THIẾT KẾ, CHẾ TẠO HỆ THỐNG GIÁM SÁT, ĐIỀU KHIỂN NHIỆT ĐỘ ĐỘ ẨM NHÀ TRỒNG LAN BẰNG INTERNET

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

THIẾT KẾ, CHẾ TẠO HỆ THỐNG GIÁM SÁT, ĐIỀU KHIỂN
NHIỆT ĐỘ - ĐỘ ẨM NHÀ TRỒNG LAN BẰNG INTERNET

Họ và tên sinh viên:
LÊ VĂN THÀNH
Ngành: CƠ ĐIỆN TỬ
Niên khóa: 2012-2016

Tháng 06 năm 2016


THIẾT KẾ, CHẾ TẠO HỆ THỐNG GIÁM SÁT, ĐIỀU KHIỂN
NHIỆT ĐỘ - ĐỘ ẨM NHÀ TRỒNG LAN BẰNG INTERNET

TÁC GIẢ
LÊ VĂN THÀNH

Khóa luận tốt nghiệp được đệ trình đáp ứng yêu cầu
cấp bằng Kỹ sư ngành Cơ Điện Tử

Giáo viên hướng dẫn:
TH.S NGUYỄN TẤN PHÚC

Tháng 06 năm 2016

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM TPHCM

KHOA CƠ KHÍ - CÔNG NGHỆ
-----------------------------------

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
-------------ĐỘC LẬP – TỰ
DO – HẠNH PHÚC
---------------------------------

Ngày 22 tháng 02 năm 2016

NHIỆM VỤ KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP
KHOA: CƠ KHÍ CÔNG NGHỆ
BỘ MÔN: Cơ Điện Tử
Họ và tên sinh viên:

Lê Văn Thành

MSSV: 12153136
1. Tên đề tài :
Thiết kế, chế tạo hệ thống giám sát, điều khiển nhiệt độ, độ ẩm nhà trồng lan bằng internet
2. Nhiệm vụ giao (ghi rõ nội dung phải thực hiện):
- Tìm hiểu hệ thống đo nhiệt độ, độ ẩm sử dụng trong các mô hình trồng lan.
- Tìm hiểu module giao tiếp giữa arduino – internet .
- Thiết kế hệ thống giao diện, đồ thị giám sát các thông số trên qua trang web.
- Đánh giá tính hiệu quả của mô hình trên thực tế.
3. Ngày giao: 22/2/2016.
4. Ngày hoàn thành: 15/5/2016.
5.Họ và tên người hướng dẫn:

Th.S Nguyễn Tấn Phúc
Nội dung và yêu cầu LA đã được thông qua Bộ môn
Ngày …. tháng ….. năm 2016.
Trưởng Bộ Môn

Nội dung hướng dẫn
Tất cả.
Người hướng dẫn
Ký tên, ghi rõ họ và tên


PHẦN DÀNH CHO KHOA:
-

Người duyệt:

-

Ngày bảo vệ:


LỜI CẢM ƠN

Em xin trân trọng cảm ơn tất cả quý thầy cô ở trường Đại học Nông Lâm TP.Hồ Chí
Minh và quý Thầy Cô trong khoa Cơ Khí - Công Nghệ đã trang bị cho em những kiến
thức quý báu cũng như đã giúp đỡ em trong suốt quá trình học tập tại trường.
Em xin chân thành cảm ơn các thầy cô trong bộ môn Cơ Điện Tử đã giúp đỡ chúng
em nhiệt tình trong thời gian thực hiện đề tài.
Em cũng xin bày tỏ sự biết ơn chân thành đối với thầy Nguyễn Tấn Phúc đã tận tình
hướng dẫn em trong suốt quá trình làm Luận văn tốt nghiệp.

Đặc biệt, em xin cảm ơn quý thầy cô trong hội đồng đã dành thời gian nhận xét và
góp ý để luận văn của em hoàn thiện hơn.
Cuối cùng, em xin gửi lời cảm ơn đến những người thân cũng như bạn bè đã động
viên, ủng hộ và luôn tạo mọi điều kiện thuận lợicho em trong suốt quá trình hoàn thành
luận văn.

