Thiết kế và thi công mô hình hệ thống và quản lí trang trại heo

TRƢỜNG 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 10 tháng 07 năm 2018

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Họ tên sinh viên:

Nguyễn Ngọc Thạch
MSSV: 14141292
Đoàn Quốc Duyệt
MSSV: 14141045
Chuyên ngành: Công nghệ kỹ thuật điện - điện tử truyền thông Mã ngành: 41
Hệ đào tạo:
Đại học chính quy
Mã hệ: 1
Khóa:
2014
Lớp: 14141DT1C
14141DT1B
I. TÊN ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MÔ HÌNH HỆ THỐNG VÀ QUẢN
LÝ TRANG TRẠI HEO.
II. NHIỆM VỤ
Nội dung thực hiện:

 Nội dung 1: Tìm hiểu và nghiên cứu giao tiếp Module ESP 8266-12 với
Arduino Mega 2560.
 Nội dung 2: Lƣu thông tin trên thẻ Tag của Module RFID, thiết lập giao diện C#
trên Visual Studio.
 Nội dung 3: Điều khiển các thiết bị theo cảm biến và thời gian thực.
 Nội dung 4: Thiết kế và lập trình ứng dụng trên hệ điều hành Android và gửi các
hoạt động lên web FireBase.
 Nội dung 5: Thiết kế và thi công mạch điều khiển.
 Nội dung 6: Thiết kế mô hình sản phẩm.
 Nội dung 7: Đánh giá kết quả thực hiện.
III. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ:

02/04/2018

IV. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 10/07/2018
V. HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƢỚNG DẪN:

CÁN BỘ HƢỚNG DẪN

ThS. Nguyễn Trƣờng Duy

BM. ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH

ii


TRƢỜNG 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 10 tháng 07 năm 2018

LỊCH TRÌNH THỰC HIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Họ tên sinh viên 1: Nguyễn Ngọc Thạch
Lớp:14141DT1C
Họ tên sinh viên 2: Đoàn Quốc Duyệt
Lớp: 14141DT1B

MSSV: 14141292
MSSV: 14141045

Tên đề tài: Thiết Kế Và Thi Công Mô Hình Hệ Thống Và Quản Lý Trang Trại
Heo.
Tuần/ngày
Tuần 1 (0208/04/2018)
Tuần 2 (0915/04/2018)
Tuần 3 (1622/04/2018)
Tuần 4 (23/4 - 29
/04/2018)

Xác nhận
GVHD

Nội dung

Nhận đồ án , tìm hiểu đề tài
Chọn và tìm hiểu đề tài.
Tìm hiểu và nghiên cứu giao tiếp Module ESP
8266-12 với Arduino Mega 2560.
Lƣu thông tin trên thẻ Tag của Module RFID, thiết
lập giao diện C# trên Visual Studio.

Tuần 5,6
(30/4 13/05/2018)
Tuần 7,8,9,10
(14/5 10/06/2018)
Tuần 11,12 (11 24/06/2018)
Tuần 13 (25/6 1/07/2018)

Điều khiển các thiết bị theo cảm biến và thời gian
thực.

10/07/2018

Hoàn thành nhiệm vụ đồ án

Thiết kế và lập trình ứng dụng trên hệ điều hành
Android và gửi các hoạt động lên web FireBase.
Tìm hiểu thiết kế mô hình sản phẩm.
Viết báo cáo, kiểm ra các phần cứng

GV HƢỚNG DẪN
(Ký và ghi rõ họ và tên)
iii

LỜI CAM ĐOAN
Đề tài này là do chúng tôi tự thực hiện dƣới sự hƣớng dẫn của thầy ThS. Nguyễn
Trƣờng Duy, dựa vào một số tài liệu và không sao chép từ tài liệu hay công trình đã có
trƣớc đó. Nếu có bất kỳ sự gian lận nào chúng tôi xin chịu trách nhiệm về nội dung đồ
án của mình.
Ngƣời thực hiện
Nguyễn Ngọc Thạch Đoàn Quốc Duyệt

iv


LỜI CẢM ƠN

Chúng em xin chân thành cảm ơn quý thầy, cô Trƣờng Đại Học Sƣ Phạm Kỹ
Thuật TP.HCM đã tận tình dạy dỗ chúng em trong suốt những năm qua. Trong đó phải
kể đến quý thầy cô trong khoa Điện – Điện Tử đã truyền đạt những kiến thức, kinh
nghiệm cùng với sự đam mê của mình nhƣ đốt lên những ngọn lửa đam mê khám phá
trong mỗi chúng em và rồi từ những kiến thức, đam mê đó chúng em kết lại thành một
đồ án cuối cùng, đồ án tốt nghiệp do chính tay mình tạo ra, nó nhƣ một bàn đạp đầu
tiên để bƣớc vào những cánh cửa lớn hơn.
Đặc biệt, Chúng em xin cảm ơn sâu sắc thầy Nguyễn Trƣờng Duy đã tận tình
giúp đỡ chúng em trong quá trình lựa chọn đề tài và hỗ trợ chúng em trong quá trình
thực hiện đề tài. Trong quá trình thực hiện đồ án cũng xảy ra nhiều khó khăn, thiếu sót
nhƣng đƣợc sự đôn đốc và góp ý của thầy chúng em đã gặt hái đƣợc nhiều kiến thức và
kinh nghiệm. Một lần nữa chúng em xin cảm ơn thầy.

