THIẾT KẾ, CHẾ TẠO HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN GIÁM SÁT TỪ XA NHIỆT ĐỘ ĐỘ ẨM CHO MÔ HÌNH VƯỜN RAU HỮU CƠ TRONG NHÀ KÍNH SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI

THIẾT KẾ, CHẾ TẠO HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN GIÁM SÁT TỪ XA
NHIỆT ĐỘ ĐỘ ẨM CHO MÔ HÌNH VƯỜN RAU HỮU CƠ TRONG
NHÀ KÍNH SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI

Tác giả

PHẠM TRỌNG TÍN

Khóa luận được đề trình để đáp ứng yêu cầu cấp bằng Kỹ sư ngành Cơ điện tử

Giáo viên hướng dẫn
Ths . NGUYỄN LÊ TƯỜNG

Tháng 6 năm 2017

1


LỜI CẢM ƠN
Em xin trân trọng cảm ơn tất cả quý Thầy Cô ở trường Đại Học Nông Lâm
TP.HCM, quý Thầy Cô trong khoa CƠ KHÍ – CÔNG NGHỆ và quý Thầy Cô
bộ môn CƠ ĐIỆN TỬ đã giúp đỡ và trang bị cho em những kiến thức quý báu
trong thời gian học tập tại trường để em thực hiện đề tài một cách tốt nhất.
Em cũng xin bày tỏ sự biết ơn chân thành đối với Cô Nguyễn Lê Tường đã
tận tình hướng dẫn em trong suốt quá trình thực hiện đề tài này.
Đặc biệt, em xin chân thành cảm ơn quý Thầy Cô trong hội đồng đã dành
thời gian để nhận xét và góp ý cho đề tài 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 điều kiện cho em trong suốt quá trình hoàn thành
đề tài nghiên cứu này.
Thành Phố Hồ Chí Minh, Ngày

, Tháng

, Năm 2017

Sinh Viên Thực Hiện

Phạm Trọng Tín

TÓM TẮT
Đề tài nghiên cứu : “ Thiết kế, chế tạo hệ thống điều khiển giám sát từ xa
cho mô hình vườn rau hữu cơ trong nhà kính sử dụng năng lượng mặt trời”
được thực hiện từ tháng 3 đến tháng 6 năm 2017 tại Trường Đại Học Nông Lâm
TPHCM.
Với việc xây dựng thành công mô hình và đảm bảo độ ổn định trong vận
hành dưới các điều kiện thời tiết khác nhau. Em đã đạt được những yêu cầu mà
nhà trường đề ra.

2


Dựa trên những gì thu được sau khi hoàn thành. Em hy vọng đề tài này sẽ
không dừng lại ở mức độ mô hình mà có thể đem vào thực tiễn và là tiền đề
phát triển cho các khóa sau tìm hiểu và xây dựng.
Kết quả thu được :
 Điều khiển và giám sát được nhiệt độ, độ ẩm, ẩm đất bằng điện thoại và
cả máy tính
 Chế tạo mô hình cho điều hướng cho tấm năng lượng mặt trời.
 Thiết kế ứng dụng trên điện thoại và máy tính để điều khiển, giám sát hệ
thống.

Mục lục
LỜI CẢM ƠN...............................................................................................................................................2
TÓM TẮT.....................................................................................................................................................3
Chương 1...................................................................................................................................................9
1.1

Tầm quan trọng của năng lượng mặt trời đối với cuộc sống..................................................9

1.1.1

Năng lượng mặt trời:...........................................................................................................9

1.1.2

Lợi ích từ năng lượng mặt trời đem lại cho con người.................................................10

1.2

Xây dựng hệ thông giám sát từ xa............................................................................................11

1.3

Mục tiêu của đề tài.....................................................................................................................11

Chương 2.................................................................................................................................................12
TỔNG QUAN.............................................................................................................................................12
2.1

Năng lượng mặt trời..................................................................................................................12

2.1.1

Tổng quan về năng lượng mặt trời..................................................................................12

2.1.1.1

Pin mặt trời.....................................................................................................................12

