the model via SMS. The
environmental monitoring by Camera and controller board is equipped with LCD TFT screen to interact with
the devices, all activities are synchronized between the Web and controller board.

Khoa Đào Tạo Chất Lượng Cao - ĐH SPKT TP. Hồ Chí Minh

do an

Trang iii


Đồ Án Tốt Nghiệp

MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN ................................................................................... i
TÓM TẮT ......................................................................................... ii
ABSTRACT ...................................................................................... ii

MỤC LỤC ....................................................................................... iv
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT .............................................. vii
DANH MỤC HÌNH ẢNH ............................................................ viii
DANH MỤC BẢNG BIỂU............................................................. xi
CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN ............................................................ 1
1.1. Đặt Vấn Đề ....................................................................................................... 1
1.2. Lý Do Chọn Đề Tài .......................................................................................... 2
1.3. Mục Tiêu Nghiên Cứu ...................................................................................... 2
1.4. Đối Tượng Và Phạm Vi Nghiên Cứu ............................................................... 3
1.5. Dàn Ý Nghiên Cứu ........................................................................................... 4

CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT ................................................ 5
2.1. Máy Tính Nhúng Trong Giám Sát, Điều Khiển Và Thu Thập Dữ Liệu .......... 5
2.2. Tổng Quan Về Web Server .............................................................................. 6
2.2.1. Web Server ................................................................................................. 6
2.2.2. Database Server.......................................................................................... 7
2.3.Mạng Cảm Biến Không Dây ............................................................................. 7
2.3.1. Tổng Quan Về Mạng Cảm Biến Không Dây ............................................. 7
2.3.2. Ứng Dụng Của Mạng Cảm Biến Không Dây Trong Phát Triển Nông Nghiệp

8

CHƯƠNG 3 THIẾT KẾ HỆ THỐNG........................................... 9
3.1. Giới Thiệu Về Hệ Thống .................................................................................. 9
3.1.1. Sơ Đồ Khối Tổng Quát Hệ Thống ............................................................. 9
3.1.2. Sơ Đồ Khối Chi Tiết Khối Trung Tâm .................................................... 10
3.1.3. Sơ Đồ Khối Chi Tiết Board Điều Khiển Thiết Bị ................................... 11
Khoa Đào Tạo Chất Lượng Cao - ĐH SPKT TP. Hồ Chí Minh

do an

Trang iv


Đồ Án Tốt Nghiệp
3.1.4. Sơ Đồ Khối Chi Tiết Các Board Cảm Biến ............................................. 12
3.1.5. Nguyên Lý Hoạt Động Của Hệ Thống .................................................... 13
3.2. Thiết Kế Phần Cứng Hệ thống ....................................................................... 14
3.2.1. Khối Xử Lý Trung Tâm ........................................................................... 14
3.2.1.1. Tổng Quan Về Kit Raspberry Pi 2 ................................................... 14
3.2.1.2. Cấu Hình Phần Cứng Của Raspberry Pi 2 ....................................... 14
3.2.1.3. Cài Đặt Hệ Điều Hành Raspbian Và Cấu Hình Lần Đầu Cho Kit Raspberry Pi

16

3.2.1.4. Sơ Đồ Kết Nối Ngoại Vi Cho Board Raspberry Pi ......................... 18
3.2.2. Board Cảm Biến ....................................................................................... 18
3.2.2.1. Lựa Chọn Vi Điều Khiển Cho Board Cảm Biến ............................. 18
3.2.2.2. Tổng Quan Vi Điều Khiển ATmega8 .............................................. 19
3.2.2.3. Các Thanh Ghi Được Sử Dụng Trong Đề Tài ................................. 20
3.2.2.4. Lựa Chọn Cảm Biến ........................................................................ 24
3.2.2.5. Lựa Chọn Module Giao Tiếp RF ..................................................... 28
3.2.2.6. Tính Tốn Thiết Kế Board Cảm Biến ............................................. 34
3.2.3. Board Điều Khiển Thiết Bị ...................................................................... 40
3.2.3.1. Vi Điều Khiển STM32F103VET6 .................................................. 40
3.2.3.2. Màn Hình TFT 3.2 inch ................................................................... 41
3.2.3.3. Tính Tốn Thiết Kế Board Điều Khiển Thiết Bị ............................. 46
3.2.4. Mạch Công Suất Điều Khiển Thiết Bị ..................................................... 50
3.2.4.1. Mạch Điều Động Cơ Trượt.............................................................. 50
3.2.4.2. Tính Tốn Thiết Kế Mạch Relay ..................................................... 51

3.6. Thiết Kế Mơ Hình Nhà Kính .......................................................................... 54
3.6.1. Thiết Kế Mơ Hình .................................................................................... 54
3.6.2. Các Thành Phần Cơ Khí Và Động Lực Dùng Trong Mơ Hình ............... 56

CHƯƠNG 4 THIẾT KẾ PHẦN MỀM ........................................ 58
4.1. Cài đặt Web Server Trên Raspberry Pi .......................................................... 58
4.2. Giao Tiếp Raspberry Pi Và Module Camera ................................................. 64
4.2.1. Module Camera Cho Raspberry Pi .......................................................... 65
Khoa Đào Tạo Chất Lượng Cao - ĐH SPKT TP. Hồ Chí Minh

do an

Trang v


Đồ Án Tốt Nghiệp
4.2.2. Kích Hoạt Chức Năng Camera Trên Raspberry Pi .................................. 65
4.2.3. Quan Sát Trực Tiếp Video Từ Camera .................................................... 67
4.3. Cài Đặt SMS Gateway Cho Raspberry Pi ...................................................... 69
4.3. Đăng Kí Tên Miền Và Network Address Translation (NAT) ........................ 71
4.3.1. Đăng Kí Tên Miền ....................................................................................... 71
4.3.2. Network Address Translation (NAT) ...................................................... 73
4.4. Thiết Kế Giao Diện Trang Web ..................................................................... 74
4.5. Lưu Đồ Giải Thuật. ........................................................................................ 76
4.5.1. Lưu Đồ Giải Thuật Board Raspberry Pi .................................................. 76
4.5.1.1. Lưu Đồ Giải Thuật Chương Trình UART.py .................................. 76
4.5.1.2. Lưu Đồ Giải Thuật Chương Trình Ghi Hình Camera Định Kì ....... 79
4.5.2. Lưu Đồ Giải Thuật Board Cảm Biến ....................................................... 81
4.5.3. Lưu Đồ Giải Thuật Board Điều Khiển Thiết Bị ...................................... 82
4.5.3.1 Lưu Đồ Chương Trình Chính ........................................................... 82