Sinh viên thực hiện đồ án
Nguyễn Ngọc Thạch Đoàn Quốc Duyệt

v


MỤC LỤC
NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ............................................................................ ii
LỊCH TRÌNH THỰC HIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ............................................... iii
LỜI CAM ĐOAN ......................................................................................................... iv
LỜI CẢM ƠN ................................................................................................................ v
MỤC LỤC ..................................................................................................................... vi
LIỆT KÊ HÌNH VẼ .................................................................................................... vii
LIỆT KÊ BẢNG ......................................................................................................... viii
TÓM TẮT ..................................................................................................................... ix
CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN......................................................................................... 1
1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ ........................................................................................................ 1
1.2 MỤC TIÊU CỦA ĐỀ TÀI ...................................................................................... 1
1.3 NỘI DUNG THỰC HIỆN ...................................................................................... 2
1.4 GIỚI HẠN CỦA ĐỀ TÀI ....................................................................................... 2
1.5 BỐ CỤC ĐỒ ÁN .................................................................................................... 2
CHƢƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT ............................................................................ 4
2.1 QUY TRÌNH HOẠT ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG ................................................... 4
2.2 GIỚI THIỆU PHẦN CỨNG .................................................................................. 4
2.2.1 TỔNG QUAN ARDUINO MEGA 2560 ......................................................... 4
2.2.2 GIỚI THIỆU LCD 20x4................................................................................... 5
2.2.3 GIỚI THIỆU MODULE RFID MFRC522 ...................................................... 7
2.2.4 TỔNG QUAN MODULE ESP8266 ................................................................ 9
2.2.5 GIỚI THIỆU MODULE L298 ....................................................................... 11
2.2.6 CẢM BIẾN MƢA. [7] ................................................................................... 14
2.2.7 CẢM BIẾN NHIỆT ĐỘ -ĐỘ ẨM. [7] .......................................................... 15
2.2.8 CẢM BIẾN ĐO THỜI GIAN. [7] ................................................................. 16

2.2.9 CẢM BIẾN SIÊU ÂM. [7]............................................................................. 17
vi


2.2.10 GIỚI THIỆU FIREBASE. [8] ...................................................................... 18
2.2.11 GIỚI THIỆU MODULE RELAY (RƠ-LE)................................................. 19
2.3 GIỚI THIỆU CÁC CHUẨN GIAO THỨC: ........................................................ 21
2.3.1 SƠ LƢỢC VỀ GIAO TIẾP USART:[10] ...................................................... 21
2.3.2 SƠ LƢỢC VỀ CHUẨN SPI: ......................................................................... 23
2.3.3 SƠ LƢỢC VỀ CHUẨN I2C:[7] .................................................................... 26
CHƢƠNG 3. TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ ............................................................. 27
3.1 GIỚI THIỆU ......................................................................................................... 27
3.2 TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG.......................................................... 27
3.2.1 THIẾT KẾ SƠ ĐỒ KHỐI HỆ THỐNG. ........................................................ 27
3.2.2 TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ MẠCH............................................................ 30
3.2.3 SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ CỦA TOÀN MẠCH ................................................. 37
CHƢƠNG 4. THI CÔNG HỆ THỐNG .................................................................... 38
4.1 THI CÔNG HỆ THỐNG: ..................................................................................... 38
4.2 LƢU ĐỒ GIẢI THUẬT. ...................................................................................... 40
4.2.1 LƢU ĐỒ GIẢI THUẬT ARDUINO MEGA 2560. ...................................... 40
4.2.2 GIỚI THIỆU VỀ ARDUINO IDE ................................................................. 50
4.2.3 LƢU ĐỒ GIẢI THUẬT CỦA ESP. .............................................................. 52
4.2.4 LẬP TRÌNH C# TRÊN PHẦN MỀM VISUAL STUDIO. ........................... 53
4.2.5 CHƢƠNG TRÌNH TRÊN ANDROID STUDIO. .......................................... 56
CHƢƠNG 5: KẾT QUẢ, NHẬN XÉT, ĐÁNH GIÁ ............................................... 64
5.1 SẢN PHẨM SAU KHI HOÀN THÀNH: ............................................................ 64
5.1.1 SẢN PHẨM: .................................................................................................. 64
5.1.2 KIẾN THỨC CÓ ĐƢỢC TRONG THIẾT KẾ SẢN PHẨM: ....................... 64
5.2 KẾT QUẢ CHẠY HỆ THỐNG: .......................................................................... 65
5.2.1 QUÁ TRÌNH CHẠY ỨNG DỤNG TRÊN ĐIỆN THOẠI:........................... 65

