THIẾT kế hệ THỐNG tưới nước tự ĐỘNG

TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT TP. HỒ CHÍ MINH
KHOA ĐIỆN ĐIỆN TỬ
BỘ MÔN KỸ THUẬT MÁY TÍNH – VIỄN THÔNG

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

THIẾT KẾ HỆ THỐNG TƢỚI NƢỚC

NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT MÁY TÍNH

Sinh viên:

TRẦN NGUYÊN THÁI
MSSV: 11119137

TP. HỒ CHÍ MINH – 1/2016


TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
KHOA ĐIỆN ĐIỆN TỬ
BỘ MÔN KỸ THUẬT MÁY TÍNH - VIỄN THÔNG

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

THIẾT KẾ HỆ THỐNG TƢỚI NƢỚC

NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT MÁY TÍNH

Sinh viên:

TRẦN NGUYÊN THÁI

MSSV: 11119137

GVHD: Th.S HOÀNG XUÂN BÁCH

TP. HỒ CHÍ MINH – 1/2016


LỜI CẢM ƠN
Lời đầu tiên tôi xin gửi lời cảm ơn đến tất cả quý thầy cô giảng dạy tại trƣờng
Đại Học Sƣ Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh, đặt biệt là quý thầy cô Khoa
Điện – Điện Tử đã giảng dạy và cung cấp những kiến thức bổ ích tạo tiền đề cho tôi
thực hiên đồ án này.
Tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành đến giáo viên hƣớng dẫn thầy Th.S Hoàng
Xuân Bách, thầy đã khởi tạo ý tƣởng, cung cấp tài liệu, đồng thời tận tình hƣớng dẫn,
giúp đỡ tạo mọi điều kiện thuận lợi trong suốt quá trình thực hiện đề tài.
Tôi cũng bày tỏ sự cảm ơn tới anh Nguyễn Huỳnh Quý Nam ngƣời đã giúp để tôi
có nhiều ý tƣởng và hoàn thiện ý tƣởng đó trong quá trình thực hiện đề tài.
Tôi cũng xin gửi lời cảm ơn đến gia đình, bạn bè và các thầy cô trong khoa đã tận
tình giúp đỡ và tạo điều kiện thuận lợi cho tôi có cơ hội nghiên cứu và thực hiện đề tài
này.
Cảm ơn đến thầy cô trong Khoa Điện Điện Tử và các bạn lớp 11119 đã chia sẻ,
trao đổi, đóng góp kiến thức giúp tôi thực hiện tốt đề tài.
Xin chân thành cảm ơn!

Thực hiện đề tài

TRẦN NGUYÊN THÁI

iii

TÓM TẮT
Đề tài đƣợc thực hiện dựa trên những yêu cầu thực tế với mục đích giảm nhân
công lạo động, hạ chi phi sản xuất, đồng thời tiết kiệm thời gian và nguồn nƣớc hiện
đang cạn kiệt dần. Hệ Thống gồm ba khối chính:
-

Khối cảm biến độ ẩm đất có nhiệm vụ đo độ ẩm của đất và gửi tới khối sever
để xử lý, khối cảm biến sử dụng nguồn pin đƣợc sạc bằng năng lƣợng mặt trời.

-

Khối sever sử dụng board Arduino UNO để nhận dữ liệu từ khối cảm biến và
khối máy tính để xử lý thông tin và điều khiển động cơ(máy bom).

-

Khối máy tính có nhiệm vụ tải thông tin thời tiết và gửi dữ liệu cho khối sever
đồng thời hiển thị thông tin độ ẩm của đất theo biểu đồ.

iv


MỤC LỤC
DANH MỤC HÌNH .......................................................................................... VII
DANH MỤC BẢNG .......................................................................................... IX
CÁC TỪ VIẾT TẮT ........................................................................................... X
CHƢƠNG 1 GIỚI THIỆU ......................................................................................1
1.1

ĐẶT VẤN ĐỀ .................................................................................................1

1.2

MỤC ĐÍCH CỦA ĐỀ TÀI .................................................................................2

1.3

PHẠM VI ÁP DỤNG ........................................................................................3

1.4

BỐ CỤC .........................................................................................................3

CHƢƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT ........................................................................4
2.1

MỘT SỐ HỆ THỐNG TƢƠNG TỰ HIỆN NAY .....................................................4

2.1.1

Các nghiên cứu ở nước ngoài .............................................................4

2.1.2

Các nghiên cứu trong nước. ................................................................ 5