2.1.1.2 Thiết bị làm lạnh và điều hòa không khí.........................................................................14
2.2
2.3

Các hệ thống giám sát sử dụng cho nhà vườn....................................................................15
Các thiết bị sử dụng trong đề tài..............................................................................................16

2.3.1
2.3.1.1

Cảm biến – module............................................................................................................16
Arduino...........................................................................................................................16

Thông số cơ bản của Mạch Arduino UNO R3...........................................................17
3




Lập trình cho Arduino...........................................................................................................18

2.3.1.2


Ethernet...........................................................................................................................19

Thông số kỹ thuật và sơ đồ chân Ethernet.........................................................................20

2.3.1.3

Cảm biến đất..................................................................................................................21

2.3.1.5

Mạch nguồn LM2596....................................................................................................24

2.3.1.6

Cảm biến quang trở.......................................................................................................24

2.3.1.7

Module relay...................................................................................................................25

2.4

Các thiết bị thực thi...............................................................................................................26

2.4.1

Động cơ bơm tưới..........................................................................................................26

2.4.2

Động cơ quạt tản nhiệt..................................................................................................27

2.4.3

Đèn chiếu sáng................................................................................................................28

2.4.4

Motor servo RC MG996R.............................................................................................29

2.5

Bộ phận truyền động.........................................................................................................31

Chương 3.................................................................................................................................................32
NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU........................................................................................32
1)

Nội dung thực hiện.........................................................................................................................32

2)

Phương pháp nghiên cứu..............................................................................................................32

CHƯƠNG 4.............................................................................................................................................33
KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN.........................................................................................................................33
4.1

Xây dựng mô hình cho hệ thống nhà vườn.............................................................................33

4.1.1

Thiết kế mô hình cho đề tài..............................................................................................33

4.1.2

Sơ đồ khối tương quan hệ thống......................................................................................35

4.1.3

Vị trí các khối cảm biến và bộ phận thực thi..................................................................36

4.1.4 Xây dựng khối xử lý của hệ thống..........................................................................................37
4.1.4.1

Khối cảm biến.................................................................................................................37

4.1.4.1.2

Cảm biến nhiệt độ, độ ẩm DHT11...........................................................................39

4.1.4.1.3

Khối thực thi và module thực thi.............................................................................42

4.1

Ứng dụng điều khiểu hệ thống.........................................................................................43

4.2.2

Giao diện cho phần điều khiển.....................................................................................44

4.2.3

Giớ thiệu tổng quan và chức năng các nút bấm.........................................................45

4.3

Hệ thống năng lượng mặt trời..........................................................................................47

4.3.3

Board mạch điều khiển cho hệ thống..........................................................................57

4.3.4

Cách truyền động và cơ cấu sử dụng..........................................................................58

Chương 5.................................................................................................................................................63
KẾT LUẬ N VÀ ĐỀ NGHỊ...................................................................................................................63
5.1 Kết luận...........................................................................................................................................63
4


5.2 Đề nghị.............................................................................................................................................63
TÀI LIỆU THAM KHẢO..............................................................................................................................64

PHỤ LỤC....................................................................................................................................................65


Code điều hướng năng lượng mặt trời........................................................................................65



Code điều khiển và giám sát.........................................................................................................71

5


DANH SÁCH HÌNH ẢNH
Hình 1.1: Công trình điện năng lượng mặt trời tại Nhật Bản....................................10
Hình 2.1: Tấm năng lượng mặt trời...........................................................................12
Hình 2.2: Thiết bị chạy từ năng lượng mặt trời.........................................................13
Hình 2.3: Thiết bị chạy từ năng lượng mặt trời.........................................................13
Hình 2.4: Thiết bị làm lạnh không khí......................................................................14
Hình 2.5: Thiết bị làm lạnh không khí......................................................................14
Hình 2.6: Timer điều khiển bơm nước tự động.........................................................15
Hình 2.7: Board Arduino...........................................................................................16
Hình 2.8: Sơ đồ chân và bố trí linh kiện trên Arduino...............................................17
Hình 2.9: Giao diện cho Arduino..............................................................................18
Hình 2.10: Module Ethernet......................................................................................19
Hình 2.11: Vị trí các linh kiện trên Ethernet.............................................................20
Hình 2.12: Cảm biến độ ẩm đất................................................................................21
Hình 2.13: Cảm biến DHT 11...................................................................................22
Hình 2.14: LM2596..................................................................................................24
Hình 2.15: Cảm biến quang trở...............................................................................24
Hình 2.16: Module Relay 1 kênh..............................................................................25