5.2.2 QUÁ TRÌNH VẬN HÀNH TRÊN PHẦN CỨNG HỆ THỐNG: ................. 66
5.2.3 QUÁ TRÌNH VẬN HÀNH TRÊN PHẦN MỀM VISUAL STUDIO: ......... 67
CHƢƠNG 6: KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN ......................................... 69
vi


6.1 KẾT LUẬN........................................................................................................... 69
6.2 HƢỚNG PHÁT TRIỂN ....................................................................................... 69
TÀI LIỆU THAM KHẢO .......................................................................................... 70
PHỤ LỤC ..................................................................................................................... 71
CHƢƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN ANDROID STUDIO........................................... 71
CHƢƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN VISUAL STUDIO .............................................. 78
CHƢƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN ESP8266 .............................................................. 83
CHƢƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN ARDUINO .......................................................... 89

vi


LIỆT KÊ HÌNH VẼ
Hình 2-1: Board Arduino Mega 2560. ............................................................................. 4
Hình 2-2: Màn hình LCD 20x4. ....................................................................................... 6
Hình 2-3: Module RFID. .................................................................................................. 7
Hình 2-4: Sơ đồ chân RFID. ............................................................................................ 7
Hình 2-5: Thông số thẻ Tag. ............................................................................................ 9
Hình 2-6: Module NodeMCU 8266. .............................................................................. 10
Hình 2-7: Sơ đồ chân và sơ đồ kết nối. .......................................................................... 11
Hình 2-8: Module L298. ................................................................................................ 12
Hình 2-9: Sơ đồ chân Module L298. ............................................................................. 12
Hình 2-10: Động cơ DC. ................................................................................................ 13
Hình 2- 11: Nút nhấn hành trình. ................................................................................... 14

Hình 2- 12: Nút nhấn 4 chân. ......................................................................................... 14
Hình 2- 13: Cảm biến mƣa. ............................................................................................ 14
Hình 2-14: Cảm biến DHT11. ........................................................................................ 15
Hình 2-15: Sơ đồ chân Realtime. ................................................................................... 16
Hình 2-16: Module Realtime. ........................................................................................ 17
Hình 2-17: Sơ đồ nguyên lý Realtime. ........................................................................... 17
Hình 2- 18: Cảm biến siêu âm........................................................................................ 18
Hình 2- 19: Giao diện FireBase. .................................................................................... 19
Hình 2-20: Module Relay Mức Cao............................................................................... 20
Hình 2- 21: Module Relay mức thấp.............................................................................. 20
Hình 2-22: Khung truyền UART. .................................................................................. 22
Hình 2-23: Sơ đồ truyền SPI giữa 2 thiết bị. .................................................................. 23
Hình 2-24: Truyền SPI nhiều thiết bị. ............................................................................ 24
Hình 2-25: Chế độ cơ bản của SPI. ................................................................................ 25
Hình 2-26: Truyền gửi dữ liệu song công. ..................................................................... 25
Hình 2-27: Sơ đồ truyền I2C. ......................................................................................... 26
Hình 3-1: Sơ đồ khối. ..................................................................................................... 28
Hình 3-2: Sơ đồ nguyên lý nhiệt độ. .............................................................................. 33
Hình 3-3: Cảm biến siêu âm........................................................................................... 33
Hình 3-4: Sơ đồ nguyên lý Realtime. ............................................................................. 34
Hình 3-5: Sơ đồ nguyên lý LCD 20x4. .......................................................................... 35
Hình 3-6: Sơ đồ nguyên lý Relay. .................................................................................. 35
Hình 3-7: Sơ đồ nguyên lý L298. ................................................................................... 36
vii


Hình 3-8: Sơ đồ nguyên lý RFID. .................................................................................. 36
Hình 3-9: Sơ đồ nguyên lý toàn mạch. .......................................................................... 37
Hình 4-1: Sơ đồ bố trí linh kiện mặt trên. ...................................................................... 39
Hình 4-2: Sơ đồ bố trí linh kiện lớp dƣới. ...................................................................... 40