2.1.3

Đánh giá tổng quan .............................................................................6

2.2

CÁC THÀNH PHẦN CHÍNH TRONG ĐỀ TÀI .............................................8

2.2.1

Tổng quan về Arduino .........................................................................8

2.2.2

Arduino UNO.......................................................................................9

2.2.3

Arduino Pro Mini 5V .........................................................................11

2.2.4

Module ESP8266. ..............................................................................13

2.2.5

Công nghệ pin mặt trời ......................................................................18

2.2.6

Cảm biến độ ẩm đất ...........................................................................19

CHƢƠNG 3 THIẾT KẾ VÀ XÂY DỰNG HỆ THỐNG ...................................21

3.1

LỰA CHỌN THIẾT KẾ...................................................................................21

3.2

THIẾT KẾ HỆ THỐNG ...................................................................................22

3.2.1

Thiết kế sơ bộ .....................................................................................22

3.2.2

Thiết kế phần cứng ............................................................................23

3.2.3

Thiết kế phần mềm .............................................................................30

3.3

THỰC HIỆN KẾT NỐI CÁC KHỐI. ..................................................................32
v


CHƢƠNG 4 KẾT QUẢ .........................................................................................35
4.1

MÔ HÌNH THỰC TẾ ......................................................................................35

4.1.1

Khối server. .......................................................................................35

4.1.2

Khối cảm biến độ ẩm đất. ..................................................................36

4.1.3

Khối máy tính. ...................................................................................37

4.2

HOẠT ĐỘNG THỰC TẾ. ................................................................................39

CHƢƠNG 5 KẾT LUẬN ......................................................................................40
5.1

TÓM LƢỢC MỤC ĐÍCH, QUY TRÌNH HOẠT ĐỘNG VÀ KẾT QUẢ .....................40

5.1.1

Tóm lược mục đích ............................................................................40

5.1.2

Quy trình hoạt động...........................................................................40

5.1.3

Kết quả chung ....................................................................................40

5.2

ƢU NHƢỢC ĐIỂM CỦA ĐỂ TÀI .....................................................................40

5.2.1

Ưu điểm của đề tài.............................................................................40

5.2.2

Nhược điểm của đề tài .......................................................................41

5.3

HƢỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI ................................................................ 41

PHỤ LỤC A ...........................................................................................................43
PHỤ LỤC B ...........................................................................................................55
TÀI LIỆU THAM KHẢO ....................................................................................56

vi


DANH MỤC HÌNH
Hình 1. 1: Tƣới nƣớc chảy tràn lan ...........................................................................1
Hình 1. 2: Xe bòn tƣới nƣớc. ....................................................................................2

Hình 2. 1: Robot Droplet tự động tƣới nƣớc.............................................................5
Hình 2. 2: Ông Nguyễn Văn Tất bên hệ thống tƣới nƣớc.........................................6
Hình 2. 3: Sơ đồ chân và chƣc năng của Arduino UNO .........................................10
Hình 2. 4: Sơ đồ chức năng chân của Arudino UNO .............................................11
Hình 2. 5: Module ESP8266 ...................................................................................14
Hình 2. 6: Sơ đồ chân ESP8266 .............................................................................14
Hình 2. 7: Cảm biến độ ẩm đất. ..............................................................................19
Hình 2. 8: Sơ đồ nguyên lý của cảm biến. .............................................................. 20
Hình 3. 1 Sơ đồ khối của hệ thống. .........................................................................22
Hình 3. 2: Lƣu đồ giải thuật khối Server. ............................................................... 24
Hình 3. 3: Sơ đồ nguyên lý các linh kiên giao tiếp với arduino ............................. 25
Hình 3. 4: Lƣu đồ thuật toán của khối cảm biến .....................................................26
Hình 3. 5: Sơ đồ nguyên lý của khối Arduino Pro Mini .........................................27
Hình 3. 6: Sơ đồ khối của khối nguồn. ...................................................................27
Hình 3. 7: Module hạ áp. ........................................................................................28
Hình 3. 8: Mạch sạc pin ..........................................................................................28
Hình 3. 9: Nâng áp (5v) ..........................................................................................29
Hình 3. 10: Sơ đồ nguyên lý mạch quản lý nguồn..................................................29
Hình 3. 11: Pin Lithium- ion 4200mA, 3.7V ..........................................................30
Hình 3. 12: Giao diện khởi động của arduino 1.6.6 ................................................31
Hình 3. 13: Giao diện khởi động visual studio 2013. .............................................32
Hình 3. 14: Mạch Layout giao tiếp với server. .......................................................33
Hình 3. 15: mach layout giao tiếp với Arduino pro mini........................................33
Hình 3. 16: Mạch layout quản lý nguồn. ................................................................ 34

vii


Hình 4. 1: Kết quả thực tế khối server. ...................................................................35
Hình 4. 2: kết quả thực tế của khối cảm biến độ ẩm đất. ........................................36

