xây dựng giám sát và điều khiển nhiệt độ, độ ẩm cho mô hình nông nghiệp công nghệ cao

MỤC LỤC
Lời nói đầu Trang:2
• Đặt vấn đề
3
• Giới hạn đề tài
4
• Mục đích nghiên cứu
4
Chương 1: Giới thiệu về đo nhiệt độ, độ ẩm trong nhà kính 5
1.1. Hệ thống đo lường 5
1.2. Các phương pháp đo nhiệt độ 7
1.3. Các phương pháp đo độ ẩm 11
1.4. Đo tần số 13
Chương 2: Giới thiệu vi điều khiển cùng các linh kiện thực hiện đo
lường
16
2.1. Đo nhiệt độ 16
2.2. Đo độ ẩm 20
2.3. Sơ đồ nguyên lý mạch đo nhiệt độ, độ ẩm 25
2.4. Giải thuật chương trình 27
Chương 3: Điều khiển nhiệt độ, độ ẩm 30
3.1. Vấn đề điều khiển nhiệt độ, độ ẩm 30
3.2. Vi điều khiển, IC và các thiết bị chấp hành điều khiển
nhiệt độ, độ ẩm
31
3.3. Xây dựng card điều khiển nhiệt độ độ ẩm 31
3.3.1. Nhiệm vụ thiết kế 31
3.3.2. Sơ đồ nguyên lý 31
3.3.3. Giải thuật chương trình 32
Chương 4: Xây dựng Card truyền thông 33
4.1. Nhiệm vụ thiết kế 33

4.2. Các linh kiện chủ yếu trong Card 34
4.3. Sơ đồ nguyên lý 34
4.4. Giao thức truyền thông 34
Hình ảnh các modul xây dựng cho mô hình nhà kính 36
Kết luận 37
Tài liệu tham khảo 38
LỜI NÓI ĐẦU
Trang: 1
Ngày nay, việc áp dụng khoa học kỹ thuật vào trong quá trình sản suất
đang là vấn đề được rất nhiều sự quan tâm, nghiên cứu của các nhà khoa học
trên thế giới cũng như trong nước.
Trong trường đại học cao đẳng nghiên cứu khoa học cũng được sinh
viên rất quan tâm, cụ thể đã có nhiều đề tài mang tính ứng dụng thực tiễn
cao, áp dụng cho sản suất với chất lượng mong muốn.
Qua thời gian học tập tiếp thu những kiến thức của các thầy cô giáo
chúng em đã quyết định nghiên cứu sâu hơn đề tài: “Xây dựng giám sát và
điều khiển nhiệt độ, độ ẩm cho mô hình nông nghiệp công nghệ cao”.
Với sự giúp đỡ, hướng dẫn của thầy Trần Tiến Lương.
Đề tài gồm các phần sau:
Chương 1: Giới thiệu về đo nhiệt độ, độ ẩm trong nhà kính.
Chương 2: Giới thiệu vi điều khiển cùng các linh kiện thực hiện đo lường.
Chương 3: Điều khiển nhiệt độ, độ ẩm.
Chương 4: Xây dựng Card truyền thông.
Trong quá trình tìm hiểu chúng em đã cố gắng tìm hiểu nghiên cứu
các vấn đề thuộc phạm vi đề tài nhưng do thời gian ngắn, trình độ hiểu biết
có hạn nên trong đề tài không tránh khỏi những sai sót. Mong thầy cô và các
bạn góp ý và giúp đỡ để đề tài được hoàn thiện hơn.
Cung cấp đầy đủ các file dữ liệu trừ mạch phần cứng
Nhóm nghiên cứu khoa học
ĐẶT VẤN ĐỀ