4.5.3.2. Lưu Đồ Chương Trình Ngắt Nhận Dữ Liệu .................................... 84
4.5.4. Lưu Đồ Giải Thuật Cho Web ................................................................... 87
4.5.4.1. Lưu Đồ Giải Thuật Trang Đăng Nhập ............................................. 87
4.5.4.2. Lưu Đồ Giải Thuật Chương Trình Chính ........................................ 88

CHƯƠNG 5 KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ ..... 91
5.1. Kiểm Nghiệm Hoạt Động Của Board Raspberry ........................................... 91
5.1.1. Gửi Nhận Dữ Liệu ................................................................................... 91
5.1.2. Giao Tiếp Với Module Camera ............................................................... 94
5.1.3. Kiểm Tra Khoảng Cách Thu Phát Của Module HC-11 ........................... 95
5.1.4. Hoạt Động Toàn Hệ Thống...................................................................... 95

CHƯƠNG 6 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ........... 104
TÀI LIỆU THAM KHẢO........................................................... 106

Khoa Đào Tạo Chất Lượng Cao - ĐH SPKT TP. Hồ Chí Minh

do an

Trang vi


Đồ Án Tốt Nghiệp

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
CSI

Camera Serial Interface.

DNS

Domain Name System.

IP

Internet Protocol.

HDMI

High-Definition Multimedia Interface.

HTML

HyperText Markup Language.

HTTP

HyperText Transfer Protocol.

PHP

Hypertext Preprocessor.

RF

Radio frequency.

RPi

Raspberry Pi.

SMS

Short Message Services.

SQL

Structured Query Language.

TFT

Thin Film Transistor.

UART

Universal Asynchronous serial Receiver and Transmitter.

Khoa Đào Tạo Chất Lượng Cao - ĐH SPKT TP. Hồ Chí Minh

do an

Trang vii


Đồ Án Tốt Nghiệp

DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 2.1. Ứng dụng mạng cảm biến trong nơng nghiệp. ........................................... 8
Hình 3.1. Sơ đồ khối tổng quát hệ thống. ................................................................... 9
Hình 3.3. Sơ đồ khối tổng quát board điều khiển cơ cấu chấp hành. ....................... 11

Hình 3.4. Sơ đồ khối tổng quát board cảm biến 1 và 2. ........................................... 12
Hình 3.5. Sơ đồ khối tổng quát board cảm biến 3. ................................................... 13
Hình 3.6. Board Raspberry Pi 2. ............................................................................... 15
Hình 3.7. Phân bố các module trên Raspberry Pi 2. ................................................. 15
Hình 3.8. Sơ đồ GPIO Raspberry Pi 2. ..................................................................... 15
Hình 3.9. Địa chỉ IP Raspberry Pi trong mạng LAN. ............................................... 16
Hình 3.10. Sơ đồ kết nối ngoại vi cho Raspberry Pi. ............................................... 18
Hình 3.11. Vi điều khiển Atmega8. .......................................................................... 20
Hình 3.12. Thanh ghi TWBR ATmega8................................................................... 20
Hình 3.13. Thanh ghi TWCR ATmega8................................................................... 21
Hình 3.14. Thanh ghi TWSR ATmega8. .................................................................. 21
Hình 3.15. Thanh ghi TWDR ATmega8. ................................................................. 21
Hình 3.16. Thanh ghi UDR ATmega8. ..................................................................... 22
Hình 3.17. Thanh ghi UCSRA ATmega8. ................................................................ 22
Hình 3.18. Thanh ghi UCSRB ATmega8. ................................................................ 22
Hình 3.19. Thanh ghi UCSRC ATmega8. ................................................................ 23
Hình 3.20. Thanh ghi UBRR ATmega8. .................................................................. 23
Hình 3.21. Gửi tín hiệu muốn đo tới DHT11và chờ phản hồi. ................................. 25
Hình 3.22. Khoảng thời gian cho bit0 (trái) và bit 1 (phải). ..................................... 25
Hình 3.23. Cảm biến nhiệt độ - độ ẩm DHT11......................................................... 26
Hình 3.24. Cảm biến đo độ ẩm đất. .......................................................................... 26
Hình 3.25. Module cảm biến mưa TGRS-01. ........................................................... 26
Hình 3.26. Cảm biến đo cường độ ánh sáng BH1750. ............................................. 28
Hình 3.27. Module thu phát RF HC-11. ................................................................... 28
Hình 3.28. Led báo nguồn. ....................................................................................... 34
Hình 3.29. Sơ đồ nguyên lý mạch ổn áp 7805. ......................................................... 35
Hình 3.30. Sơ đồ nguyên lý mạch reset. ................................................................... 36
Hình 3.31. Sơ đồ nguyên lý mạch dao động thạch anh. ........................................... 37
Hình 3.32. Hình ảnh thực tế 3 mạch cảm biến. ........................................................ 38
Hình 3.33. Mạch nguyên lý tổng quát board cảm biến 1 và 2. ................................. 39

