Thiết kế và thi công hệ thống giám sát nhiệt độ,độ ẩm, cường độ gió, cường độ sáng qua sms dùng nguồn pin và sạc bằng năng lượng mặt trời

TRANG BÌA

i


TRƯỜNG ĐH SPKT TP. HỒ CHÍ MINH
CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ
ĐỘC LẬP - TỰ DO - HẠNH PHÚC
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH
----o0o---Tp. HCM, ngày 3 tháng 1 năm 2019

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Họ tên sinh viên:

Lê Trọng Hoàng

MSSV: 14141112

Võ Đình Luân

MSSV: 14141181

Chuyên ngành:

Điện tử công nghiệp

Mã ngành:

141

Hệ đào tạo:

Đại học chính quy

Mã hệ:

1

Khóa:

2014

Lớp: 14141DT3B và 14141DT1C

I. TÊN ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG HỆ THỐNG GIÁM SÁT NHIỆT ĐỘ,
ĐỘ ẨM, CƯỜNG ĐỘ GIÓ, CƯỜNG ĐỘ SÁNG QUA SMS DÙNG
NGUỒN PIN VÀ SẠC BẰNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI.

II. NHIỆM VỤ
1. Các số liệu ban đầu:
 Nhóm nghiên cứu cách lập trình Module trên phần mềm Arduino IDE.
 Nghiên cứu tài liệu về cách tính vận tốc.
2. Nội dung thực hiện:
 Nội dung 1: Tìm hiểu về module sim 800L, encoder, nhiệt độ và độ
ẩm DHT11, cường độ sáng BH1750.
 Nội dung 2: Tìm hiểu về pin năng lượng mặt trời và cách nạp cho pin
từ pin năng lượng mặt trời.
 Nội dung 3: Thiết kế và tính toán thiết kế mạch phần cứng.
 Nội dung 4: Thi công phần cứng, thử nghiệm và hiệu chỉnh phần cứng.
 Nội dung 5: Đánh giá kết quả thực hiện của mô hình.

 Nội dung 6: Viết báo cáo thực hiện.
 Nội dung 7: Bảo vệ luận văn.
i


III. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ:

04/10/2018

IV. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 02/01/2019
V. HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN:

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

ThS. Nguyễn Đình Phú

BM. ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH

ii


TRƯỜNG ĐH SPKT TP. HỒ CHÍ MINH
CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ
ĐỘC LẬP - TỰ DO - HẠNH PHÚC
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH
----o0o---Tp. HCM, ngày 3 tháng 1 năm 2019

LỊCH TRÌNH THỰC HIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Họ tên sinh viên 1: Lê Trọng Hoàng

Lớp: 14141DT3B

MSSV: 14141112

Họ tên sinh viên 2: Võ Đình Luân
Lớp: 14141DT1C

MSSV: 14141181

Tên đề tài: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG HỆ THỐNG GIÁM SÁT NHIỆT ĐỘ, ĐỘ ẨM,
CƯỜNG ĐỘ GIÓ, CƯỜNG ĐỘ SÁNG QUA SMS DÙNG NGUỒN PIN VÀ SẠC
BẰNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI.
Tuần/ngày

Nội dung

Tuần 1

Gặp GVHD để nghe phổ biến yêu cầu làm đồ án. Tiến
hành chọn đề tài. GVHD tiến hành xét duyệt đề tài.

(08/10 – 14/10)
Tuần 2

Xác nhận GVHD

Viết đề cương tóm tắt nội dung đồ án.

(15/10 – 21/10)
Tuần 3

(22/10 – 28/10)
Tuần 4

Tìm hiểu về module Arduino Mega 2560, module
DHT11.
Tìm hiểu Về module SIM800L

(29/10 – 04/11)
Tuần 5

Tìm hiểu về encoder

(05/11 – 11/11)
Tuần 6
(12/11 – 18/11)
Tuần 7

Tìm hiểu về pin mặt trời và cách sạc cho pin từ pin mặt
trời

Tiến hành lập trình phần mềm cho hệ thống

(19/11 – 25/11)
iii


Tuần 8

Tiến hành lập trình phần mềm cho hệ thống

(26/11 – 02/12)
Tuần 9

Mô phỏng mạch, kiểm tra và cân chỉnh mạch

(03/12 – 09/12)
Tuần 10

Vẽ PCB

(10/12 – 16/12)
Tuần 11

Tiến hành thi công mạch, kiểm tra mạch thi công

(17/12 – 23/12)
Tuần 12

Viết báo cáo những nội dung đã làm

(24/12 – 30/12)
Tuần 13
(31/12 – 06/12)

Hoàn thiện báo cáo và gởi cho GVHD để xem xét góp
ý lần cuối trước khi in và báo cáo

GV HƯỚNG DẪN
(Ký và ghi rõ họ và tên)

iv


LỜI CAM ĐOAN
Đề tài này là do chúng tôi tự thực hiện dưới sự hướng dẫn của thầy ThS. Nguyễn
Đình Phú dựa vào một số tài liệu và không sao chép từ tài liệu hay công trình đã có trước
đó. Nếu có bất kỳ sự gian lận nào chúng tôi xin chịu trách nhiệm về nội dung đồ án của
mình.