Trang: 2
Hiện nay với thực trạng chung của nghành kinh tế là đẩy nhanh sự
phát triển của khoa học kỹ thuật, ứng dụng những sản phẩm khoa học vào
trong các nghành khác đặc biệt là trong nghành công nghiệp và nông nghiệp.
Vấn đề nông nghiệp công nghệ cao càng ngày càng được quan tâm
nhiều hơn, và thực tế ở các nước phát triền thì đây là những mô hình chủ
yếu, một số nước có nền nông nghiệp công nghệ cao phát triển như Anh,
Mỹ, Trung quốc, Nhật bản,…
Việc phát triển nông nghiệp công nghệ cao đem lại nhiều hiệu quả cho
nền kinh tế: Tăng hiệu quả sản suất, giảm nhiều chi phí đầu tư, tăng năng
suất cây trồng, có thể tạo sản phẩm nông nghiệp theo yêu cầu thị trường mà
không quan tâm đến mùa vụ,… Ngoài ra việc phát triển nghành nông nghiệp
ứng dụng công nghệ cao cũng là sân cho sự sáng tạo, ứng dụng những tiến
bộ khoa học kỹ thuật vào sản suất, đem lại nhiều hiệu quả kinh tế.
Việc phát triển nông nghiệp công nghệ cao là sản phẩm của việc ứng
dụng những ngành công nghệ như: Công nghệ thông tin, công nghệ vật liệu
mới, công nghệ sinh học, công nghệ quản lý,… vào trong nghành nông
nghiệp.
Ở nước ta chính phủ cũng đã có những biện pháp đầu tư, khuyến
khích nghiên cứu, phát triển, xây dựng những mô hình nông nghiệp công
nghệ cao. Tuy nhiên do điều kiện kinh tế, trình độ khoa học kỹ thuật nên tiến
trình ứng dụng những tiến bộ khoa học kỹ thuật mới này còn hạn chế, chỉ
thực hiện ở một số nơi.
Do vậy,chỉ một số nơi có khả năng kinh tế, điều kiện thu hút đầu tư
như Hà Nội, TP. Hồ Chí Minh, Lâm Đồng,… đã triển khai và khá thành
công trong nhiều ứng dụng xây dựng mô hình nông nghiệp công nghệ cao.
Vì vậy việc xây dựng những ứng dụng công nghệ để phát triển nền
nông nghiệp là hết sức bức thiết, và phù hợp với xu thế chung của nền nông
nghiệp thế giới.
Trang: 3

• Mục đích nghiên cứu
Xây dựng mô hình nhà kính hiện đại phục vụ cho sản xuất nông
nghiệp, hình a:
Hình a: Mô hình nhà kính
Nghiên cứu ứng dụng vi điều khiển vào việc giám sát và điều khiển
các thông số cho phù hợp với yêu cầu của cây trồng, vật nuôi. Phát triền mô
hình nhà kính điều khiển tự động.
• Giới hạn đề tài.
Do thời gian có hạn nên hiện tại nhóm mới thực hiện được đo 2 thông
số nhiệt độ và độ ẩm, điều khiển on – off các thiết bị rơle, chưa xây dựng
được mô hình hoàn chỉnh của nhà kính.
Trang: 4
Chương 1: Giới thiệu về đo nhiệt độ, độ ẩm trong nhà
kính
1.1. Hệ thống đo lường.
a. Giới thiệu.
Đo lường là 1 quá trình đánh giá đại lượng cần đo để có kết quả bằng
số với đơn vị đo
Kết quả đo lường bằng số(A
x
) được định nghĩa là tỷ số giữa đại lượng
cần đo (X) và đơn vị đo (X
0
) [1]
A
x
= X/X
0
(1 – 1)
Trong đo lường thì kết quả đo lường được đặc trưng bởi các yếu tố

sau:
- Đại lượng cần đo
- Điều kiện đo
- Phương pháp đo
- Đơn vị đo
- Thiết bị đo
- Người quan sát thu nhận các kết quả đo
- Kết quả đo
Để thực hiện 1 phép đo nào đó ta có thể thực hiện theo nhiều cách
khác nhau trên cơ sở hệ thống đo lường khác nhau.
1 hệ thống đo lường tổng quát có dạng như hình 1.1[1]
Hình 1.1: Hệ thống đo lường tổn quát.
Trong đó:
Khối chuyển đổi sơ cấp: Thực hiện chức năng biến đổi đại lượng đo
thành tín hiệu điện, nó là khâu quan trọng nhất của một thiết bị đo, quyết
Trang: 5
định tính chính xác của phép đo. Có nhiều loại chuyển đổi sơ cấp khác nhau
tùy thuộc vào đại lượng cần đo và yêu cầu đầu ra.
Khối mạch đo: Thực hiện chức năng thu thập gia công thông tin đo
sau chuyển đổi sơ cấp, thực hiện các thao tác tính toán. Tùy thuộc vào yêu
cầu tính toán, kiểu đo,yêu cầu đầu ra,… mà mạch đo có câu trúc cũng như
khả năng xử lý là khác nhau. Mạch đo thường xử dụng vi điều khiển hoặc vi
xử lý để nâng cao khả năng tính toán xử lý số liệu.
Khối chỉ thị: Là khâu cuối cùng của dụng cụ đo, thể hiện kết quả của
phép đo dưới dạng con số, có kèm đơn vị của đại lượng cần đo.
b. Hệ thống đo lường số.
Hiện nay khi nói đến đo lường người ta thường nghĩ đến vấn đề điều
khiển, và ngược lại muốn điều khiển được phải thực hiện việc đo lường.
Hình 1.2: Hệ thống đo lường số.
Các khối trong hệ thống:

- Cảm biến: Thực hiện việc đo các đại lượng vật lý(có thể là đại lượng
điện hoặc không điện)
- KD tín hiệu: bộ khuếch đại tín hiệu, để tăng khả năng nhận biết được
tín hiệu.
Trang: 6
- ADC: chuyển đổi tín hiệu từ tương tự sang số để Vi điều khiển tính
toán cà hiển thị
- Vi điều khiển: Thực hiện xử lý trung tâm, tính toán ra các kết quả,
thực hiện hiển thị, lưu trữ, truyền đi xa,…
- Hiển thị: Hiển thị các kết quả đo được.
- Điều khiển thiết bị: Sau khi tính toán các thông số Vi điều khiển có
thể thực hiện các lệnh để đảm bảo yêu cầu nào đó đã được đề ra.
1.2. Các phương pháp đo nhiệt độ.
Nhiệt độ là thông số quan trọng ảnh hưởng nhiều đến đặc tính của vật
chất, quá trình kỹ thuật, và đặc biệt trong nông nghiệp nhiệt độ là đại lượng
hết sức quan trọng ảnh hưởng lớn đến sự phát triển của cây trồng vật nuôi,
ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm bảo quản,… Yêu cầu đo nhiệt độ là cần
thiết, để có được những biện pháp điều khiển thay đổi hoặc giả là tránh
không để sảy ra hậu quả do nhiệt độ gây ra.
Nhiệt độ là 1 đại lượng không điện, nên ta phải thực hiện đo gián tiếp.
Đo nhiệt độ có thể sử dụng các phương pháp sau: Dùng các dụng cụ hỗ trợ
như cặp nhiệt điện, nhiệt điện trở, diode, transistor, IC cản biến nhiệt độ,
cảm biến thạch anh,…
Có các phương pháp đo nhiệt độ như:
+ Đo tiếp xúc: Các chuyển đổi được đặt trực tiếp tại môi trường cần đo,
thường dùng cho nơi có nhiệt độ thấp. Gồm các loại cảm biến như: Nhiệt kế
nhiệt điện trở, nhiệt kế nhiệt ngẫu, các cảm biến bằng linh kiện bán dẫn như
diode, transistor, IC
+ Đo không tiếp xúc: Các cảm biến, chuyển đổi đặt ngoài môi trường cần đo,
thường dùng cho nơi có nhiệt độ cao, có thể dùng các thiết bị đo như sau:

Hỏa quang kế, bức xạ, quang phổ,…
Một số phương pháp đo nhiệt độ:
a. Đo nhiệt độ bằng nhiệt điện trở.
Trang: 7
Nhiệt kế nhiệt điện trở có thể được cấu tạo từ dây platin, đồng, niken,
bán dẫn,…quấn trên 1 lõi cách điện đặt trong vỏ kim loại có đầu được nối ra
ngoài.
Yêu cầu của các vật liệu dùng để chế tạo nhiệt điện trở:
+ Hệ số nhiệt lớn.
+ Điện trở suất lớn.
+ Tính ổn định hóa lý cao.
+ Tính thuần khiết về mặt cấu tạo hóa học cao.
Mạch đo thường dùng khi sử dụng nhiệt điện trở[2]: hình 1.3:
Hình 1.3: Cầu Wheatston
Rt: nhiệt điện trở.
Rn: điện trở mẫu.
R
E
: điện trở chỉnh dòng qua
nhiệt điện trở.
E: nguồn 1 chiều.
R1, R2: điện trở cầu đo.
G: điện kế.
Khi cầu cân bằng: dòng qua điện kế G bằng không.
V
R1
= V
R2
, V
Rt

= V
Rn
(1 – 2)
Gọi dòng qua R1, Rt là I1; dòng qua R2 và Rn là I2 thì:
I1R1 = I2R2
I1Rt = I2Rn
 R1/Rt = R2/Rn hay Rt = (R1 /R2)*Rn. (1 – 3)
Vậy với các giá trị R1, R2, Rn đã xác định ta có thể xác định được Rt.
Độ chính xác phụ thuộc độ nhạy của điện kế G, ngoài ra sai số của
R1,R2,Rn cũng ảnh hưởng đến sai số của Rt.
b. Đo nhiệt độ bằng cặp nhiệt ngẫu.
Cấu tạo: Một cặp nhiệt ngẫu được cấu tạo bởi 2 dây A, B và tại điểm
tiếp xúc của chúng có nhiệt độ T1,T2 sẽ tạo ra 1 sức điện động E tùy thuộc
Trang: 8
vào vật liệu dây A, B và nhiệt độ T1, T2. Nhiệt độ một trong 2 mối nối là cố
định và được dùng làm chuẩn(giả sử T1), trong khi nhiệt độ còn lại(T2) của
mối nối còn lại là nhiệt độ Tc đạt được khi đặt trong môi trường có nhiệt Tx.
Tc phụ thuộc Tx, và các đại lượng bên ngoài khác và điện trở dây dẫn, thanh
A, B.
Cấu tạo của cặp nhiệt ngẫu[2] : hình 1.4
Trong hình vẽ: 1: Điểm 2 dây hàn nối nhau.
2: Ống, dùng để bảo vệ khi đo ở nhiệt độ cao.
3: Ống sứ, dùng để cách điện 2 dây.
4: Hộp đầu nối.
Hình 1.4: Cấu tạo của cặp nhiệt ngẫu
Ưu điểm: Tốc độ phản ứng nhanh.
Kích thước bé, độ chính xác cao.
Tự tạo ra sức điện động, không cần đưa dòng 1 chiều vào.
Nhược điểm: phải biêt rõ nhiệt độ của mối chuẩn (T1) nếu T1 không chính
xác thì Tc cũng không chính xác.