Hình 4. 3: Giao diện trên máy tính. ........................................................................37
Hình 4. 4: Kết quả gió tiếp với khối server. ............................................................ 38
Hình 4. 5: Mô hình hoàn thiện. ...............................................................................39

viii


DANH MỤC BẢNG
Bảng 2. 1: Tóm tắt sơ lƣợc Arduino Uno .................................................................9
Bảng 2. 2: Tóm tắt sơ lƣợc về Arduino Pro Mini 5V. ............................................12
Bảng 2. 3: Bảng tập lệnh AT của esp8266.............................................................. 15
Bảng 3. 1: Kết nối các chân của module wifi với Arduino Uno. ............................ 23
Bảng 4. 1: Bảng giá trị điện của mạch server. ........................................................35
Bảng 4. 2: Các thông số về điền của khối cảm biến ...............................................36

ix


CÁC TỪ VIẾT TẮT
IDE:

Integrated development environment

PWM:

Pulse-width modulation

LCD:

Liquid Crystal Display

I2C:

Inter-Integrated Circuit

AVR:

Auto voltage regulator

AT:

Attention command

IC:

Integrated Circuit

ADC:

Analog to Digital Converter

XML:

eXtensible Markup Language

JSON:

Javascript Object Notation

x

CHƢƠNG 1
GIỚI THIỆU
1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ
Nền nông nghiệp của nƣớc ta là nền nông nghiệp còn lạc hậu chƣa có
nhiều ứng dụng khoa học kỹ thuật đƣợc áp dụng vào thực tế. Trong trồng trọt có
nhiều yếu tố quan trọng thì việc tƣới nƣớc là một trong những yếu tố quan trọng
nhất. Để đảm bảo cây sing trƣởng tốt, ít sâu bệnh thì chúng ta phải tƣới đủ lƣợng
nƣớc mà cây cần thiết để phát triển bình thƣờng, ít sâu bệnh từ đó giảm đƣợc
lƣợng thuốc sử dụng, tạo ra sản phẩm an toàn, đạt năng suất, hiệu quả cao. Tránh
trình trạng tƣới nhiều nƣớc gây xói mòn do quá trình thẩm thấu không kịp gây ra
rảng phí nƣớc tƣới trong khi vào các mùa hè, hạn hán thì không có nƣớc để sinh
hoạt.

Hình 1. 1: Tƣới nƣớc chảy tràn lan
1


Ngoài ra trên các tuyết đƣờng trong đô thị chúng ta thƣờng thấy các xe
bồn chở nƣớc tƣới cây có thể làm ùn tắt giao thông, tốn chi phi chuyên chở, tốn
nhân công lao động... Hệ thống tƣới sẽ đáp ứng độ ẩm của đất, tiết kiệm nƣớc tạo
điều kiện cho cây trồng hấp thụ đƣợc tốt hơn, chống xói mòn, rửa trôi, thoái hóa
đất. Hơn thế nữa, với việc thiết kế hệ thống tƣới cây tự động sẽ giúp cho cong
ngƣời không phải tƣới nƣớc cho cây, không tốn nhân công tƣới nƣớc. Với hệ
thống tƣới nƣớc này việc tƣới nƣớc sẽ phụ thuộc vào độ ẩm của đất và thông tin
thời tiết của khu vực để điều khiển tƣới nƣớc.

Hình 1. 2: Xe bòn tƣới nƣớc.
Mặt khác hiện nay nƣớc ta là đất nƣớc thuộc nhóm nƣớc đang phát triển,

đang trong giai đoạn công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nƣớc các thiết bị, máy
móc tự động hóa đƣợc đƣa vào sản xuất để phục vụ thay thế sức lao động của
con ngƣời, tăng chất lƣợng, sản lƣợng của cây trồng. Vì nhiều lý do trên tôi đã
chọn đề tài “Thiết kế hệ thống tƣới nƣớc”.