Hình 4-3: Lƣu đồ chính. ................................................................................................. 41
Hình 4-4: Lƣu đồ điều khiển máy bơm. ......................................................................... 42
Hình 4-5: Lƣu đồ tắm cho heo. ...................................................................................... 43
Hình 4-6: Lƣu đồ điều khiển bật quạt. ........................................................................... 44
Hình 4-7: Lƣu đồ hoạt động dọn vệ sinh. ...................................................................... 45
Hình 4-8: Lƣu đồ điều khiển bật đèn. ............................................................................ 46
Hình 4-9: Lƣu đồ điều khiển mái hiên. ......................................................................... 47
Hình 4-10: Lƣu đồ điều khiển cho ăn. ........................................................................... 48
Hình 4-11: Lƣu đồ cho uống. ......................................................................................... 49
Hình 4-12: Lƣu đồ gửi thông tin giữa ESP và Arduino. ................................................ 50
Hình 4-13: Giao diện phần mềm Arduino. .................................................................... 50
Hình 4-14: Cài đặt Arduino bƣớc 2. .............................................................................. 51
Hình 4-15: Cài đặt Arduino bƣớc 3. .............................................................................. 52
Hình 4-16: Cài đặt Arduino bƣớc 5. .............................................................................. 52
Hình 4-17: Lƣu đồ hoạt động của ESP. ........................................................................ 53
Hình 4-18: Giao diện phần mềm Visual Studio. ............................................................ 54
Hình 4-19: Tải và chạy file.exe ...................................................................................... 55
Hình 4-20: Cài đặt Visual Studio. .................................................................................. 55
Hình 4- 21: Cài đặt Visual Studio bƣớc 3. ..................................................................... 56
Hình 4-22: Cài đặt Android Studio bƣớc 1. ................................................................... 57
Hình 4-23: Cài đặt Android Studio bƣớc 2. ................................................................... 57
Hình 4-24: Cài đặt Visual Studio bƣớc 3. ...................................................................... 58
Hình 4-25: Cài đặt Android Studio bƣớc 4. ................................................................... 58
Hình 4-26: Cài đặt Visual Studio bƣớc5 . ...................................................................... 59
Hình 4-27: Tạo project mớit rong Android. ................................................................... 59
Hình 4-28: Tạo project mới trong Android. ................................................................... 60
Hình 4-29: Chọn màn hình. ............................................................................................ 61
Hình 4-30: Chọn phiên bản Android.............................................................................. 61
Hình 4-31: Đặt tên cho màn hình. .................................................................................. 62
Hình 4-32: Chọn thiết bị để nạp chƣơng trình. .............................................................. 62

Hình 5-1: Sản phẩm thi công. ........................................................................................ 64
Hình 5-2: Giao diện App Chính. .................................................................................... 65
Hình 5-3: Giao diện web FireBase. ................................................................................ 66
vii


Hình 5-4: Bảng điều khiển hoạt động. ........................................................................... 67
Hình 5-5: Màn hình LCD 20x4 hiển thị. ........................................................................ 67
Hình 5-6: Bảng làm việc khi nết nối Arduino. ............................................................... 68

vii


LIỆT KÊ BẢNG
Bảng 2-1: Chức năng của các chân màn hình LCD 20x4 ................................................ 6
Bảng 2-2: Bảng tần số hoạt động. .................................................................................... 8
Bảng 4-1: Danh sách linh kiện. ...................................................................................... 38

viii


TÓM TẮT
Ngày nay công nghệ trở nên hiện đại, xu hƣớng mọi thứ điều sẽ đƣợc kết nối và
điều khiển thông qua mạng không dây wifi (Wireless Fidelity) và điều khiển các thiết
bị theo tự động hóa. Với ý tƣởng giải quyết những bất cập của điều khiển tự động,
nhóm chúng em xin đƣa ra đề tài: Thiết Kế Và Thi Công Mô Hình Hệ Thống Và Quản
Lý Trang Trại Heo.
Hệ thống có khả năng gửi nhận thông tin, lƣu thông tin vào thẻ Tag RFID, nhận
lệnh từ điện thoại, cảm biến và thời gian để điều khiển các thiết bị trong mô hình trang
trại heo nhƣ đèn, quạt, dọn vệ sinh, tắm cho heo, cho ăn và có thể giám sát các hoạt

động trên web FireBase.
Với đề tài này, nhóm hi vọng sẽ làm cơ sở nghiên cứu cho các nhóm sau có thể
mở rộng, phát triển nữa. Nếu đƣợc điều chỉnh tốt, ý tƣởng này kết hợp với mô hình
trang trại heo thực tế với quy mô lớn sẽ trở thành một hệ thống lớn đáp ứng nhu cầu
điều khiển, quản lý tất cả các thiết bị trong trang trại heo một cách hiện đại, nâng cao
đời sống tiện ích trong chăn nuôi.

ix


CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN

CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN
1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ
Ngày nay, xã hội ngày càng phát triển mạnh mẽ, kỹ thuật ngày càng hiện đại nên
nhu cầu về trao đổi thông tin giải trí, nhu cầu về điều khiển các thiết bị từ xa ngày càng
cao. Và những hệ thống dây cáp phức tạp lại không thể đáp ứng nhu cầu này. Vì vậy
công nghệ không dây đã ra đời và phát triển mạnh mẽ, tạo rất nhiều thuận lợi cho con
ngƣời trong đời sống hằng ngày.
Hiện nay, việc đƣa máy móc, công nghệ hiện đại vào sản suất nông nghiệp trên
thế giới rất phổ biến, đặt biệt là các nƣớc phát triển Tuy nhiên, so với thế giới ngành
nông nghiệp nƣớc ta còn khá lạc hậu, trong đó có chăn nuôi, mô hình sản xuất nhỏ lẻ, ít
ứng dụng khoa học, công nghệ hiện đại vào sản xuất, dẫn đến năng suất thấp, chất
lƣợng kém. Chính vì vậy, nhằm góp phần đƣa công nghệ kĩ thuật áp dụng vào chăn
nuôi trong nƣớc nhiều hơn, ứng dụng đƣợc thực tế hơn nên nhóm đã quyết định làm đề
tài: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MÔ HÌNH HỆ THỐNG VÀ QUẢN LÝ TRANG
TRẠI HEO.
Ở những đề tài trƣớc chỉ dừng lại ở việc quản lí vật nuôi nhờ vào RFID mà chƣa
kết hợp đƣợc việc quản lí và chăn nuôi. Đối với đề tài này, nhóm sẽ kết hợp giữa quản
lí và chăn nuôi, đồng thời sử dụng điện thoại để quản lí từ xa, từ đó có thể xử lý các

trục trặc, sự cố.

