Luận Văn Thiết kế và thi công hệ thống giám sát chỉ số môi trường và hiển thị thông tin trên Web
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (2.55 MB, 75 trang )
TR
NG
B
B GIÁO D C & ÀO T O
I H C S PH M K THU T TP. H CHÍ MINH
KHOA I N ậ I N T
MỌN I N T CÔNG NGHI P ậ Y SINH
---------------------------------
ÁN T T NGHI P
NGÀNH CÔNG NGH K THU T I N T
TRUY N THÔNG
TÀI:
THI T K VÀ THI CÔNG H TH NG
GIÁM SÁT CH S
MỌI TR
NG VÀ
HI N TH THÔNG TIN TRÊN WEB
GVHD: PGS. TS Nguy n Thanh H i
SVTH: Tr n Xuân Th c
Tr n V n Trí
Tp. H Chí Minh ậ 6/2019
15141302
15141315
TR
NG
B
B GIÁO D C & ÀO T O
I H C S PH M K THU T TP. H CHÍ MINH
KHOA I N ậ I N T
MỌN I N T CÔNG NGHI P ậ Y SINH
---------------------------------
ÁN T T NGHI P
NGÀNH K THU T I N T
TRUY N THÔNG
TÀI:
THI T K VÀ THI CÔNG H TH NG
GIÁM SÁT CH S MÔI TR
NG VÀ
HI N TH THÔNG TIN TRÊN WEB
GVHD: PGS. TS Nguy n Thanh H i
SVTH: Tr n Xuân Th c
Tr n V n Trí
Tp. H Chí Minh ậ 6/2019
15141302
15141315
NG H SPKT TP. H CHệ MINH
C NG HọA Xẩ H I CH NGH A VI T NAM
KHOA I N- I N T
C L P - T DO - H NH PHÚC
MỌN I N T CỌNG NGHI P ậ Y SINH
----o0o---TR
B
Tp. HCM, ngày 05 tháng 07 n m 2019
NHI M V
H tên sinh viên:
Chuyên ngành:
H đƠo t o:
Khóa:
I. TểN
ÁN T T NGHI P
Tr n Xuân Th c
Tr n V n Trí
K thu t i n T , Truy n Thông
i h c chính quy
2015
MSSV: 15141302
MSSV: 15141315
Mã ngành: 141
Mã h :
1
L p:
15141DT
TÀI: THI T K VÀ THI CÔNG H TH NG GIÁM SÁT CH S
TR
NG VÀ HI N TH THÔNG TIN TRÊN WEB
MÔI
II. NHI M V
N i dung th c hi n:
c các tƠi li u, đ án t t nghi p, đ tƠi.
- Tìm hi u cách th c ho t đ ng c a các c m bi n s d ng.
- Tìm hi u các chu n truy n thông nh UART, I2C.
- Thi t k giao di n đ giám sát: Web giám sát d li u đo đ c t c m bi n.
- Thi t k vƠ thi công mô hình tr m giám sát.
- Tính toán các thông s quy đ i cho các c m bi n.
- Vi t ch ng trình đi u khi n cho Arduino, n p code vƠ ch y th nghi m s n ph m,
ch nh s a vƠ hoƠn thi n h th ng.
- Th c hi n vi t sách lu n v n báo cáo.
- Ti n hƠnh báo cáo đ tƠi t t nghi p.
III. NGÀY GIAO NHI M V :
19/02/2019
IV. NGÀY HOÀN THÀNH NHI M V : 05/07/2019
V. H VÀ TÊN CÁN B H
NG D N: PGS. TS NGUY N THANH H I
CÁN B H
NG D N
BM. I N T CÔNG NGHI P ậ Y SINH
i
NG H SPKT TP. H CHÍ MINH
C NG HọA Xẩ H I CH NGH A VI T NAM
KHOA I N- I N T
C L P - T DO - H NH PHÚC
MỌN I N T CỌNG NGHI P ậ Y SINH
----o0o---Tp. HCM, ngày 05 tháng 07 n m 2019
TR
B
L CH TRÌNH TH C HI N
ÁN T T NGHI P
H tên sinh viên 1: Tr n Xuân Th c
L p: 15141DT2A
MSSV: 15141302
H tên sinh viên 2: Tr n V n Trí
L p: 15141DT1A
MSSV: 15141315
Tên đ tài: THI T K VÀ THI CÔNG H TH NG GIÁM SÁT CH S MÔI TR
VÀ HI N TH THÔNG TIN TRÊN WEB
Tu n/ngày
N i dung
Tu n 1 (18/02 - 24/02)
G p g GVHD và trao đ i v đ tài t t nghi p.