Người thực hiện
Lê Trọng Hoàng

Võ Đình Luân

v


LỜI CẢM ƠN
Em xin gởi lời cảm ơn sâu sắc đến Thầy Nguyễn Đình Phú đã tận tình giúp đỡ tạo
điều kiện, góp ý và chia sẻ nhiều kinh nghiệm quý báu cho em thực hiện tốt đề tài.
Em xin gởi lời chân thành cảm ơn các thầy cô trong Khoa Điện-Điện Tử đã của
trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật đã tận tình dạy dỗ, chỉ bảo, cung cấp những kiến thức
nền chuyên môn làm cơ sở và cũng như tạo những điều kiện tốt nhất cho em hoàn thành
đề tài.
Cảm ơn gia đình, bạn bè đã động viên và luôn luôn bên cạnh trong những lúc khó
khăn nhất.
Em cũng gửi lời đồng cảm ơn đến các bạn sinh viên khoa Điện-Điện tử đã chia sẻ
trao đổi kiến thức cũng như những kinh nghiệm quý báu trong thời gian thực hiện đề tài.
Xin chân thành cảm ơn!
Người thực hiện

Lê Trọng Hoàng

Võ Đình Luân

vi


MỤC LỤC
NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP .................................................................................... i
LỊCH TRÌNH THỰC HIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ......................................................... iii
LỜI CAM ĐOAN ................................................................................................................ v
LỜI CẢM ƠN ..................................................................................................................... vi
MỤC LỤC ......................................................................................................................... vii
LIỆT KÊ HÌNH VẼ ............................................................................................................ ix
LIỆT KÊ BẢNG ................................................................................................................. xi
TÓM TẮT.......................................................................................................................... xii
Chương 1. TỔNG QUAN .................................................................................................. 1
1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ ............................................................................................................ 1
1.2 MỤC TIÊU ĐỀ TÀI ................................................................................................... 2
1.3 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU ...................................................................................... 2
1.4 GIỚI HẠN .................................................................................................................. 2
1.5 BỐ CỤC ĐỒ ÁN........................................................................................................ 3
Chương 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT ..................................................................................... 4
2.1 GIỚI THIỆU PHẦN CỨNG ...................................................................................... 4
2.1.1 Tổng quan về module SIM800L .......................................................................... 4
2.1.2 Tổng quan về module Arduino Mega 2560 ......................................................... 6
2.1.3 Tổng quan về module cảm biến nhiệt độ và độ ẩm DHT11 .............................. 12
2.1.4 Tổng quan về module cường độ sáng BH1750 ................................................. 17
2.1.5 Tổng quan về màn hình LCD 20x4 ................................................................... 21
2.1.6 Tổng quan về tấm pin năng lượng mặt trời ....................................................... 28

2.1.7 Tổng quan về pin lion dự trữ năng lượng .......................................................... 30
2.1.8 Tổng quan về Encoder ....................................................................................... 33
2.1.9 Module hạ áp LM2596 ...................................................................................... 35
2.1.10 Mạch sạc pin 3S ............................................................................................... 37
2.2 GIỚI THIỆU VỀ CHUẨN GIAO TIẾP ONE - WIRE............................................ 38
2.2.1 Giới thiệu giao tiếp One – Wire ......................................................................... 38
2.2.2 Cách thức hoạt động .......................................................................................... 39
vii


2.3 GIỚI THIỆU VỀ CHUẨN GIAO TIẾP I2C ........................................................... 40
2.3.1 Giới thiệu ........................................................................................................... 40
2.3.2 Cách thức hoạt động .......................................................................................... 43
Chương 3. TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ ...................................................................... 47
3.1 GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI ............................................................... 47
3.2 TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG ............................................................. 47
3.2.1 Thiết kế sơ đồ khối hệ thống.............................................................................. 47
3.2.2 Tính toán thiết kế ............................................................................................... 48
3.2.3 Sơ đồ nguyên lý toàn mạch ................................................................................ 55
Chương 4. THI CÔNG HỆ THỐNG ............................................................................. 57
4.1 GIỚI THIỆU ............................................................................................................ 57
4.2 THI CÔNG HỆ THỐNG ......................................................................................... 58
4.2.1 Thi công bo mạch .............................................................................................. 58
4.2.2 Lắp ráp và kiểm tra ............................................................................................ 60
4.3 ĐÓNG GÓI VÀ THI CÔNG MÔ HÌNH ................................................................. 63
4.3.1 Đóng gói, thiết kế mô hình ................................................................................ 63
4.3.2 Thi công mô hình ............................................................................................... 63
4.4 LẬP TRÌNH HỆ THỐNG ........................................................................................ 65
4.4.1 Lưu đồ giải thuật ................................................................................................ 65
4.4.2 Giới thiệu phần mềm lập trình hệ thống ............................................................ 69

