Nghiên cứu thiết kế thiết bị giám sát môi trường ứng dụng trong nông nghiệp

ĐẠI HỌC HUẾ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC
KHOA ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG
---------

NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ THIẾT BỊ GIÁM SÁT MÔI
TRƯỜNG ỨNG DỤNG TRONG NÔNG NGHIỆP

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

Huế - 2018


2
ĐẠI HỌC HUẾ
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC
KHOA ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG
---------

NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ THIẾT BỊ GIÁM SÁT MÔI
TRƯỜNG ỨNG DỤNG TRONG NÔNG NGHIỆP

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

Ngành: Công nghệ Kỹ thuật Điện tử, Truyền thông

GIÁO VIÊNHƯỚNG DẪN: LÊ VĂN THANH VŨ

Huế - 2018

1

LỜI CẢM ƠN

Em xin chân thành cảm ơn các tất cả các Thầy Cô Giáo trong nhà trường, nhất là
các Thầy Cô Giáo trong khoa Điện Tử Viễn Thông của trường Đại học Khoa Học Huế
đã tận tình dạy dỗ chúng em trong suốt thời gian qua.
Xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới Thầy LÊ VĂN THANH VŨ. Người đã nhiệt tình
hướng dẫn, tạo mọi điều kiện thuận lợi cho em hoàn thành đồ án này.
Xin cảm ơn tất cả các bạn bè đã đóng góp ý kiến và giúp đỡ mình trong lúc thực
hiện đồ án này.
Mặc dù đã cố gắng hoàn thiện đề tài với tất cả sự nỗ lực, nhưng cũng không tránh
khỏi được những sai sót. Kính mong nhận được sự góp ý tận tình của thầy cô để em có
thể rút kinh nghiệm hoàn thiện sản phẩm của mình hơn.
Cuối cùng em xin chúc quý thầy cô lời chúc sức khỏe và lời cảm ơn chân thành
nhất!


2

MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN ..............................................................................................................i
MỤC LỤC ................................................................................................................... ii
DANH SÁCH CÁC HÌNH VẼ ..................................................................................iii
DANH SÁCH CÁC BẢNG ........................................................................................iv
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT ............................................................................v
MỞ ĐẦU ...................................................................................................................... 1
CHƯƠNG 1: CỞ SỞ LÝ THUYẾT
....................................................................2

1.1.
GIỚI THIỆU CHUNG ..............................................................................2
1.1.1.
Hệ thống nông nghiệp cơ bản. ...................................................................2
1.1.2.
Hệ thống nông nghiệp công nghệ cao .......................................................3
1.2.
NHU CẦU GIÁM SÁT MÔI TRƯỜNG TRONG NÔNG NGHIỆP ........4
1.3.
CÁC HỆ THỐNG GIÁM SÁT MÔI TRƯỜNG .......................................6
CHƯƠNG 2: THỰC NGHIỆM
................................................................8
2.1.
PHÂN TÍCH CHỨC NĂNG VÀ HOẠT ĐỘNG ......................................8
2.1.1.
Chức năng của hệ thống ............................................................................8
2.1.2.
Hoạt động của hệ thống .............................................................................9
2.1.3.
Sơ đồ khối và chức năng các khối của hệ thống ......................................10
2.2.
THIẾT KẾ HỆ THỐNG ..........................................................................11
2.2.1.
Giới thiệu linh kiện sử dụng ....................................................................11
2.2.2.
Sơ đồ mạch nguyên lý .............................................................................19
2.2.3.
Sơ đồ mạch in ..........................................................................................20
2.3.
LẬP TRÌNH ĐIỀU KHIỂN HOẠT ĐỘNG ............................................22

2.3.1.
Giải thuật điều khiển mạch wifi ESP8266 ...............................................22
2.3.2.
Giao diện điều khiển trên phần mềm Blynk ............................................23
2.3.3.
Chương trình điều khiển wifi ESP8266 ...................................................24
CHƯƠNG 3: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI ..........................28
3.1.
CÁC KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC .................................................................28
3.1.1.
Kết quả ....................................................................................................28
3.1.2.
Hình ảnh của đề tài ..................................................................................29
3.2.
ĐỊNH HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI ..................................................30
KẾT LUẬN ................................................................................................................31
TÀI LIỆU THAM KHẢO ........................................................................................32