1.2 MỤC ĐÍCH CỦA ĐỀ TÀI
Mục tiêu của đề tài này là nghiên cứu, phân tích và thiết kế đƣợc mạch có
khả năng điều khiển tƣới nƣớc thông qua các thông tin đƣợc thu thập về. Thông
tin độ ẩm của đất đƣợc cảm biến đo chuyển tới khối xử lý dữ liệu và đƣợc gửi tới
sever là ARDUINO bằng module WIFI đồng thời thông tin thời tiết đƣợc máy
2


tính tải về và gửi tới ARDUINO. Dựa vào các thông tin trên mà sever điều khiển
máy bom tƣới nƣớc.

1.3 PHẠM VI ÁP DỤNG
Đề tài thực hiện có thể áp dụng vào thực tế, cho các vƣờn râu, các vƣờn cây
cảnh, các vùng trồng cafe… vì những nơi này lƣợng nƣớc đƣợc sử dụng nhiều và
các cây trồng yêu cầu đủ lƣợng nƣớc mới phát triển ổn định và cho năng suất
cao. Đặc biệt đề tài áp dụng vào những nơi thƣờng xảy ra hạn hán, nắng nóng
kéo dài, yêu cầu tiết kiệm nƣớc, lƣợng nƣớc tƣới thấp.

1.4 BỐ CỤC
Trong đề tài này, tôi xây dựng một hể thống tự động tƣới nƣớc dựa trên các
thông số thu thập về để điều khiển tƣới tự động. Bố cục tổng thể đƣợc trình bày
nhƣ sau:
Chƣơng 1: Giới thiệu tổng quan về đề tài. Chƣơng này sẽ giới thiệu lý do
chọn đề tài mục đích của đề tài.
Chƣơng 2: Cơ sở lý thuyết. Trong chƣơng này trình bày về các đề tài, các hệ

thống đã và đang đƣợc triển khai. Giới thiệu các thiết bị chính đƣợc sử dụng
trong đề tài.
Chƣơng 3: Thiết kế và Thi công. Chƣơng này trình bày chi tiết toàn bộ quá
trình thiết kế hệ thống, từ quá trình lựa chọn ý tƣởng, thiết kế nguyên lý cho đến
quá trình lập trình, thi công hê thống.
Chƣơng 4: Kết quả. Chƣơng này chủ yếu trình bày về mô hình phần cứng đã
xây dựng, hoạt động thực tế của mạch.
Chƣơng 5: Tóm lƣợc và kết luận. Chƣơng này trình bày ngắn gọn lại một lần
nữa mục tiêu, hoạt động của đề tài, các ƣu và nhƣợc điểm của hệ thống. Đồng
thời cũng nêu ra một loạt các hƣớng phát triển đề tài trong tƣơng lai.

3


CHƢƠNG 2
CƠ SỞ LÝ THUYẾT
2.1 MỘT SỐ HỆ THỐNG TƢƠNG TỰ HIỆN NAY
2.1.1 Các nghiên cứu ở nƣớc ngoài
Ở nƣớc ngoài đã có nhiều nghiên cứu ứng dụng về hệ thống tƣới cây tự
động. Đầu những năm 80, Liên Xô (cũ) đã chế tạo ra một loại máy tƣới tự động
ứng dụng trong nông nghiệp. Khi làm việc loại máy này có thể quan sát đƣợc độ
ẩm của thổ nhƣỡng, nhiệt độ không khí, sức gió… Nó có thể xác định đƣợc
phƣơng pháp tƣới và tiến hành tƣới cho cây trồng, nhờ một loại máy làm mƣa
nhân tạo khác. Hãng robot Droplet giới thiệu robot tƣới cây tích hợp những công
nghệ tự động mới nhất, điện toán đám mây và một số dịch vụ kết nối khác cho
phép Droplet có khả năng tự động ngắm hƣớng vòi phun, lƣợng nƣớc và tần suất
tƣới để tự động tƣới nƣớc cho cây theo những lịch trình tự tính toán dựa trên
phân tích các dữ liệu đầu vào. Droplet là 1 chiếc vòi phun tự động có khả năng tự
điều chỉnh hƣớng dòng nƣớc phun ra từ ống đến thân cây trong bán kính 9.14
mét. Trƣớc khi robot tự động vận hành, ngƣời dùng chỉ cần khai báo tên của các

loại cây có mặt trong vƣờn thông qua điện thoại, máy tính bảng, đƣợc kết nối
không dây với robot. Dựa trên thông tin về tên các loại cây, Droplet sẽ tự tra cứu
thông tin trên mạng nhằm xác định lƣợng nƣớc cũng nhƣ tần số tƣới cho phù hợp
với từng loại cây. Bên cạnh đó, Droplet cũng tự tra cứu dữ liệu về tình hình thời
tiết của địa điểm làm việc để xác định mƣa/nắng nhằm đƣa ra lịch làm việc thích
hợp.