TPHCM, ngày tháng 06 năm 2016
Sinh viên thực hiện

LÊ VĂN THÀNH

i


MỤC LỤC


LỜI CẢM ƠN ......................................................................................................................i
MỤC LỤC ..........................................................................................................................ii
DANH MỤC HÌNH ...........................................................................................................iv
KÍ HIỆU VÀ VIẾT TẮT ...................................................................................................vi
TÓM TẮT .........................................................................................................................vii
CHƯƠNG I: TỔNG QUAN..............................................................................................1
1.1 LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI.............................................................................................1
1.2 LỊCH SỬ GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ............................................................................2
1.3 MỤC TIÊU VÀ PHẠM VI CỦA ĐỀ TÀI................................................................3
1.3.1 Mục tiêu của đề tài............................................................................................3
1.3.2 Phạm vi của đề tài.............................................................................................6
1.4 HƯỚNG GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ.............................................................................6
CHƯƠNG II: CƠ SỞ LÝ THUYẾT................................................................................8

2.1 MẠCH ARDUINO ATMEGA 2560.........................................................................8
2.1.1 Giới thiệu về Arduino.......................................................................................8
2.1.2 Board mạch Arduino Mega 2560......................................................................8
2.1.3 Môi trường phát triển......................................................................................10
2.2 KHÁI QUÁT MODULE CHUYỂN ĐỔI ETHERNET SHIELD...........................12
2.2.1 Một số đặc điểm vi điều khiển W5100............................................................13
2.2.2 Một số thanh ghi cơ bản...................................................................................14
2.2.3 Miêu tả các chức năng.....................................................................................15
2.3 CẢM BIẾN NHIỆT ĐỘ VÀ ĐỘ ẨM......................................................................15
2.4 CẢM BIẾN ĐỘ ẨM ĐẤT.......................................................................................16
2.5 RELAY SHIELD.....................................................................................................17

ii


2.6 TỔNG QUAN VỀ INTERNET VÀ PHƯƠNG THỨC TRUYỀN NHẬN QUA
WEB SERVER..................................................................................................................18
2.6.1 Sơ lược lịch sử phát triển của internet.............................................................18
2.6.2 Phương thức truyền nhận qua web server........................................................19
2.7 ĐỊA CHỈ IP VÀ TÊN MIỀN CHO WEB SERVER...............................................20
2.7.1 Địa chỉ IP (IP address) ....................................................................................20
2.7.2 Tên miền (Domain name) ...............................................................................22
CHƯƠNG III: THIẾT KẾ PHẦN CỨNG VÀ XÂY DỰNG WEB SERVER...........23
3.1 THIẾT KẾ PHẦN CỨNG.......................................................................................23
3.1.1 Sơ đồ khối tổng quát........................................................................................23
3.1.2 Module chuyển đổi Ethernet............................................................................24
3.1.3 Module Arduino vi điều khiển ATmega 2560.................................................27
3.2 XÂY DỰNG WEB SERVER...................................................................................30
3.2.1 Lưu đồ giải thuật chương trình........................................................................30
3.2.2 Thiết lập web server và hệ thống giám sát, điều khiển ...................................33

CHƯƠNG IV: KẾT QUẢ VÀ ỨNG DỤNG THỰC TẾ..............................................37
4.1 Kết quả......................................................................................................................37
4.1.1 Kết cấu và sơ đồ bố trí các thiết bị trong nhà lưới.........................................37
4.1.1 Phần cứng......................................................................................................40
4.1.2 Web server.....................................................................................................43
4.2 Ứng dụng thực tế......................................................................................................48
CHƯƠNG V: KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ.....................................................................57
TÀI LIỆU THAM KHẢO...............................................................................................59
PHỤ LỤC..........................................................................................................................60

iii


DANH MỤC HÌNH

HÌNH CHƯƠNG II
Hình 2.1 Board mạch Arduino Mega 2560.........................................................................5
Hình 2.2 Chip ATmega 2560..............................................................................................6
Hình 2.3 Giao diện lập trình cho board mạch Arduino.......................................................8
Hình 2.4 Chu trình hoạt động của board mạch Arduino.....................................................9
Hình 2.5 Module Ethernet shield W5100..........................................................................10
Hình 2.6 Sơ đồ chân W5100..............................................................................................11
Hình 2.7 Cảm biến nhiệt độ và độ ẩm DHT11..................................................................12
Hình 2.8 Cảm biến độ ẩm đất............................................................................................13
Hình 2.9 Module relay shield............................................................................................14
Hình 2.10 Thông tin dữ liệu điều khiển và user trên cơ sở dữ liệu...................................18
HÌNH CHƯƠNG III
Hình 3.1 Sơ đồ khối tổng quát của hệ thống......................................................................23
Hình 3.2 Sơ đồ truyền nhận chuẩn Ethernet......................................................................24
Hình 3.3 Sơ đồ bus SPI và khối chuyển mạch nguồn 5 – 3.3VDC...................................24