3

DANH SÁCH CÁC HÌNH VẼ
Hình 1.1: Sản xuất nông nghiệp truyền thống................................................................2
Hình 1.2: Đặc điểm sản xuất nông nghiệp truyền thống................................................3
Hình 1.3: Nông nghiệp hiện đại.....................................................................................3
Hình 1.4: Thử nghiệm IoT vào nông nghiệp..................................................................4
Hình 1.5: Ứng dụng IoT vào nông nghiệp......................................................................4
Hình 1.6: Hệ thống quản lý nông nghiệp hiện đại bằng IoT...........................................5
Hình 1.7: Quản lý giám sát và điều khiển sản xuất bằng IoT..........................................5
Hình 1.8: Hệ thống quản lý giám sát và điều khiển GPIs4.1E........................................6

Hình 1.9: Hệ thống GPIs4.1E giám sát các thông số trên Web.....................................7
Hình 2.1: Chức năng của thiết bị giám sát môi trường..................................................8
Hình 2.2: Hoạt động của thiết bị giám sát môi trường...................................................9
Hình 2.3: Sơ đồ khối hệ thống.....................................................................................10
Hình 2.4: Module Wifi ESP8266.................................................................................11
Hình 2.5: Sơ đồ nguyên lý ESP8266...........................................................................12
Hình 2.6: Module ESP8266-01........................................................................................13
Hình 2.7: Module ESP8266-07........................................................................................14
Hình 2.8: Module ESP8266-12F.......................................................................................14
Hình 2.9: Module cảm biến độ ẩm đất...............................................................................15
Hình 2.10: Module cảm biến nhiệt độ và độ ẩm DHT22.......................................................16
Hình 2.11: Sơ đồ chân module cảm biến nhiệt độ và độ ẩm DHT22.......................................17
Hình 2.12: Module cảm biến cường độ sáng BH1750..........................................................18
Hình 2.13: Mạch điện nguyên lý......................................................................................19
Hình 2.14: Mạch in trên phần mềm...................................................................................20
Hình 2.15: Mạch điện thực tế...........................................................................................21
Hình 2.16: Lưu đồ giải thuật điều khiển.............................................................................22
Hình 2.17: Giao diện điều khiển Blynk trên điện thoại..........................................................23
Hình 3.1: Hệ thống hoàn thiện.....................................................................................28
Hình 3.2: Một số hình ảnh của đề tài...........................................................................30
Hình 3.3: Hướng phát triển của đề tài..........................................................................30

DANH SÁCH CÁC BẢNG


4
Bảng 2.1: Bảng bố trí chân cảm biến độ ẩm đất...........................................................16
Bảng 2.2: Bảng bố trí chân cảm biến nhiệt độ, độ ẩm DHT22.....................................17

5

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
Từ viết tắt

Diễn giải

Dịch nghĩa

IoT

Internet of Things

Internet vạn vật


1

MỞ ĐẦU
Đất nước ta xuất phát điểm là một đất nước thuần nông, lấy nông nghiệp là nền
kinh tế chủ đạo. Qua nhiều năm tháng xây dựng và phát triển, đất nước chúng ta phát
triển mạnh tất cả các lĩnh vực nói chung và nông nghiệp nói riêng.
Hiện nay, khoa học kỹ thuật rất phát triển nhất là lĩnh vực điện tử tự động hóa,
nó lấn sâu vào ứng dụng của tất cả các lĩnh vực khác, từ công nghiệp cho đến nông
nghiệp. Trong đó lĩnh vực nông nghiệp hiện nay được ưu tiên phát triển theo hướng
nông nghiệp theo hướng hiện đại
Đúng như nhận định của các hãng công nghệ, xu hướng kết nối vạn vận (Internet
of Things - IoT) đang có mặt ở gần như tất cả các lĩnh vực của cuộc sống. Thật bất ngờ
nông nghiệp lại là lĩnh vực đang tiên phong trong việc ứng dụng IoT. IoT giúp giám sát
môi trường nông nghiệp và điều khiển các cơ cấu chấp hành thông qua mạng internet.