4


Hình 2. 1: Robot Droplet tự động tƣới nƣớc.
Bộ điều khiển tƣới cây tự động Israel dễ dàng đƣợc lập trình theo yêu cầu
tƣới của ngƣời sử dụng. Chỉ cần vài thao tác lập trình, cung cấp cho hệ thống một
nguồn nƣớc đầu vào và dẫn các đầu tƣới đến các vị trí cần tƣới là đã hoàn tất việc
lắp đặt hệ thống tƣới tự động theo công nghệ tƣới tiên tiến.

2.1.2 Các nghiên cứu trong nƣớc.
Hệ thống tƣới phun tự động đa năng một công trình khoa học của 2 giảng
viên trƣờng Cao đẳng Công nghiệp (CĐCN) Huế: tiến sĩ Lê Văn Luận và thạc sĩ
Lê Đình Hiếu đƣợc áp dụng trong hệ nhà màng trồng hoa địa lan của ông Lê Văn
Lự, thôn Tiên Nộn-xã Phú Mậu-huyện Phú Vang. Các thiết bị chính của hệ thống
tƣới phun đa năng này gồm có 1 cảm biến đo nhiệt độ và 1 cảm biến đo độ ẩm
của đất đƣợc cài đặt tại nhà màng trồng hoa, hệ điều khiển đƣợc lập trình trên
PLCS7 1200. Khi các cảm biến cho thông số độ ẩm của đất hoặc nhiệt độ không
khí tại nhà màng báo hiệu cần nƣớc, tín hiệu này sẽ đƣa đến hộp điều khiển PLC.
Tại đây các chức năng sẽ đƣợc điều khiển tự động để nhận nƣớc và đƣa tƣới tự
động tƣới phun theo các vòi phun lắp đặt, và sẽ tự ngừng trong đúng 5 phút, khi
cảm biến báo độ ẩm hoặc nhiệt độ đã đạt yêu cầu. Hệ thống tƣới phun tự động đa
năng là sản phẩm khoa học có ý tƣởng hay, tính ứng thiết thực và đã đƣợc thử
nghiệm có hiệu quả thực tế.

5


Mô hình tƣới nƣớc chạy bằng năng lƣợng mặt trời của ông Nguyễn Văn Tất
(ngụ ấp 7, xã Đức Liễu, huyện Bù Đăng, tỉnh Bình Phƣớc), mô hình giúp tiết
kiệm chi phí, nhân công, phân bón đồng thời tăng năng suất và không gây ô
nhiễm môi trƣờng. Hệ thống bao gồm một tấm pin năng lƣợng mặt trời, công
suất 175w và đƣợc nối với motor. Motor sẽ vận hành khi có đủ nắng và bom
nƣớc tới các gốc cây trồng.

Hình 2. 2: Ông Nguyễn Văn Tất bên hệ thống tƣới nƣớc.
Theo ông Nguyễn Văn Tất “Qua hơn 2 năm sử dụng hệ thống này kết quả
cho thấy vƣờn cà phê và điều không còn rụng trái non, bông ca cao không còn bị
héo nhƣ trƣớc, trái và hạt chắc hơn. Do đó, năng suất vƣờn cây tăng từ 25 - 30%
so với trƣớc. Không những cho tăng năng suất mà còn tiết kiệm chi phí so với
chạy máy bơm. Nếu nhƣ trƣớc đây bình quân vào mùa khô gia đình tôi phải tƣới
ít nhất 5 lần/mùa, chi phí hết 8 triệu tiền dầu và 5 triệu tiền nhân công, nhƣng nay
không tốn một đồng nào”

2.1.3 Đánh giá tổng quan
-

Một số hệ thống tại nƣớc ngoài: các hệ thống ở nƣớc ngoài thƣờng là
các hệ thống quy mô lơn, sử dụng công nghệ cao, các thiết bị hiện đại..
+ Ƣu điểm:

6

o Các hệ thống hoạt động ổn định tƣơng đối chính xác vì họ
sử dụng các thiết bị tiên tiến.
o Các hệ thống nhỏ gọn, đầy đủ cá chức năng đƣợc tích hợp
vào hệ thống.
o Các thông tin thời tiết của họ độ chính xác cao.
+ Nhƣợc điểm:
o Các sản phẩm thiết kế chi phi cao dẫn đến giá thành cao.
o Một số sản phẩm chỉ đƣợc ƣng dụng tại khu vực của họ.
o Các thiết kế thƣờng ứng dụng vào các công trình lớn.
-