Hình 3.4 Đầu nối ICSP và chức năng Reset......................................................................25
Hình 3.5 Sơ đồ kết nối W5100 và các LED trạng thái......................................................26
Hình 3.6 Sơ đồ kết nối ATMEGA 16U2...........................................................................27
Hình 3.7 Sơ đồ bus nối và khối nguồn 5 – 3.3VDC..........................................................28
Hình 3.8 Sơ đồ kết nối ATmega 2560 trên board Arduino...............................................29
Hình 3.9 Sơ đồ khối truyền nhận qua internet...................................................................30
Hình 3.10 Lưu đồ giải thuật truyền thông SPI...................................................................31
Hình 3.11 Lưu đồ xử lý dữ liệu nhận được từ internet......................................................32

iv


Hình 3.12 Giao diện đăng nhập MODEM ADSL.............................................................35
Hình 3.13 Thẻ Advanced Setup của modem.....................................................................36
Hình 3.14 Cấu hình cho thẻ Virtual Server.......................................................................37
Hình 3.15 Dữ liệu được lưu trữ trên Google Drive dưới dạng Google Spreadsheet.........38
Hình 3.16 Đăng nhập vào hệ thống và thông tin dữ liệu điều khiển.................................39
HÌNH CHƯƠNG IV
Hình 4.1 Main chính..........................................................................................................40
Hình 4.2 Bộ xử lý trung tâm..............................................................................................41
Hình 4.3 Thông tin giới thiệu chung về hệ thống..............................................................42
Hình 4.4 Dùng cơ sở dữ liệu từ Google Drive vẽ biểu đồ giám sát nhiệt độ - độ ẩm của
khu vườn............................................................................................................................43
Hình 4.5 Phần điều khiển bật, tắt các thiết bị....................................................................44
Hình 4.6 Hiện trạng vườn Lan khi mới lắp đặt hệ thống (15/3/2016) ..............................48
Hình 4.7 Sau thời gian chăm sóc vườn Lan đã cho những nụ hoa đầu tiên (25/4/2016)...49
Hình 4.8 Vườn Lan cho hoa nở khá đồng đều và có thể cho thu hoạch............................50
Hình 4.9 Hệ thống phun sương làm mát và tưới nước tự động được điều khiển bằng
web server..........................................................................................................................51
Hình 4.10 Kết quả của một chậu Lan tiêu biểu từ khi bắt đầu đến kết thúc thực nghiệm

(15/3/2016 - 10/5/2016) ....................................................................................................52

v


KÍ HIỆU VÀ VIẾT TẮT

IDE

Integrated Development Environment

I/O

Input/Output

IP

Internet Protocol

IC

Integrated Circuit

PWM

Pulse Width Modulation

PHP

Personal Home Page

SPI

Serial Peripheral Interface

R/W

Read/Write

TCP/IP

Transmission Control Protocol/Internet Protocol

PC

Personal Computer

USB

Univesal Serial Bus

LCD

Liquid Crystal Display

I2C

Inter - Integrated Circuit

vi

TÓM TẮT



Nông nghiệp là ngành kinh tế quan trọng của Việt Nam chính vì vậy việc tự động
hóa các khâu trong sản xuất phục vụ trồng trọt, chăn nuôi giúp nâng cao năng suất và
tăng tính hiệu quả trong nông nghiệp hiện đại luôn là vấn đề được đầu tư, quan tâm và
phát triển.
Đề tài “Thiết kế, chế tạo hệ thống giám sát, điều khiển nhiệt độ, độ ẩm nhà
trồng Lan bằng Internet” đã được xây dựng và chạy thử nghiệm thành công trên vườn
hoa Lan đang trong giai đoạn chuẩn bị ra hoa. Các hoạt động tưới nước, phun sương,
thông gió, điều chỉnh nhiệt độ, độ ẩm được thực hiện tự động theo điều kiện thực tế của
vườn. Toàn bộ các thông số về nhiệt độ, độ ẩm của vườn hoa Lan và các hoạt động điều
khiển sẽ được lưu trữ và cho phép truy xuất qua mạng internet thông qua Google Drive.
Đi cùng với hệ thống là một web server có khả năng tự động vẽ đồ thị giám sát các thông
số của khu vườn bằng cơ sở dữ liệu được lưu trữ trên Goolge Drive. Kết quả đạt được là
sản phẩm hoàn chỉnh với đầy đủ tính năng đã đặt ra, sẵn sàng phục vụ vườn cây trong
thực tế.
Đề tài nghiên cứu này đã xây dựng được một báo cáo hoàn chỉnh về thiết kế phần
cứng lẫn phần mềm của một hệ thống giám sát, điều khiển nhiệt độ - độ ẩm trong nhà
trồng Lan bằng Internet.
Nội dung báo cáo được trình bầy theo bố cục sau:
Chương 1: Tổng quan
Chương 2: Cơ sở lý thuyết
Chương 3: Thiết kế phần cứng và xây dựng web server
Chương 4: Kết quả và ứng dụng thực tế
Chương 5: Kết luận
Do thời gian thực hiện còn hạn chế, trình độ và kinh nghiệm có giới hạn nên đề tài

còn nhiều thiếu sót. Em rất mong nhận được sự đóng góp ý kiến của quý thầy cô và bạn
bè để đề tài của em càng được hoàn thiện hơn.

