Thiết kế chế tạo hệ thống vườn thông minh smart garden

ĐỒ ÁN TÍCH HỢP 1

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN
………..
…………………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………..
…………………………………………………………………………………………..
…………………………………………………………………………………………..
…………………………………………………………………………………………..
…………………………………………………………………………………………..
…………………………………………………………………………………………..
…………………………………………………………………………………………..
…………………………………………………………………………………………..
…………………………………………………………………………………………..
…………………………………………………………………………………………..
…………………………………………………………………………………………..
…………………………………………………………………………………………..
……………………………………………………………………………………………..
…………………………………..……………………………………………………….
…………………………………………………………………………..
…………………………………………………………………………………………..
…………………………………………………………………………………………..
………………………………………………………………………………………………

Hưng Yên, Ngày… tháng… năm 2018
GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

1


ĐỒ ÁN TÍCH HỢP 1

LỜI MỞ ĐẦU
Trong những năm gần đây, nền kinh tế của nước ta phát triển rất mạnh
mẽ và nhanh chóng, để đạt được kết quả này thì có sự đóng góp rất lớn của
ngành kĩ thuật điện tử, kĩ thuật vi xử lý. Với sự phát triển như vũ bão như hiện
nay thì kỹ thuật điện tử, kĩ thuật vi xử lý đang xâm nhập vào tất cả các ngành
khoa học – kỹ thuật khác và đã đáp ứng được hầu hết nhu cầu của người dân.
Sự ra đời của các vi mạch điều khiển với giá thành giảm nhanh, khả năng lập
trình ngày càng cao đã mang lại những thay đổi sâu sắc trong ngành kỹ thuật
điện tử.
Việt Nam là một nước có truyền thống về nông nghiệp trong khi đó
người dân vẫn canh tác theo phương thức truyền thống. Theo phương thức cũ
người dân phải bỏ ra nhiều sức lao động mà năng suất cây trồng thấp. Trong
khi xã hội ngày càng tiến bộ, kỹ thuật ngày càng tiên tiến hơn, thì nhu cầu đòi hỏi
về những thiết bị ứng dụng thông minh, tự động càng nhiều hơn. Và với mong
muốn ứng dụng công nghệ vào nông nghiệp để tiết kiệm sức lao động và tăng năng
suất cây trồng, chúng em đã chọn đề tài: “ Thiết kế chế tạo hệ thống vườn thông
minh-Smart Garden“ để thực hiện.
Thông qua đề tài này chúng em sẽ có những điều kiện tốt nhất để học hỏi,
tích lũy kinh nghiệm quý báu, bổ xung thêm vào hành trang của mình trên con
đường đã chọn trong tương lai.
Trong thời gian nghiên cứu và làm đồ án dựa vào kiến thức đã được học ở
trường, qua một số sách, tài liệu có liên quan cùng với sự giúp đỡ tận tình của
các thầy cô giáo,các bạn và đặc biệt là với sự hướng dẫn tận tình của thầy Lê
Thành Sơn đã giúp chúng em đã hoàn thành được đồ án môn học lần này.
2


ĐỒ ÁN TÍCH HỢP 1
Mặc dù đã cố gắng hoàn thành nhưng với kinh nghiệm và khả năng còn

hạn chế nên chúng em không thể tránh khỏi những sai sót và nhầm lẫn, vì vậy
chúng em rất mong các thầy, cô giáo cùng các bạn đóng góp những ý kiến quý
báu để đồ án môn học của chúng em được hoàn thiện hơn.
Chúng em xin chân thành cảm ơn!

MỤC LỤ

LỜI MỞ ĐẦU................................................................................................................... 3
CHƯƠNG I: TỔNG QUAN ĐỀ TÀI.............................................................................6
1.1. Giới thiệu đề tài...........................................................................................................6
1.2. Nội dung nghiên cứu...................................................................................................6
1.3. Đối tượng nghiên cứu..................................................................................................6
1.4. Mục đích nghiên cứu...................................................................................................6
1.5. Phương pháp nghiên cứu.............................................................................................7
1.6. Ý nghĩa nghiên cứu......................................................................................................7
CHƯƠNG II: CƠ SỞ LÝ THUYẾT...............................................................................8
2.1. Ảnh hưởng của nhiệt độ đối với quá trình sinh trưởng của thực vật............................8
2.1.1. Ảnh hưởng của nhiệt độ...........................................................................................8
2.1.2. Biện pháp khắc phục................................................................................................9
2.2. Vai trò của việc tưới nước tới quá trình sinh trưởng của thực vật................................9
2.2.1. Vai trò của tưới nước................................................................................................9
2.2.2. Xác định lượng nước cần tưới của cây trồng..........................................................10
2.3. ARDUINO UNO R3.................................................................................................12
2.4. Cảm biến DHT11......................................................................................................13
2.5. Máy bơm...................................................................................................................15
3