Hình 3.34. Mạch nguyên lý tổng quát board cảm biến 3. ......................................... 39
Hình 3.35. Vi Điều Khiển STM32F103VET6. ......................................................... 40
Hình 3.36. Màn hình TFT ILI9325. .......................................................................... 42
Khoa Đào Tạo Chất Lượng Cao - ĐH SPKT TP. Hồ Chí Minh

do an

Trang viii


Đồ Án Tốt Nghiệp
Hình 3.37. Giản đồ xung quá trình ghi lệnh/dữ liệu của ILI9325. ........................... 44
Hình 3.38. Giản đồ xung giao tiếp XPT2046. .......................................................... 45
Hình 3.39. Mạch ổn áp LM1117. .............................................................................. 46
Hình 3.40. Sơ đồ cây xung clock STM32. ................................................................ 48
Hình 3.41. Mạch dao động cho STM32.................................................................... 49
Hình 3.42. Sơ đồ nguyên lý tổng quát mạch điều khiển thiết bị. ............................. 50
Hình 3.43. Module cầu H L298. ............................................................................... 51
Hình 3.44. Relay YLE-303H-5. ................................................................................ 51
Hình 3.45. Sơ đồ nguyên lý khối kích relay. ............................................................ 52
Hình 3.46. Hình ảnh thực tế mạch relay. .................................................................. 54
Hình 3.47. Kích thước chi tiết các thành phần mặt sau mơ hình nhà kính. .............. 55
Hình 3.48. Kích thước chi tiết các thành phần mặt trước mơ hình nhà kính. ........... 55
Hình 3.49 Kích thước chi tiết các thành phần bặt bên mơ hình nhà kính................. 55
Hình 3.50 Kích thước chi tiết các thành phần phần động mái mơ hình ................... 56
Hình 3.51. Kích thước chi tiết các thành phần tấm trượt cho Raspberry Pi ............. 56
Hình 3.52. Hình ảnh mặt bên và mặt sau mơ hình với động cơ và mạch. ................ 57
Hình 3.53. Cơ cấu trượt trượt và cơng tắc hành trình. .............................................. 57
Hình 3.54. Cơ cấu trục khủy nâng hạ mái che và cơ cấu bánh răng, đai trượt. ........ 57
Hình 4.1. Màn hình trình duyệt khi cài Web Server thành cơng. ............................. 60

Hình 4.2. Chương trình Web Helloword.php. .......................................................... 60
Hình 4.3. Nhập mật khẩu cho tài khoản root. ........................................................... 61
Hình 4.4. Cài đặt PhpMyadmin cho Apache Web Server. ....................................... 61
Hình 4.5. Nhập mật khẩu cho database. ................................................................... 62
Hình 4.6. Trang Web truy cập phpmyadmin. ........................................................... 62
Hình 4.7.Table dulieucambien123. ........................................................................... 64
Hình 4.8. Table dulieuthietbi. ................................................................................... 64
Hình 4.9. Module camera cho Raspberry Pi. ............................................................ 64
Hình 4.10. Kích hoạt module camera. ...................................................................... 66
Hình 4.11. Enable chức năng camera. ...................................................................... 66
Hình 4.12. Video được stream hiển thị trên trang Web mặc định của MJPG. ......... 68
Hình 4.13. Kiểm tra kết nối USB3G trên Terminal. ................................................. 70
Hình 4.14. Kiểm tra port kết nối USB3G trên Terminal. ......................................... 70
Hình 4.15. Cấu hình file gammu-smsdrc. ................................................................. 71
Hình 4.16. Đặt tên miền. ........................................................................................... 72
Hình 4.17. Đăng kí tên miền thành cơng. ................................................................. 72
Hình 4.18. Chạy cơng cụ DUC. ................................................................................ 72
Hình 4.19. NAT Port. ................................................................................................ 73
Hình 4.20. Kích hoạt DDNS. .................................................................................... 73
Khoa Đào Tạo Chất Lượng Cao - ĐH SPKT TP. Hồ Chí Minh

do an

Trang ix


Đồ Án Tốt Nghiệp
Hình 4.21. Giao diện trang Web. .............................................................................. 75
Hình 4.22.Giao diện trang Web hiển thị stream camera đã tùy biến. ....................... 75
Hình 4.23. Lưu đồ giải thuật chương trình UART.py. ............................................. 77

Hình 4.24. Lưu đồ giải thuật chương trình ghi hình định kì. .................................... 80
Hình 4.25. Lưu đồ giải thuật board cảm biến. .......................................................... 81
Hình 4.27. Lưu đồ giải thuật ngắt UART board STM32. ......................................... 86
Hình 4.28. Lưu đồ giải thuật file index.php.............................................................. 87
Hình 5.1. Dữ liệu được nhận và lưu vào table. ......................................................... 91
Hình 5.2. Dữ liệu hiển thị trên TFT và trạng thái hoạt động của board cảm biến. ... 91
Hình 5.3. Dữ liệu được lưu trong table. .................................................................... 92
Hình 5.4. Dữ liệu hiển thị trên TFT và trạng thái hoạt động 3 board cảm biến. ...... 92
Hình 5.5. Dữ liệu trong table. ................................................................................... 92
Hình 5.6. Trạng thái hoạt động của thiết bị hiển thị trên TFT. ................................. 93
Hình 5.7. Trạng thái thiết bị trong database. ............................................................ 93
Hình 5.8. Trạng thái thiết bị hiển thị trên TFT. ........................................................ 93
Hình 5.9. Camera ghi hình offline khơng kích hoạt. ................................................ 94
Hình 5.10. Camera ghi hình offline được kích hoạt. ................................................ 94
Hình 5.11. File video được lưu dưới dạng *h264 và *mp4. ..................................... 94
Hình 5.12. Trang đăng nhập trên Laptop. ................................................................. 95
Hình 5.13. Truy cập trang Web trên điện thoại dùng 3G. ........................................ 95
Hình 5.14. Tab giám sát trên màn hình điện thoại.................................................... 96
Hình 5.15. Tab điều khiển trên màn hình Laptop. .................................................... 96
Hình 5.16. Trạng thái hoạt động của các thiết bị trên màn hình TFT. ..................... 97
Hình 5.17. Trạng hoạt động của mơ hình nhà kính. ................................................. 97
Hình 5.18. Cài đặt thơng số chế độ auto trên trang Web. ......................................... 98
Hình 5.19. Thơng số chế độ auto hiển thị trên màn hình TFT. ................................ 98
Hình 5.20. Hình ảnh Tab Camera. ............................................................................ 99
Hình 5.21. Báo trạng thái Camera ghi hình định kì đang hoạt động. ....................... 99
Hình 5.22. Module camera được kích hoạt để ghi hình.......................................... 100
Hình 5.23. Biểu đồ cảm biến độ ẩm đất board cảm biến 1. .................................... 100
Hình 5.24. Nút download. ....................................................................................... 101
Hình 5.25. Nội dung file excel được download. ..................................................... 101
Hình 5.26. Tin nhắn gửi đi từ điện thoại................................................................. 101