vii


CHƯƠNG I: TỔNG QUAN



1.1 LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI

Với những yêu cầu này càng cao về ứng dụng khoa học kỹ thuật vào sản xuất, đặc
biệt là tự động hóa trong quá trình sản xuất đang là vấn đề bức bách nhằm nâng cao chất
lượng sản phẩm trong nông nghiệp, giảm công lao động, tiệt kiệm năng lượng, hạ giá
thành sản phẩm, tăng cường sức cạnh tranh nội địa cũng như trên thị trường thế giới thì
việc áp dụng sản xuất Nông Nghiệp công nghệ cao là điều cần thiết.
Một hệ thống giám sát nhiệt độ, độ ẩm và điều khiển các hoạt động tưới tiêu, phun
thuốc,bón phân…là cơ sở rất hữu ích và quan trọng trong việc sản xuất nông nghiệp theo
hướng công nghệ cao. Đặc biệt là các nước có khí hậu, điều kiện môi trường không thuận
lợi (như Hà Lan và vùng Bắc Âu) hay những quốc gia có điều kiện tự nhiên khó khăn
(như Israel). Đây là những nước nổi tiếng với sự phát triển nông nghiệp vượt trội về cả số
lượng và chất lượng; cây trồng sinh trưởng và phát triển rất tốt với các điều kiện được
điều khiển tự động như: nhiệt độ, độ ẩm, ánh sáng… hay cả các chế độ tưới nước, bón
phân và hàm lượng các chất khí có hại và lợi cho cây trồng.
Việc áp dụng khoa học kỹ thuật, tự động hóa trong nông nghiệp có vai trò quan trọng
trong việc sản xuất ( đặc biệt là các cây trồng chịu ảnh hưởng mạnh từ môi trường bên
ngoài như rau, hoa…) cho năng suất hiệu quả kinh tế cao, sản phẩm đạt tiêu chuẩn xuất
khẩu và có thể sản xuất theo kiểu công nghiệp.
Hiện nay, ở các nước phát triển trên thế giới như Hà Lan, Israel, Nhật Bản… đã và

đang phát triển ứng dụng rất rộng rãi các mô hình nông nghiệp công nghệ cao trồng rau,
hoa quy mô trong các năm gần đây. Ở Việt Nam một số nơi như Trung Tâm Nông
Nghiệp Công Nghệ Cao TP HCM, HasFasrm Đà Lạt…đã áp dụng rất thành công các
công nghệ điều khiển, giám sát đảm bảo tính toán thiết kế tối ưu các yếu tố khí hậu môi
trường để cây trồng sinh trưởng và phát triển tốt nhất.

1


So với canh tác truyền thống, hệ thống chăm sóc cây trồn theo hướng công nghệ cao
mang lại rất nhiều lợi ích: tiết kiệm 1/3 công lao động, năng suất tăng gấp 10-15 lần và
quan trọng nhất là người nông dân có thể tính toán chính xác sản lượng thu hoạch chủ
động hơn cho thị trường, tránh các yếu tố rủi ro như khí hậu hay bệnh dịch.
Từ những vấn đề cần thiết như đã trình bày ở trên cùng với sự giúp đỡ của thầy
hướng dẫn cũng như Trại Thực Nghiệm Nông Học ĐH Nông Lâm TP HCM tôi đã tiến
hành thực hiện đề tài “Thiết kế, chế tạo hệ thống giám sát, điều khiển nhiệt độ, độ ẩm
nhà trồng Lan bằng Internet’’

1.2 LỊCH SỬ GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ
Việc nhận thức được tầm quan trọng của nhiệt độ, độ ẩm môi trường ảnh hưởng quan
trọng tới cây trồng cũng như việc tự động hoá tưới nước, bón phân, phun thuốc đã được
đi sâu và áp dụng ở nhiều quốc gia với nhiều phương pháp khác nhau.
Tình hình ngoài nước, đã có nhiều đề tài nghiên cứu sâu và ứng dụng các hệ thống
giám sát, điều khiển tự động tưới nước, bón phân, phun thuốc cho cây trồng, khảo sát và
tìm cách khắc phục hoặc giảm thiểu tối đa các điểm hạn chế của hệ thống. Một số ví dụ
như:
 Năm 1959 ở Israel, hai cha con Simcha Blass và Yeshayahu đã nghiên cứu, hoàn
thiện sau đó áp dụng phương pháp nhà kính thông minh giúp tự động điều chỉnh
nhiệt độ, độ ẩm môi trường cùng với hệ thống tự động tưới nhỏ giọt và bón phân
qua đường ống vào thực tế.