ĐỒ ÁN TÍCH HỢP 1
2.6. LCD........................................................................................................................... 15

2.6.1. Hình dáng và cấu tạo.............................................................................................16
2.7.2. Chức năng các chân................................................................................................17
CHƯƠNG III: THIẾT KẾ – CHẾ TẠO MẠCH.........................................................19
3.1. Sơ đồ khối.................................................................................................................. 19
3.2. Sơ đồ nguyên lý toàn mạch........................................................................................19
3.3. Các khối sử dụng trong mạch....................................................................................21
3.3.1. Khối nguồn............................................................................................................21
3.3.2. Khối cảm biến.......................................................................................................22
3.3.3. Khối vi xử lý.........................................................................................................22
3.3.4. Khối hiển thị..........................................................................................................23
3.3.5. Khối chấp hành......................................................................................................23
3.4. Sơ đồ broad của mạch................................................................................................25
3.5. Lưu đồ thuật toán.......................................................................................................26
PHỤ LỤC........................................................................................................................ 27
TÀI LIỆU THAM KHẢO.............................................................................................30

4


ĐỒ ÁN TÍCH HỢP 1

5


ĐỒ ÁN TÍCH HỢP 1

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN ĐỀ TÀI
1.1. Giới thiệu đề tài
Ngày nay công nghệ khoa học kỹ thuật không ngừng phát triển. Trong đó
nghành kỹ thuật điện tử đã đạt được nhiều thành tựu to lớn trong cuộc sống của con

người. Cùng với sự phát triển đó ngành công nghệ kỹ thuật điện - điện tử cũng đã
có những bước phát triển vượt bậc. Trong thời đại hiện nay máy móc đã và đang
dần thay thế con người làm việc và để làm được việc đó các hệ thống tự động rất
quan trọng trong quá trình sản xuất. Chính vì lí do đó mà trong đồ án môn học tích
hợp 2 lần này, chúng em đã quyết định lựa chọn đề tài: “ Thiết kế chế tạo hệ thống
vườn thông minh-Smart Garden“ Ứng dụng để điều khiển tự động hệ thống tưới
cây, trồng rau,… hiển thị thông báo và điều khiển máy bơm giúp con người giải
phóng sức lao động, nâng cao năng suất và chất lượng cây trồng,…
1.2. Nội dung nghiên cứu
- Tìm hiểu arduino, cách ổn định nhiệt độ, điều khiển hệ thống tưới cây, phun
sương tự động trong nhà kính.
 Nắm vững kiến thức về bộ môn vi điều khiển,vi xử lý.
 Có khả năng lập trình với độ chính xác cao, ứng dụng được trong thực tế.
 Hoàn thành mô hình sản phẩm thực tế.
1.3. Đối tượng nghiên cứu
Với đề tài này chúng em tập trung vào:
 Các tài liệu liên quan đên công việc trồng cây trong nhà kính.
 Thiết kế tính toán lựa chọn phương pháp tưới cây tự động và điều hòa nhiệt
độ vườn cây trong nhà kính.
 Tìm hiểu arduino.
 Cách kết nối giữa arduino và thiết bị ngoại vi.
 Cách kết nối, lập trình giao tiếp arduino và cảm biến.
1.4. Mục đích nghiên cứu
Khi thực hiện đề tài này, mục đích trước hết là hoàn tất chương trình môn học.
Mục đích thứ hai là bổ sung thêm kinh nghiệm cho công việc chúng em sau này.
6


ĐỒ ÁN TÍCH HỢP 1
1.5. Phương pháp nghiên cứu

Do đây là một đồ án sản phẩm, nên chúng em đã áp dụng phương pháp nghiên
cứu lý thuyết, nghiên cứu thực nghiệm trực tiếp trên mô hình thật, chạy thử và hoàn
thiện chương trình.
1.6. Ý nghĩa nghiên cứu
Đề tài này sẽ mang lại ý nghĩa to lớn về cả lý luận và thực tiễn:
 Ý nghĩa lý luận:
Toàn bộ chương trình và bản thuyết minh của đề tài sẽ trở thành tài liệu nghiên
cứu, tham khảo nhanh, dễ hiểu, thiết thực cho các bạn sinh viên, những người thích
tìm hiểu về đề tài này của chúng em.
 Ý nghĩa thực tiễn:
Với sự thành công của đề tài sẽ góp phần giúp cho các bạn sinh viên mới nói
chung và các bạn sinh viên khoa Điện-Điện tử nói riêng thấy rõ được ý nghĩa thực
tế và thêm yêu thích chuyên ngành mình đã chọn.
Trong thực tế mô hình trồng cây trong nhà kính hiên nay đang rất phát triển
bởi chúng ta đang hướng đến một nền nông nghiệp hiện đại. Với phương pháp
trồng cây trong nhà kính con người có thể chủ động được các yếu tố tác động đến
sinh trưởng phát triển của cây như nhiệt độ, độ ẩm. Những phương thức cũ người
dân phải bỏ ra nhiều sức lao động mà năng suất cây trồng thấp . Nên đề tài này
sẽ có ứng dụng thực tế rộng rãi khi tự động điều chỉnh nhiệt độ, độ ẩm phù hợp cho
sự sinh trưởng và phát triển của cây trồng trong từng giai đoạn phát triển trong nhà
kính.