c. Đo nhiệt độ bằng IC chuyên dụng.
Trang: 9
Ngày nay dưới sự phát triển của khoa học kỹ thuật người ta đã tích
hợp những mạch transistor đo nhiệt độ thành những IC đo nhiệt độ hoàn hảo,
được ứng dụng nhiều trong thực tế.
Ưu điểm: thuận tiện trong sử dụng, độ chính xác cao, giá thành hạ,
…
Nhược điểm: Khoảng nhiệt độ đo được hạn chế: -50 – 150
o
C.
Nguyên lý hoạt động: Nhận tín hiệu thay đổi nhiệt độ dựa vào đặc tính
rất nhạy của các bán dẫn với nhiệt độ rồi chuyển thành các đại lượng điện
như điện áp, dòng điện,…
Một số loại IC đo nhiệt độ:
- AD 590: Ngõ ra là điện áp.
Độ nhạy 1A/
o
K.
Độ chính xác +4
o
C.
Nguồn cấp Vcc = 4 – 30V.
Phạm vi đo: -55 – 150
o
C
- LM135, LM235, LM335:
Ngõ ra là điện áp.
Độ nhạy 10mV/1
o
C.

Dòng làm việc 400μA - 500 μA.
Sai số 1.5
o
C khi nhiệt độ lớn hơn 100
o
C.
Phạm vi đo: Lm335: -10 – 125
o
C
Lm235: -40 – 140
o
C
Lm135: -55 – 200
o
C
Lm35: -55 – 150
o
C
Sau khi nghiên cứu các phương pháp đo nhiệt độ, thấy được ưu điểm
của IC đo nhiệt độ là dễ sử dụng, độ chính xác cao,… Nên nhóm đã quyết
định dùng IC để đo nhiệt độ, cụ thể là dùng IC LM335.
Trang: 10
1.3. Các phương pháp đo độ ẩm.
Độ ẩm là 1 thông số quan trọng tác động trực tiếp tới con người, các
quá trình sinh lý hóa, thiết bị máy móc,…Độ ẩm cao sẽ ảnh hưởng đến các
thiết bị mạch điện tử, các linh kiện,làm giảm cách điện của hệ thống,… Đặc
biệt trong hoạt động nông nghiệp thì độ ẩm cũng là thông số quan trọng
không kém nhiệt độ đối với ảnh hưởng tới cây trồng vật nuôi, sự phát triển
của sâu bệnh,… Độ ẩm và nhiệt độ thường liên quan mật thiết với nhau. Do
vậy đo độ ẩm và điều khiển độ ẩm là vấn đề cần được quan tâm nhiều.

Một số thông số đặc trưng cho độ ẩm[2]:
Ta có: áp suất toàn phần của không khí:
P = Pk + Ph (1 – 4)
Pk : áp suất riêng của không khí khô
Ph : áp suất riêng phần của hơi nước.
Áp suất hơi bão hòa Pbh(Pa) ở nhiệt độ T là áp suất hơi nước ở trạng
thái cân bằng với nước lỏng, ký hiệu Pbh(T), với áp suất này sé sảy ra ngưng
tụ.
Độ ẩm tương đối RH% là tỷ số giữa áp suất riêng phần của hơi nước
và áp suất hơi bão hòa ở nhiệt độ T
RH% = (Ph/Pbh(T))*100% (1 – 5)
Độ ẩm là một đại lượng không điện, nên để đo được độ ẩm ta phải
chuyển đồi nó sang đại lượng điện như điện áp, dòng điện hay tần số.
Sau đây là 1 số phương pháp đo độ ẩm
a. Đo độ ẩm bằng ẩm kế biến trở.
Cấu tạo: Ẩm kế kiểu biến trở kim loại gồm 1 đế(vài mm
2
) được phủ
chất hút ẩm và đặt hai thanh dẫn bằng kim loại không bị ăn mòn và oxi hóa.
Trị số điện trở đo được giữa hai thanh dẫn phụ thuộc vào hàm lượng nước(tỷ
số giữa khối lượng nước hấp thụ và khối lượng chất khô) và vào nhiệt độ
chất hút ẩm. Hàm lượng nược lại phụ thuộc vào độ ẩm tương đối và nhiệt độ.
Trang: 11
Đường cong đặc trưng cho sự phụ thuộc của điện trở vào độ ẩm tương
đối và nhiệt độ của độ ẩm như hình 1.5[2]:
Hình 1.5
Đặc điểm của ẩm kế điện trở : có thể đo được độ ẩm tương đối từ 5 –
95% trong dải nhiệt độ -100 – 600
o
C, thời gian hồi đáp 10s, độ chính xác