Nó giúp cho công việc nuôi trồng trở nên dễ dàng hơn, kiểm soát và cân chỉnh các
thông số môi trường phù hợp, đem lại năng suất và hiệu quả cho người làm nông
nghiệp.
Từ những nhu cầu thực tế đó và với những kiến thức học tập trên ghế nhà trường,
em mạnh dạn đăng ký thực hiện đề tài “Nghiên cứu thiết kế thiết bị giám sát môi
trường ứng dụng trong nông nghiệp”. Đề tài nghiên cứu giúp em tiếp cận với công
nghệ IoT để sau này giúp ích cho công việc của em khi ra trường đi làm.

1


2

CHƯƠNG 1:
1.1.

CỞ SỞ LÝ THUYẾT

GIỚI THIỆU CHUNG

1.1.1. Hệ thống nông nghiệp cơ bản.
Nông nghiệp truyền thống có tính chất đặc trưng của nó: Sản xuất nhỏ, sản xuất
tự cấp, tự túc. Cùng với đó nó đạt trình độ thâm canh nhất định dựa trên kinh nghiệm
được tích lũy nhiều đời, dựa vào lao động thủ công và truyền nghề theo kiểu cha
truyền con nối.
Nông nghiệp truyền thống đã tạo dựng nên nền tảng của kinh tế và xã hội nước
ta trước khi cuộc cách mạng công nghiệp đến với Việt Nam. Bởi vậy, mà trải qua
nhiều triều đại phong kiến, chính sách trọng nông luôn được khẳng định.

Hình 1.1: Sản xuất nông nghiệp truyền thống.

Đặc điểm nông nghiệp truyền thống:
Phân bố: Các vùng sản xuất nông nghiệp còn khó khăn về vốn, giao thông vận
tải.
Quy mô: Nhỏ và manh mún.
Công cụ sản xuất: Thô sơ, thủ công. Sử dụng nhiều sức người và sức kéo gia
súc. Ít sử dụng phân bón. Phụ thuộc vào thời tiết tự nhiên và côn trùng.
Hình thức sản xuất: Chuyên môn hóa thấp. Chưa gắn sản xuất nông nghiệp với
công nghiệp chế biến và dịch vụ nông nghiệp.
Mục đích: Sản xuất ra nhiều loại nông sản phục vụ nhu cầu tiêu dùng tại chỗ.
Hiệu quả: Năng suất, sản lượng thấp, chất lượng chưa cao. Không hoặc ít thu
được lợi nhuận


3

Hình 1.2: Đặc điểm sản xuất nông nghiệp truyền thống.

1.1.2. Hệ thống nông nghiệp công nghệ cao
Đúng như nhận định của các hãng công nghệ, xu hướng kết nối vạn vận (Internet
of Things - IoT) đang có mặt ở gần như tất cả các lĩnh vực của cuộc sống. Thật bất ngờ
nông nghiệp lại là lĩnh vực đang tiên phong trong việc ứng dụng IoT.

Hình 1.3: Nông nghiệp hiện đại.

 Nông nghiệp: mảnh đất màu mỡ để thử nghiệm IoT
Từ trước tới nay nông nghiệp là một trong những lĩnh vực ít được áp dụng công
nghệ nhất. Đặc biệt là ở những quốc gia đang phát triển và chậm phát triển, nông
nghiệp gần như chỉ phụ thuộc vào kinh nghiệm của những người nông dân về đặc tính
của cây trồng, về thời tiết... Chính vì vậy, năng suất và hiệu suất canh tác gần như

được để ngỏ, mang tính “may, rủi”.
Trong khi đó, trước những thách thức về biến đổi khí hậu, gia tăng dân số nhanh
chóng, vấn đề đảm bảo đủ lương thực là một trong những thách thức mang tính toàn
cầu. Ngành nông nghiệp phải tìm kiếm những phương thức tốt hơn để gia tăng hiệu
3


4
quả sản xuất. Cách duy nhất chính là áp dụng công nghệ mới vào hoạt động sản xuất,
canh tác.

`
Hình 1.4: Thử nghiệm IoT vào nông nghiệp.

Chính vì vậy, việc đưa các ứng dụng IoT vào ngành nông nghiệp sẽ giúp minh
chứng rõ nhất cho việc IoT đem lại hiệu quả to lớn như thế nào. Đó chính là lý do mà
nông nghiệp là lĩnh vực đang được quan tâm đầu tư và được nhiều startup lựa chọn để
gọi vốn.

Hình 1.5: Ứng dụng IoT vào nông nghiệp.
1.2.