 Một số quốc gia Trung Á cũng đang chuyển đổi hệ thống thủy lợi lưới thời Liên
Xô được thiết kế cho các nông trang lớn sang biện pháp tưới tiêu hiện đại tiết kiệm
nước phù hợp với mô hình nông trang nhỏ hơn.
Tình hình trong nước,đi cùng với sự phát triển của thế giới Nông nghiệp công nghệ
cao đã bắt đầu xuất hiện ở nước ta từ những năm cuối thế kỷ XX đầu thế kỷ XXI. Và cho
đến ngày nay việc sản xuất rau sạch và các loại hoa cao cấp bằng công nghệ cao đã ngày
càng trở nên phổ biến ở nước ta.

2


Vài dẫn chứng như:
 Tại Hà Nội và khu vực phía Bắc: Trung tâm kỹ thuật rau quả Hà Nội đã xây dựng
và đưa vào sử dụng khu nông nghiệp công nghệ cao đầu tiên ở miền Bắc. Được
đầu tư số vốn 24 tỷ đồng, rộng gần 16 ha với các trang thiết bị hiện đại cùng hệ
thống điều khiển vi tính.
 Ngày 20/04/2010, Sở Khoa học và Công nghệ tỉnh Quảng Ngãi phổi hợp với
trường ĐH Nông Lâm TP HCM tổ chức Hội thảo báo cáo đề tai khoa học và công
nghệ cấp tỉnh: “ Nghiên cứu thiết kế chế tạo và thử nghiệm hệ thống canh tác nông
nghiệp công nghệ cao tại Quảng Ngãi’’.
 TP HCM là một trong những “cái nôi” nông nghiệp công nghệ cao của cả nước
những năm gần đây thu hút rất nhiều nhà đâu tư vào lĩnh vực này. Khu Nông
nghiệp công nghệ cao nằm phía Tây Bắc TP HCM, thuộc huyện Củ Chi, có tổng
diện tích hơn 88,17 ha.
Tuy nhiên, việc áp dụng các mô hình hiện đại này vào điều kiện Việt Nam còn gặp
nhiều khó khăn. Do cơ sở hạ tầng của nước ta còn thiếu và không đồng bộ. Các mô hình
trên có chi phí rất lớn, khi nhập khẩu chúng ta phải phụ thuộc vào công nghệ và thiết bị,
khó khăn trong quá trình vận hành, sửa chữa. Chủ yếu các mô hình chỉ điều khiển tại chổ,
chưa có hệ thống giám sát và điều khiển từ xa, thường được làm thủ công, chưa đảm bảo
về chất lượng.

1.3 MỤC TIÊU VÀ PHẠM VI CỦA ĐỀ TÀI
1.3.1 Mục tiêu của đề tài
“Hệ thống giám sát, điều khiển nhiệt độ, độ ẩm nhà trồng Lan bằng Internet” hoạt
động trực tiếp dưới sự điều khiển của board Arduino thông qua internet.
 Giám sát:
Hệ thống nhận các giá trị đo từ cảm biến truyền về và thông qua internet thành lập các
biểu đồ dữ liệu về nhiệt độ, độ ẩm thể hiện theo từng thời gian cụ thể được lưu trữ dưới
dạng bảng tính excel trên Google Spreadsheet và được hiển thị trên web server. Ngoài ra
các trạng thái ( on/off ) của các thiết bị được điều khiển như máy bơm, thông gió, phun

3


sương, lưới che cũng được thể hiện rõ ràng dưới dạng bảng tính excel giúp người dùng có
thể quản lí một cách dễ dàng hơn.
 Điều khiển:
Việc điều khiển các thiết bị như máy bơm, thông gió, phun sương, lưới che cho cây dựa
vào các thông số điều kiện môi trường từ các cảm biến nhiệt độ, độ ẩm. Người dùng có
thể điều chỉnh các trạng thái ( on/off ) của các thiết bị tại chổ (qua bộ điều khiển trung
tâm) hoặc từ xa (mạng internet) trên web server sao cho các thông số nhiệt độ, độ ẩm phù
hợp nhất với điều kiện canh tác.
 Ứng dụng thực tế:
Để tăng tính thuyết phục cũng như khả năng đáp ứng nhu cầu thực tế của hệ thống thì đề
tài đã được ứng dụng thực tế trên vườn hoa Lan của Trại Thực Nghiệm Nông Học ĐH
Nông Lâm TP HCM nơi có đầy đủ trang thiết bị cũng như yêu cầu kĩ thuật đáp ứng trong
quá trình thử nghiêm với quy mô diện tích khoảng 70m2, khoảng 200 chậu Lan đang
trong giai đoạn sinh trưởng chuẩn bị ra hoa. Quá trình thử nghiệm được bắt đầu từ
15/03/2016 đến nay