Tu n 2 (25/02 - 03/03)
Tìm hi u các đ tài nghiên c u có liên quan.
Tu n 3 (04/03 - 10/03)
Tìm hi u các chu n giao ti p s d ng trong đ
tài.
Tìm hi u t t c các linh ki n s d ng trong đ
tài.
Tu n 4 (11/03 - 17/03)
Tu n 5 (18/03 - 24/03)
Vi t code arduino và ch y th nghi m m t s
c m bi n liên quan đ n đ tài.
Báo cáo ti n đ v i GVHD.
Tu n 6 (25/03 - 31/03)
Hoàn thành v m ch s d ng t t c các c m
bi n và làm m ch th nghi m 1.
Tu n 7 (01/04 - 07/04)
Vi t báo cáo ch
v i GVHD.
Tu n 8 (08/04 - 14/04)
Giao ti p v i module wifi và ti n hành g i d
li u lên web.
Tu n 9 (15/04 - 21/04)
T ng h p code toàn m ch.
Thi t k m ch toàn b các c m bi n và làm
m ch th nghi m 2.
Tu n 10 (22/04 -28/04)
T o giao di n web hi n th và ti n hành ch nh
s a cho phù h p.
Tu n 11 (29/04 - 05/05)
Ki m tra và ch nh s a toàn m ch.
Vi t báo cáo ch ng 3, 4, 5.
ng 1, 2 vƠ báo cáo ti n đ
ii
NG
Xác nh n
GVHD
Tu n 12, 13 (06/05 19/05)
Hoàn thành bài báo cáo.
G p GVHD đ báo cáo ti n đ .
Tu n 14,15,16 (20/05 09/06)
Ch nh s a và hoàn thành toàn b bài báo cáo.
GV H
NG D N
(Ký và ghi rõ h và tên)
iii
L I CAM OAN
tài này là do chúng em t th c hi n d a vào m t s tài li u tr
chép t tài li u hay công trình đư có tr c đó.
c đó vƠ không sao
Nhóm th c hi n đ tài
Tr n Xuân Th c
Tr n V n Trí
iv
L IC M
N
L i đ u tiên chúng em xin g i l i c m n sơu s c t i các th y cô giáo trong B môn
i n T Y Sinh nói riêng và các th y cô giáo trong Khoa i n ậ i n T nói chung đư
nhi t tình giúp đ chúng em v các ki n th c liên quan t i l nh v c nghiên c u c a đ tài
trong th i gian th c hi n đ tài, c ng nh các ki n th c mà các th y cô đư truy n đ t cho
chúng em trong su t th i gian h c t p t i tr ng.
Xin g i l i c m n chơn thƠnh nh t đ n giáo viên h ng d n PGS. TS Nguy n Thanh
H i đư t n tình h ng d n, giúp đ , cung c p các ki n th c quan tr ng t o đi u ki n thu n
l i trong th i gian th c hi n đ tài.
Chúng em g i l i c m n ba m vƠ ng
quá trình th c hi n đ tài.
i thơn đư đ ng hƠnh vƠ đ ng viên trong su t
Chúng em c ng g i l i đ ng c m n đ n các b n l p 15141DT đư chia s trao đ i
ki n th c c ng nh nh ng kinh nghi m quý báu trong quá trình th c hi n đ tài.
Xin chân thành c m n!