±(2 – 5)%
b. Đo độ ẩm bằng ẩm kế tụ điện.
Cấu tạo: chế tạo thành 1 tụ điện với lớp điện môi là chất hút ẩm, khi
độ ẩm thay đổi thì hằng số điện môi thay đổi làm cho điện dung của tụ thay
đổi.
Ví dụ loại cảm biến độ ẩm dạng tụ điện: IC HS1100, HS1101:
Hình 1.6: IC HS1101
Khi đo độ ẩm ta sử dụng ẩm kế tụ điện, mà đầu ra của loại cảm biến này
là điện áp hoặc tần số, do mạch tần số dễ thực hiện, độ chính xác cao nên đã
sử dụng mạch đo đưa ra đầu ra là tần số, do vậy các thành viên cũng đã
nghiên cứu và thực hiện mạch đo tần số. Sau đây là một số phương pháp đo
tần số.
1.4. Đo tần số.
Trang: 12
Để thực hiện việc đo độ ẩm dựa vào cảm biến HS1101 ta phải thực hiện
việc đo được tần số do phần mạch đầu đo phát ra.
a. Các phương pháp đo tần số.
Đề đo được tần số ta sử dụng các phương pháp sau:
- Đo tần số bằng phương pháp biến đổi thẳng: Dùng các dụng cụ như:
Tần số kế cộng hưởng, tần số kế cơ điện, tần số kế tụ điện, tần số kế
chỉ thị số.
- Đo tần số bằng phương pháp so sánh: Thực hiện nhờ Ôxilôcôp, tần số
kế đổi tần, tần số kế cộng hưởng,…
- Tần số kế: Dùng để đo tần số, có thể đo được tỷ số giữa 2 tần số, tổng
2 tần số, khoảng thời gian, khoảng cách xung,…
Để thực hiện việc đo tần số bằng thiết kế mạch điện xử lý toán bằng vi
điều khiển ta chú ý đến phương pháp đo tần số bằng tần số kế chỉ thị số, sau
đây sẽ đi sâu phân tích phương pháp đo tần số dùng tần số kế chỉ thị số.
b. Tần số kế chỉ thị số.
Nguyên lý đo:

- Khi đo tần số lớn: Nguyên lý: Đếm số xung N tương ứng với số chu
kỳ của tần số cần đo f
x
trong khoảng thời gian gọi là thời gian đo T
o
.
- Khi đo tần số nhỏ: Nguyên lý: Đếm số xung N
0
tương ứng với tần số
f
0
trong khoảng thời gian Tx do đó đo được khoảng thời gian Tx ứng
với tần số cần đo là f
x
.
• Đo tần số lớn:
Nguyên lý hoạt động: Sơ đồ nguyên lý hình 1.7a. Nguồn tín hiệu có
tần số cần đo được đưa đến “bộ vào” (“bộ vào” bao gồm: bộ khuếch đại dải
rộng từ 10Hz – 3.5MHz và 1 bộ suy giảm tín hiệu) sau đó được đưa đến bộ
tạo xung – “Bộ TX” để biến tín hiệu tần số của f
x
thành dãy xung có biên độ
không đổi, tần số bằng tần số đầu vào (Hình 1.7b). Đồng thời với quá trình
trên máy phát xung chuẩn phát xung có tần số f
0
rồi đưa đên bộ chia theo các
Trang: 13
mức với hệ số là 10
n
, tần số chuẩn f

0
được chia từ 1MHz đến 0.01Hz(mục
đích đầu ra mạch điều khiển theo 10
n
tương ứng có thể nhận được các
khoảng thời gian đo là T
đo
: 10
-6
,…, 1s, 10s, 100s). Trong khoảng thời gian
đo T
đo
sẽ mở khóa k để dãy xung đi vào bộ đếm và ra cơ cấu chỉ thị. Số xung
đếm được trong thời gian T
0
là N.
Suy ra chu kỳ dãy xung là T
x
= T
đo
/ N = kT
0
/ N = k / (N * f
0
) (1 –
6)
Vậy tần số dãy xung là: f
x
= 1 / T
x