NHU CẦU GIÁM SÁT MÔI TRƯỜNG TRONG NÔNG NGHIỆP

Trong nông nghiệp, việc nuôi trồng muốn đạt năng suất và hiệu quả cao thì trong
quá trình thực hiện người làm nông nghiệp cần nắm bắt các thông số kỹ thuật của môi
trường, từ đó đưa ra những hiệu chỉnh phù hợp. Do đó việc đưa công nghệ IoT vào ứng
dụng giám sát môi trường trong nông nghiệp là điều cần được thực hiện rộng rãi bởi
những điều IoT đem lại cho nông nghiệp theo hiệu ứng tích cực.
 IoT mang lại những gì cho ngành nông nghiệp?

5
IoT sẽ biến nông nghiệp từ một lĩnh vực sản xuất định tính thành một lĩnh vực
sản xuất chính xác dựa vào những số liệu thu thập, tổng hợp và phân tích thống kê. Từ
việc phụ thuộc vào thời tiết, khí hậu..., người nông dân có thể tự chủ, điều chỉnh mọi
thứ để đạt được hiệu quả như mong muốn.

Hình 1.6: Hệ thống quản lý nông nghiệp hiện đại bằng IoT.
 Tăng hiệu suất canh tác:
Những hệ thống thiết bị cảm biến, đo đạc sẽ được kết nối với nhau, tích hợp GPS
và các công nghệ theo dõi để thu thập dữ liệu, kết nối với hạ tầng đám mây để truy
xuất dữ liệu, phân tích đưa ra quyết định tối ưu hóa lượng nước, lượng phân bón, tự
động hóa các hoạt động nông nghiệp hàng ngày và cung cấp giải pháp theo dõi thời
gian thực. Nhờ đó, các điều kiện dinh dưỡng đối với cây trồng sẽ được tối ưu, cho
mức sinh trưởng tốt nhất.

Hình 1.7: Quản lý giám sát và điều khiển sản xuất bằng IoT.
 Quản lý dịch bệnh:
Giảm thiểu dịch bệnh cũng là một yếu tố quan trọng trong việc nâng cao hiệu
suất canh tác. Thêm vào đó, hiện người dùng đang có xu hướng chuộng các sản phẩm
hữu cơ nên ngành nông nghiệp phải bắt đầu chú trọng tìm kiếm các giải pháp giảm
thiểu dịch bệnh cho cây trồng mà không sử dụng thuốc trừ sâu.
5


6
Hiện đã có không ít giải pháp ứng dụng IoT giúp giám sát số lượng sâu bệnh, khi
phát hiện số lượng sâu bệnh trở nên quá cao, hệ thống tự động kích hoạt và ngăn cản
quá trình kết đôi của sâu bệnh để giảm thiểu sự gia tăng, kèm theo đó sẽ cảnh báo để

nông dân lựa chọn phương thức xử lý nhân công, sinh học hay thuốc trừ sâu.
1.3.

CÁC HỆ THỐNG GIÁM SÁT MÔI TRƯỜNG

Hiện tại, trên thực tế có các hệ thống giám sát môi trường về nhiệt độ, độ ẩm, dò
nước và quản lý dữ liệu, ví như hệ thống GPIs4.1E
Nhằm bảo vệ an toàn cho trung tâm dữ liệu và phòng máy chủ, thông báo ngay
những nhiễu động về nhiệt độ, độ ẩm, nguồn điện và những hiểm họa khác. Thiết bị
GPIs4.1E thực hiện chức năng như vậy, vừa giám sát và điều khiển các thông số môi
trường của phòng máy chủ thông qua các kết nối mạng GSM/GPRS và kết nối mạng
LAN (ứng dụng giám sát điều khiển qua Internet).

Hình 1.8: Hệ thống quản lý giám sát và điều khiển GPIs4.1E.

 Hệ thống GPIs4.1E có các chức năng như sau:
Giám sát môi trường theo các chỉ số nhiệt độ, độ ẩm, bụi, ngập nước và những
mối đe dọa môi trường và vật lý khác.
Kết nối với hệ thống báo cháy báo khói để thực hiện chức năng cảnh báo từ xa.
Kết hợp với hệ thống truy cập vào ra để kiểm soát và lưu trữ thông tin.
Giám sát nguồn điện lưới, cho phép ứng cứu khi nguồn dự phòng UPS không đủ
dung lượng.
Điều khiển điều hòa luân phiên và tự động theo nhiệt độ đã cài đặt.
Các dạng cảnh báo khác nhau cho phép gửi thông báo qua quản trị qua hệ thống
e-mail, máy chủ Web, điện thoại và nhắn tin SMS và giữa những lựa chọn khác.