Hình 5.27. Nội dung tin nhắn chứa trong folder inbox của gammu. ...................... 102
Hình 5.28 Đoạn chương trình báo lỗi hệ thống ...................................................... 102
Hình 5.29. Tin nhắn báo lỗi được gửi tới điện thoại. ............................................. 102
Hình 5.30. Hình ảnh tổng qt tồn bộ mơ hình nhà kính. ..................................... 103

Khoa Đào Tạo Chất Lượng Cao - ĐH SPKT TP. Hồ Chí Minh

do an

Trang x


Đồ Án Tốt Nghiệp

DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 3.1 Thông số cảm biến nhiệt độ - độ ẩm DHT11. ........................................... 24
Bảng 3.2. Thông số module thu phát RF HC-11. ..................................................... 30
Bảng 3.3. Tập lệnh AT cơ bản của module HC-11. ................................................. 31
Bảng 3.4 Thơng số kĩ thuật màn hình TFT ILI 9325. .............................................. 42
Bảng 3.5. Sơ đồ chân màn hình TFT ILI9325. ......................................................... 43
Bảng 3.6. Bảng chức năng chuỗi truyền đầu tiên khi giao tiếp với XPT2046. ....... 45
Bảng 3.7. Thông số relay YLE-303H-5.................................................................... 51

Khoa Đào Tạo Chất Lượng Cao - ĐH SPKT TP. Hồ Chí Minh

do an

Trang xi

Đồ Án Tốt Nghiệp

CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN
1.1. Đặt Vấn Đề
Cho đến nay, với hơn nửa thế kỉ hình thành và phát triển các hệ thống nhúng
đã có mặt ở hầu hết các lĩnh vực như dân dụng, quân sự, y tế, giáo dục, nông
nghiệp, công nghiệp… Với ưu điểm mà các hệ thống khác khơng có được như tính
ổn định, gọn nhẹ, đáp ứng nhanh và tự động hóa cao các hệ thống nhúng ngày càng
được tối ưu hóa và tập trung phát triển để có thể tăng khả năng linh hoạt hoạt, sử
dụng trong nhiều ứng dụng tạo điều kiện thuận lợi để sản xuất hàng loạt dẫn đến
giảm giá thành sản phẩm.
Kỹ thuật Điện tử kết hợp với sự phát triển của Công nghệ thông tin đã, đang và
sẽ tiếp tục cho ra những sản phẩm công nghệ mới, khơng những đa chức năng, đa
ứng dụng mà kích thước cũng ngày càng nhỏ hơn, tiện lợi hơn. Một trong những
sản phẩm ấy chính là sự ra đời và phát triển của dịng sản phẩm máy tính nhúng
mini Raspberry Pi. Kích thước nhỏ gọn cộng với những tính năng như một máy tính
tí hon, Raspberry Pi là một cơng cụ tuyệt vời giúp con người dễ dàng tiếp cận thế
giới công nghệ hơn với những ứng dụng, sáng tạo gần gũivới cuộc sống. Là một
nước đang phát triển và trong giai đoạn “Cơng nghiệp hóa, hiện đại hóa”, Việt Nam
rất cần tiếp cận với những thiết bịkhoa học kỹ thuật để đáp ứng và hồn thành chiến
lược đặt ra.Vì thế, Việt Nam đã và đang đầu tư nhiều vào nguồn nhân lực để có thể
nắm bắt và dần làm chủ được công nghệ. Với sự ra đời và phát triển của Raspberry
Pi cộng với việc sản phẩm đã du nhập về Việt Nam, đây là cơ hội để đội ngũ kỹ
thuật vừa có cơ hội tiếp cận với nền kỹ thuật tiên tiến của thế giới, vừa góp phần
sáng tạo thêm những ứng dụng mới để đưa vào đời sống, nhằm cải thiện và nâng
cao chất lượng cuộc sống ngày càng tốt đẹp hơn.
Việc nghiên cứu và ứng dụng Raspberry Pi vào thực tế cuộc sống là một điều
rất mới mẻ và cũng rất cần thiết.Sự ra đời của máy tính nhúng giá rẻ giúp cho việc
thu thập dữ liệu và điều khiển thiết bị từ xa thông qua mạng Internet trở nên dễ dàng

hơn. Đặc biệt là trong lĩnh vực nông nghiệp, nền nông nghiệp của Việt Nam tuy có
truyền thơng lâu đời nhưng chưa phát huy được thế mạnh vốn có của mình do chưa
chú trọng áp dụng kỹ thuật - công nghệ đúng đắn vào trong các hoạt động canh tác,
chăn nuôi.