7


ĐỒ ÁN TÍCH HỢP 1

CHƯƠNG II: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
2.1. Ảnh hưởng của nhiệt độ đối với quá trình sinh trưởng của thực vật
2.1.1. Ảnh hưởng của nhiệt độ

Nhỉệt độ là yêu tố ảnh hưởng rất lớn đến sinh trưởng của cây. Cây có thể sinh
trưởng trong một khoảng nhiệt độ khá rộng, vì vậy các loại cây trồng khác nhau tồn
tại những điểm nhiệt độ tối thấp và tối cao cũng khác nhau.Trong giới hạn nhiệt độ
sinh trưởng của cây thì có nhiệt độ tối thích cho sự sinh trưởng, ở nhiệt độ đó sự
sinh trưởng của cây xảy ra thuận lợi nhất, trên dưới nhiệt độ tối thích thì tốc độ sinh
trưởng sẽ giảm. Nhiệt độ tối thấp và nhiệt độ tối cao cho sự sinh trưởng của cây đó
là điểm nhiệt độ mà ở đó cây ngừng sinh trưởng. Giới hạn nhiệt độ sinh trưởng thay
đối theo sự thích nghi của cây trông ở những vùng sinh thái khác nhau. Nhiệt độ tối
thấp và tối cao của cây vùng nhiệt đới cao hơn cây vùng ôn đới và hàn đới. Ở vùng
nhiệt đới nhiều cây ngừng sinh trưởng ở nhiệt độ 100 ͦ C, trong khi đó ở vùng hàn
đới rất nhiều loại cây có khả năng sinh trưởng trong băng tuyết với nhiệt độ - 500 ͦ
C. Biết được yêu cầu nhiệt độ sinh trưởng của từng loại cây trồng có ý nghĩa rất lớn
trong việc xác định thời vụ gieo trồng thích hợp, chuyển vùng và nhập nội giống.
Bảng 2.1 Giới hạn nhiệt độ thích hợp của một số loại cây
Cây trồng
Đậu Hà Lan
Bắp cải
xà lách
Lúa
Ngô
Đậu tương

Nhiệt độ
Tối thấp
-2 ͦ C
5 ͦ C
5 ͦ C
10 ͦ C
9,5 ͦ C
9 ͦ C

Tối cao
44,5 ͦ C
36 ͦ C
35 ͦ C
38 ͦ C
40 ͦ C
46 ͦ C

Sinh trưởng của các cơ quan khác nhau của cây cũng nằm trong khoảng nhiệt
độ khác nhau. Những cơ quan ở trên mặt đất thích nghi với nhiệt độ không khí cao
hơn so với những cơ quan ở dưới mặt đất,vì vậy ở nhiệt độ cao sự sinh trưởng của
rễ kém hơn thân và cành.Sự chênh lệch nhiệt độ giữa ban ngày và ban đêm có ảnh
hưởng rất lớn đến sự sinh trưởng của cây.Ban ngày nhiệt độ cao thuận lợi cho cây
quang hợp và tích lũy chất hữu cơ, ban đêm nhiệt độ hạ thấp sẽ hạn chế hô hấp và
8


ĐỒ ÁN TÍCH HỢP 1
tiêu phí chất hữu cơ, giảm sự thoát hơi nước nên sinh trưởng nhanh hơn. Sự chênh
lệch nhiệt độ giữa ngày và đêm tạo điều kiện thuận lợi cho sự tích lũy tinh bột trong
các cơ quan sinh sản và dự trữ như củ khoai lang, khoai tây, củ sắn, hạt hòa thảo...,
do đó làm tăng năng suất mùa màng. Sự chênh lệch nhiệt độ ngày đêm phụ thuộc
vào vùng địa lý, biên độ nhiệt độ ngày đêm lớn nhất ở vùng cận nhiệt đới và giảm
dần về hai cực của quả đất. Trong một năm thì mùa xuân và mùa thu có biên
độnhiệt độ lớn hơn các mùa khác, vì vậy sự sinh trưởng của cây trồng trong hai mùa
này khá thuận lợi cho sự tích lũy chất khô, lại cũng phù hợp với hai mùa chính cho
cây trồng ở nước ta.
- Tổn thương của cây do lạnh : khi nhiệt độ thấp cây sẽ có triệu chứng vàng da
hay rụng lá, nhiệt độ thấp làm giảm khả năng sinh trưởng của cây, giảm quang hợp.