Hình 2.17: Động cơ bơm nước và béc phun sương...................................................26
Hình 2.18: Quạt tản nhiệt..........................................................................................27
Hình 2.19: Led SMD 5630........................................................................................29
Hình 2.20: Động cơ MG 996R..................................................................................29
Hình 2.21: Thông số kỹ thuật động cơ MG996R......................................................30
Hình 2.22: Hệ cơ cấu bánh răng trục vít ..................................................................31
Hình 4.1: Bản vẽ thiết kế mô hình............................................................................33
Hình 4.2: Hình ảnh mô hình thực tế..........................................................................33
Hình 4.3: Chậu gieo trồng.........................................................................................34
Hình 4.4: Sơ đồ khối tương quan hệ thống...............................................................35
Hình 4.5: Sơ đồ bố trí cảm biến và các bộ phận thực thi...........................................36
6


Hình 4.6: Sơ đồ nhánh cây xử lý hệ thống................................................................37
Hình 4.7: Kết quả cảm biến ẩm đất đổi ra phần trăm................................................38
Hình 4.8: Cách ly cảm biến DHT11 với ảnh hưởng mưa gió....................................39
Hình 4.9: Kết quả thu được từ cảm biến DHT11 trong khoảng 1 đêm......................40

Hình 4.10: So sánh DHT11 và đồng hồ K1......................................................40
Hình 4.11: Bộ relay điều khiển..................................................................................41

Hình 4.12: Trên điện thoại Smart Phone...................................................................43
Hình 4.13: Giao diện trên máy tính...........................................................................44
Hình 4.14: Biểu đồ giám sát giá trị (độ ẩm, nhiệt độ, ẩm đất)...................................45
Hình 4.15: Mô hình điều hướng tấm năng lượng mặt trời.........................................47
. Hình 4.16: Mô hình thực tế.....................................................................................47
Hình 4.17: Bánh răng trục vít....................................................................................51
Hình 4.18: 4 quang trở mắc song song nhau để so sánh và phản hồi tín hiệu............52
Hình 4.19: Hình ảnh thực tế......................................................................................53

Hinh 4.20: Nắng chiếu vào 2 quang trở phía trên(dưới)............................................54
Hình 4.21: Nắng chiếu vào 2 quang trở phía trái(phải) ............................................55
HÌnh 4.22: Giá trị trung bình của 4 con quang trở nhận được từ mối trường ...........56
Hình 4.23: Board mạch điều khiển hệ thống tự điều hướng......................................57
Hình 4.24: Cơ cấu bánh răng trục vít truyền động....................................................58
Hình 4.25: Motor điều khiển phần quay qua lại (trái – phải).....................................59
Hình 4.26: Khớp nối giữa motor và trục vít..............................................................60
Hình 4.27: Biến trở trong servo được lấy ra ngoài....................................................61
HÌnh 4.28: Biến trở nối với trục quay của tấm pin dùng để phản hồi tín hiệu..........61

7


DANH SÁCH BẢNG THÔNG SỐ

Bảng 2.1: Thông số kỹ thuật cảm biến độ ẩm đất.............................................22
Bảng 2.2: Chức năng các chân cảm biến ẩm đất...............................................22
Bảng 2.3: thông số kỹ thuật DHT11.................................................................23
Bảng 2.4: Chức năng các chân DHT11.............................................................23
Bảng 4.1: Giá trị analog thu được khi đo độ ẩm...............................................38
Bảng 4.2: Hiệu điện thế và cường độ dòng điện khi thời tiết khác nhau..........48
Bảng 4.3: Thông số bánh răng trục vít..............................................................50

8


Chương 1

MỞ ĐẦU
1.1Tầm quan trọng của năng lượng mặt trời đối với cuộc sống.