= Nf
0
/ k ,(k = 10
n
) (1 –
7)
Hình 1.7a
Hình 1.7b
Sai số của phép đo khi đo tần số cao chủ yếu do độ không ổn định của
máy phát tần số chuẩn.
• Đo tần số nhỏ:
Nguyên lý hoạt động: Sơ đồ nguyên lý hình 1.8a. Tín hiệu tần số cần
đo đưa tới “bộ vào” và qua bộ tạo xung – “TX” tạo ra tín hiệu T
x
, tín hiệu
Trang: 14
này sẽ được đưa qua bộ điều khiển – “ĐK” để đóng mở khóa K, vậy T
x
chính
là T
đo
. Trong thời gian mở K do T
x
thì xung chuẩn f
0
do máy phát xung
chuẩn đi qua K đưa vào bộ đếm, và ra chỉ thị, số xung đếm được là N.
Suy ra: N = T
x
/ T

0
= f
0
/ f
x
(1 – 8)
Vậy : f
x
= f
0
/ N (1 – 9)
Hình 1.8:
Kết luận: Qua việc phân tích phương pháp đo tần số bằng phương
pháp tần số kế chỉ thị sô ta áp dụng phương pháp này vào việc thiết kế mạch
điện vào viết chương trình cho Vi điều khiển để thực hiện việc đo tần số từ
mạch đo độ ẩm và tính toán ra độ ẩm thực tế.
Trang: 15
Chương 2: Giới thiệu vi điều khiển cùng các linh kiện
thực hiện đo lường
2.1. Đo nhiệt độ.
2.1.1. Vi điều khiển Pic 16F877A.
a. Các đặc tính nổi bật của vi điều khiển.
- Sử dụng công nghệ tích hợp cao RISC CPU.
- Người sử dụng có thể lập trình với 35 câu lệnh đơn giản.
- Tốc độ xung là: Xung đồng hồ vào là DC – 20MHZ, chu kì thực hiện
lệnh trong 200ns.
- Bộ nhớ Flash 8Kx14 words
- Bộ nhớ Ram 368x8 bytes
- Bộ nhớ EFPROM 256x8 bytes
- Có đến 14 nguồn ngắt trong và ngoài.

- Truy cập bộ nhớ bằng địa chỉ trực tiếp hoặc gián tiếp.,…
- Xử lý đọc ghi tới bộ nhớ chương trình.
- Dải điện thế hoạt động 2.0 v – 5.5v.
- Công suất tiêu thụ thấp
< 0.6 mA với nguồn 5V, 4MHZ.
20 μA với nguồn 3V, 32KHZ.
< 1μA với nguồn dự phòng.
- Các Timer:
Timer0 : 8 bit bộ định thời, bộ đếm với hệ số tỷ lệ trước.
Timer1: 16 bit bộ định thời, bộ đếm với hệ số tỷ lệ trước, có khả năng
tăng trong chế độ Sleep qua xung đồng hồ được cung cấp bên ngoài.
Timer2 : 8 bit bộ định thời, bộ đếm với 8 bit, hệ số tỷ lệ trước, tỷ lệ
sau.
Trang: 16
- Có 2 chế độ bắt giữ, so sánh, điều chế độ rộng xung PWM. (Chế độ
bắt giữ với 16 bit tốc độ 12.5 ns, chế độ so sánh 16 bit, tốc độ giải
quyết cực đại là 200ns, chế độ điều chế độ rộng xung 10 bit).
- Bộ chuyển đổi tín hiệu tương tự sang số với 10 bit.
- Cổng truyền thông nối tiếp SSP với SPI phương thức chủ và I
2
C.
- Bộ truyền nhận thông tin đồng bộ, dị bộ (USART/SCL) có khả năng
phát hiện 9 bit địa chỉ.
b. Sơ đồ chân linh kiện.
Sơ đồ chân Pic 16F877A như hình 2.1:
Hình 2.1: Sơ đồ chân Pic 16F877A
c. Tổ chức bộ nhớ của Pic 16F877A.
- Bộ nhớ Flash
Vi điều khiển Pic 16F877 có 1 bộ đếm chương trình 13 bit và có
8Kx14 words của nhớ chương trình Flash, được chia làm 4 trang. Khi reset

địa chỉ bắt đầu thực hiện chạy là 0000h, vector ngắt bắt đầu từ 0004h.
Trang: 17
Bản đồ bộ nhớ chương trình và các ngăn xếp như hình 2.3 sau:
Hình 2.2: Bản đồ bộ nhơ chương trình
- Bộ nhớ Ram
Ram là bộ nhớ có thể đọc và ghi, không lưu lại khi mất nguồn, bộ nhớ
Ram có 4 bank(0 – 3) mỗi bank có địa chỉ từ 0 – 7Fh, trên mỗi Ram có
những thanh ghi đa mục đích, chúng hoạt động như những Ram tĩnh. Để lựa
chọn bank ta dùng bit RP1(Status(6)), RP0 (Status(5))
RP1:RP0 bank
0 0
Trang: 18
01 1
10 2
11 3
d. Các bộ Timer.
- Timer0: Là bộ định thời hoặc bộ đếm
+ 8bit cho Timer hoặc bộ đếm
+ Có khả năng đọc viết
+ Có thể dùng đồng hồ bên trong hoặc bên ngoài
+ Có thể chọn cạnh xung của đồng hồ
+ Hệ số chia đầu vào có thể lập trình được
+ Ngắt tràn
- Timer1: Là bộ đếm hoặc bộ định thời
+ 16 bit cho bộ đếm hoặc bộ định thời
+ Có khả năng đọc viết
+ Ngắt tràn.
Có thanh ghi điều khiển T1C0N
- Timer2:
+ 8 bit bộ định thời(thanh ghi TMR2)