1.2 MỤC TIÊU CỦA ĐỀ TÀI
Thiết kế, thi công đƣợc mô hình quản lí trang trại nuôi heo gồm các mục tiêu cụ
thể:
 Thiết kế, thi công đƣợc phần cứng của mạch điều khiển.
 Viết đƣợc phần mềm điều khiển arduino mega 2560, điều khiển hệ thống cho
ăn, uống tự động, điều khiển đƣợc hệ thống tắm, dọn vệ sinh tự động, điều
khiển đƣợc hệ thống làm mát tự động cho heo, mái che cho chuồng trại.
 Viết đƣợc phần mềm giao tiếp giữa arduino mega 2560 và máy tính, điện
thoại.
 Viết đƣợc phần mềm C# quản lí thông tin của heo.
 Viết đƣợc ứng dụng android nhận thông tin và cảnh báo của trang trại heo.
1
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP Y SINH


CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN

1.3 NỘI DUNG THỰC HIỆN
 Nội dung 1: Giao tiếp Module ESP-12 8266 với Arduino Mega 2560.
 Nội dung 2: Lƣu thông tin trên thẻ Tag của Module RFID, thiết lập giao diện
C# trên Visual Studio.
 Nội dung 3: Điều khiển các thiết bị theo cảm biến và thời gian thực.
 Nội dung 4: Thiết kế và lập trình ứng dụng trên Android Studio và điều khiển
thiết bị qua điện thoại.
 Nội dung 5: Hiển thị thông tin trên web FireBase.
 Nội dung 6: Thiết kế mô hình sản phẩm.
 Nội dung 7: Đánh giá kết quả thực hiện.

1.4 GIỚI HẠN CỦA ĐỀ TÀI
 Sử dụng vi điều khiển arduino mega 2560 để điều khiển.
 Chỉ thiết kế mô hình giám sát nhỏ trong trang trại nuôi heo.
 Chỉ sử dụng động cơ DC để điều khiển mái che, để mô phỏng mô hình trang
trại.
 Chỉ sử dụng động cơ bƣớc, đông cơ DC để điều khiển hệ thống cho ăn, uống tự
động phù hợp mô hình nhỏ.
 Chỉ có thể giám sát trang trại bằng thời gian thực, điện thoại thông qua phần
mềm Android Studio.
 Chỉ sử dụng điều khiển các hệ thống cho ăn, uống, dọn vệ sinh, tắm rửa, làm
mát và mái che một cách tự động cho trang trại quy mô nhỏ, số lƣợng 5 con.

1.5 BỐ CỤC ĐỒ ÁN
 Chƣơng 1: Tổng Quan.
 Chƣơng 2: Cơ Sở Lý Thuyết.
 Chƣơng 3: Tính Toán Và Thiết Kế Hệ Thống.
 Chƣơng 4: Thi Công Hệ Thống.
 Chƣơng 5: Kết Quả, Nhận Xét, Đánh Giá.
 Chƣơng 6: Kết Luận và Hƣớng Phát Triển.
Chƣơng 1: Tổng Quan.

2
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP Y SINH


CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN
Chƣơng này trình bày vấn đề dẫn nhập, lý do chọn đề tài, mục tiêu, nội dung
nghiên cứu, các giới hạn và bố cục đồ án.
Chƣơng 2: Cơ Sở Lý Thuyết.
Giới thiệu các linh kiện, thiết bị sử dụng thiết kế hệ thống, các chuẩn truyền,

giao thức.
Chƣơng 3: Tính Toán Và Thiết Kế Hệ Thống.
Tính toán thiết kế, đƣa ra sơ đồ nguyên lí của hệ thống.
Chƣơng 4: Thiết Kế Hệ Thống.
Thiết kế hệ thống, lƣu đồ, đƣa ra giải thuật và chƣơng trình.
Chƣơng 5: Kết Quả, Nhận Xét, Đánh Giá.
Đƣa ra kết quả đạt đƣợc sau một thời gian nghiên cứu, một số hình ảnh của hệ
thống, đƣa ra những nhận xét, đánh giá toàn bộ hệ thống.
Chƣơng 6: Kết Luận và Hƣớng Phát Triển.
Trình bày những kết luận về hệ thống những phần làm rồi và chƣa làm, đồng
thời nếu ra hƣớng phát triển cho hệ thống.