7
Hệ thống GPIs4.1E có các kết nối truyền thông như sau:
Mạng GSM băng tần 900Mhz và 1800Mhz, GPIs multislot class 10. Chức năng

nhận, gửi tin nhắn SMS, Email.
Mạng Ethernet 10/100Mhz, đầu kết nối RJ4. Chức năng gửi Email, FTP, HTTP,
Web.
Giao tiếp RS232/485 tốc độ 19200baud. Chức năng giao tiếp với các thiết bị
khác như: bàn phím và hiển thị LCD…
Giao tiếp USB 2.0 kết nối với máy tính được thực hiện các chức năng cài đặt cho
thiết bị.
 Hệ thống GPIs4.1E giám sát các thông số trên Web:

Hình 1.9: Hệ thống GPIs4.1E giám sát các thông số trên Web.

7


8

CHƯƠNG 2:
2.1.

THỰC NGHIỆM

PHÂN TÍCH CHỨC NĂNG VÀ HOẠT ĐỘNG

2.1.1. Chức năng của hệ thống
Thực tế các nông trại và các nhà kính trồng cây nông nghiệp hiện tại được trồng
và chăm sóc thủ công hoặc bán tự động, chưa có hệ thống đo đạc các thông số để
giám sát hoạt động. Với xu hướng phát triển nông nghiệp hiện đại và cách mạng công
nghệ 4.0 thì việc áp dụng các hệ thống IoT (Internet of Things) vào các hệ thống nông
nghiệp để giám sát và điều khiển là điều cần thiết. IoT sẽ giúp người trồng cây nông
nghiệp bớt vất vã trong công việc, giúp họ quản lý giám sát và điều khiển nhà kính

trồng cây nông nghiệp tốt và hiệu quả hơn.

Hình 2.10: Chức năng của thiết bị giám sát môi trường.

Từ những nhu cầu thực tế trên, cộng với những kiến thức đã được học tập nghiên
cứu trên ghế nhà trường, em đã chọn thực hiện đề tài “Nghiên cứu thiết kế thiết bị
giám sát môi trường ứng dụng trong nông nghiệp”. Với mô hình thiết bị này là
những bước nghiên cứu ứng dụng nhỏ về IoT để sau này em có thể phát triển ứng
dụng vào thực tế rộng lớn hơn cho việc trồng cây nông nghiệp theo hướng nông
nghiệp hiện đại.
 Hệ thống thiết bị giám sát và điều khiển có 3 chức năng như sau:
Đo các thông số môi trường (nhiệt độ, độ ẩm không khí, độ ẩm đất, ánh sáng)
hiển thị lên màn hình LCD.
Truyền các thông số môi trường (nhiệt độ, độ ẩm không khí, độ ẩm đất, ánh
sáng) lên wifi đến phần mềm Blynk trên điện thoại để giám sát các thông số.
Kiểm tra các thông số môi trường để đưa ra các điều khiển tự động (tưới nước,
quạt, bật đèn) phù hợp.


9
2.1.2. Hoạt động của hệ thống
Hệ thống thiết bị được thiết kế theo dạng thiết bị giám sát kết hợp mô hình nhà
kính trồng cây thu nhỏ hoạt động như sau:
Sử dụng các cảm biến (nhiệt độ, độ ẩm không khí, độ ẩm đất và ánh sáng) để đọc
các thông số của môi trường.
Sử dụng board Wifi ESP8266 để đọc tín hiệu thông số môi trường từ các cảm
biến rồi truyền các thông số đó lên phần mềm giám sát Blynk trên Smartphone thông
qua mạng wifi, đồng thời board Wifi ESP8266 sẽ điều khiển các cơ cấu chấp hành tự
động như sau:
Nếu độ ẩm đất thấp (đất khô), thì bật máy bơm tưới cho đất ướt.