- Tổn thương của cây do nóng, khi cây trồng tiếp xúc với nhiệt độ cao cây
thường có lớp vỏ dày, thân lùn màu lá đậm, tầng bầu phát triển để cách nhiệt. Lá
nhỏ và dày do tạo thành lớp cutin hạn chế sự bốc hơi. Nếu nhiệt độ quá cao sẽ gây
hiện tượng cháy rụp lá.
2.1.2. Biện pháp khắc phục
- Cây trồng bị nóng ta có thể dùng lưới che bớt ánh sáng chiếu trực tiếp vào
cây.
- Làm thông thoáng hệ thống đối lưu trong nhà trồng.
- Khi nhiệt độ tăng cao thì dùng hệ thống phun sương để làm giảm nhiệt độ
cho phù hợp với nhiệt độ phù hợp cho quá trình phát triển của cây.
- Nếu cây bị lạnh thì nên có hệ thống lò sưởi hoặc trồng chỗ kín.
2.2. Vai trò của việc tưới nước tới quá trình sinh trưởng của thực vật
2.2.1. Vai trò của tưới nước
Đất, nước, cây trồng và khí hậu là 4 yếu tố quan trọng đối với sản xuất nông
nghiệp, trong đó yếu tố quan trọng hàng đầu là nước. Nước là tác nhân chuyển hoá
các quá trình hỉnh thành, phát triển đất, quá trình hình thành phát triển môi sinh.
Nước, chất dinh dưỡng, ánh sáng, nhiệt độ và không khí, cố liên quan chặt chẽ với
nhau nhưng không thay thế được cho nhau. Tuy nhiên chế độ nước có ảnh hưởng rõ
rệt đến chế độ nhiệt, không khí và dinh dưỡng trong đất.
9


ĐỒ ÁN TÍCH HỢP 1
Trong thiên nhiên nước phân bố không đều cả về không gian và thời gian. Vì
vậy, điều tiết chế độ nước trong đất phù hợp với nhu cầu của cây trồng là một biện
pháp kỹ thuật quan trọng để tăng vụ, tăng năng suất cây trồng, nâng cao độ phì
nhiêu và cải tạo chất đất.
Tác dụng của tưới nước được thể hiện trên 2 mặt:
- Bổ sung thêm lượng nước và lượng chất dinh dưỡng cần thiết cho cây trồng
mà đất không cung cấp.

- Ảnh hưởng đến các quá trình biến đổi lý hoá, hoạt động của vỉ sinh vật
trong đât và điều kiện khỉ hậu trên đồng ruộng.
2.2.2. Xác định lượng nước cần tưới của cây trồng
Lượng nước cần của cây trồng (còn gọi là lượng bốc hơi mặt ruộng) phụ
thuộc vào nhiều yếu tố. Tuy nhiên nguyên lý chung là mổi quan hệ giữa lượng bốc
hơi mật ruộng với các yếu tố ảnh hưởng chủ yếu đến nó như điêu kiện khí hậu, cây
trồng...
Các phương pháp xác định lượng bổc hơi mặt ruộng:
1) Phương pháp quan trác trực tiếp (phương pháp thực nghiệm) bằng các thiết
bị chuyên dùng ít được sử dụng trong sản xuất vì thời gian thực hiện dài và tốn kém
thiết bị, công suất.
2) Phương pháp lý luận, bán kinh nghiệm
Dựa trên các sổ liệu đo đạc trực tiếp lượng bốc hơi mặt ruộng rồi kết hợp vói
phần tích lý luận để tìm ra công thức kinh nghiệm thể hiện định lượng mối quan hệ
giữa E, các yếu tố khí hậu (nhiệt độ, gió, độ ẩm không khí, độ chiếu sáng...) và cây
trồng (giống, loại cây, và giai đoạn phát triển của cây trồng...).
Phương pháp này được áp dụng phổ biến vì đơn giản, tiện lợi, ít tốn kém, kết
quả tương đối chính xác.

10


ĐỒ ÁN TÍCH HỢP 1
3) Công thức xác định lượng bốc hơi mặt ruộng thông dụng
Công thức bán kinh nghiệm này đã được sử dụng phổ biến ở nhiều nước và ở
Việt Nam ta đạt độ chinh xác tương đối cao và cao, gần sát và sát với thực tế.
E = Kc.Y
Trong đó: E - lượng bốc hơi mật ruộng;
Kc - hệ số nước cần để tạo nên một đơn vị sản phẩm;
Y - năng suất phấn đấu.