Khoa Đào Tạo Chất Lượng Cao - ĐH SPKT TP. Hồ Chí Minh

do an

Trang 1


Đồ Án Tốt Nghiệp
1.2. Lý Do Chọn Đề Tài
Nông nghiệp là ngành kinh tế quan trọng của Việt Nam và cho tới hiện nay
Việt Nam vẫn là một nước nông nghiệp.Việt Nam có thể tự hào với thế giới về nơng
nghiệp có truyền thống lâu đời của mình.Tuy nhiên, chất lượng và sản lượng các
sản phẩm nông nghiệp của Việt Nam chưa thật sự tương xứng với truyền thống phát
triển lâu dài đó.Lĩnh vực nơng nghiệp cịn mang nặng tính thủ cơng, sử dụng sức
người là chính, ít ứng dụng khoa học kỹ thuật vì vậy mà nền nơng nghiệp nước ta
vẫn chưa phát huy được lợi thế của mình.
Trên thế giới hiện nay “Internet of Things” đã được ứng dụng rất nhiều trong
vấn đề giám sát và điều khiển các thiết bị nông nghiệp. Cùng với sự phát triển mạnh
mẽ của những máy tính nhúng có kích thước nhỏ gọn nhưng hiệu suất cao đã góp
phần làm cho các hoạt động và giám sát từ xa qua mạng Internet trở nên dễ dàng và
hiệu quả hơn. Chính vì vậy nhóm đã lựa chọn đề tài “Thu Thập Dữ Liệu Và Điều
Khiển Thiết Bị Nhà KínhQua Web Server”làm đề tài tốt nghiệp của mình. Với mục
đích ứng dụng những kiến thức đã học trên ghế nhà trường để góp phần phát huy
thế mạnh nền nông nghiệp đất nước kết hợp với khoa học - kỹ thuật, xu thế của thế
giới, nhằm gia tăng chất lượng nhưng giảm được sức người, sức của về lâu dài.

1.3. Mục Tiêu Nghiên Cứu
Các mục tiêu nghiên cứu chính của đề tài này là:
- Nghiên cứu và tìm hiểu board Raspberry Pi trong vấn đề thiết lập một Web
Server, giao tiếp module camera, USB3G, sử dụng ngoại vi UART, lập trình hệ
thống nhúng dựa trên nền hệ điều hành Raspian nên những kiến thức về lập trình
hợp ngữ, những chương trình khơng mang tính chất hệ điều hành không được đề
cập. Đề tài chủ yếu làm việc trên lớp User với các hàm, các lệnh quản lý hệ thống.
- Xây dựng mạng cảm biến hình sao đơn giản sử dụng các module thuphát RF
thơng thường.
-Tìm hiểu và sử dụng ngôn ngữ Python trên Board Raspberry.
-Ứng dụng ngơn ngữ C vào lập trình vi điều khiển.
- Tìm hiểu và ứng dụng ngơn ngữ HTML, PHP, Javascript, MySQL và các
công cụ đi kèm để tạo trang Web giám sát, điều khiển và cơ sở dữ liệu lưu trữ thông
tin thu thập.
Khoa Đào Tạo Chất Lượng Cao - ĐH SPKT TP. Hồ Chí Minh

do an

Trang 2


Đồ Án Tốt Nghiệp
-Ứng dụng những kiến thức đã học về vi điều khiển STM32F103VET6 để giao
tiếp với màn hình cảm ứng TFT, điều khiển cơ cấu chấp hành và thu nhận dữ liệu từ
Raspberry gửi xuống để hiển thị.
-Tìm hiểu cấu trúc và lập trình vi điều khiển ATmega8 để đọc dữ liệu từ cảm
biến nhiệt độ - độ ẩm, cảm biến độ ẩm đất, cảm biến cường độ ánh sang và cảm
biến mưa.
-Thiết kế, thi cơng mơ hình thu thập dữ liệu nhà kính, điều khiển thiết bị nhà
kính qua Web Server.

1.4. Đối Tượng Và Phạm Vi Nghiên Cứu
Đề tài tập trung nghiên cứu các đối tượng cụ thể như sau:
- Board Raspberry Pi 2.
- Xây dựng Web Server trên Board Raspberry Pi 2.
- Truyền, nhận dữ liệu cảm biến và trạng thái hoạt động của các thiết bị đưa
lên Web Server.
- Kết nối Raspberry Pi và module Camera, USB 3G.
- Giao tiếp màn hình TFT cảm ứng điện trở sử dụng vi điều khiển STM32F1.
Để xây dựng một mơ hình thu thập và điều khiển thiết bị qua Web Server như
các mơ hình đã được thương mại là rất phức tạp và khá tốn kém. Để đáp ứng việc
điều khiển tồn bộ các thiết bị này địi hỏi phải có một lượng thời gian và kiến thức
nhất định, bên cạnh đó cịn là vấn đề tài chính. Với lượng thời gian và kiến thức có
hạn, trong đề tài này nhóm chỉ viết một trang Web đơn giản để có thể hiển thị thơng
tin dữ liệu từ cảm biến và trạng thái thiết bị dựa trên những kiến thức nền tảng về
các ngơn ngữ lập trình Web, phần giao diện Web được nhóm tham khảo có chỉnh
sửa từ các trang hướng dẫn thiết kế Web. Các cảm biến được sử dụng trong đề tài
không đi chuyên sâu, cụ thể được ứng dụng trong mơ hình nhà kính nào mà chỉ là
những cảm biến đo các thông số cơ bản nhất trong các nhà kính được sử dụng hiện
nay để từ đó làm nền tảng để xây dựng nên một hệ thống được ứng dụng với từng
loại nhà kính trồng các loại cây trồng cụ thể.