4.5 VIẾT TÀI LIỆU HƯỚNG DẪN SỬ DỤNG THAO TÁC ..................................... 72
4.5.1 Viết tài liệu hướng dẫn sử dụng ......................................................................... 72
Chương 5. KẾT QUẢ, NHẬN XÉT, ĐÁNH GIÁ ........................................................ 73
5.1 KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC........................................................................................... 73
5.2 KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM ................................................................................... 74
5.3 NHẬN XÉT VÀ ĐÁNH GIÁ .................................................................................. 79
Chương 6. KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN .................................................. 80
6.1 KẾT LUẬN .............................................................................................................. 80
6.2 HƯỚNG PHÁT TRIỂN ........................................................................................... 80
TÀI LIỆU THAM KHẢO............................................................................................... 81
PHỤ LỤC ......................................................................................................................... 82
viii


LIỆT KÊ HÌNH VẼ
Hình

Trang

Hình 2.1 Sơ đồ chân module SIM800L. .............................................................................. 4
Hình 2.2 Arduino Mega 2560 .............................................................................................. 7
Hình 2.3 Sơ đồ chân Arduino Mega 2560 ......................................................................... 10
Hình 2.4 Sơ đồ chân module DHT11 ................................................................................ 13
Hình 2.5 Cách thức hoạt động ........................................................................................... 14
Hình 2.6 Bit 0 .................................................................................................................... 16
Hình 2.7 Bit 1 .................................................................................................................... 16
Hình 2.8 Cách truyền bit.................................................................................................... 17
Hình 2.9 Đáp ứng quang phổ............................................................................................. 18
Hình 2.10 Độ rọi – Kết quả đo lường ................................................................................ 18
Hình 2.11 Hình ảnh thực tế module BH1750 .................................................................... 19

Hình 2.12 Sơ đồ khối module BH1750 ............................................................................. 19
Hình 2.13 Hình ảnh thực tế LCD 20x4 ............................................................................. 22
Hình 2.14 Bảng mã kí tự ................................................................................................... 25
Hình 2.15 Cấu tạo tấm pin năng lượng mặt trời ................................................................ 29
Hình 2.16 Cấu tạo bề mặt tấm pin năng lượng mặt trời .................................................... 29
Hình 2.17 Cấu tạo pin Li-ion ............................................................................................. 31
Hình 2.18 Quy trình nạp .................................................................................................... 32
Hình 2.19 Quy trình xả ...................................................................................................... 33
Hình 2.20 Nguyên lý hoạt động encoder ........................................................................... 34
Hình 2.21 Module Encoder ............................................................................................... 35
Hình 2.22 Module LM2596 ............................................................................................... 36
Hình 2.23 Sơ đồ nguyên lý module LM2596 .................................................................... 37
Hình 2.24 Mạch sạc 3S ...................................................................................................... 37
Hình 2.25 Kết nối mạch sạc với pin .................................................................................. 38
Hình 2.26 Cấu trúc địa chỉ của các thiết bị tớ theo chuẩn One - Wire .............................. 39
Hình 2.27 mô tả hoạt động của chuẩn One - Wire ............................................................ 40
Hình 2.28 Cấu trúc trong mỗi giao dịch ( Transaction) .................................................... 41
Hình 2.29 Điều kiện bắt đầu. ............................................................................................. 42
Hình 2.30 Điều kiện kết thúc ............................................................................................. 43
Hình 2.31 Cách thức hoạt động ......................................................................................... 44
Hình 2.32 Cách thức hoạt động ......................................................................................... 45
Hình 2.33 Cách thức hoạt động ......................................................................................... 45
Hình 2.34 Cách thức hoạt đông ......................................................................................... 46
Hình 2.35 Cách thức hoạt động ......................................................................................... 46
Hình 3.1 Sơ đồ khối hệ thống ............................................................................................ 47
ix


Hình 3. 2 Sơ đồ nguyên lý mạch nguồn ............................................................................ 49
Hình 3.3 Sơ đồ thiết kế SIM800L với Arduino ................................................................. 51