Hình 1.1 Kích thước và hướng nhà trồng

4


Hình 1.2 Bố trí khoảng cách 4 luống trồng trong nhà lưới
Nhà lưới được bố trí thành các luống cây trồng và đường đi vào để thu hoạch và
chăm sóc cây sao cho dễ dàng và tiết kiệm được diện tích. Đường trục chính của nhà có
khoảng cách 0,8m. Các đường nhánh được sắp xếp bao quanh nhà và ngang giữa nhà với
khoảng cách là 0,5m. Đồng thời, với các luống khác nhau có thể cách ly chống lại sự lây
lan của bệnh dịch.
Nhà lưới được trang bị đầy đủ các thiết bị phục vụ cho quá trình thực nghiệm
 Bơm phun sương Alaska LS703 với công suất 1HP, lưu lượng 2 lít/phút với 16 vòi
phun Coolnet áp suất là 3 bar đến 5 bar,lưu lượng 5 lít/giờ được bố trí đều cho 4
luống trồng trong nhà lưới.
 Hai quạt thông gió Superwin SPW 1220 có đường kính cánh 550 mm, lượng gió
tối đa 15.000 m3/h, tốc độ vòng quay 260 vòng/phút, công suất 750 W giúp điều
tiết nhiệt độ, độ ẩm trong nhà lưới gồm một quạt thổi và một quạt đẩy không khí
ra ngoài.
 Xung quanh nhà Lan được bao phủ bởi lưới che nắng có màu xanh đen, độ che
nắng là 50 - 60% để điều tiết lượng ánh sáng cho phù hợp. Đặc biệt là ở hoa lan

5


việc điều chỉnh ánh sáng lại càng phải thực hiện một cách khắc khe hơn để phù
hợp với từng giai đoạn sinh trưởng.
 Hệ thống mở mái, lưới che trên trần nhà lưới giúp việc thoát khí, giảm nhiệt độ
nhanh hơn hoặc khi nhà lưới cần ánh sáng nhiều hơn.
 Kết quả dự kiến đạt được:

Hệ thống giám sát có thể đáp ứng được các phép đo nhanh, chính xác và liên tục yêu
cầu trong nông nghiệp chính xác. Các dữ liệu này được thu thập, lưu trữ và truyền tải
không dây đến người dùng để xử lý, qua đó họ có thể điều khiển và đưa ra các biện pháp
thích hợp trong sản xuất nông nghiệp nhằm tăng năng xuất, nâng cao chất lượng và sự
đồng đều trong sản phẩm thu hoạch.
1.3.2 Phạm vi của đề tài
Phương pháp thực hiện là thử nghiệm trên thực tế để so sánh, đối chiếu, rút kinh
nghiệm và cải tiến. Cụ thể như sau:
 Các thiết bị được sử dụng: Arduino, Relay shield, cảm biến nhiệt độ và độ ẩm
không khí, Ethernet shield, màn hình LCD (20x4) với giao tiếp I2C, bơm nhỏ giọt,
quạt thông gió…
 Quy mô: được áp dụng trên diện tích khoảng 70m2, có gần 200 chậu Lan đang
trong giai đoạn sinh trưởng chuẩn bị ra hoa tại Trại Thực Nghiệm Nông Học ĐH
Nông Lâm TP HCM.
 Điều khiển tắt/mở máy bơm, thông gió, phun sương, lưới che, giám sát điều khiển
nhiệt độ - độ ẩm được thực hiện tại chỗ (qua bộ điều khiển trung tâm) hoặc từ xa
(mạng internet).

1.4 HƯỚNG GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ
Đề tài dựa vào cơ sở thiết bị là board mạch Arduino, cảm biến nhiệt độ, độ ẩm, máy
bơm nước, phun sương, quạt thông gió kết hợp với phương pháp điều khiển qua internet
bằng web server để áp dụng vào quá trình thực nghiệm.

6


Để thực hiện các công việc nêu trên, đề tài sử dụng các thiết bị thí nghiệm và phần mềm
như sau:
 Cảm biến DHT11 của D-Robotics được dùng để đo nhiệt độ và độ ẩm của không
khí, sai số nhiệt độ trong khoảng 2˚C và độ ẩm khoảng 5%.

 Board mạch Arduino Mega 2560 được sử dụng làm bộ xử lí trung tâm để thu nhận
và xử lí dữ liệu, điều khiển hệ thống.
 Ethernet Shield dùng để kết nối dữ liệu giữa board Arduino với Internet.
 Relay Shield dùng làm mạch đệm và bật/tắt các thiết bị.
 Phần mềm Notepad++ được sử dụng để lập trình web.
 Phần mềm Arduino IDE dùng để lập trình cho board Arduino.