Các hệ thống trong nƣớc:
+ Ƣu điểm:
o Các hệ thống đều tự động tƣới.
o Đáp ứng đƣợc nhu cầu nƣớc của cây trồng.
o Chi phí các hệ thống tƣơng đối.
+ Nhƣợc điểm:
o Nhiều sản phẩm chƣa hoàn thiện còn phụ thuộc vào thời
gian tƣới không phụ thuộc vào độ ẩm cần thiết cho cây.
o Hệ thống vận hành còn phụ thuộc vào các yếu tố khách quan
nhƣ: Ánh nắng mặt trời, mạc định tƣới 5p…
o Một số hệ thống sử dụng các bộ điều khiển tƣới có chi phí
cao, mà không hiệu quả vì các bộ này chỉ cài đặt thời gian,
số lần tƣới không phụ thuộc vào nhu cầu của cây.
o Các hệ thống chƣa gọn các dây nối của các thiết bị còn
nhiều.

Dựa vào các phân tích và đánh giá trên, cho thấy các hệ thống đều thực sự
chƣa hoàn hảo về mọi tiêu chí. Căn cứ vào điều kiện cũng nhƣ yêu cầu thực tế
của nƣớc ta, hoàn toàn có thể thiết kế một hệ thống tƣới nƣớc tự động và sự kết

hợp những ƣu điểm của các hệ thống đã có cũng nhƣ hạn chế tối đa có thể các
nhƣợc điểm còn tồn tại.

7


2.2 CÁC THÀNH PHẦN CHÍNH TRONG ĐỀ TÀI
2.2.1 Tổng quan về Arduino
Arduino là một board mạch vi xử lý, nhằm xây dựng các ứng dụng tƣơng tác
với nhau hoặc với môi trƣờng đƣợc thuận lợi hơn. Phần cứng bao gồm một board
mạch nguồn mở đƣợc thiết kế trên nền tảng vi xử lý AVR Atmel 8bit, hoặc ARM
Atmel 32-bit. Những Model hiện tại đƣợc trang bị gồm 1 cổng giao tiếp USB, 6
chân đầu vào analog, 14 chân I/O kỹ thuật số tƣơng thích với nhiều board mở
rộng khác nhau.[10]
Đƣợc giới thiệu vào năm 2005, Những nhà thiết kế của Arduino cố gắng
mang đến một phƣơng thức dễ dàng, không tốn kém cho những ngƣời yêu thích,
sinh viên và giới chuyên nghiệp để tạo ra những nhiết bị có khả năng tƣơng tác
với môi trƣờng thông qua các cảm biến và các cơ cấu chấp hành. Những ví dụ
phổ biến cho những ngƣời yêu thích mới bắt đầu bao gồm các robot đơn giản,
điều khiển nhiệt độ và phát hiện chuyển động. Đi cùng với nó là một môi trƣờng
phát triển tích hợp (IDE) chạy trên các máy tính cá nhân thông thƣờng và cho
phép ngƣời dùng viết các chƣơng trình cho Aduino bằng ngôn ngữ C hoặc C++.
Một mạch Arduino bao gồm một vi điều khiển AVR với nhiều linh kiện bổ
sung giúp dễ dàng lập trình và có thể mở rộng với các mạch khác. Một khía cạnh
quan trọng của Arduino là các kết nối tiêu chuẩn của nó, cho phép ngƣời dùng
kết nối với CPU của board với các module thêm vào có thể dễ dàng chuyển đổi,
đƣợc gọi là shield. Vài shield truyền thông với board Arduino trực tiếp thông qua
các chân khách nhau, nhƣng nhiều shield đƣợc định địa chỉ thông qua serial bus
I²C-nhiều shield có thể đƣợc xếp chồng và sử dụng dƣới dạng song song.
Arduino chính thức thƣờng sử dụng các dòng chip megaAVR, đặc biệt là