Khoa Đào Tạo Chất Lượng Cao - ĐH SPKT TP. Hồ Chí Minh

do an

Trang 3


Đồ Án Tốt Nghiệp
1.5. Dàn Ý Nghiên Cứu

Với những yêu cầu đề ra và xác định hướng giải quyết, nhóm nghiên cứu đã
xây dựng luận văn gồm các nội dung chính như sau:
Chương 2: Cơ Sở Lý Thuyết.
Chương này trình bày một số ứng dụng của máy tính nhúng trong giám sát và
điều khiển thiết bị, khái niệm về Web Server, cơ sở dữ liệu và các kiến thức cơ bản
về mạng cảm biến.
Chương 3: Thiết Kế hệ Thống.
Chương này trình bày sơ đồ khối tổng quát của hệ thống và các khối liên quan,
thông tin về board Raspberry Pi, lựa chọn linh kiện, tính tốn và thiết kế các board
cảm biến và board điều khiển cơ cấu chấp hành. Thiết kế cơ khí mơ hình nhà kính.
Chương 4: Thiết Kế Phần Mềm.
Chương này trình bày cách thức cài đặt các gói phần mềm để cài đặt Web
Server cho Raspberry Pi, cài đặt hệ quản trị cơ sở dữ liệu, giao tiếp Raspberry Pi
với module Camera và USB 3G. Trình bày về phương pháp điều khiển các thiết bị
được sử dụng trong đề tài và lưu đồ giải thuật chương trình.
Chương 5: Kết Quả Thực Nghiệm Và Đánh Giá.
Chương này tổng hợp các kết quả sau khi đã thiết kế và thi cơng phần cứng,
kết quả từ các thuật tốn để giải quyết vấn đề.
Chương 6: Kết Luận Và Hướng Phát Triển.
Trình bày kết quả đã thưc hiện được sau khi hồn thành đề tài từ đó đưa ra
phương hướng phát triển trong tương lai.

Khoa Đào Tạo Chất Lượng Cao - ĐH SPKT TP. Hồ Chí Minh

do an

Trang 4


Đồ Án Tốt Nghiệp

CHƯƠNG 2
CƠ SỞ LÝ THUYẾT
2.1. Máy Tính Nhúng Trong Giám Sát, Điều Khiển Và Thu Thập Dữ Liệu
Trong vấn đề giám sát, điều khiển và thu thập dữ liệu máy tính nhúng được
thiết kế để thực hiện một ứng dụng cụ thể như: giám sát cửa an ninh, báo cáo tình
trạng của cảm biến cho một hệ thống điều khiển hay quản lí đèn giao thơng tại chỗ
giao nhau đông người qua lại, giám sát môi trường nơng nghiệp,…và cịn rất nhiều
các ứng dụng khác nữa.
Có hai ưu điểm khi sử dụng máy tính nhúng.Đầu tiên là giảm thiểu được chi
phí. Thứ hai là chúng dễ dàng triển khai. Do máy tính nhúng thường nhỏ hơn nhiều
so với máy tính có đa dụng, và khơng cần phải mua một màn hình, bàn phím, chuột
nên chi phí ít hơn cho một hệ thống máy tính đa dụng. Kích thước giảm đi cũng
giúp triển khai các máy tính nhúng một số lượng lớn tại các địa điểm xa một cách
dễ dàng hơn.
Trên thị trường có rất nhiều Board máy tính nhúng chạy hệ điều hành có thể
được sử dụng làm Web Server giúp cho công việc giám sát và điều khiển hệ thống
qua mạng Internet ngày càng dễ dàng hơn. Yêu cầu đặt ra của đề tài là thu thập
thông số cơ bản như nhiệt độ, độ ẩm không khí, độ ẩm đất, cường độ ánh sáng,
lượng mưa rồi đưa lên Internet, từ đó cho phép ta theo dõi hoạt động của hệ thống ở
bất kì đâu trên thế giới với thiết bị có hỗ trợ kết nối Internet đồng thời cịn có thể
điều khiển các thiết bị thơng qua mạng Internet với giá thành hợp lý. Từ những u
cầu trên nhóm đã tiến hành tìm hiểu về cấu hình phần cứng, chức năng, hiệu suất và
giá thành của các Board nhúng thông dụng trên thị trường Việt Nam để đưa ra một
số lựa chọn sau:
 Board Raspberry Pi:
- Đáp ứng tốt yêu cầu thu thập thông tin nhiệt độ, độ ẩm … từ các board cảm
biến và board điều khiển thiết bị, có hỗ trợ xây dựng Web Server.
- Hỗ trợ kết nối Camera bằng cáp CSI giúp tiết kiệm IO và cổng USB, có các
GPIO để người sử dụng tùy biến.

- Có khả năng kết nối với Internet để truyền nhận dữ liệu lên Web Client.

Khoa Đào Tạo Chất Lượng Cao - ĐH SPKT TP. Hồ Chí Minh

do an

Trang 5


Đồ Án Tốt Nghiệp
- Tiết kiệm năng lượng (Chỉ sử dụng điện năng 5 Watts, tiêu thụ khoảng 3.5
euro/1 năm nếu chạy liên tục 24/7).
- Giá thành thấp, chỉ khoảng 1 triệu đồng với phiên bản Raspberry Pi 2.
 Board FriendlyARM:
- Đáp ứng tốt yêu cầu thu thập thông tin nhiệt độ, độ ẩm… từ các board cảm
biến và board điều khiển thiết bị, có hỗ trợ xây dựng Web Server.
- Hỗ trợ kết nối Camera tuy nhiên không sử dụng kết nối cáp CSI, và có các
GPIO tùy biến.
- Có khả năng kết nối với Internet để truyền nhận dữ liệu.
- Giá thành tương đối cao, hơn 3 triệu đồng.
 Board BeagleBone:
- Đáp ứng tốt yêu cầu thu thập thông tin nhiệt độ, độ ẩm từ board cảm biến đặc
biệt khi kết nối máy tính thì BeagleBone có thể được xem như là một Web Server
ảo mà không cần nhiều thao tác cài đặt rườm rà.
- Hỗ trợ kết nối Camera tuy nhiên phải sử dụng thêm module kết nối, lượng
GPIO lớn.
- Có khả năng kết nối với Internet để truyền nhận dữ liệu.
- Giá thành vừa phải, khoảng 1.7 triệu đồng.
Từ các phân tích trên cho thấy cả ba kit FriendlyARM, Raspberry Pi và
BeagleBone đều đáp ứng tốt yêu cầu, tuy nhiên xét về giá thành kit FriendlyARM