7


CHƯƠNG II: CƠ SỞ LÝ THUYẾT

2.1 MẠCH ARDUINO ATMEGA 2560
2.1.1 Giới thiệu về Arduino
Arduino là một board mạch vi xử lý được dùng để lập trình tương tác với các thiết bị
phần cứng như cảm biến, động cơ, đèn hoặc các thiết bị khác. Arduino đã và đang được
sử dụng rất rộng rãi trên thế giới và ngày càng chứng tỏ được sức mạnh thông qua vô số
ứng dụng độc đáo của người dùng trong cộng đồng mã nguồn mở (open - source). Đặc
điểm nổi bật của Arduino là môi trường phát triển ứng dụng dễ sử dụng, với ngôn ngữ lập
trình có thể làm quen một cách nhanh chóng.
2.1.2 Board mạch Arduino Mega 2560

Hình 2.1 Board mạch Arduino Mega 2560
Đề tài sử dụng board mạch Arduino thuộc dòng vi xử lý 8 - bit megaAVR của Atmel
với chip sử dụng là ATmega 2560. Các dòng vi xử lý này cho phép lập trình các ứng
dụng điều khiển phức tạp do được trang bị cấu hình mạnh với các loại bộ nhớ ROM,

8

RAM và Flash, các ngõ vào ra digital I/O. Trong đó, có nhiều ngõ xuất tín hiệu PWM và
đọc tín hiệu analog, chuẩn giao tiếp đa dạng như UART, SPI, TWI (I2C).
Board mạch này có trang bị các ngõ vào analog với độ phân giải 10 - bit (1024 phân
mức). Ví dụ với điện áp chuẩn là 5VDC thì độ phân giải khoảng 0.5mVDC. Với tính
năng đọc analog, người dùng có thể đọc nhiều loại cảm biến như nhiệt độ, áp suất, độ ẩm,
ánh sáng, gyroscope, accelerometer, potentiometer,…
Trong số các cổng digital, người dùng có thể chọn một số cổng dùng để xuất tín hiệu
điều chế xung PWM. Độ phân giải của các tín hiệu PWM này là 8 - bit. PWM có nhiều
ứng dụng trong viễn thông, xử lý âm thanh hoặc điều khiển động cơ DC
hoặc động cơ servos.

Hình 2.2 Chip ATmega 2560
Bảng 2.1 Các thông số board mạch Arduino Mega 2560
Chip xử lí

ATmega2560

Điện áp hoạt động

5VDC

Điện áp đầu vào (mức đề nghị)

7 - 12VDC

Điện áp đầu vào (mức giới hạn)

6 -20VDC

Chân I/O digital

54 (15 kênh có thể tạo PWM)

Analog đầu vào

16 kênh

Dòng ra vào trên mỗi chân I/O

40mADC

Dòng hoạt động ở chân 3.3VDC

50mADC

Bộ nhớ Flash

256KB (8KB được sử dụng cho bootloader)

SRAM

8KB

9


Đặc điểm của module Arduino Mega 2560
 Tốc độ xử lý cao 16MHz.
 Tiêu thụ điện năng thấp.
 Có 32x8 thanh ghi đa dụng.

 Đạt tốc độ 16MIPS (Microprocessor without Interlocked Pipeline Stages) ở
16MHz xung clock.
 Giao tiếp chuẩn JTAG hỗ trợ debug, lock, fuse bit.
 Có 2 bộ timer 16bit.
 Có 4 kênh PWM.
 Hỗ trợ giao tiếp I2C, USART, SPI.
 Khả năng ghi và xoá cớ thể đạt đến 10000 lần, lưu trữ trong thời gian dài trên 20
năm tại 85oC - 100 năm tại 25oC.
 Có 16 kênh chọn ADC.
2.1.3 Môi trường phát triển
Môi trường phát triển tích hợp (IDE) Arduino là một ứng dụng đa nền tảng được viết
bằng Java, và được dẫn xuất từ IDE cho ngôn ngữ lập trình xử lý và các dự án lắp ráp.
Arduino IDE có thể chạy trên ba nền tảng phổ biến nhất hiện nay là Windows,
Macintosh OSX và Linux. Do có tính chất nguồn mở nên môi trường lập trình này hoàn
toàn miễn phí và có thể mở rộng thêm bởi người dùng có kinh nghiệm.
Ngôn ngữ lập trình có thể được mở rộng thông qua các thư viện C++. Và do ngôn
ngữ lập trình này dựa trên nền tảng ngôn ngữ C của AVR nên người dùng hoàn toàn có
thể nhúng thêm code viết bằng AVR vào chương trình nếu muốn.
Ngoài ra, board mạch Arduino còn có thể nhúng và giao tiếp các phần mềm lập trình
đồ họa như Mathlab, LabVIEW™ thông qua thư viện do 2 phần mềm này phát triển.
Arduino IDE đi kèm với một thư viện phần mềm được gọi là "Wiring" từ dự án lắp ráp
ban đầu, làm cho hoạt động đầu vào/đầu ra phổ biến và trở nên dễ dàng hơn nhiều.