ATmega8, ATmega168, ATmega328, ATmega1280, và ATmega2560. Một vài
các bộ vi xử lý khác cũng đƣợc sử dụng bởi các mạch Aquino tƣơng thích. Hầu
hết các mạch gồm một bộ điều chỉnh tuyến tính 5V và một thạch anh dao động
16 MHz (hoặc bộ cộng hƣởng ceramic trong một vài biến thể), mặc dù một vài
thiết kế nhƣ LilyPad, Pro Mini chạy tại 8 MHz do yêu cầu về điện áp, năng
lƣợng. Một vi điều khiển Arduino cũng có thể đƣợc lập trình sẵn với một boot
8


loader cho phép đơn giản là upload chƣơng trình vào bộ nhớ flash on-chip, so với
các thiết bị khác thƣờng phải cần một bộ nạp bên ngoài. Điều này giúp cho việc
sử dụng Arduino đƣợc trực tiếp hơn bằng cách cho phép sử dụng 1 máy tính gốc
nhƣ là một bộ nạp chƣơng trình.[10]

2.2.2 Arduino UNO
 Thông số Arduino UNO
Arduino là một Board mạch Vi Điều Khiển sử dụng chip AVR ATmega328,
Atmega168, ATmega8 của Atmel. Nó chứa tất cả mọi thứ cần thiết để hỗ trợ các
bạn dễ lập trình vi điều khiển. [11]
Bảng 2. 1: Tóm tắt sơ lƣợc Arduino Uno
Vi điều khiển

ATmega328 (họ 8 bit)

Điện áp hoạt động

5V

Điện áp cung cấp (khuyến

7-12 V

cáo)
Điện áp giớ hạn

6-20V – DC

Số chân digital I/0

14 (trong đó có 6 chân hỗ trợ ngõ ra PWM)

Số chân analog ngõ vào

6(độ phân giải 10bit)

Dòng DC trên mỗi chân I/O

40 mA

Dòng DC cho chân 3.3 V

50 mA

Bộ nhớ Flash

32 KB (ATmega328) với 0.5KB dùng bởi
bootloader

SRAM

2 KB (ATmega328)

EEPROM

1 KB

Xung nhịp hoạt động

16 MHZ

 Sơ đồ các phần chính của Arduino UNO
Arduino UNO có sơ đồ linh kiện nhƣ hình sau đây

9


Hình 2. 3: Sơ đồ chân và chƣc năng của Arduino UNO
1. Cổng USB (loại B): đây là cổng giao tiếp để ta upload code từ PC lên
vi điểu khiển. Đồng thời nó cũng là giao tiếp serial để truyền dữ liệu
giữa vi điểu khiển với máy tính.
2. Jack nguồn: để chạy Arduino khi không kết nối với máy tính. Lúc đó,
ta cần một nguồn 9V đến 12V.
3. Hàng Header: đánh số từ 0 đến 12 là hàng digital pin, nhận vào hoặc
xuất ra các tín hiệu số. Ngoài ra có một pin đất (GND) và pin điện áp
tham chiếu (AREF).
4. Hàng header thứ hai: chủ yếu liên quan đến điện áp đất, nguồn.
5. Hàng header thứ ba: các chân để nhận vào hoặc xuất ra các tín hiệu
analog. Ví dụ nhƣ đọc thông tin của các thiết bị cảm biến.
6. Vi điều khiển AVR: đây là bộ xử lý trung tâm của toàn bo mạch. Với
mỗi mẫu Arduino khác nhau thì con chip này khác nhau. Ở con

Arduino Uno này thì sử dụng ATMega328.

10


 Sơ đồ chân của Arduino UNO

Hình 2. 4: Sơ đồ chức năng chân của Arudino UNO

2.2.3 Arduino Pro Mini 5V
 Tổng quan
Arduino Pro Mini là 1 module rất nhỏ, sử dụng chip ATmega328P. Vì sử
dụng chung dòng chip ATmega328 nên việc lập trình và thiết kế ứng dụng hoàn
toàn tƣơng tự board Arduino Uno R3. Ngoài ra có 1 sự khác biệt nhỏ là
board Arduino Pro Mini có tới 8 cổng analog (thay vì 6 nhƣ trên Arduino Uno
R3). Trong đó 2 ngõ analog A6, A7 không thể xuất tín hiệu digital!