1.1.1 Năng lượng mặt trời:
Năng lượng mặt trời, bức xạ ánh sáng và nhiệt từ Mặt trời, đã
được khai thác bởi con người từ thời cổ đại bằng cách sử dụng một
loạt các công nghệ phát triển hơn bao giờ hết. Bức xạ mặt trời, cùng
với tài nguyên thứ cấp của năng lượng mặt trời như sức gió và sức
sóng, sức nước và sinh khối, làm thành hầu hết năng lượng tái tạo có
sẵn trên Trái Đất. Chỉ có một phần rất nhỏ của năng lượng mặt trời có
sẵn được sử dụng.
Điện mặt trời nghĩa là phát điện dựa trên động cơ nhiệt và pin
quang điện. Sử dụng năng lượng mặt trời chỉ bị giới hạn bởi sự khéo
léo của con người. Một phần danh sách các ứng dụng năng lượng mặt
trời sưởi ấm không gian và làm mát thông qua kiến trúc năng lượng
mặt trời, qua chưng cất nước uống và khử trùng, chiếu sáng bằng ánh
sáng ban ngày, nước nóng năng lượng mặt trời, nấu ăn năng lượng
mặt trời, và quá trình nhiệt độ cao nhiệt cho công nghiệp purposes. Để
thu năng lượng mặt trời, cách phổ biến nhất là sử dụng tấm năng
lượng mặt trời.
Công nghệ năng lượng mặt trời được mô tả rộng rãi như là
hoặc năng lượng mặt trời thụ động hoặc năng lượng mặt trời chủ
động tùy thuộc vào cách chúng nắm bắt, chuyển đổi và phân phối
năng lượng mặt trời. Kỹ thuật năng lượng mặt trời hoạt động bao gồm
việc sử dụng các tấm quang điện và năng lượng mặt trời nhiệt thu để
khai thác năng lượng. Kỹ thuật năng lượng mặt trời thụ động bao gồm
các định hướng một tòa nhà về phía Mặt trời, lựa chọn vật liệu
có khối lượng nhiệt thuận lợi hoặc tài sản ánh sáng phân tán, và thiết
kế không gian lưu thông không khí tự nhiên.

9

1.1.2 Lợi ích từ năng lượng mặt trời đem lại cho con người
- Nhờ vào công nghệ mặt trời mà năng lượng mặt trời đã mang lại
khá nhiều lợi ích quan trọng cho cuộc sống ngày nay của chúng ta và
rất thân thiện với môi trường : máy nước nóng năng lượng mặt trời....
Điều quan trọng là khác với nhiều nguồn năng lượng dùng để sinh ra
nhiệt than đá, khí đốt, dầu mỏ... ở chỗ là năng lượng mặt trời không
phải tiêu tốn nguồn nhiên liệu hóa thạch ban đầu.. Và trong quá trình
sản sinh thì nó không sinh ra bất kì một chất độc hại nào như: CO2,
SO2... --> những nguyên nhân chính gây biến đổi khí hậu toàn cầu.
- Là nguồn năng lượng dồi dào, vô tận và mang lại nhiều ý nghĩa lớn
cho nhân loại. Nếu như các nguồn năng lượng khác như than,khí gas
bạn phải bỏ tiền ra để mua thì năng lượng mặt trời lại hoàn toàn miễn
phí.
- Tạo ra nhiều việc làm hơn cho các bạn sinh viên trong ngành công
nghiệp năng lượng xanh.
- Tạo ra nhiều sản phẩm, vật dụng thân thiện với môi trường
- Góp phần giải quyết các vấn đề quá tải điện năng và nâng cao giá trị
cuộc sống của con người.
- Góp phần thúc đẩy nền kinh tế của các nước đang phát triển.