Ưu điềm: công thức thể hiện được quan hệ lượng nước cần với năng suất cây
trồng, quan hệ chặt chẽ với điều kiện khí hậu trong cùng một điều kiện nhất định,
nhưng dưới dạng ẩn. Tài liệu thí nghiệm và thực nghiệm phong phú đáng tin cậy có
thể sử dụng tính toán cho những điều kiện tương tự.
Nhược điểm: Việc xác định chính xác Kc là khó khăn, chỉ sử dụng được trong
điều kiện khí hậu tương đối ổn định. Thường gặp sai số lớn so với thực tế nếu điều
kiện khỉ hậu biến động không chính xác
- Giá trị hệ số cây trồng Kc được Tổ chức FAO của Liên hợp quốc nêu ra:
Bảng 2.2: Giá trị hệ số Kc của một số loại cây trồng
Thời ky
Lúa nước
Ngô
Khoai tây
Lạc
Đậu

Đầu vụ
1,1+1,15
0,3-0,5
0,4+0,5
0,4+0,5
0,3-0,4

Đầu vụ
1,1 + 1,5
0,7+0,9
0,7+08
0,7+08
0,65 + 0,75

Giữa vụ
1,1 + 1,3
1,05 + 1,2
1,05 + 1,2
0,95 + 1,1
0,95+1,05

Cuối vụ
0,95+1,05
0,8+0,95
0,85+0,95
0,95 + 1,1
0,9 + 0,95

Thu hoạch
0,95 + 1,05
0,55-0,6
0,7+0,75
0,55+0,60
0,85+0,95

- Thời ky cần tưới của một số cây trồng:
Bảng 2.3: Thời kỳ cần tưới nước của một số cây trồng
11


ĐỒ ÁN TÍCH HỢP 1
Cây trồng
Đậu tương

Thời ky cần tưới
Khi gieo hạt, khi ra hoa
kết quả, khi hạt đậu đã đẫy

Cây trồng
Đậu vàng

Khi gieo trồng, ra hoa,phát
Thuốc lá

Cà chua

Lúa mì

triển lá mạnh.

Thời ky cần tưới
Khi gieo trồng và bắt đầu tạo
hoa
Gieo trồng, ra hoa kết quả

Khoai tây

tạo thành tròn củ , ngừng

Ngừng tưới trước khi hái

tưới trước thu hoạch 10+15

lá trồng,

15 ngày.
Khi gieo
ra hoa kết

Thời ky gieo
ngàytrồng, nảy

quả, quả chín, kết hộp bẩm

Cây ngô

mầm, thòi ky 7-9 lá đến 14-

lá tỉa cành vối tưới nước.

16 lá cần tưới độ ẩm cao

Giai đoạn đầu gieo trồng,

Trước gieohơn.
trồng, tưói khi

thời ky cây cao, trước thụ
phấn.

Cải bắp

bắp cuộn trở đi, ngùng tuới
trước thu hoạch 1 tuần,
nêntưới trước các đợt rét hay

2.3. ARDUINO UNO R3

Arduino Uno là 1 bo mạch thiết kế với bộ xử lý trung tâm là vi điểu khiển
AVR Atmega328. Cấu tạo chính của Arduino Uno bao gồm các phần sau:

Hình 2.1: ARDUINO UNO R3
- Cổng USB: đây là loại cổng giao tiếp để ta upload code từ PC lên vi điều
khiển. Đồng thời nó cũng là giao tiếp serial để truyền dữ liệu giữa vi điều khiển và
máy tính.
- Jack nguồn: để chạy Arduino thỉ có thể lấy nguồn từ cổng USB ở trên, nhưng
không phải lúc nào cũng có thể cắm với máy tính được . Lúc đó ta cần một nguồn
12


ĐỒ ÁN TÍCH HỢP 1
từ 9V đến 12V.
- Có 14 chân vào/ra số đánh số thứ tự từ 0 đến 13, ngoài ra có một chân nối
đất (GND) và một chân điện áp tham chiếu (AREF).
- Vi điều khiển AVR: đây là bộ xử lí trung tâm của toàn bo mạch. Với mỗi mẫu
Arduino khác nhau thì con chip là khác nhau. Ở con Arduino Uno này thì sử dụng
ATMega328.
- Các thông số chi tiết của Arduino Uno:
+ Vi xử lý:

Atmega328

+ Điện áp hoạt động:

5V

+ Điện áp đầu vào:

7-12V

+ Điện áp đầu vào (Giới hạn): 6-20V
+ Chân vào/ra (I/O) số:

14 ( 6 chân có thể cho đầu ra PWM)

+ Chân vào tương tự:

6

+ Dòng điện trong mỗi chân I/O:

40mA

+ Dòng điện chân nguồn 3.3V:50mA
+ Bộ nhớ trong:
+ SRAM:

32 KB (ATmega328)

2 KB (ATmega328)

+ EEPROM: 1 KB (ATmega328)
+ Xung nhịp: 16MHz
2.4. Cảm biến DHT11
- DHT11 là cảm biến nhiệt độ và độ ẩm. Nó ra đời sau và được sử dụng thay thế

cho dòng SHT1x ở những nơi không cần độ chính xác cao về nhiệt độ và độ ẩm.