3
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP Y SINH


CHƢƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT

CHƢƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
2.1 QUY TRÌNH HOẠT ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG
Mạch đƣợc điều khiển bởi Module Arduino Mega 2560 đóng vai trò điều khiển
trung tâm, Arduino điều khiển tiếp nhận giao tiếp với các module khác trong đề tài
nhƣ: Module RFID MFRC522, WifiEsp V1, Cảm biến mƣa, Cảm biến siêu âm, Cảm
biến cân nặng, Module L298, Động cơ DC, LCD 20x4, Cảm biến nhiệt độ. Sự kết hợp
của các thiết bị sẽ tạo nên một hệ thống quản lý heo một cách tốt nhất, hiện đại hơn.

2.2 GIỚI THIỆU PHẦN CỨNG
2.2.1 TỔNG QUAN ARDUINO MEGA 2560
a. Giới thiệu Board Arduino Mega. [7]
Arduino Mega2560 là một vi điều khiển bằng cách sử dụng ATmega2560.

Arduino Mega2560 khác với tất cả các vi xử lý trƣớc giờ vì không sử dụng FTDI chip
điều khiển chuyển tín hiệu từ USB để xử lý. Thay vào đó, nó sử dụng ATmega16U2
lập trình nhƣ là một công cụ chuyển đổi tín hiệu từ USB. Ngoài ra, Arduino Mega2560
cơ bản vẫn giống Arduino Uno R3, chỉ khác số lƣợng chân và nhiều tính năng mạnh
mẽ hơn, nên các bạn vẫn có thể lập trình cho con vi điều khiển này bằng chƣơng trình
lập trình cho Arduino Uno R3.

Hình 2-1: Board Arduino Mega 2560.

b. Thông số kỹ thuật:
4
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP Y SINH


CHƢƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT
 Vi điều khiển chính: ATmega2560.
 IC nạp và giao tiếp UART: ATmega16U2.


Nguồn nuôi mạch: 5VDC từ cổng USB hoặc nguồn ngoài cắm từ giắc tròn
DC (khuyên dùng 7-9VDC để đảm bảo mạch hoạt động tốt. Nếu bạn cắm 12V
thì IC. ổn áp rất dễ chết và gây hƣ hỏng mạch).

 Số chân Digital : 54 (có 15 chân PWM).
 Số chân Analog: 16.
 Giao tiếp UART: 4 bộ UART.
 Giao tiếp SPI: 1 bộ (chân 50 đến 53) dùng với thƣ viện SPI của Arduino.
 Giao tiếp I2C: 1 bộ.
 Ngắt ngoài: 6 chân.
 Bộ nhớ Flash: 256 KB, 8KB sử dụng cho Bootloader.

 SRAM: 8 KB.
 EEPROM: 4 KB.
 Xung clock: 16 MHz.

2.2.2 GIỚI THIỆU LCD 20x4
a. Giới thiệu về màn hình LCD 20x4. [4]
Ở các phần giao tiếp với led 7 đoạn có hạn chế vì chỉ hiển thị đƣợc các số từ 0
đến 9 hoặc số hex từ 0 đến F – không thể nào hiển thị đƣợc các thông tin kí tự khác
nhƣng chúng sẽ đƣợc hiển thị đầy đủ trên LCD có rất nhiều dạng phân biệt theo kích
thƣớc từ vài kí tự đến hàng chục kí tự từ 1 hàng đến vài chục hàng vì vậy để cho thuận
tiện cho việc hiển thị nên chúng ta sử dụng LCD. Ở đây chúng ta sử dụng LCD 20x4
có nghĩa là có 4 hàng, mỗi hàng có 20 kí tự. Màn hình LCD 20x4 sử dụng IC Driver
HD44780. Hỗ trợ giao tiếp dữ liệu 4bits và 8bit có khả năng hiển thị 4 dòng mỗi dòng
20 ký tự màn hình có độ bền cao màn hình LCD 20x4 bao gồm bộ điểu khiển và các
vùng nhớ.
b. Cấu tạo màn hình LCD 20x4
Đƣợc cấu tạo gồm 14 chân: Các chân cấp nguồn Chân số 1 là chân nối mass(0V),
chân thứ 2 là chân VDD nối với nguồn 5V. Chân thứ 3 thƣờng đƣợc nối với contrast
thƣờng nối với biến trở. Các chân điều khiển chân số 4 là chân RS dùng để điều khiển
lựa chọn thanh ghi Chân RW dùng để quá trình đọc và ghi Chân E là chân cho phép
5
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP Y SINH


CHƢƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT
các chân dữ liệu D7-D0: Chân số 7 đến chân số 14 là 8 chân dùng để trao đổi giữa thiết
bị và LCD.

Hình 2-2: Màn hình LCD 20x4.

c. Chức năng và thông số hoạt động của LCD 20x4
Bảng 2-1: Chức năng của các chân màn hình LCD 20x4

STT

TÊN
CHÂN

CẤU
HÌNH

CHỨC NĂNG

1

VSS

Power

GND

2

VDD

Power

+5V

3

VO

analog

Contrast Control

4

RS

Input

RS=0 chọn thanh ghi lệnh
RS=1chọn thanh ghi giữ liệu

5

RW

Input

RW=0 thanh ghi viết
RW=1 thanh ghi đọc

6

E

7

D0

8

D1

9

D2

10

D3

Input

Cho phép

Chân truyền dữ liệu
I/0

6
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP Y SINH


CHƢƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT
11

D4

12

D5

13

D6

14

D7

Các thông số hoạt động và giới hạn:
- Có 3 vùng nhớ nội bộ: Bộ nhớ DDRAM Bộ nhớ phát ký tự ROM- CGROM bộ
nhớ phát ký tự RAM-CGRAM
- Khả năng hiển thị 20 ký tự mỗi hàng gồm 4 dòng.
- Giao tiếp 4bits hoặc 8bits.