Hình 3.4 Sơ đồ thiết kế DHT11 với Arduino .................................................................... 52
Hình 3.5 Sơ đồ thiết kế BH1750 với Arduino. .................................................................. 53
Hình 3.6 Sơ đồ thiết kế encoder với Arduino .................................................................... 54
Hình 3.7 Sơ đồ thiết kế khối hiển thị ................................................................................. 55
Hình 3.8 Sơ đồ nguyên lý toàn mạch ................................................................................ 56
Hình 4.1 Mạch in của mạch điện ....................................................................................... 58
Hình 4.2 Mạch PCB 3D lớp dưới ...................................................................................... 59
Hình 4.3 Mạch PCB 3D lớp trên ....................................................................................... 59
Hình 4.4 Board mạch lớp dưới .......................................................................................... 62
Hình 4.5 Board mạch lớp trên ........................................................................................... 62
Hình 4.6 Mặt hình nhìn từ trên xuống ............................................................................... 64
Hình 4.7 Mặt hình nhìn từ mặt bên ................................................................................... 64
Hình 4.8 Lưu đồ chương trình chính ................................................................................. 66
Hình 4.9 Lưu đồ chương trình con kiểm tra tin nhắn ........................................................ 67
Hình 4.10 Lưu đồ chương trình con tính vận tốc .............................................................. 68
Hình 4.11 Lưu đồ chương trình con hiển thị LCD ............................................................ 69
Hình 4.12 Phần mềm lập trình Arduino IDE ..................................................................... 70
Hình 4.13 Cách download phần mềm ............................................................................... 71
Hình 4.14 Giao diện phần mềm. ........................................................................................ 71
Hình 4.15 Vùng lệnh của phần mềm ................................................................................. 72
Hình 5.1 Sản phẩm thi công. ............................................................................................. 74
Hình 5.2 Gửi tin nhắn Gui để xem giá trị cảm biến .......................................................... 75
Hình 5.3 Dữ liệu của cảm biến thu được ........................................................................... 76
Hình 5.4 Che cảm biến sáng và gió ................................................................................... 77
Hình 5.5 Thực nghiệm hệ thống ........................................................................................ 78

x


LIỆT KÊ BẢNG

Bảng

Trang

Bảng 2.1 Tập lệnh AT điều khiển cuộc gọi ......................................................................... 5
Bảng 2.2 Tập lệnh AT điều khiển tin nhắn ......................................................................... 5
Bảng 2.3 Điều kiện vận hành của BH1750 ....................................................................... 17
Bảng 2.4 Điều kiện vận hành ............................................................................................ 18
Bảng 2.5 Kiến trúc tập lệnh ............................................................................................... 20
Bảng 2.6 Giải thích chế độ đo lường ................................................................................. 21
Bảng 2.7 Chức năng chân của LCD .................................................................................. 22
Bảng 2.8 Chức năng chân RS và R/W .............................................................................. 24
Bảng 2.9 Tập lệnh của LCD .............................................................................................. 25
Bảng 4.1 Liệt kê linh kiện ................................................................................................. 60
Bảng 5.1 Số liệu thực nghiệm ........................................................................................... 78

xi


TÓM TẮT
Ngày nay cùng với sự phát triển mạnh mẽ của các ngành khoa học kỹ thuật, công
nghệ kỹ thuật điện tử mà trong đó đặc biệt là kỹ thuật điều khiển tự động đóng vai trò quan
trọng trong mọi lĩnh vực khoa học kỹ thuật, quản lí, công nghiệp, cung cấp thông tin... Do
đó, là một sinh viên chuyên ngành Công Nghệ Kỹ Thuật Điện Tử - Truyền Thông chúng
ta phải biết nắm bắt xu hướng và vận dụng những kiến thức đã được học để phát triển nó
một cách có hiệu quả nhằm góp phần vào sự phát triển nền khoa học kỹ thuật thế giới nói
chung và trong sự phát triển kỹ thuật điện tử, truyền thông nói riêng. Bên cạnh đó còn là
sự thúc đẩy sự phát triển của nền kinh tế nước nhà.
Ngày nay công nghệ trở nên hiện đại, xu hướng mọi thứ điều sẽ được kết nối và điều
khiển giám sát thông qua mạng không dây. Với ý tưởng giải quyết những bất cập của giám

sát từ xa, nhóm chúng em xin đưa ra đề tài: “THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG HỆ THỐNG
GIÁM SÁT NHIỆT ĐỘ, ĐỘ ẨM, CƯỜNG ĐỘ GIÓ, CƯỜNG ĐỘ SÁNG QUA SMS
DÙNG NGUỒN PIN VÀ SẠC BẰNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI”. Hệ thống có khả
năng nhận lệnh từ điện thoại phát ra tín hiệu.
Với đề tài này, nhóm hy vọng sẽ làm cơ sở nghiên cứu cho các nhóm sau có thể mở
rộng, phát triển nữa. Nếu được điều chỉnh tốt, ý tưởng này kết hợp với ngôi nhà thông
minh, lĩnh vực thời tiết, chăn nuôi hay trồng trọt sẽ trở thành một hệ thống lớn đáp ứng
nhu cầu giám sát nâng cao đời sống tiện ích cho con người.