Hình 2.2. Cảm biến DHT11
- DHT11 có cấu tạo 4 chân như hình. Nó sử dụng giao tiếp số theo chuẩn 1 dây.
- Thông số kĩ thuật:
13


ĐỒ ÁN TÍCH HỢP 1
 Đo độ ẩm: 20% - 95%
 Đo nhiệt độ: 0 – 50 oC
 Sai số độ ẩm: ±5%
 Sai số nhiệt độ: ±2oC
- Sơ đồ kết nối vi xử lý:

Hình 2.3: Sơ đồ kết nối DHT11 với VĐK
Nguyên lý hoạt động: Để có thể giao tiếp với DHT11 theo chuẩn 1 chân vi xử
lý thực hiện theo 2 bước:
- Bước 1: gửi tín hiệu Start
+ MCU thiết lập chân DATA là Output, kéo chân DATA xuống 0 trong khoảng
thời gian >18ms. Khi đó DHT11 sẽ hiểu MCU muốn đo giá trị nhiệt độ và độ ẩm. +
MCU đưa chân DATA lên 1, sau đó thiết lập lại là chân đầu vào.
+ Sau khoảng 20-40us, DHT11 sẽ kéo chân DATA xuống thấp. Nếu >40us mà
chân DATA không được kéo xuống thấp nghĩa là không giao tiếp được với DHT11.
+ Chân DATA sẽ ở mức thấp 80us sau đó nó được DHT11 kéo nên cao trong
80us. Bằng việc giám sát chân DATA, MCU có thể biết được có giao tiếp được với
DHT11 ko. Nếu tín hiệu đo được DHT11 lên cao, khi đó hoàn thiện quá trình giao
tiếp của MCU với DHT.
- Bước 2: đọc giá trị trên DHT11
DHT11 sẽ trả giá trị nhiệt độ và độ ẩm về dưới dạng 5 byte.

Trong đó: Byte 1: giá trị phần nguyên của độ ẩm (RH%)
Byte 2: giá trị phần thấp phân của độ ẩm (RH%)
14


ĐỒ ÁN TÍCH HỢP 1
Byte 3: giá trị phần nguyên của nhiệt độ (TC)
Byte 4: giá trị phần thập phân của nhiệt độ (TC)
Byte 5: kiểm tra tổng
Nếu Byte 5 = (8 bit) (Byte 1 + Byte 2 + Byte3 + Byte 4) thì giá trị độ ẩm và
nhiệt độ là chính xác, nếu sai thì kết quả đo không có nghĩa.
+ Đọc dữ liệu: Sau khi giao tiếp được với DHT11, DHT11 sẽ gửi liên tiếp 40 bit
0 hoặc 1 về MCU, tương ứng chia thành 5 byte kết quả của Nhiệt độ và độ ẩm. Sử
dụng màn hình tinh thể lỏng LCD loại 2 dòng, 16 kí tự LCD1602. Màn hình LCD
đã rất phổ biến trên thị trường và việc lập trình cho nó rất đơn giản thêm vào đó là
nó có mặt thẩm mĩ rất cao. Sử dụng nguồn nuôi thấp (từ 2, 5 đến 5V). Có thể hoạt
động ở hai chế độ 4 bit hoặc 8 bit.

2.5. Máy bơm

Hình 2.5: máy bơm mini MB385
Tính năng:
Máy bơm mini di chuyển nước lên cao, dùng cho hòn non bộ hoặc có thể dùng
làm bơm tản nhiệt….
Thông số kỹ thuật:
-