2.2.3 GIỚI THIỆU MODULE RFID MFRC522
a. Tổng quan về Module MFRC522 [7]
Module RFID MFRC522 với mức giá rẻ và thiết kế nhỏ gọn module này là sự lựa
chọn hàng đầu cho các ứng dụng về đọc ghi thẻ RFID.Module MFRC522 đƣợc sử
dụng trong đồ án với mục đích kiểm soát đóng mở cửa bằng giao thức giữa thẻ Tag và
Module MFRC522, đƣợc kết nối ới Arduino UNO. Thẻ Tag giao tiếp với Module
MFRC522 đƣợc chấp nhận (là thẻ đúng), Module sẽ chuyển thông tin sang Arduino xử
lý thực hiện tác vụ yêu cầu đã lập trình sẵn (ở đây là đóng mở cửa). Đầu đọc
MFRC522 sử dụng IC MFRC522 của Philip dùng để đọc và ghi dữ liệu cho thẻ NFC
tần số 13.56 MHZ.

Hình 2-3: Module RFID.

7
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP Y SINH

Hình 2-4: Sơ đồ chân RFID.


CHƢƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT

b. Chức năng chân và thông số kỹ thuật
Tần số hoạt động:
Tần số hoạt động là tần số điện từ mà thẻ tag dùng để giao tiếp hoặc thu đƣợc
năng lƣợng. Phổ điện từ mà RFID thƣờng hoạt động là tần số thấp (LF), tần số cao
(HF), siêu cao tần (UHF) và vi sóng (Microwave). Vì hệ thống RFID truyền đi bằng
sóng điện từ, chúng cũng đƣợc điều chỉnh nhƣ thiết bị radio. Hệ thống RFID không
đƣợc gây cản trở các thiết bị khác, bảo vệ các ứng dụng nhƣ radio cho các dịch vụ khẩn
cấp hoặc truyền hình.
Bảng 2-2: Bảng tần số hoạt động.

Tên

Khoảng tần số

Tần số ISM

LF

30300 kHz

< 135 kHz

HF

330 MHz

6.78 MHz, 13.56 MHz, 27.125 MHz,
40.680 MHz

UHF

300 MHz-3 GHz

433.920 MHz, 869 MHz, 915 MHz

Vi
sóng > 3 GHz
(Microwave)

2.45 Hz, 5.8 GHz, 24.125 GHz

Chức năng chân:
-

SDA (CS): Chân lựa chọn chip khi giao tiếp SPI (kích hoạt mức thấp).
SCK: Chân xung trong chế độ SPI.
MOSI (SDI): Master data out - slave in trong chế độ giao tiếp SPI.
MISO (SDO): Master data in – slave out trong chế độ giao tiếp SPI.
8

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP Y SINH


CHƢƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT
- IRQ: Chân ngắt.
- GND: Chân mass.
- RST: Chân reset module.
- VCC: Nguồn cung cấp 3.3V.

Thông số kỹ thuật cơ bản MFRC522:
- Nguồn: 3.3VDC, 13-26mA.
- Tần số sóng mang: 13.56MHz.
- Khoảng cách hoạt động: 0 ~60mm (mifare1 card).
- Giao tiếp: SPI, I2C, UART.
- Tốc độ truyền dữ liệu: tối đa 10Mbit/s.
- Các loại Card RFID (tag) hỗ trợ: mifare1 S50, mifare1 S70, mifare UltraLight,
mifare Pro, mifare Desfire.
- Kích thƣớc: 40mm x 60 mm.
Thông số thẻ Tag RFID:

Hình 2-5: Thông số thẻ Tag.

2.2.4 TỔNG QUAN MODULE ESP8266
a. Giới thiệu Module ESP8266. [7]
9
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP Y SINH


CHƢƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT
Khối gửi-nhận dữ liệu dùng để gửi giá trị lên database để lƣu trữ và nhận giá trị

từ database. Ngày nay có nhiều module có thể thực hiện việc này nhƣ Esp8266 v1,
Esp8266 v12, Esp32, Esp8266 NodeMCU…. Esp8266v1, Esp8266 v12, Esp8266
Node MCU thì tƣơng tự nhau về mặt lập trình. Điểm khác giữa Esp8266 v12, Esp8266
Node MCU và Esp8266 v1 là Esp8266 v12, Esp8266 Node MCU có thêm nhiều chân
GPIO để mở rộng việc điều khiển.
b. Các thông số kỹ thuật
- Wifi 802.11 b/g/n.
- Wi-Fi Direct (P2P), soft-AP.
-

Tích hợp giao thức TCP / IP stack.
Tích hợp TR chuyển đổi, balun, LNA, bộ khuếch đại và phù hợp với mạng.
PLLs tích hợp, quản lý, DCXO và các đơn vị quản lý điện năng.
Công suất đầu ra 19.5dBm ở chế độ 802.11b.
Tích hợp công suất thấp 32-bit CPU có thể đƣợc sử dụng nhƣ là bộ vi xử lý

ứng dụng.
- SDIO 1.1 / 2.0, SPI, UART.
- Điện áp sử dụng: 3.3V ~ 3.6V.
- Dòng làm việc : 80mA (170mA max).