Ng
i th c hi n đ tài
Tr n Xuân Th c
Tr n V n Trí
v
M CL C
L I CAM OAN .............................................................................................................. iv
L I C M N ..................................................................................................................... v
M C L C .......................................................................................................................... vi
LI T KÊ HÌNH V ......................................................................................................... viii
LI T KÊ B NG ................................................................................................................. x
TÓM T T .......................................................................................................................... xi
Ch
1.1
ng 1. T NG QUAN ................................................................................................... 1
TV N
............................................................................................................... 1
1.2 M C TIÊU .................................................................................................................... 2
1.3 N I DUNG NGHIÊN C U ......................................................................................... 2
1.4 GI I H N ..................................................................................................................... 2
1.5 B C C ........................................................................................................................ 3
Ch
ng 2. C S LÝ THUY T ........................................................................................ 4
2.1 QUY TRÌNH GIÁM SÁT C A H TH NG .............................................................. 4
2.2 GI I THI U PH N C NG ......................................................................................... 4
2.2.1 Kh i c m bi n ......................................................................................................... 4
2.2.2 Kh i vi đi u khi n ................................................................................................ 10
2.2.3 Kh i nh n tín hi u ................................................................................................ 13
2.2.4 Kh i hi n th ......................................................................................................... 14
2.2.5 Các chu n giao ti p ............................................................................................... 17
Ch
ng 3. TệNH TOỄN VÀ THI T K ......................................................................... 23
3.1 GI I THI U ............................................................................................................... 23
3.2 TÍNH TOÁN VÀ THI T K H TH NG ................................................................ 23
3.2.1 Tính toán và thi t k m ch.................................................................................... 24
3.2.2 i n áp vƠ dòng đi n c a các linh ki n ................................................................ 29
3.3 L P TRÌNH H TH NG ........................................................................................... 31
3.3.1 L u đ gi i thu t ................................................................................................... 31
3.3.2 Ph n m m l p trình cho vi đi u khi n .................................................................. 33
3.3.3 Ph n m m l p trình cho Web s d ng ph n m m ThingSpeak............................ 35
Ch
ng 4. THI CÔNG H TH NG ................................................................................ 44
vi
4.1 GI I THI U ............................................................................................................... 44
4.2 THI CÔNG H TH NG ............................................................................................ 44
4.2.1 Thi công bo m ch ................................................................................................. 44
4.2.2 L p ráp và ki m tra ............................................................................................... 46
4.3 ịNG GịI VÀ THI CÔNG MÔ HỊNH .................................................................... 47
4.3.1 óng gói b đi u khi n......................................................................................... 47
4.3.2 Thi công mô hình .................................................................................................. 47
4.4 VI T TÀI LI U H
Ch
NG D N S
D NG.............................................................. 48
ng 5. K T QU _NH N XÉT_ ỄNH GIỄ ........................................................... 49
5.1 K T QU TH C T ................................................................................................. 49
5.2 ỄNH GIỄ HO T
Ch
NG C A H TH NG.......................................................... 53
ng 6. K T LU N VÀ H
NG PHÁT TRI N ...................................................... 54
6.1 K T LU N ................................................................................................................. 54
6.2 H
NG PHÁT TRI N .............................................................................................. 55
TÀI LI U THAM KH O ................................................................................................. 56
PH L C .......................................................................................................................... 57
vii
LI T KÊ HÌNH V
Hình
Trang
Hình 2-1. S đ chân c a c m bi n DHT11 ...................................................................... 5
Hình 2-2. S đ k t n i gi a Vi đi u khi n v i DHT11 .................................................... 6
Hình 2-3. C m bi n b i Sharp GP2Y10 ............................................................................. 7
Hình 2-4. S đ chân và t ng quan quá trình k t n i v i vi đi u khi n c a c m bi n b i
Sharp GP2Y10 .................................................................................................................... 8
Hình 2-5. S đ chân k t n i c a c m bi n BH1750 ......................................................... 9
Hình 2-6. Arduino Uno R3 ............................................................................................... 12
Hình 2-7. Module ESP8266 V1....................................................................................... 13
Hình 2-8. Màn hình LCD 20x4 ....................................................................................... 15
Hình 2-9. Module I2C chuy n đ i LCD ........................................................................... 17
Hình 2-10. K t n i các thi t b theo chu n I2C ................................................................ 18
Hình 3 1. S đ kh i h th ng giám sát ch s môi tr ng .............................................. 23
Hình 3-2. S đ nguyên lý kh i c m bi n ........................................................................ 25
Hình 3-3. Các chân giao ti p c a module ESP8266V1 .................................................... 27
Hình 3-4. S đ nguyên lý kh i giao ti p v i Arduino Uno R3 ...................................... 27
Hình 3-5. S đ nguyên lý toàn h th ng giám sát ch s môi tr ng ............................. 28
Hình 3-6. Adapter 12V ậ 1A ............................................................................................ 31
Hình 3-7. L u đ ch ng trình chính c a h th ng giám sát ch s môi tr ng qua Web.
........................................................................................................................................... 31
Hình 3-8. L u đ ch ng trình con v quá trình thu th p d li u vƠ đ a d li u lên Web.