Hình 1.1: Công trình điện năng lượng mặt trời tại Nhật Bản

10


1.2 Xây dựng hệ thông giám sát từ xa
Trong thời đại công nghiệp hóa hiện đại hóa hiện nay, việc
ứng dụng khoa học kỹ thuật vào trong sản xuất, và trồng trọt đang là
xu thế mới. Đáp ứng được các nhu cầu về mặt hiệu quả và năng suất,
cũng như đạt chất lượng tốt hơn trong công việc.

Hệ thống giám sát và điều khiển từ xa đang phổ biến dần
trong cuộc sống hiện nay. Chúng giúp ta có thể quản lý và giám sát
công việc một cách hiệu quả và an toàn hơn.
Internet cũng không ngoại lệ hiện nay cũng rất phổ biến trong
cuộc sống hầu như người nhà nhà đều đang sử dụng internet mỗi ngày
mỗi giờ. Chính nhờ sự phổ biến và tiện dụng của internet mà ngày
nay đa số các hệ thống điều khiển từ xa đều lấy cảm hứng từ internet.
Rất nhiều ứng dụng đã được sử dụng rộng rãi bằng việc giám sát
và điều khiển qua internet như:
- Hệ thống camera giám sát
- Hệ thống nhà thông minh
- Hệ thống tưới cây điều khiển qua internet…

1.3 Mục tiêu của đề tài
Mục tiêu:
Xây dựng hệ thống nhà vườn sử dụng năng lượng từ mặt trời
để hoạt động, giám sát hệ thống từ xa về các thông số nhiệt độ, độ ẩm,
ẩm đất và điều khiển thiết bị đèn, bơm, quạt trong mô hình thông qua
mạng internet.
Giới hạn đề tài:
- Sử dụng vi điều khiển Arduino, Ethernet.
- Sử dụng năng lượng mặt trời cấp nguồn cho hệ thống.
- Sử dụng cảm biến môi trường, và ứng dụng điều khiển trên điện thoại
và máy tình.
- Các thông số môi trường được sử dụng: nhiệt độ, độ ẩm, ẩm đất.

11


Chương 2

TỔNG QUAN
2.1 Năng lượng mặt trời
2.1.1 Tổng quan về năng lượng mặt trời
Năng lượng mặt trời là nguồn năng lượng mà con người biết sử
dụng từ rất sớm, nhưng ứng dụng năng lượng mặt trời vào các công
nghệ sản xuất và trên quy mô rộng thì mới chỉ thực sự vào cuối thế kỉ
18 và cũng chủ yếu ở những nước nhiều năng lượng mặt trời, những
vùng sa mặc. Từ sau các cuộc khủng hoảng năng lượng thế giới năm
1968 và 1973, năng lượng mặt trời càng được đặc biệt quan tâm. Các
nước công nghiệp phát triển đã tiên phong phát triển và nghiên cứu sử
dụng năng lượng mặt trời. Các ứng dụng năng lượng mặt trời phổ
biến hiện nay.
2.1.1.1

Pin mặt trời
Pin mặt trời là phương pháp sản xuất điện trực tiếp từ năng lượng
mặt trời qua thiết bị biến đổi quang điện. Pin mặt trời có ưu điểm là
gọn nhẹ có thể lắp bất cú nơi đâu có ánh sáng mặt trời, đặc biệt trong
lĩnh vực tàu vũ trụ. Ứng dụng năng lượng mặt trời dưới dạng này
được phất triển với tố độ rất nhanh, nhất là các nước phát triển. Ngày
nay con đã ứng dụng nguồn năng lượng này để chạy xe thay thế dần
dùng nguồn năng lượng truyền thống.