xii


CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN

Chương 1. TỔNG QUAN
1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ
Cuộc sống ngày càng phát triển nhanh chóng và hiện đại hơn, những công nghệ mới
ngày càng được phát minh và phát triển để đưa vào phục vụ cuộc sống hằng ngày của con
người. Những ứng dụng của IoTs được sử dụng ngày càng rộng rãi và trong rất nhiều lĩnh
vực: nông nghiệp, y tế, giáo dục, ... nhằm mang lại sự tiện nghi, an toàn hơn cho người sử
dụng. Trong đó không thể không kể đến những dự án, nghiên cứu về lĩnh vực điều khiển
và giám sát thông minh với sự tiên tiến vượt trội.
Điều khiển và giám sát thông minh, là tích hợp các hệ thống như hệ thống điều khiển
và giám sát nhiệt độ, độ ẩm, ánh sáng, cường độ gió, … thành một hệ thống nhất. Mỗi chức
năng của điều khiển và giám sát thông minh đều có khả năng tự vận hành hoặc dưới sự
điều khiển của người dùng, thông qua tin nhắn cung cấp nhiều chế độ sử dụng. Người dùng
có thể truy cập từ xa để kiểm tra báo và tắt hệ thống khi cần thiết, tự động gửi theo thời
gian cài đặt sẵn.
Vì thế hiện nay điều khiển và giám sát thông minh là một trong những đề tài công nghệ
ứng dụng được áp dụng trong rất nhiều dự án. Không chỉ hạn chế với những tính năng nêu

trên, ngày càng có nhiều nghiên cứu đề xuất phát triển hệ thống điều khiển và giám sát để
bám kịp theo sự phát triển của công nghệ, tối ưu hóa hiệu năng sử dụng cũng như giá cả
hợp lý.
Việc cung cấp các thông số qua SMS cho phép người dùng dễ dàng kiểm soát được
cũng như nhận biết được những cảnh báo một cách kịp thời nhất. Do đó, chúng em quyết
định thực hiện đề tài: “THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG HỆ THỐNG GIÁM SÁT NHIỆT
ĐỘ, ĐỘ ẨM, CƯỜNG ĐỘ GIÓ, CƯỜNG ĐỘ SÁNG QUA SMS DÙNG NGUỒN PIN
VÀ SẠC BẰNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI”. Đề tài ứng dụng công nghệ SMS phổ
biến trên nhiều thiết bị để điều khiển và giám sát. Với đề tài sử dụng thiết bị như vậy sẽ hạ
thấp được giá thành sản phẩm.
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH

1


CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN

1.2 MỤC TIÊU ĐỀ TÀI
Đồ án được nhóm nghiên cứu, khảo sát và thực hiện với mục đích áp dụng các kiến
thức đã được học ở trường giúp cho những nhu cầu điều khiển và giám sát trở nên tiện lợi
hơn. Vì vậy nhóm thiết kế “THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG HỆ THỐNG GIÁM SÁT
NHIỆT ĐỘ, ĐỘ ẨM, CƯỜNG ĐỘ GIÓ, CƯỜNG ĐỘ SÁNG QUA SMS DÙNG
NGUỒN PIN VÀ SẠC BẰNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI” với mong muốn đem
những kỹ thuật và công nghệ mới để làm đơn giản hóa việc giám sát, có thể giám sát dù ở
bất cứ nơi đâu. Thiết bị được tích hợp module sim 800L, encoder, nhiệt độ và độ ẩm
DHT11, cường độ sáng BH1750. Thiết bị được giám sát trực tiếp qua màn hình LCD hoặc
giám sát từ xa qua qua điện thoại nhờ tin nhắn SMS.

1.3 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU
 Nội dung 1: Tìm hiểu về module sim 800L, encoder, nhiệt độ và độ ẩm DHT11,

cường độ sáng BH1750.
 Nội dung 2: Tìm hiểu về pin năng lượng mặt trời và cách nạp cho pin từ pin năng
lượng mặt trời.
 Nội dung 3: Thiết kế và tính toán thiết kế mạch phần cứng.
 Nội dung 4: Thi công phần cứng, thử nghiệm và hiệu chỉnh phần cứng.
 Nội dung 5: Đánh giá kết quả thực hiện của mô hình.
 Nội dung 6: Viết báo cáo thực hiện.
 Nội dung 7: Bảo vệ luận văn.

1.4 GIỚI HẠN
 Hệ thống trung tâm: sử dụng board Arduino Mega 2560.
 Hệ thống cảm biến: gồm có cảm biến nhiệt độ và độ ẩm, cường độ sáng, cường độ
gió.
 Nguồn năng lượng: pin năng lượng mặt trời và pin.
 Dùng tin nhắn SMS để giám sát gián tiếp hoặc trực tiếp qua màn hình LCD.

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH

2


CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN

1.5 BỐ CỤC ĐỒ ÁN
 Chương 1: Tổng Quan.
Chương này trình bày tổng quan, lý do chọn đề tài, mục tiêu, nội dung nghiên cứu,
các giới hạn và bố cục đồ án.
 Chương 2: Cơ Sở Lý Thuyết.
Giới thiệu các linh kiện, thiết bị sử dụng thiết kế hệ thống.
 Chương 3: Tính Toán Và Thiết Kế Hệ Thống.

Tính toán thiết kế, đưa ra sơ đồ nguyên lí của hệ thống.
 Chương 4: Thiết Kế Hệ Thống.
Thiết kế hệ thống, lưu đồ, đưa ra giải thuật và chương trình.
 Chương 5: Kết Quả, Nhận Xét, Đánh Giá.
Đưa ra kết quả đạt được sau một thời gian nghiên cứu, một số hình ảnh của hệ thống,
đưa ra những nhận xét, đánh giá toàn bộ hệ thống.
 Chương 6: Kết Luận và Hướng Phát Triển.
Trình bày những kết luận về hệ thống những phần làm rồi và chưa làm, đồng thời nếu
ra hướng phát triển cho hệ thống.