Máy bơm mini có điện áp: DC 6-12V

-

Dòng tiêu thụ: 0.6 – 2A

-

Công suất: 5-12W

-

Nhiệt độ hoạt động: 80 độ C
15


ĐỒ ÁN TÍCH HỢP 1
-

Lưu lượng bơm: 1-2L/Min

-

Kích thước: 90x40x35MM

-

Đầu hút cách nước: <= 2 mét

-

Đẩu nước cao: <= 3 mét

2.6. LCD
Hiện nay, màn hình LCD được sử dụng rất nhiều trong cách mạch mô phỏng và
ứng dụng trong thực tế. So với các dạng hiển thị khác LCD có rất nhiều ưu điểm:
- Có khả năng hiển thị kí tự đa dạng, trực quan (chữ, số và kí tự đồ họa).
- Hiển thị được nhiều kí tự.
- Giao tiếp với vi điều khiển rất đơn giản, tốn rất ít tài nguyên của vi điều
khiển.
- Ngoài ra: tiết kiệm năng lượng, kích thước nhỏ gọn, giá thành rẻ,…
Phân loại: 2 loại
- Text LCD: hiển thị văn bản.
- Graphic LCD: hiển thị văn bản và hình vẽ.
Kích thước: nhiều loại.
- LCD 16x2: hiển thị được 2 dòng, mỗi dòng 16 kí tự
- LCD 20x2: hiển thị được 2 dòng, mỗi dòng 20 kí tự
- LCD 20x4: hiển thị được 4 dòng, mỗi dòng 20 kí tự
2.6.1. Hình dáng và cấu tạo
LCD HD44780 thuộc loại text LCD, kích thước LCD 16x2, rất thông dụng ở nước
ta.

Hình 2.6: Hình dáng của loại LCD thông dụng

16


ĐỒ ÁN TÍCH HỢP 1
Khi sản xuất LCD nhà sản xuất đã tích hợp chíp điều khiển (HD44780) bên
trong lớp vỏ và chỉ đưa các chân giao tiếp cần thiết. Các chân này được đánh số thứ
tự và đặt tên như hình:

Hình 2.7. Sơ đồ chân của LCD

2.7.2. Chức năng các chân
Chân

Ký

Mô tả

hiệu

1

Vss

2

VDD

3

VEE

Chân nối đất cho LCD, khi thiết kế mạch ta nối chân này với
GND của mạch điều khiển
Chân cấp nguồn cho LCD, khi thiết kế mạch ta nối chân này
với VCC=5V của mạch điều khiển
Điều chỉnh độ tương phản của LCD.
Chân chọn thanh ghi (Register select). Nối chân RS với logic
“0” (GND) hoặc logic “1” (VCC) để chọn thanh ghi.
+ Logic “0”: Bus DB0-DB7 sẽ nối với thanh ghi lệnh IR của

4

RS

LCD (ở chế độ “ghi” - write) hoặc nối với bộ đếm địa chỉ của
LCD (ở chế độ “đọc” - read)
+ Logic “1”: Bus DB0-DB7 sẽ nối với thanh ghi dữ liệu DR
bên trong LCD.
Chân chọn chế độ đọc/ghi (Read/Write). Nối chân R/W với

5

R/W

logic “0” để LCD hoạt động ở chế độ ghi, hoặc nối với logic
“1” để LCD ở chế độ đọc.

17


ĐỒ ÁN TÍCH HỢP 1
Chân cho phép (Enable). Sau khi các tín hiệu được đặt lên bus
DB0-DB7, các lệnh chỉ được chấp nhận khi có 1 xung cho
phép của chân E.
+ Ở chế độ ghi: Dữ liệu ở bus sẽ được LCD chuyển vào(chấp
6

E

nhận) thanh ghi bên trong nó khi phát hiện một xung (high-tolow transition) của tín hiệu chân E.

+ Ở chế độ đọc: Dữ liệu sẽ được LCD xuất ra DB0-DB7 khi
phát hiện cạnh lên (low-to-high transition) ở chân E và được
LCD giữ ở bus đến khi nào chân E xuống mức thấp.
Tám đường của bus dữ liệu dùng để trao đổi thông tin với

7–
14

15
16

DB0
DB7

-

MPU. Có 2 chế độ sử dụng 8 đường bus này :
+ Chế độ 8 bit : Dữ liệu được truyền trên cả 8 đường, với bit
MSB là bit DB7.
+ Chế độ 4 bit : Dữ liệu được truyền trên 4 đường từ DB4 tới
DB7, bit MSB là DB7
Nguồn dương cho đèn nền
GND cho đèn nền