Hình 2.1: Tấm năng lượng mặt trời

12


Ở Việt Nam, với sự hỗ trợ của một số tổ chức quốc tế đã thực hiện

thành công việc xây dựng các trạm pin năng lượng mặt trời có công
suất khác nhau phục vụ nhu cầu sinh hoạt của các địa phương vùng
sâu, vùng xa, nhất là đồng bằng sông cửu long va Tây Nguyên. Tuy
nhiên hiện nay pin mặt trời vẫn đang còn là món hàng xa xỉ đối với
các nước nghèo như cúng ta.
 Một vài ứng dụng

Hình 2.2: Thiết bị xe chạy từ năng lượng mặt trời

Hình 2.3: Thiết bị máy bay chạy từ năng lượng mặt trời

13


2.1.1.2 Thiết bị làm lạnh và điều hòa không khí
Trong số những ứng dụng
của năng lượng mặt trời thì
làm lạnh và điều hòa không
khí là ứng dụng hấp dẫn
nhất vì nơi nào có khí hậu
nóng nhất thì nơi đó có nhu
cầu về làm lạnh lớn nhất,
đặc biệt là ở những vùng xa
xôi hẻo lánh thuộc các nước
đang phát triển không có
lưới điện quốc gia và giá
nguyên liệu quá đắt so với
người dân. Với các máy
lạnh làm việc trên nguyên lý
biến đổi năng lượng mặt trời thành điện năng nhờ pin mặt trời là thuận tiện nhất,

nhưng trong giai đoạn hiện nay giá thành pin mặt trời còn quá cao.
Ngoài ra các hệ thống lạnh còn được sử dụng năng lượng mặt trời dưới dạng
nhiệt năng để chạy máy lạnh hấp thụ, loại thiết bị này càng được ứng dụng
nhiều trong thực tế, tuy nhiên hiện nay vẫn chưa được thương mại hóa và sử
dụng rộng rãi vì giá thành
còn cao và hơn nữa các bộ
thu dùng trong các hệ thống
này chủ yếu là bộ thu dùng
trong các hệ thống là bộ thu
phẳng với hiệu suất còn thấp
nên diện tích lắp đặt bộ thu
cần rất lớn chưa phù hợp
với nhu càu thực tế.
Ở Việt Nam cũng đã có một
số nhà khoa học nghiên cứu
tối ưu cho nó kiểu hộp
phẳng mỏng cố định có gương phản xạ để ứng dụng trong kỹ thuật lạnh, với loại
bộ thu này có thể tạo được nhiệt độ cao để cấp nhiệt cho máy lạnh hấp thụ,
nhưng diện tích mặt bẳng cần lắp đặt cần phải rộng.

14


2.2 Các hệ thống giám sát sử dụng cho nhà vườn

Từ những năm gần đây, con người đã bắt đầu tìm đến những phương pháp
giúp tự động hóa, hiện đại hóa quá trình canh tác cây trồng. Những thiết bị điều
khiển từ xa điều khiển tự động lần lượt ra đời thay thế sức người, tiêu biểu như
hệ thống tưới từ xa, bộ hẹn giờ tưới … Các hệ thống này có khả năng làm việc
tốt, giá thành rẻ và được bày bán rộng rãi trên thị trường nên đang dần trở thành

sự lựa chọn chính cho các nhà vườn canh tác nông nghiệp sạch, hiện đại.
Các hệ thống đó đã đem lại những hiệu quả cao trong canh tác, giúp thay
thế sức người, quản lý từ xa các thiết bị. Tuy nhiên điểm chung của các hệ thống
đó là người dùng vẫn chưa có một giao diện trực quan và chưa thể truy cập các
thông số môi trường nhằm điều khiển hệ thống đạt hiệu quả nhất.

Hình 2.6: Timer điều khiển bơm nước tự động

15


2.3Các thiết bị sử dụng trong đề tài
2.3.1 Cảm biến – module
2.3.1.1 Arduino
Mạch Arduino Uno là dòng mạch Arduino phổ biến, khi mới bắt
đầu làm quen, lập trình với Arduino thì mạch Arduino thường nói tới
chính là dòng Arduino UNO. Hiện dòng mạch này đã phát triển tới
thế hệ thứ 3 (Mạch Arduino Uno R3).