Nếu độ ẩm đất cao (đất ướt), thì tắt máy bơm.
Nếu nhiệt độ cao (nóng), thì bật quạt làm mát không khí.
Nếu nhiệt độ thấp (mát), thì tắt quạt.
Nếu ánh sáng yếu (tối), thì bật đèn sáng.
Nếu ánh sáng mạnh (sáng), thì tắt đèn.

Hình 2.11: Hoạt động của thiết bị giám sát môi trường.

9


10
2.1.3. Sơ đồ khối và chức năng các khối của hệ thống
Từ yêu cầu đặt ra của chức năng và hoạt động của hệ thống, ta xây dựng được sơ
đồ khối hệ thống như sau:

Hình 2.12: Sơ đồ khối hệ thống.

 Chức năng từng khối:
Module cảm biến nhiệt độ, độ ẩm: có nhiệm vụ đo nhiệt độ và độ ẩm của không
khí bên trong mô hình nhà kính để đưa về ESP8266 điều khiển quạt.
Module cảm biến độ ẩm đất: có nhiệm vụ đo độ ẩm của đất bên trong mô hình
nhà kính để đưa về ESP8266 điều khiển máy bơm.
Module cảm biến ánh sáng: có nhiệm vụ cường độ ánh sáng bên ngoài nhà
kínhà kính để đưa về ESP8266 điều khiển máy đèn led chiếu sáng.
Module wifi ESP8266: là bộ xử lý trung tâm, nhận tín hiệu từ các cảm biến rồi
tiến hành xử lý theo chương trình lập trình để xuất tín hiệu hiển thị, điều khiển các cơ
cấu chấp hành và truyền dữ liệu lên mạng wifi đến smartphone.
Màn hình LCD: có nhiệm vụ hiển thị các thông số (nhiệt độ, độ ẩm không khí,
độ ẩm đất, ánh sáng).

Relay 1, 2, 3: có nhiệm vụ nhận tín hiệu từ arduino để điều khiển đóng cắt điện
cho máy bơm, quạt và đèn.
Adapter 5V, 12V: có nhiệm vụ chuyển đổi điện áp từ 220Vac sang 5Vdc để cung
cấp cho toàn mạch điện và 12Vdc để cấp cho quạt và đèn led chiếu sáng.


11
2.2.

THIẾT KẾ HỆ THỐNG

2.2.1. Giới thiệu linh kiện sử dụng
a. Module wifi ESP8266
 Giới thiệu về dòng chip ESP8266
Chip ESP8266 được phát triển bởi Espressif để cung cấp giải pháp giao tiếp Wifi
cho các thiết bị IoT. Điểm đặc biệt của dòng ESP8266 là nó được tích hợp các mạch
RF như balun, antenna switches, TX power amplifier và RX filter ngay bên trong chip
với kích thước rất nhỏ chỉ 5x5mm nên các board sử dụng ESP8266 không cần kích
thước board lớn cũng như không cần nhiều linh kiện xung quanh. Ngoài ra, giá thành
của ESP8266 cũng rất thấp đủ để hấp dẫn các nhà phát triển sản phẩm IoT.

Hình 2.13: Module Wifi ESP8266.

Tóm lại, ESP8266 vừa tích hợp nhiều phần cứng hỗ trợ, vừa kích thước nhỏ, vừa
hợp túi tiền thì sao chúng ta có thể cưỡng lại được, đúng không nào.
Cấu trúc phần cứng của dòng chip ESP8266 có thể tóm tắt như sau:
Sử dụng 32-bit MCU core có tên là Tensilica.
Tốc độ system clock có thể set ở 80MHz hoặc 160MHz.
Không tích hợp bộ nhớ Flash để lưu chương trình.
Tích hợp 50KB RAM để lưu dữ liệu ứng dụng khi chạy.

Có đầy đủ các ngoại vi chuẩn đê giao tiếp như 17 GPIO, 1 Slave SDIO, 3 SPI, 1
I2C, 1 I2S, 2 UART, 2 PWM.
11


12
Tích hợp các mạch RF để truyền nhận dữ liệu ở tần số 2.4GHz.
Hỗ trợ các hoạt động truyền nhận các IP packages ở mức hardware như
Acknowledgement, Fragmentation và Defragmentation, Aggregation, Frame
Encapsulation v.v… (và phần stack TCP/IP sẽ được thực hiện trên firmware của
ESP8266).
Do không hỗ trợ bộ nhớ Flash nên các board sử dụng ESP8266 phải gắn thêm
chip Flash bên ngoài và thường là Flash SPI để ESP8266 có thể đọc chương trình ứng
dụng với chuẩn SDIO hoặc SPI.
Dưới đây là mạch nguyên lý đầy đủ cho ESP8266:

Hình 2.14: Sơ đồ nguyên lý ESP8266.