và BeagleBone có giá cao hơn. Do yêu cầu đặt ra là thực hiện hệ thống thu thập dữ
liệu và điều khiển thiết bị qua mạng Web Server với giá thành hợp lý nhất nên
nhóm em quyết định chọn kit Raspberry Pi 2 để thực hiện đề tài.
2.2. Tổng Quan Về Web Server
2.2.1. Web Server
Máy chủ Web (Web Server) là máy tính mà trên đó cài đặt phần mềm phục vụ
Web, đơi khi người ta cũng gọi chính phần mềm đó là Web Server. Tất cả các Web
Khoa Đào Tạo Chất Lượng Cao - ĐH SPKT TP. Hồ Chí Minh

do an

Trang 6


Đồ Án Tốt Nghiệp
Server đều hiểu và chạy được các file *.htm và *.html. Tuy nhiên mỗi Web Server
lại phục vụ một số kiểu file chuyên biệt chẳng hạn như llS của Microsoft dành cho
*.asp, *.aspx…; Apache dành cho *.php…; Sun Java System Web Server của SUN
dành cho *.jsp…
Web Server có khả năng gửi đến máy khách những trang Web thông qua môi
trường Internet (hoặc Intranet) qua giao thức HTTP – giao thức được thiết kế để gửi
các file đến trình duyệt Web (Web Browser), và các giao thức khác.Tất cả các Web
Server đều có một địa chỉ IP hoặc cũng có thể có một Domain Name (tên miền).Bất
kỳ một máy tính nào cũng có thể trở thành một Web Server bằng việc cài đặt lên nó
một chương trình phần mềm Server Software và sau đó kết nối vào Internet.
2.2.2. Database Server
Database Server (máy phục vụ Cơ sở dữ liệu) là máy tính mà trên đó có cài đặt
phần mềm hệ quản trị cơ sở dữ liệu. Chúng ta có một số hệ quản trị cơ sở dữ liệu
như SQL Server, MySQL, Oracle...
Database Server phải hoạt động liên tục 24/24 để phục vụ cho việc cung cấp

thông tin trực tuyến. Vị trí đặt máy chủ cơ sở dữ liệu đóng vai trị quan trọng trong
việc đảm bảo an tồn dữ liệu, bảo mật, chất lượng và tốc độ lưu chuyển dữ liệu từ
Server và máy tính truy cập.
2.3.Mạng Cảm Biến Không Dây
2.3.1. Tổng Quan Về Mạng Cảm Biến Không Dây
Mạng cảm biến không dây (Wireless Sensor Network) bao gồm một tập hợp
các thiết bị, cảm biến sử dụng các liên kết không dây (vô tuyến, hồng ngoại hoặc
quang học) để phối hợp thực hiện nhiệm vụ thu thập thông tin dữ liệu phân tán với
quy mô lớn trong bất kỳ điều kiện và ở bất kỳ vùng địa lý nào. Mạng cảm biến
khơng dây có thể liên kết trực tiếp với nút quản lý giám sát trực tiếp hay gián tiếp
thông qua một điểm thu phát và môi trường mạng công cộng như Internet hay vệ
tinh. Các nút cảm biến khơng dây có thể được triển khai cho các mục đích chuyên
dụng như điều khiển giám sát và an ninh; kiểm tra môi trường; tạo ra không gian
sống thông minh; khảo sát đánh giá chính xác trong nơng nghiệp; trong lĩnh vực y
tế; ... Lợi thế chủ yếu của chúng là khả năng triển khai hầu như trong bất kì loại

Khoa Đào Tạo Chất Lượng Cao - ĐH SPKT TP. Hồ Chí Minh

do an

Trang 7


Đồ Án Tốt Nghiệp
hình địa lý nào kể cả các môi trường nguy hiểm không thể sử dụng mạng cảm biến
có dây truyền thống.
Ngày nay, các mạng cảm biến khơng dây được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực
như nghiên cứu vi sinh vật biển, giám sát việc chuyên chở các chất gây ô nhiễm,
kiểm tra giám sát hệ sinh thái và môi trường sinh vật phức tạp, điều khiển giám sát
trong công nghiệp và trong lĩnh vực quân sự, an ninh quốc phòng hay các ứng dụng

trong đời sống hàng ngày.
2.3.2. Ứng Dụng Của Mạng Cảm Biến Không Dây Trong Phát Triển Nông
Nghiệp
Một số các ứng dụng về môi trường của mạng cảm biến không dây bao gồm
theo dõi sự di chuyển của các lồi chim, lồi thú nhỏ, cơn trùng; kiểm tra các điều
kiện môi trường ảnh hưởng tới mùa màng và vật ni; tình trạng nước tưới; các
cơng cụ vĩ mô cho việc giám sát mặt đất ở phạm vi rộng và thám hiểm các hành
tinh; phát hiện hóa học, sinh học; tính tốn trong nơng nghiệp; kiểm tra mơi trường
khơng khí, đất trồng, biển; phát hiện cháy rừng; nghiên cứu khí tượng và địa lý;
phát hiện lũ lụt; vẽ bản đồ sinh học phức tạp của môi trường và nghiên cứu ơ nhiễm
mơi trường.