Arduino Uno R3 là dòng cơ bản, linh hoạt, thường được sử dụng
cho người mới bắt đầu. Bạn có thể sử dụng các dòng Arduino khác
như: Arduino Mega, Arduino Nano, Arduino Micro… Nhưng với
những ứng dụng cơ bản thì mạch Arduino Uno là lựa chọn phù hợp

nhất

Hình 2.7: Board Arduino

16

Thông số cơ bản của Mạch Arduino UNO R3
Vi điều khiển
Điện áp hoạt động
Điện áp đầu vào (khuyên dùng)
Điện áp đầu vào (giới hạn)
Chân Digital I/O
Chân PWM Digital I/O
Chân đầu vào Analog
Dòng sử dụng I/O Pin
Dòng sử dụng 3.3V Pin
Bộ nhớ Flash
SRAM
EEPROM
Clock Speed
LED_BUILTIN
Chiều dài
Chiều rộng
Trọng lượng

ATmega328P
5V
7-12V
6-20V
14 (Với 6 chân PWM output)
6
6
20 mA
50 mA
32 KB với 0.5KB dùng bởi bootloader

2 KB (ATmega328P)
1 KB (ATmega328P)
16 MHz
13
68.6 mm
53.4 mm
25 g

Hình 2.8: Sơ đồ chân và bố trí linh kiện trên Arduino

17


 Lập trình cho Arduino
Các thiết bị dựa trên nền tảng Arduino được lập trình bằng ngôn
riêng. Ngôn ngữ này dựa trên ngôn ngữ Wiring được viết cho phần
cứng nói chung. Và Wiring lại là một biến thể của C/C++. Một số
người gọi nó là Wiring, một số khác thì gọi là C hay C/C++. Riêng
mình thì gọi nó là “ngôn ngữ Arduino”, và đội ngũ phát triển Arduino
cũng gọi như vậy. Ngôn ngữ Arduino bắt nguồn từ C/C++ phổ biến
hiện nay do đó rất dễ học, dễ hiểu. Nếu học tốt chương trình Tin học
11 thì việc lập trình Arduino sẽ rất dễ thở đối với bạn.
Để lập trình cho Mạch Arduino, nhà phát triển cung cấp một môi
trường lập trình Arduino được gọi là Arduino IDE

Hình 2.9: Giao diện cho Arduino

18

2.3.1.2

Ethernet
Ethernet shield là một mạch mở rộng cho arduino, giúp arduino có
thể kết nối với thế giới internet rộng lớn. Ứng dụng của shield này là
truyền nhận thông tin giữa arduino với thiết bị bên ngoài sử dụng
internet, shield này đặc biệt hữu ích cho các ứng dụng IoT, điều khiển
và kiểm soát hệ thống vì internet luôn liên tục, dữ liệu truyền đi
nhanh, khoảng cách là vô tậnăn đứt sóng RF , rẻ hơn với cách truyền
từ xa bằng tin nhắn.

Hình 2.10: Module Ethernet

19


 Thông số kỹ thuật và sơ đồ chân Ethernet
Để sử dụng phải có board mạch Arduino đi kèm
- Hoạt động tại điện áp 5V (được cấp từ mạch Arduino)
- Chip Ethernet: W5100 với buffer nội 16KB
- Tốc độ kết nối: 10/100Mb
- Kết nối với mạch Arduino qua cổng SPI
- Thư viện và code mẫu có sẵn trong chương trình Arduino
Lưu ý rằng bởi vì W5100 và SD card sử dụng chung chuẩn truyền
SPI, vì vậy một thiết bị duy nhất có thể được hoạt động tại một thời
điểm. Nếu bạn đang sử dụng cả hai thiết bị ngoại vi trong chương
trình của bạn, điều này cần được xử lý bởi các thư viện tương ứng.