10


Hình 2.3 Giao diện lập trình cho board mạch Arduino
Người sử dụng chỉ cần định nghĩa hai hàm để thực hiện một chương trình điều hành
theo chu kỳ:
 Setup() : hàm chạy một lần duy nhất vào lúc bắt đầu của một chương trình dùng để

khởi tạo các thiết lập.
 Loop() : hàm được gọi lặp lại liên tục cho đến khi bo mạch được tắt đi.
Khi bật điện bảng mạch Arduino, reset hay nạp chương trình mới, hàm setup() sẽ
được gọi đến đầu tiên. Sau khi xử lý xong hàm setup(), Arduino sẽ nhảy đến hàm loop()
và lặp vô hạn hàm này cho đến khi tắt điện board mạch Arduino. Chu trình đó có thể mô
tả trong hình dưới đây

11


Hình 2.4 Chu trình hoạt động của board mạch Arduino
Arduino IDE sử dụng GNU toolchain và AVR libc để biên dịch chương trình, và sử
dụng avrdude để tải lên các chương trình vào board mạch chủ.
Do nền tảng Arduino sử dụng vi điều khiển Atmel, môi trường phát triển của Atmel,
AVR Studio hoặc Atmel Studio mới hơn, cũng có thể được sử dụng để phát triển phần
mềm cho các Arduino.

2.2 KHÁI QUÁT MODULE CHUYỂN ĐỔI ETHERNET SHIELD
Đề tài sử dụng Ethernet shield do WIZnet sản xuất, giúp board vi điều khiển
(Arduino) kết nối với internet một cách nhanh chóng. Board được thiết kế dựa trên chip
vi xử lý Ethernet W5100 hỗ trợ stack mạng TCP và UDP. Trên board có đầu nối cáp
mạng RJ45, có khe cắm thẻ nhớ micro – SD cho phép lưu trữ nhiều files phục vụ việc
điều khiển qua mạng. Board cũng có chip điều khiển reset cho W5100 để đảm bảo reset
đồng bộ khi bật nguồn. Giao tiếp giữa Ethernet shield và board Arduino thông qua bus
truyền tin SPI.

12


Hình 2.5 Module Ethernet shield W5100

2.2.1 Một số đặc điểm vi điều khiển W5100
Điện áp hoạt động 5VDC được lấy từ trạm nguồn POWER của board Arduino vi điều
khiển ATmega 2560.
 Dùng chip Ethernet W5100 có bộ đệm 16KB.
 Tốc độ kết nối internet 10/100 Mb.
 Kết nối với board Arduino thông qua bus SPI dùng đầu nối ICSP.
 Hiển thị trạng thái kết nối mạng thông qua các đèn LED FDX, LINK, TX, RX,
COLL, 100M.
 Cung cấp bộ giao thức TCP/IP trong phần cứng: TCP, UDP, Ipv4ARP, IGMP,
PPPoE, Ethernet, 10BaseT/100BaseTX được tích hợp trong phần cứng.
 Tự động cung cấp MDI/MDIX.
 Kết nối ADSL (sử dụng giao thức PPPoE với PAP/CHAP).
 Sockets độc lập đồng thời xảy ra cùng một lúc.
 16 KB cho bộ nhớ trong dùng cho truyền nhận.
 Điện áp làm việc 3.3 – 5VDC.
 Chuẩn giao tiếp cho phép truyền dữ liệu đồng bộ (SPI mode 0.3).

13


Hình 2.6 Sơ đồ chân W5100
2.2.2 Một số thanh ghi cơ bản
 MR (Mode Register) [R/W] [0x0000] [0x00] là thanh ghi dùng để S/W, reset,
kiểm tra mode bộ nhớ, mode ngắt kết nối, mode PPPoE và bus I/F.
 GWR (Gateway IP Address Register) [R/W] [0x0001 – 0x0004] [0x00] là thanh
ghi để cài đặt địa chỉ Gateway.
 SUBR (Subnet Mask Register) [R/W] [0x0005 – 0x0008] [0x00] là thanh ghi để
cài đặt địa chỉ Subnet Mask.
 SHAR (Source Hardware Address Register) [R/W] [0x0009 – 0x000E] [0x00] là
thanh ghi để cài đặt địa chỉ Source Hardware.

 SIPR (Source IP Address Register) [R/W] [0x000F – 0x0012] [0x00] là thanh ghi
để cài đặt địa chỉ IP.
 IR (Interrupt Register) [R] [0x0015] [0x00] là thanh ghi xử lý ngắt.
 IMR (Interupt Mask Register) [R/W] [0x0016] [0x00] là thanh ghi mặt nạ ngắt.

14