Hình 2.1. Ứng dụng mạng cảm biến trong nông nghiệp.
Các ứng dụng của mạng cảm biến không dây cũng được sử dụng trên các trang
trại chăn ni. Người chăn ni có thể sử dụng các mạng cảm biến trong q trình
quyết định vị trí của động vật trong trang trại và với các cảm biến được gắn theo
mỗi động vật, xác định yêu cầu cho các phương pháp điều trị để phòng chống các
động vật ký sinh. Người chăn ni lợn hoặc gà có các đàn trong các chuồng ni
mát, thống khí. Mạng cảm biến khơng dây có thể được sử dụng cho việc giám sát
nhiệt độ khắp chuồng ni, đảm bảo an tồn cho đàn.
Khoa Đào Tạo Chất Lượng Cao - ĐH SPKT TP. Hồ Chí Minh

do an

Trang 8


Đồ Án Tốt Nghiệp

CHƯƠNG 3

THIẾT KẾ HỆ THỐNG
3.1. Giới Thiệu Về Hệ Thống
3.1.1. Sơ Đồ Khối Tổng Quát Hệ Thống

BOARD CẢM BIẾN 1

BOARD CẢM BIẾN 3

WIRELESS

BOARD ĐIỀU KHIỂN
THIẾT BỊ

BOARD CẢM BIẾN 2

KHỐI XỬ LÝ TRUNG TÂM
RASPBERRY PI

SMS

Internet

Hình 3.1. Sơ đồ khối tổng quát hệ thống.

Khoa Đào Tạo Chất Lượng Cao - ĐH SPKT TP. Hồ Chí Minh

do an

Trang 9

Đồ Án Tốt Nghiệp
 Phân tích các khối trong mơ hình:
- Khối xử lý trung tâm Raspberry Pi: Là khối quan trọng nhất trong tồn hệ
thống, có chức năng kết nối với mạng Internet, thiết lập, điều khiển Web Server và
nhận dữ liệu từ các board ở trong môi trường giám sát đồng thời cũng gửi dữ liệu
điều khiển từ Web Server xuống board điều khiển thiết bị thông qua sóng RF.
- Các board cảm biến: Là khối có chức năng thu thập dữ liệu nhiệt độ, độ ẩm
khơng khí, độ ẩm đất, cường độ ánh sánh, cảm biến mưa và gửi về Raspberry Pi.
- Board điều khiển cơ cấu chấp hành: Là khối có chức năng điều khiển các
thiết bị trong mơ hình nhà kính, nhận dữ liệu cảm biến được gửi xuống từ
Raspberry Pi để hiển thị lên màn hình TFT đồng thời cũng gửi trạng thái hoạt động,
giá trị cài đặt chế độ auto của các thiết bị lên Raspberry Pi.
3.1.2. Sơ Đồ Khối Chi Tiết Khối Trung Tâm
NGUỒN CUNG CẤP

SMS

USB

USB3G

SOCKET
CSI
CAMERA

MODULE
CAMERA

SMS

GATEWAY
RASPBERRY
PI

Internet

DATABASE

WEB
SERVER
UART

MODULE THU
PHÁT RF HC-11

Hình 3.2. Sơ đồ khối chi tiết khối trung tâm.
 Phân tích các module trong khối:
- Nguồn cung cấp: Cung cấp nguồn 5V-2A cho hoạt động của toàn bộ board
Raspberry Pi và các module tích hợp trên board.
- Module USB Raspberry Pi: Kết nối với USB 3G.
- USB 3G: Dùng để gửi/nhận tin nhắn.
- Module Socket CSI Camera: Ngõ kết nối module Camera của Raspberry Pi.
- Camera: Dùng để thu thập hình ảnh, video từ môi trường khi người sử dụng
muốn quan sát môi trường qua video.
- Module UART: Gồm 2 chân RX và TX của Raspberry Pi. Dùng để giao tiếp
với các thiết bị, moduletheo chuẩn truyền thông UART.
Khoa Đào Tạo Chất Lượng Cao - ĐH SPKT TP. Hồ Chí Minh

do an

Trang 10


Đồ Án Tốt Nghiệp
- Module thu phát RF HC-11: Dùng để giao tiếp với các board cảm biến và
board điều khiển thiết bị qua sóng RF.
- Web Server và Database: Dùng để thiết lập Raspberry Pi như một máy chủ
để có thể truy cập, giám sát và điều khiển qua mạng Internet. Mọi dữ liệu mà
Raspberry Pi thu nhận được từ các board cảm biến và board điều khiển thiết bị sẽ
được lưu vào trong Database để hiển thị lên Web Server.
- SMS Gateway: Cho phép Raspberry Pi có thể gửi/nhận tin nhắn SMS.
3.1.3. Sơ Đồ Khối Chi Tiết Board Điều Khiển Thiết Bị
QUẠT
THƠNG
GIĨ
MÁY BƠM

KHỐI ỔN ÁP

MODULE CƠNG
SUẤT 1

ĐÈN
CHIẾU
SÁNG

VI ĐIỀU KHIỂN STM32-F103VET6

MODULE THU PHÁT RF HC-11

ĐỘNG CƠ
PHUN
SƯƠNG

NGUỒN ĐỘNG LỰC

NGUỒN CUNG CẤP

MÀN HÌNH TFT 3.2"

MODULE CƠNG
SUẤT 2

ĐỘNG CƠ
LƯỚI CẮT
NẮNG
ĐỘNG CƠ
TRƯỢT
BOARD

ĐỘNG CƠ
MÁI CHE

Hình 3.3.Sơ đồ khối tổng quát board điều khiển cơ cấu chấp hành.
 Phân tích các module trong khối:
- Nguồn Cung Cấp: Cung cấp nguồn hoạt động cho toàn board và các module
- Khối ổn áp: Cung cấp nguồn 5V và 3.3V cho hoạt động của board.
- Màn hình TFT 3.2 inch: Dùng để hiển thị thông tin về nhiệt độ, độ ẩm,
cường độ ánh sáng, dữ liệu cảm biến mưa nhận được từ Raspberry Pi gửi xuống
đồng thời cũng dùng để điều khiển đóng tắt thiết bị bằng màn hình cảm ứng và điều

Khoa Đào Tạo Chất Lượng Cao - ĐH SPKT TP. Hồ Chí Minh

do an

Trang 11