Hình 2.11: Vị trí các linh kiện trên Ethernet
20

2.3.1.3

Cảm biến đất

Cảm biến độ ẩm đất, được cấu tạo từ đầu thu tín hiệu là hai bản kim loại
có tính dẫn điện đặ cách xa nhau .Khi đặt hai bản cực vào môi trường dung môi
hoặc môi trường có tính chất dẫn điện mà cụ thể ở đây ta xét đến là đất, độ dẫn
điện của đất cũng chính là giá trị độ ẩm của đất .Tín hiệu này được một bộ so
sánh trên module chuyển thành hai dạng giá trị là Analog và digital .Trạng
thái đầu ra ở mức thấp (0 – 0 analog ), khi đất thiếu nước đầu ra sẽ là mức cao
(1 – 1023 analog), độ nhạy cao có thể điều chỉnh được bằng biến trở.
Ứng dụng : đọc độ ẩm đất, phục vụ cho các hệ thống tưới tiêu tự động,...

Hình 2.12: Cảm biến độ ẩm đất

21


 Thông số kỹ thuật
Điện áp hoạt động

3.3-5V

IC so sánh

LM393

Kích thước PCB

3cm x 1.6cm

Led đỏ

Báo nguồn vào

Led xanh

Báo độ ẩm

Bảng 2.1: Thông số kỹ thuật cảm biến độ ẩm đất
 Chức năng các chân
VCC

3.3-5V

GND

0V

D0

Đầu ra Digital (tín hiệu số)

A0

Đầu ra Analog (tín hiệu tương tự)

Bảng 2.2: Chức năng các chân cảm biến ẩm đất

2.3.1.4

Cảm biến nhiệt độ độ ẩm không khí DHT11

Cảm biến DHT11 là cảm biến có thể đọc được dữ liệu nhiệt độ, độ ẩm từ môi
trường với độ chính xác khá cao, và hiện đang phổ biến trên thị trường với giá
thành khá rẻ, nhỏ gọn và độ chính xác.

Hình 2.13: Cảm biến DHT 11

22


 Thông số kỹ thuật DHT11

Bảng 2.3: thông số kỹ thuật DHT11

 Chức năng các chân
VCC

Cấp nguồn

DATA

Tín hiệu

NULL
GND

0V

Bảng 2.4: Chức năng các chân DHT11

23


2.3.1.5

Mạch nguồn LM2596
Với việc có khá nhiều module sử dụng trong đề tài đều hoạt
động với điện áp 5DVC, đặt ra một vấn đề và nguồn cấp cho toàn bộ
các module hoạt động với tiêu chí ổn định và dòng đủ lớn. Sử dụng
mạch LM2596 cho hệ thống module vì các lý đó:
+ Điện áp đầu ra linh hoạt, có thể tùy chỉnh, tinh chỉnh với độ chia
nhỏ.
+ Độ ổn định cao, độ hài điện áp ngõ ra thấp ,dòng đáp ứng tối đa
lên đến 3A.
+ Nhỏ gọn ,dễ dàng lắp đặt.

Hình 2.14: LM2596
2.3.1.6

Cảm biến quang trở

Hình 2.15: Cảm biến quang trở
Quang trở 5mm - cảm biến ánh sáng dùng trong các mạch cảm
biến ánh sáng, tự động bật đèn khi trời tối. Quang trở 5mm là điện trở
có trở kháng thay đổi khi có sự thay đổi của ánh sáng chiếu
vào.Quang trở sẽ giảm trở kháng khi có ánh sáng và tăng trở kháng
khi ánh sáng yếu hoặc không có ánh sáng. Giá trị trở kháng đo được

từ vài trăm Ohm cho tới 1 mega Ohm.

24


Với quang trở 5mm bạn hoàn toàn có thể tự tạo cho mình mạch
cảm biến ánh sáng: tự động bật đèn khi trởi tối, tự động tắt đèn khi
trời sáng thông qua module rơ le...
2.3.1.7

Module relay
Đóng vai trò như một khóa điện tử trong đề tài. Việc có thể chịu
được dòng điện và điện áp lớn giúp cho module trở nên đa dụng, có
thể dùng để thao tác tắt mở cho nhiều loại thiết bị. Với hai kênh hoạt
động độc lập, tín hiệu điều khiển được chống nhiễu và đèn báo trạng
thái sẽ giúp cho người dùng thao tác và giám sát dễ dàng hơn

Hình 2.16: Module Relay 1 kênh

25