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH

3


CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT

Chương 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT
2.1 GIỚI THIỆU PHẦN CỨNG
2.1.1 Tổng quan về module SIM800L
 Giới thiệu sơ lược về module SIM800L
Module SIM800L có khả năng nhắn tin SMS, nghe, gọi, GPRS, … như một điện thoại
nhưng có kích thước nhỏ nhất trong các loại module SIM (25 mm x 22 mm). Điều khiển
module sử dụng bộ tập lệnh AT dễ dàng, chân kết nối dùng rào đực thông dụng (male
hearder) chuẩn 100 mil.
 Thông số kỹ thuật
-

Nguồn cấp: 3.7V đến 4.2V, có thể sử dụng với nguồn dòng thấp từ 500 mAh trở lên
(như cổng USB, nguồn từ board Arduino).

-

Khe cắm sim: MICROSIM.

-

Dòng khi ở chế độ chờ: 10 mA.

-

Dòng khi hoạt động: 100 mA đến 1 A.

-

Hỗ trợ 4 băng tần: GSM850MHz, EGSM900MHz, DSC1800MHz, PCS1900MHz.

Hình 2.1 Sơ đồ chân module SIM800L.
 Chức năng các chân của module SIM800L
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH

4


CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT
-

Chân NET: lắp anten, có thể dùng anten đi kèm hoặc anten mở rộng.

-

Chân VCC: chân nguồn dương 4.2V.

-

Chân GND: chân nguồn âm 0V.

-

Chân RST: chân reset sử dụng khi khởi động lại module sim.

-

Chân TXD: chân truyền UART TX.

-

Chân RXD: chân nhận UART RX.

-

Chân DTR: chân UART DTR.

-

Chân RING: báo có cuộc gọi đến

-

Chân SPKP, SPKN: ngõ ra âm thanh, kết nối với loa để phát âm thanh.

-

Chân MICP, MICN: ngõ vào âm thanh, gắn thêm mirco để thu âm thanh.

 Tập lệnh AT điều khiển cuộc gọi
Bảng 2.1 Tập lệnh AT điều khiển cuộc gọi
Lệnh

Mô tả

AT+CLIP=1<CR><LF>

Hiển thị thông tin cuộc gọi đến.

ATD[số_điện_thoại];<CR><LF>

Lệnh thực hiện cuộc gọi.

ATH<CR><LF>

Lệnh thực hiện kết thúc cuộc gọi hoặc cúp
máy khi có cuộc gọi đến.

ATA<CR><LF>

Lệnh thực hiện chấp nhận khi có cuộc gọi
đến.

 Tập lệnh AT điểu khiển tin nhắn

Bảng 2.2 Tập lệnh AT điều khiển tin nhắn
Lệnh

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH

Mô tả

5


CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT
Lệnh đưa SMS về chế độ Text,

AT+CMGF=1<CR><LF>

phải có lệnh này mới gửi tin nhắn
dạng Text.
AT+CMGS=“Số_Điện_Thoại”<CR><LF>

Đợi đến khi có kí tự ‘>’ được gửi
về thì đánh nội dung tin nhắn.
Lệnh gửi tin nhắn.
x là địa chỉ tin nhắn cần đọc.

AT+CMGR=x<CR><LF>

Đọc một tin nhắn vừa gửi đến, lệnh
được trả về nội dung tin nhắn,
thông tin người gửi, thời gian gửi.
AT+CMGDA=“DEL ALL”<CR><LF>

Xóa toàn bộ tin nhắn trong các hộp
thư.

AT+CNMI=2,2<CR><LF>

Hiển thị nội dung tin nhắn ngay khi
có tin nhắn đến.

 Sau mỗi tập lệnh AT thường thấy <CR><LF> thực chất nó là hai mã điều khiển
<CR>tương ứng 0x0D (hexa), <LF> tương ứng 0x0A (hexa).

2.1.2 Tổng quan về module Arduino Mega 2560
 Giới thiệu sơ lược về module Arduino Mega 2560
Arduino Mega 2560 là sản phẩm tiêu biểu cho dòng mạch Mega là dòng bo mạch có
nhiều cải tiến so với Arduino Uno (54 chân digital I/O và 16 chân anolog I/O). Đặc biệt bộ
nhớ Flash của Mega được tăng lên 1 cách đáng kể, gấp 4 lần so với những phiển bản cũ
của Uno R3. Điều này cùng với việc trang bị 3 timer và 6 cổng interrupt khiến cho bo mạch
Mega hoàn toàn có thể giải quyết được nhiều bài toán hóc búa, cần điều khiển nhiều loại
động cơ và xử lý song song nhiều luồng dữ liệu số cũng như tương tự.
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH

6


CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT
Ngoài việc phát triển được ưu tiên, việc kế thừa cũng được đặc biệt lưu ý. Trên mạch
Mega các chân digital vẫn từ 0-13, analog từ 0-5 và các chân nguồn tương tự thiết kế của
Uno. Do vậy chúng ta dễ dàng phát triển nghiên cứu theo kiểu gắp ghép module từ Arduino
Uno bê sang Arduino Mega. Ngoài ra, ở phiên bản này, các nhà thiết kế đã mạnh dạn thay

đổi thiết kế. Để có được nhiều vùng nhớ và nhiều chân I/O hơn, một con chip khác đã thay
thế cho Atmega1280. Theo dòng phát triển của vi điều khiển nhúng, những dự án lớn cần
nhiều dung lượng Flash hơn. Do vậy, Arduino Mega ra đời với sứ mệnh giải những bài
toán như thế.

Hình 2.2 Arduino Mega 2560
 Thông số kỹ thuật
-

Vi điều khiển chính: Atmega2560.

-

Điện áp hoạt động: 5VDC.

-

Điện áp vào giới hạn: 6 – 20 VDC.

-

Điện áp khuyên dùng: 7 – 12 VDC.

-

Dòng ra tối đa (3.3V): 50 mA.

-

Dòng ra tối đa trên mỗi chân I/O: 20 mA.

-

Số chân digital: 54 (15 PWM).

-

Số chân analog: 16.

-

Giao tiếp UART: 4 bộ UART.

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH

7


CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT
-

Giao tiếp SPI: 1 bộ (chân 50 đến 53) dùng với thư viện SPI.

-

Giao tiếp I2C: 1 bộ.

-

Ngắt ngoài: 6 chân.

-

Bộ nhớ Flash: 256 KB, 8 KB sử dụng cho Bootloader.

-

SRAM: 8 KB.

-

EEPROM: 4 KB.

-

Thạch anh: 16 MHz.

-

Chân LED được tích hợp sẵn: chân 13.

 Nguồn cấp cho Arduino
Arduino Mega 2560 có thể được cấp nguồn bằng cổng USB hoặc nguồn ngoài và việc
chọn nguồn cấp diễn ra hoàn toàn tự động. Tức là ta có thể cấp cả 2 nguồn vào cùng lúc,
nếu nguồn ngoài không có hoặc quá bé thì nguồn Arduino sẽ lấy nguồn từ cổng USB và
ngược lại.
Nguồn ngoài có thể lấy từ adapter AC-DC thông qua jack cắm 3.5mm hoặc từ pin bằng
cách nối cực dương của pin vào chân Vin và cực âm vào chân GND. Dù cho ta dùng nguồn
nào thì điện áp cấp phải nằm trong khoảng 7 đến 12V theo khuyến cáo nhà sản xuất. Nếu
ta cấp nguồn dưới 7V thì chân 5V sẽ không cho ra đủ điện áp 5V, mạch sẽ thiếu ổn định.

Còn nếu cấp nguồn lớn hơn 12V vào thì IC ổn áp có thể nóng lên, làm hỏng cả board mạch.
Chân cấp nguồn gồm những chân sau:
-

GND (Ground): cực âm của nguồn điện cấp cho Arduino. Khi ta dùng các thiết bị
sử dụng những nguồn điện riêng biệt thì những chân này phải được nối với nhau.

-

5V: cấp điện áp 5V đầu ra, dòng tối đa cho phép ở chân này là 500mA.

-

3.3V: cấp điện áp 3.3V đầu ra, dòng tối đa cho phép ở chân này là 50mA.

-

Vin (Voltage Input): để cấp nguồn ngoài cho Arduino, ta nối cực dương của nguồn
với chân này và cực âm của nguồn với chân GND.

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH

8


CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT
-

IOREF: điện áp hoạt động của vi điều khiển được đo ở chân này. Mặc dù vậy ta
không được lấy nguồn 5V từ chân này để sử dụng bởi chức năng của nó không phải

là cấp nguồn mà chỉ là tham chiếu điện áp hoạt động của vi xử lý.

 Các ngõ vào/ra (I/O pins) của Arduino Mega 2560
Arduino Mega 2560 có tổng cộng 54 chân digital, mỗi chân đều có thể là ngõ vào
hoặc ngõ ra tùy theo ta lập trình. Chúng chỉ cho ra 2 mức điện áp là 0V hoặc 5V với
dòng vào ra là 20 mA ở điều kiện hoạt động được khuyến khích theo nhà sản xuất, tối
đa là 40mA. Nếu vượt qua ngưỡng 40mA này thì board mạch sẽ hư hỏng. Ngoài ra trên
mỗi chân digital còn có một điện trở nội kéo lên với giá trị từ 20-50 kΩ, mặc định điện
trở này sẽ không được kết nối với chân digital.