+ 8 bit vòng lặp(thanh ghi PR2)
+ Có khả năng đọc viết ở cả hai thanh ghi
+ Có khả năng lập trình hệ số tỷ lệ trước bằng phần mềm
+ Có khả năng lập trình hệ số tỷ lệ sau bằng phần mềm
Chế độ SSP dùng đầu ra của TMR2 để tạo xung Clock.
Thanh ghi điều khiển: T2C0N
2.1.2. LM335.
Lm335 là 1 IC đo nhiệt độ thông dụng được sử dụng nhiều trong thực
tế với độ chính xác khá cao, một số đặc tính kỹ thuật của IC như sau:
Trang: 19
- Trực tiếp lấy chuẩn ở
o
K.
- Độ chính xác ban đầu: 1
o
C.
- Hoạt động từ 400μA tới 500ma
- Trở kháng nhỏ hơn 1 Ω
- Dễ dàng lấy được chuẩn
- Hoạt động với dải nhiệt độ rộng từ -40 – 100
o
C
- Độ nhạy 10mV/1
o
C
- Quá dải nhiệt : 200
o
C
- Giá thành thấp.
Hình vẽ mô tả IC Lm335 như hình 2.3a,b

a, b, c,
D 1 1
L M 3 3 5 / T O 9 2
o u t
0
R 3
1 0 k
H I
R 4
1 k
Mạch đo: hình 2.3c
2.2. Đo độ ẩm.
2.2.1. Vi điều khiển AT89S51.
Bộ vi điều khiển AT89S51 là bộ vi điều khiển thuộc họ VĐK x51
được sản xuất bởi công ty ATMEL.
a. Đặc điểm chung của bộ vi điều khiển.
- 4 kb Rom.
- 128 b Ram.
- 4 cổng I/O 8 bit.
- 2 timer 16 bit.
- Có khả năng quản lý được 64Kb bộ nhớ mã chương tình ngoài(Rom
ngoài).
Trang: 20
- Có thể thao tác được trực tiếp 210 bit.
- Có 5 ngắt.
- Dùng nguồn dao động ngoài.
- Dùng điện áp 5v.
b. Sơ đồ chân.
Sơ đồ chân VĐK AT89S51 được thể hiện trong hình 2.4
Hình 2.4 : Sơ đồ chân VĐK AT89S51

c. Tổ chức bộ nhớ.
Gồm bộ nhớ chương trình Rom và bộ nhớ dữ liệu Ram.
- Rom:
Lưu giữ chương trình điều khiển chip AT89S51. Sau khi Reset Cpu
bắt đầu thực hiện chương trình từ địa chỉ 0000h.
- Ram:
AT89S51 có 128 byte Ram ở trong chip chia làm 3 vùng như sau:
+ Vùng đa mục đích: Có địa chỉ từ 30h – 7Fh, vùng này có thể truy suất
bằng địa chỉ trực tiếp hoặc gián tiếp. Nó có thể dùng để chứa các biến
chương trình hay dùng để định nghĩa địa chỉ cho các cổng ngoại vi tùy theo
mục đích sử dụng
Trang: 21
+ Vùng định địa chỉ bit: Có 128 bit chứa trong vùng địa chỉ từ 20h – 2Fh, tại
vùng này có thể được truy suất tới tận các bit.
+ Vùng dãy thanh ghi từ bank 0 – bank 3: Nằm ở 32 byte thấp nhât của cùng
nhớ dữ liệu. Khi Reset hệ thống dãy thanh ghi mặc định là bank 0. Có thể
chọn bank từ thanh ghi trạng thái chương trình PSW.
d. Các hoạt động chủ yếu của AT89S51.
- Hoạt động định thời:
Bộ định thời dùng để đếm sự kiện hay tạo tốc độ baud cho truyền
thông nối tiếp. AT89S51 có 2 bộ định thời T0, T1. Lựa chọn hoạt động và
điều khiển cho bộ định thời bằng cách đặt giá trị cho các thanh ghi Tmod,
Tcon.
- Truyền dữ liệu nối tiếp:
Mục đích là chuyển dữ liệu song song thành nối tiếp(dữ liệu nối tiếp
theo khung UART). Dữ liệu được truyền nhận thông qua bộ đệm Sbuf, còn
thanh ghi Scon làm nhiệm vụ đặt bit điều khiển khung .
- Ngắt:
Ngắt trong AT89S51 bao gồm: 2 ngắt ngoài 0 và 1; 2 ngăt Timer 0 và
1; 1 ngắt truyền thông nối tiếp. Các ngắt đều có 1 địa chỉ bắt đầu (vecto ngắt)