11


Hình 2.1: Arduino Pro Mini 5V
Board Arduino Pro Mini 5V, 16Mhz mặc định sử dụng nguồn 5V và chạy ở
xung nhịp 16Mhz. Tuy nhiên trên board có sẵn đầu vào RAW để cấp nguồn
thông qua mạch điều áp từ 5V – 12V hoặc Vcc cấp nguồn 3.3V hoặc 5V. [9]
Mô tả sơ lƣợc
Bảng 2. 2: Tóm tắt sơ lƣợc về Arduino Pro Mini 5V.
Vi điều khiển

ATa28P-AU

Điện áp vào

5v-12v

Điện áp hoạt động

5v

Số chân digital I/O

14 ( 6 chân có thể dùng cho PWM)

Số chân analog ngõ vào

4

Dòng DC ngõ vào trên mỗi chân

40 mA

Bộ nhớ Flash

32kB

(0.5

bootloader)
SRAM

2 kB

EEPROM

1 kB

Xung nhịp

16 MHz

12

kB

sử

dụng

cho


Hình 2.2: Sơ đồ chân của Arduino Pro Mini
 Nguồn cung cấp
Việc cấp nguồn đƣợc thực hiện thông qua chân GND và RAW. Module
Arduino Pro Mini không có sẵn giao tiếp USB. Điều này có nghĩa là không thể
cắm trực tiếp board Arduino Pro Mini vào máy tính nhƣ Arduino Mega2560,
Arduino Uno R3, Arduino Nano. Tuy nhiên có thể sử dụng board Arduino Uno
R3 để lập trình cho Arduino Pro Mini.[9]

2.2.4 Module ESP8266.
ESP8266 là một chip tích hợp cao, đƣợc thiết kế cho nhu cầu của một thới

giới Internet of thing (IOT). Nó cung cấp một giải pháp kết nối mạng wifi đầy đủ
và khép kín. Cho phép nó có thể lƣu trữ các ứng dụng hoặc để giảm tải tất cả các
chức năng kết nối mạng wifi từ một bộ xử lý ứng dụng.
ESP8266 là một module SOC với bộ vi xử lý 32 bít, dựa trên giao thức
TCP/IP và UDP, có thể lƣu trữ ứng dụng hoặc xử lý các kết nối wifi từ bộ xử lý
tích hợp trên chip, có khả năng tạo kết nối going nhƣ một máy chủ hoặc một cầu
nối trung gian.
Một module WIFI đƣợc tích hợp sẵn một firmware với các tập lệnh AT, tuy
nhiên đã có thêm nhiều phiên bản firmware hổ trợ nhiều ngôn ngữ, trong đó có
LUA và Arduino. Module ESP8266 là module wifi giá rẻ và đƣợc đánh giá rất
13


cao cho các ứng dụng lien quan tới internet và wifi cũng nhƣ các ứng dụng
truyền nhận sử dụng thay thế cho các module RF khác. [2]

Hình 2. 5: Module ESP8266

Hình 2. 6: Sơ đồ chân ESP8266
 Tính năng của ESP8266
 Hỗ trợ chuẩn 802.11 b/g/n.
 WI-FI 2.4GHz, hỗ trợ WPA/WPA2
 Chuẩn điện áp hoạt động: 3.3v.
 Chuẩn giao tiếp nối tiếp UART với tốc độ baud lên đến 115200
 Có 3 chế độ hoạt động: Client, Access Point, Both Client and
Access point.

14

 Hỗ trợ các chuẩn bảo mật nhƣ: OPEN, WEP, WPA_PSK,
WPA2_PSK, WPA_WPA2_PSK.
 Hỗ trợ 2 chuẩn giao tiếp TCP và UDP.
 Làm việc nhƣ một máy chủ có thể kết nối với 5máy con.
 Led chỉ báo truyền nhận TX/RX.
 Chức năng của các chân.
 Vcc: nguồn 3.3v lên đến 300mA
 GND: 0V.
 Tx: Chân Tx của giao thức UART, kết nối đến chân Rx của vi
điều khiển.
 Rx: Chân Rx của giao thức UART, kết nối đên chân Tx của vi
điều khiển.
 RST: Chân reset, kéo xuống mức thấp để reset.
 CH_PD: Nếu đƣợc kéo lên mức cao thì module sẽ bắt đầu thu
phát wifi, kéo xuống mức thấp module dừng phát wifi.
 GPIO0: kéo xuống mức thấp ở chế độ upgrade firmware.
 GPIO2: không sử dụng.
Để giao tiếp với esp8266 chúng ta sử dụng tập lệnh AT. Sau đây là bảng tập
lệnh của AT:[8]
Bảng 2. 3: Bảng tập lệnh AT của esp8266
Function

AT command

Response

Working

AT

OK

Restart

AT+RST

OK[System Realay, Vendor:
www.ai-thinker.com]

Firmware

AT+GMR

AT+GMR 0018000902 OK

version
List Access AT+CWLAP

AT+CWLAP

Points

+CWLAP:(4,”RochefortSurLac”;
15