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH

9


CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT

Hình 2.3 Sơ đồ chân Arduino Mega 2560
 USB Jack (Type B): kết nối để truyền dữ liệu, debug cho chương trình giữa Arduino
với máy tính. Ngoài ra cũng cấp nguồn cho Arduino hoạt động thông qua cổng này.
 Reset Button: nút nhấn đưa board mạch về chế đệ hoạt động ban đầu.
 Jack Power: cấp nguồn cho Arduino hoạt động.
 Một số chức năng chuyên biệt của các chân

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH

10


CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT

-

Serial: 0 (RX) và 1 (TX); Serial 1: 19 (RX) và 18 (TX); Serial 2: 17 (RX) và 16
(TX); Serial 3: 15(RX) và 14(TX). Được sử dụng để nhận dữ liệu nối tiếp TTL (RX)
và truyền (TX).

-

Ngắt ngoài: 2 (interrupt 0), 3 (interrupt 1), 18 (interrupt 5), 19 (interrupt 4), 20
(interrupt 3) và 21 (interrupt 2). Những chân này dùng để kích hoạt ngắt khi chân
có mức điện áp thấp, cao, xung cạnh lên, xung cạnh xuống hoặc có sự thay đổi điện
áp.

-

PWM: gồm 15 chân là các chân 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 44, 45, 46 cho
phép ta xuất ra xung PWM với độ phân giải 8 bit.

-

SPI: 50 (MISO), 51 (MOSI), 52 (SCK), 53 (SS). Ngoài các chức năng thông thường,
4 chân này còn dùng để truyền phát dữ liệu bằng giao thức SPI với các thiết bị khác.

-

I2C: 20 (SDA), 21 (SCL). Hỗ trợ giao tiếp I2C bằng thư viện Wire.

-

LED: một Led tích hợp trên board mạch đã được kết nối sẵn vào chân 13. Khi điện

áp trên chân này ở mức cao thì Led sẽ sáng và ngược lại Led sẽ tắt.

-

AREF: đây là chân mà ta đưa vào điện áp tham chiếu khi sử dụng các chân analog.
Tức là nếu cấp điện áp 2.5V vào chân này thì ta có thể dùng các chân analog để đo
điện áp trong khoảng từ 0V đến 2.5V với độ phân giải là 10 bit.

Arduino Mega 2560 còn có 16 chân ngõ vào analog cung cấp độ phân giải tín hiệu 10
bit để đọc giá trị điện áp trong khoảng 0V đến 5V.
 Bộ nhớ
Arduino Mega 2560 được trang bị chip Atmega2560 đã tích hợp sẵn 256 KB dung
lượng bộ nhớ Flash, 8 KB bộ nhớ SRAM và 4 KB bộ nhớ EEPROM. Trong 256 KB bộ
nhớ Flash thì 8 KB dành cho bootloader, tức là ta chỉ có 248 KB để dành cho việc lưu
chương trình. Bộ nhớ SRAM có đặc điểm là mất dữ liệu khi mất điện nên dùng để lưu các
giá trị biến trong chương trình, còn bộ nhớ EEPROM thì không mất dữ liệu khi mất điện
nên là ta sẽ lưu các biến dữ liệu quan trọng vào bộ nhớ này để khi xảy ra sự cố về điện thì
mạch sẽ vẫn chạy đúng.

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH

11


CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT
 Lập trình cho Arduino:
Các thiết bị dựa trên nền tảng Arduino được lập trình bằng ngôn ngữ riêng. Ngôn ngữ
này dựa trên ngôn ngữ Wiring được viết cho phần cứng nói chung. Và Wiring lại là một
biến thể của C/C++. Một số người gọi nó là Wiring, một số khác thì gọi là C hay C/C++.
Để lập trình cũng như gửi lệnh và nhận tín hiệu từ mạch Arduino, nhóm phát triển dự

án này đã cung cấp đến cho người dùng một môi trường lập trình Arduino được gọi là
Arduino IDE (Intergrated Development Environment).

2.1.3 Tổng quan về module cảm biến nhiệt độ và độ ẩm DHT11
 Giới thiệu sơ lược về module
Cảm biến độ ẩm và nhiệt độ DHT11 là cảm biến rất thông dụng hiện nay vì chi phí rẻ
và rất dễ lấy dữ liệu thông qua giao tiếp 1 wire (giao tiếp digital 1 dây truyền dữ liệu duy
nhất). Bộ tiền xử lý tín hiệu tích hợp trong cảm biến giúp bạn có được dữ liệu chính xác
mà không phải qua bất kỳ tính toán nào.
 Thông số kỹ thuật
-

Điện áp hoạt động: 3.3V đến 5V (DC).

-

Dải nhiệt độ đo: 0°C ~ 50°C, sai số ± 2°C.

-

Dải độ ẩm đo: 20% - 90% RH, sai số ± 5% RH.

-

Tần số lấy mẫu: 1Hz, nghĩa là 1 giây DHT11 lấy mẫu một lần.

-

Chuẩn giao tiếp: TTL, 1 – Wire.

-

Dòng tối đa: 2.5mA.

-

Kích thước: 28 x 12 x 10 mm.

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH

12