Hình 2-6: Module NodeMCU 8266.
c. Sơ đồ chân và sơ đồ kết nối

10
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP Y SINH


CHƢƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT

Hình 2-7: Sơ đồ chân và sơ đồ kết nối.

Thông số phần cứng












32-bit RISC CPU: Tensilica Xtensa LX106 running at 80 MHz.
Hổ trợ Flash ngoài từ 512KiB đến 4MiB.
64KBytes RAM thực thi lệnh.
96KBytes RAM dữ liệu.
64KBytes boot ROM.
Chuẩn wifi EEE 802.11 b/g/n, Wi-Fi 2.4 GHz Tích hợp TR switch, balun,
LNA, khuếch đại công suất và matching network Hổ trợ WEP, WPA/WPA2,
Open network.
Tích hợp giao thức TCP/IP.
Hổ trợ nhiều loại anten.
16 chân GPIO.
Hổ trợ SDIO 2.0, UART, SPI, I²C, PWM, I²S với DMA.
ADC 10-bit.

2.2.5 GIỚI THIỆU MODULE L298

a. Giới thiệu Module L298. [7]

11
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP Y SINH


CHƢƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT
Module cầu H sử dụng IC L298 là một Module phổ biến và thông dụng, đƣợc
ứng dụng rất nhiều vào các sản phẩm: điều khiển xe robot, điều khiển cánh tay robot,
điều khiển động cơ bƣớc động cơ DC. Cung cấp điện áp cho hoạt động của động cơ
DC hay động cơ bƣớc loại vừa. Trong đề tài này Module L298 đƣợc Arduino điều
khiển cho việc đóng mở cửa sử dụng động cơ DC.

Hình 2-8: Module L298.

 Nguyên lý hoạt động
- Bốn chân INPUT: IN1, IN2, IN3, IN4 đƣợc nối lần lƣợt với các chân 5, 7, 10,
12 của IC L298. Đây là các chân nhận tín hiệu điều khiển.

Hình 2-9: Sơ đồ chân Module L298.
- Bốn chân OUTUT: OUT1, OUT2, OUT3, OUT4 (tƣơng ứng với các chân
INPUT) đƣợc nối với các chân 2, 3, 13, 14 của IC L298.
- Hai chân ENA và ENB dùng để điều khiển mạch cầu H trong IC L298. Nếu ở
mức logic “1” (nối với nguồn 5V) cho phép mạch cầu H hoạt động, nếu ở mức
logic “0” thì mạch cầu H không hoạt động.
- Khi ENA = 0: Động cơ không quay với mọi đầu vào.
- Khi ENA = 1:
12
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP Y SINH

CHƢƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT
+ INT1 = 1; INT2 = 0: Động cơ quay thuận.
+ INT1 = 0; INT2 = 1: Động cơ quay nghịch.
+ INT1 = INT2: Động cơ dừng ngay tức thì.
- Với ENB cũng tƣơng tự với INT3, INT4.

 Sơ đồ chân và chức năng của Module L298
- +5V: cấp nguồn VDC.
- +12V: cấp nguồn 12 VDC.
- GND: chân âm hay nối đất.
- Output A, Output B: chân kết nối với động cơ.
- Enable A: chân cho phép động cơ hoạt động, hoặc dùng chân này để điều
khiển tốc độ động cơ bằng cách điều xung PWM, A Enable cho ngõ ra Output
A, B Enable cho ngõ ra Output B.
- Logic Input: gồm các chân IN1, IN2, IN3, IN4 cặp IN1 và IN2 dùng để điều
khiển Output A cho phép động cơ quay và đảo chiều động cơ, tƣơng tự cho cặp
IN3, IN4 cho Output B.

 Thông số kỹ thuật Module L298:
- Điện áp điều khiển: +5 V ~ +12 V.
-

Dòng tối đa cho mỗi cầu H là: 2A (=>2A cho mỗi motor).
Điện áp của tín hiệu điều khiển: +5 V ~ +7 V.
Dòng của tín hiệu điều khiển: 0 ~ 36mA.
Công suất hao phí: 20W (khi nhiệt độ T = 75 độ C).

- Nhiệt độ cho phép: -25 đến +130 độ C.
b. Động cơ DC

Để phù hợp với mô hình nên nhóm chọn động cơ DC (3.7V-12V). Động cơ DC
này đƣợc điều khiển trực tiếp bởi Module L298 để điều khiển mái che đóng mở.

Hình 2-10: Động cơ DC.

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP Y SINH

13