18


ĐỒ ÁN TÍCH HỢP 1

CHƯƠNG III: THIẾT KẾ – CHẾ TẠO MẠCH

3.1. Sơ đồ khối.
Khối hiển thị
Khối cảm
biến

Khối vi xử lý
Khối chấp hành

Khối nguồn

Hình 3.1: Sơ đồ khối
 Chức năng từng khối
- Khối nguồn: có nhiệm vụ cung cấp nguồn điện cho toàn mạch gồm: khối
cảm biến, khối vi xử lý, khối hiển thị, khối chấp hành.
- Khối cảm biến: có nhiệm vụ thu nhận tín hiệu (giá trị nhiệt độ, độ ẩm) sau đó
đưa tín hiệu vào khối vi xử lý.
- Khối vi xử lý: có nhiệm vụ tiếp nhận tín hiệu từ khối cảm biến, xử lý tín
hiệu, đưa tín hiệu ra hiển thị trên khối LCD, đồng thời đưa tín hiệu đã được xử lý ra
khối chấp hành.
- Khối hiển thị: có nhiệm vụ hiển thị giá trị nhiệt độ, độ ẩm.
- Khối chấp hành: Sau khi nhận tín hiệu điều khiển từ khối vi xử lý thì cơ cấu
chấp hành sẽ thực hiện việc ổn định nhiệt độ trong nhà kính bằng cách dùng quạt
thông gió, phun sương và hệ thống tưới nước. Bao gồm các thành phần như máy
bơm nước, quạt thông gió.Tất cả các thiết bị này đều được điểu khiển qua tiếp điểm
rơle.
3.2. Sơ đồ nguyên lý toàn mạch

19

ĐỒ ÁN TÍCH HỢP 1

Nguyên lý hoạt động:
20


ĐỒ ÁN TÍCH HỢP 1
Khi cấp nguồn cho mạch, cảm biến dht11 đo nhiệt độ và độ ẩm từ môi
trường rồi xuất tín hiệu ra chân data bằng 40 bit (5 byte). Arduino nhận tín hiệu từ
chân data của dht11. Khi tổng Byte 5 = (8 bit) (Byte1 +Byte 2 +Byte 3 + Byte 4) thì
giá trị nhiệt độ và độ ẩm là chính xác, nếu sai thì kết quả đo không có nghĩa.
Khi kết quả đo chính xác, arduino đọc giá trị của điện áp từ cảm biến dht11
và cảm biến độ ẩm đất sau đó chuyển đổi điện áp thành nhiệt độ và độ ẩm đưa ra
hiển thị trên màn hình LCD. Từ nhiệt độ và độ ẩm đã lấy được, kiểm tra các mức
nhiệt độ và độ ẩm để bật (tắt) các thiết bị.
Khi đầu ra của arduino xuất ra mức 1(bật), làm cho diode phát trong cách ly
quang (PC817) hoạt động phát ra tia hồng ngoại kích vào photo transistor (trong
PC817) làm cho photo transistor dẫn. Có nguồn kích vào transistor C1815 làm cho
transistor dẫn, cuộn hút hoạt động hút tiếp điểm đóng lại. Mở nguồn cung cấp cho
động cơ . Làm cho động cơ hoạt động.
Khi đầu ra của arduino xuất ra mức 0(tắt), diode phát trong cách ly quang
(PC817) không hoạt động làm cho photo transistor không dẫn. Không có nguồn
kích vào transistor C1815, transistor C1815 không hoạt động. Rơ le không hoạt
động. Động cơ tắt.
3.3. Các khối sử dụng trong mạch
3.3.1. Khối nguồn

Hình 3.2: Sơ đồ nguyên lý mạch nguồn

21

ĐỒ ÁN TÍCH HỢP 1
Khối nguồn: có nhiệm vụ cung cấp nguồn điện cho toàn mạch gồm: khối cảm
biến, khối vi xử lý, khối hiển thị, khối chấp hành.
3.3.2.

Khối cảm biến

Hình 3.3: Sơ đồ nguyên lý khối cảm biến
Khối cảm biến: có nhiệm vụ thu nhận tín hiệu (giá trị nhiệt độ, độ ẩm) sau đó
đưa tín hiệu vào khối vi xử lý.
3.3.3. Khối vi xử lý

Hình 3.4: Sơ đồ nguyên lý khối vi xử lí

22


ĐỒ ÁN TÍCH HỢP 1
Khối vi xử lý: có nhiệm vụ tiếp nhận tín hiệu từ khối cảm biến, xử lý tín hiệu,
đưa tín hiệu ra hiển thị trên khối LCD, đồng thời đưa tín hiệu đã được xử lý ra khối
chấp hành.
3.3.4. Khối hiển thị

Hình 3.5: Sơ đồ nguyên lý khối hiển thị
Khối hiển thị: có nhiệm vụ hiển thị giá trị nhiệt độ, độ ẩm.

23

ĐỒ ÁN TÍCH HỢP 1
3.3.5. Khối chấp hành

Hình 3.6: Sơ đồ nguyên lý khối chấp hành
Khối chấp hành: Sau khi nhận tín hiệu điều khiển từ khối vi xử lý thì cơ cấu
chấp hành sẽ thực hiện việc ổn định nhiệt độ trong nhà kính bằng cách dùng quạt
thông gió, phun sương và hệ thống tưới nước. Bao gồm các thành phần như máy
bơm nước, quạt thông gió.Tất cả các thiết bị này đều được điểu khiển qua tiếp điểm
rơle.

24


ĐỒ ÁN TÍCH HỢP 1
3.4. Sơ đồ broad của mạch

Hình 3.7: Sơ đồ broad của mạch

25