Bảng vecto ngắt được trình bày như bảng 2.4
Bảng 2.4: Bảng vecto ngắt:
Nguồn ngắt Cờ Địa chỉ vecto ngắt
Reset hệ thống RST 0000h
Ngắt ngoài 0 IE0 0003h
Định thời 0 TF0 000Bh
Ngắt ngoài 1 IE1 0013h
Định thời 1 TF1 001Bh
Port nối tiếp RI, TI 0023h
Định thời 2 TF2 hoặc EXF2 002Bh
2.2.2. IC HS1101.
Trang: 22
Các sensor độ ẩm ứng dụng nhiều trong tự động hóa như: tự động hóa
văn phòng, điều khiển tự động cabin khí, ứng dụng trong nhà, hệ thống điều
khiển quá trình công nghiệp,…
HS1101 (hình 2.6)là loại cảm biến độ ẩm theo nguyên tắc điện dung,
chúng có một số đặc điểm sau:
- Độ bền cao, tính ổn định lớn.
- Đầu ra điện áp hoặc tần số.
- Thời gian đáp ứng ngắn.
- Có thể sử dụng trong trường hợp
yêu cầu cao.
Hình 2.6: IC HS1101
Các đặc trưng được thể hiện trong bảng 2.6
Bảng 2.6: Các đặc trưng của IC HS1101:
Các đặc trưng Kí hiệu Giá trị Đơn vị
Nhiệt độ hoạt động Ta -40 – 100
o
C
Nhiệt độ kho T

stg
-40 – 125
o
C
Điện áp cấp Vs 10 Vac
Dải độ ẩm RH 0 – 100 % RH
Soldering @ T = 160
o
C t 10 s
Để đo độ ẩm dùng HS1101ta có thể dùng một trong 2 mạch sau[6]:
- Mạch đầu ra điện áp hình 2.7:
Hình 2.7
Mạch bao gồm :
Máy phát xung quy chiếu(reference ), máy phát xung cảm biến(sensor ),
bộ lọc(filter), bộ khuếch đại(gain).
Trang: 23
Hoạt động: thực hiện so sánh xung quy chiếu và xung của cảm biến để
đưa ra điện áp đầu ra.
Một số giá trị điện áp phụ thuộc độ ẩm như bảng 2.7:
Bảng 2.7: điện áp đầu ra phụ thuộc RH, ở 5v, 25
o
C
RH(%) 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
V
out
(V) - 1.41 1.65 1.89 2.12 2.36 2.60 2.83 3.07 3.31 3.55
- Mạch đầu ra tần số:
Sơ đồ nguyên lý được thể hiện như hình 2.8
Hình 2.8
Mạch này là thiết kế tiêu biểu cho 555. Hs1100, Hs 1101 sử dụng như

1 tụ điện thay đổi nối với các chân Tr(2), Th(6). Chân 7 sử dụng như chân
ngắn mạch cho R4.
Tụ điện tương đương Hs được nạp điện nhờ phân áp R2,R4, đến điện
áp ngưỡng(xấp xỉ 0.67 Vcc), và được phóng điện chỉ trên R2 tới mức trigger
(xấp xỉ 0.33Vcc) từ R4 được nối tắt xuống đất bởi chân 7.
Sự nạp và phóng điện của sensor chạy với các điện trở khác nhau, R2, và R4.
Chu kỳ làm việc được xác định bởi công thức [6] :
Trang: 24
(2 – 1)
Một số giá trị tần số đầu ra phụ thuộc độ ẩm được thể hiện trong bảng
2.8
Bảng 2.8: giá trị tần số đầu ra(điểm quy chuẩn: 6660Hz, 55%RH, 25
o
C)
RH(%) 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
F(HZ)
7351 7224 7100 6976 6853 6728 6600 6468 633
0
6186 6033
Công thức tính tần số[6]:
Vậy để đo được độ ẩm ta có thể thực hiện đo điện áp hoặc đo tần số.
Do mạch đo tần số dễ dàng thực hiện được và độ chính xác cao nên chọn sử
dụng mạch đo độ ẩm đầu ra là tần số.
2.3. Sơ đồ nguyên lý mạch đo nhiệt độ, độ ẩm.
a. Mạch đo nhiệt độ:
Trang: 25