........................................................................................................................................... 33
Hình 3-9. Các vùng làm vi c c a ph n m m. .................................................................. 34
Hình 3-10. C nh báo có th xu t hi n khi s d ng ph n m m IDE ................................. 35
Hình 3-11. Trình duy t truy c p vào ThingSpeak ............................................................ 36
Hình 3-12. Giao di n ban đ u c a Thingspeak ................................................................ 36
Hình 3-13. Giao di n kh i t o tài kho n ThingSpeaks .................................................... 37
Hình 3-14. Giao di n cƠi đ t m t s thông s c a Web ................................................... 38
Hình 3-15. Giao di n đi m th hi n giá tr c m bi n đo đ c t i các kho ng th i gian
khác nhau c a ThingSpeaks .............................................................................................. 38
Hình 3-16. Giao di n c t th hi n giá tr c m bi n đo đ c t i các kho ng th i gian khác
nhau. .................................................................................................................................. 39
Hình 3-17. Thông tin c a c m bi n mu n hi n th lên Server Web ................................. 40
Hình 3-18. Giáo sát b ng giao di n đ ng h c a Thingspeaks ........................................ 40
Hình 3-19. Thông tin c a BH1750 v i giao di n đ ng h . .............................................. 41
Hình 3-20. Giao di n giám sát th i gian g i d li u lên Server Web. ............................. 42
Hình 3-21. Giao di n c nh báo c a Thingspeaks ............................................................. 42
Hình 3-22. Thông tín giao di n c nh báo c a đ m. ...................................................... 43
viii
Hình 4-1. L p d i PCB c a toàn m ch .......................................................................... 45
Hình 4-2. M ch th c t ..................................................................................................... 46
Hình 4-3. Mô hình v trên AutoCAD c a h th ng ......................................................... 47
Hình 4-4. Mô hình th c t sau khi c đ nh các m t c t .................................................... 48
Hình 5-1. Hình ch p h th ng th c t .............................................................................. 49
Hình 5-2. K t qu đo đ c lúc 16:00 ............................................................................... 50
Hình 5-3. K t qu đo đ c lúc 16:30 ............................................................................... 51
Hình 5-4. Th ng kê s li u thông qua ph n m m excel ................................................... 52
ix
LI T KÊ B NG
B ng
B
B
B
B
B
B
B
B
B
Trang
ng 2-1. B ng so sánh các c m bi n đo nhi t đ vƠ đ m thông d ng. ......................... 4
ng 2-2. Chân k t n i c a c m bi n b i GP2Y10 ............................................................ 8
ng 2-3. Chân k t n i c a c m bi n BH1750 .................................................................. 9
ng 2-4. M t vài thông s l a ch n Arduino trong các board Arduino ph bi n. ......... 10
ng 2-5. Thông s Arduino Uno R3 ............................................................................... 11
ng 2-6. Thông s k thu t: Các chân c a LCD ............................................................ 15
ng 2-7. Các lênh AT chung .......................................................................................... 20
ng 2-8. Các l nh AT c u hình module WiFi ................................................................ 21
ng 2-9. Các l nh AT đ i v i module WiFi c u hình là tr m/khách ............................. 21
B ng 3-1. Dòng đi n vƠ đi n áp làm vi c c a các linh ki n. ........................................... 29
B ng 4-1. Danh sách các linh ki n. .................................................................................. 44
B ng 5-1. Th ng kê s li u các l n đo ............................................................................. 52
x
TÓM T T
Ngày nay, s phát tri n c a khoa h c k thu t đư lƠm cho đ i s ng con ng
cƠng đ
c nâng cao. Khi m c s ng con ng
c a con ng
tr
ic nđ
c nơng cao thì đòi h i môi tr
ng s ng
c c i thi n nhi u h n. S ng trong m t xã h i mà các ch s môi
ng an toàn v i s c kh e c a con ng
l đó con ng
iđ
i ngày
i c n ph i bi t đ
i là m c tiêu h
c các ch s môi tr
ng t i c a c ng đ ng. Chính vì
ng s ng hi n t i đ t đó có các bi n
pháp phòng tránh và c i thi n nó.
Hi n nay v i s phát tri n m nh m c a IoT (Internet of Things) và giám sát d li u
đư đ
c m r ng thông qua web và các thi t b đ
thu n ti n và hi n đ i trong cu c s ng c a con ng
c k t n i Internet. T đó t o đ
cs
i.