Chúng ta có thể thấy board ESP8266 chỉ cần thạch anh và SPI flash chip và vài
linh kiện điện trở rất đơn giản phải không nào. Do đó việc tích hợp giao tiếp Wifi vào
board ứng dụng với ESP8266 rất dễ dàng và nhanh chóng.
Công ty Espressif cũng cung cấp khá đầy đủ tài liệu và software tools để các nhà
phát triển sản phẩm có thể nhanh chóng làm quen và phát triển ứng dụng với
ESP8266.
Về mô hình lập trình ứng dụng với ESP8266, chúng ta có thể chia làm 2 loại như
sau:
Sử dụng firmware được cung cấp bởi Espressif và giao tiếp thông qua AT
commands.

13
Lập trình firmware trực tiếp vào ESP8266 sử dụng bộ thư viện SDK cung cấp
bởi Espressif.
 Các loại ESP8266 trên thị trường
Ngoại trừ module ESP-WROOM-02 được phát triển bởi chính Espressif cho
mục đích nghiên cứu các tính năng của ESP8266, các module ứng dụng phổ biến hiện
nay của ESP8266 đều được phát triển bởi công ty AI-Thinker.
Hiện tại có khá nhiều module khác nhau cho ESP8266 được sản xuất bởi công ty
AI-Thinker. Đặc điểm khác nhau giữa các module này bao gồm:
Loại anten sử dụng (PCB anten, chip anten hoặc gắn anten ngoài).
Dung lượng của chip Flash SPI trên board
Kích thước board của module
Có gắn khung nhôm chống nhiễu hay không
Số lượng pin GPIO đưa ra chân kết nối
Ở thị trường VN thì 3 module là ESP-01, ESP-07 và ESP-12F khá phổ biến và sẽ
được sử dụng để demo trong các bài viết sau nên chúng ta sẽ giới thiệu sơ các module
ở đây:

 Module ESP-01

Hình 2.15: Module ESP8266-01.

Sử dụng on-board PCB antenna.
Có 2 LED trên board để báo nguồn và báo TX.
Cung cấp 3 chân GPIO (GPIO0, GPIO2 và GPIO6) và 2 chân TXD/RXD cho
UART.
Dung lượng SPI Flash 4Mbyte.

13

14
Đưa chân ra jumper luôn nên có thể kết nối trực tiếp với các board khác 1 cách
nhanh chóng.
 Module ESP-07

Hình 2.16: Module ESP8266-07.

Sử dụng chip anten on-board và có IPEX connector hỗ trợ gắn thêm anten ngoài
để tăng khoảng cách truyền.
Có 2 LED trên board để báo nguồn và báo TX.
Đưa ra 9 chân GPIO, 2 chân TX/RX cho UART, 1 chân REST để reset chip, 1
chân ADC, 1 chân CH_PD để đưa chip vào chế độ low power.
Dung lượng SPI Flash trên board là 4Mbyte.
Có thể hàn thêm jumper để kết nối trực tiếp với board khác hoặc hàn trực tiếp
lên board ứng dụng.
 Module ESP-12F

Hình 2.17: Module ESP8266-12F.

Có 2 LED trên board để báo nguồn và báo TX.
Sử dụng PCB anten on-board.


15
Đưa ra 11 chân GPIO, 2 chân TX/RX cho UART, các chân cho SPI, chân RST
để reset chip, 1 chân ADC.
Dung lượng SPI Flash là 4Mbyte.
Có thể hàn jumper để căm dây vào các board khác hoặc hàn trực tiếp lên board
ứng dụng.

 Qua 3 module ESP8266 trên chúng ta có thể so sánh nhanh như sau:
ESP-01 đơn giản nhất, số chân GPIO ít nhất và không có shield chống nhiễu
ESP-07 thì nhiều chân GPIO hơn, có shield chống nhiễu nhưng dùng chip
antenna nên khoảng cách truyền không xa bằng PCB anten. Tuy nhiên có thể tăng
khoảng cách truyền bằng cách gắn thêm anten ngoài với IPEX connector trên board
ESP-12F đưa ra nhiều chân GPIO nhất, có shield chống nhiễu và on-board PCB
anten (lưu ý là mặc dù có các chân SPI nhưng đã được sử dụng để đọc SPI Flash bên
trong nên chúng ta không thể sử dụng các chân này nha)
b. Module cảm biến độ ẩm đất
Cảm biến độ ẩm đất và một module chuyển đổi với ngõ ra Analog - Digital. Cảm
biến độ ẩm đất được hoạt động với 2 chế độ ngõ ra (Analog & Digital), trạng thái đầu
ra mức thấp (0V), khi đất thiếu nước đầu ra sẽ là mức cao (5V). Độ nhạy của cảm biến
có thể tùy chỉnh được bằng cách điều chỉnh biến trở màu xanh trên board mạch.

Hình 2.18: Module cảm biến độ ẩm đất.
 Sensor gồm 2 phần:
Phần thiết bị đo có 2 chân dùng để cắm vào đất được nối với phần sensor sử lý
tín hiệu.
Phần sensor sử lý tín hiệu có 2 chân liên kết với phần còn lại và 4 chân liên kết
với mạch điều khiển hay mạch xử lý khác.
15


16
Bảng 2.1: Bảng bố trí chân cảm biến độ ẩm đất.
Thứ tự chân

Tên gọi

Mô tả

1

GND

Mass

2

VCC

nguồn 5V

3

D0

tín hiệu đầu ra digital

4

A0

tín hiệu đầu ra analog

 Thông số kỹ thuật
Điện áp hoạt động: 3.3V-5V
IC so sánh : LM393
VCC: 3.3V-5V
GND: 0V

DO: Đầu ra tín hiệu số (0 và 1)
AO: Đầu ra Analog (Tín hiệu tương tự)
c. Module cảm biến nhiệt độ và độ ẩm DHT22
Cảm biến độ ẩm và nhiệt độ DHT22 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), so với DHT11 là phiên bản rẻ hơn thì DHT22 có độ chính xác cao hơn,
khoảng đo rộng hơn DHT11 rất nhiều.

Hình 2.19: Module cảm biến nhiệt độ và độ ẩm DHT22.
 Sơ đồ chân:


17
Dưới đây là thứ tự chân của cảm biến DHT22
Bảng 2.2: Bảng bố trí chân cảm biến nhiệt độ, độ ẩm DHT22.
Thứ tự chân

Tên gọi

Mô tả

1

+

nguồn 5V

2

Out

tín hiệu đầu ra

3

-

gnd

Hình 2.20: Sơ đồ chân module cảm biến nhiệt độ và độ ẩm DHT22.
 Thông số kỹ thuật
Điện áp đầu vào: 5V DC
Chuẩn giao tiếp: TTL, 1 wire.
Tầm đo nhiệt độ: -40 ~ 80℃
Độ phân giải: 0.1℃ / Sai số nhiệt độ <±0.5℃
Tầm đo độ ẩm: 0-100% RH
Tầm đo độ ẩm: 0.1%RH / sai số ±2%RH
Kích thước module: 38 x 20mm (1.50 x 0.79")
d. Module cảm biến nhiệt độ và độ ẩm DHT22
Cảm biến cường độ ánh sáng BH1750 được sử dụng để đo cường độ ánh sáng
theo đơn vị lux, càm biến có ADC nội và bộ tiền xử lý nên giá trị được trả ra là giá trị
trực tiếp cường độ ánh sáng lux mà không phải qua bất kỳ xử lý hay tính toán
nào thông qua giao tiếp I2C .
17


18

Hình 2.21: Module cảm biến cường độ sáng BH1750.
Thông số kỹ thuật

Nguồn: 3~5VDC
Giao tiếp: I2C
Khoảng đo: 1 -> 65535 lux
Kích cỡ: 21*16*3.3mm
Vào buổi tối : 0.001 - 0.02 Lux
Ánh trăng : 0.02 - 0.3 lux
Trời nhiều mây trong nhà : 5 - 50 lux
Trời nhiều mây ngoài trời : 50 - 500 lux
Trời nắng trong nhà : 100 - 1000 lux
Ánh sáng cần thiết để đọc sách: 50 - 60 lux