N i dung c a đ tài là áp d ng nh ng ki n th c đi n t đư h c đ thi t k m ch đo
các ch s môi tr
ng. M ch g m các c m bi n nhi t đ , đ
m, b i, c
ng đ ánh sáng
giao ti p v i b đi u khi n trung tâm là Aduino Uno R3. Không ch hi n th các d li u
thông qua LCD 20x4, m ch còn giám sát d li u qua Web nh module ESP8266-V1. Mô
hình c ng đ
c thi t k d ng hình kh i ch a đ ng t t c m ch và c m bi n s d ng. S
li u hi n th trên trên LCD và Web tr c quan, d nhìn. Ng
i dùng có th d a vào nh ng
d li u đó đ có các quy t đ nh và bi n pháp phòng tránh hi u qu .
xi
CH
NG 1. T NG QUAN
Ch
ng 1. T NG QUAN
TV N
1.1
Trong quá trình phát tri n c a đ t n
c cùng v i vi c đ y m nh phát tri n kinh t thì
y u t không kém ph n quan tr ng lƠ v n đ v môi tr
bi t. Trong nông nhi p, mu n đ t đ
ng c n ph i đ
c hi u qu s n xu t đ
c quan tơm đ c
c t t nh t thì nh ng kinh
nghi m trong quá trình lao đ ng s n xu t t x a đ n nay v n ch a đ , c n ph i có nh ng
thi t b chuyên d ng đ đo chính xác y u t môi tr
thì s n xu t nó không ch d ng l i
ng ngay lúc đó. Xư h i cƠng phát tri n
vi c lƠm ra ch đ ph c v cho mình, cho xư h i mà
chúng ta còn ph i quan tơm đ n các v n đ b o v môi tr
còn tác đ ng tr c ti p đ n s c kh e c a con ng
th giúp con ng
i bi t đ
ng. Vì các y u t môi tr
ng
i nên c n ph i đ a ra m t gi i pháp có
c các y u t đó đ có nh ng bi n pháp phòng tránh hi u qu .
Hi n nay c ng có r t nhi u bƠi nghiên c u c a sinh viên c ng lƠm v v n đ môi
tr
ng vƠ th i ti t, lu n v n th c s c a Ph m
c Huy v ắNghiên c u vƠ xơy d ng m t
s h đo m a ng d ng vƠo h th ng c nh báo tr
d ng c m bi n WS-3000, ngoƠi đo l
đ gió vƠ h
t đ t”, trong đó h đo l
ng m a s
ng m a c m bi n còn cho bi t thêm thông s v t c
ng gió. M ch đo Ardruino Uno R3 đ
c s d ng đ đ c vƠ x lỦ tín hi u t
đ u ra c m bi n. N u c m bi n đ t g n trung tơm ta có th hi n th luôn đ
c thông s đ u
ra trên máy tính, còn đ i v i c m bi n đ t xa trung tơm ta s truy n b ng module SIM900
[1]. Trong m t s
ậ Ths Tr
đ đoán đ
đ
ng d ng c a cu n sách ắThi t k h th ng nhúng” mƠ TS Phan V n Ca
ng Quang Phúc có th c hi n m t đ tƠi lƠ Thi t k m t tr m quan tr c th i ti t
ch
ng gió vƠ đo nhi t đ môi tr
c hi n th trên m t mƠn hình LCD. H
m u hình tròn. K t qu đo s đ
ng xung quanh. Các giá tr nhi t đ đo
ng gió đ
c hi n th trên LED s p x p theo m t
c truy n n i ti p t i m t thi t b bên ngoài [2].
M t s lu n v n khác nh c a Tr nh Minh Ph
ng d ng IoT cho giám sát môi tr
ng nghiên c u đ tƠi ắNghiên c u
ng”, s d ng Raspberry Pi giao ti p v i c m bi n ánh
sáng BH1750, DHT22. S d ng ngôn ng l p trình Python đ đ c các d li u c m bi n
ánh sáng, nhi t đ , đ
m thu th p đ
c sau đó hi n th trên giao di n Web [3]. Lu n v n
ắH th ng báo cháy vƠ báo tr m thông qua SMS” c a Tr n V n en ậ
th ng đ
B
Quang Vinh, h
c xơy d ng trên module SIM900, vi đi u khi n SMP430, c m bi n gas MQ6,
MỌN I N T
CÔNG NGHI P ậ Y SINH
1
CH
NG 1. T NG QUAN
c m bi n chuy n đ ng PIR230B vƠ c m bi n ánh sáng CDS. K t h p v i m t moduel đi u
khi n thi t b [4].
Qua tóm t t trên, chúng em quy t đ nh lƠm đ tƠi ắThi t k và thi công h th ng
giám giám sát ch s môi tr
ng và hi n th thông tin trên Web”. H th ng này s d ng
vi đi u khi n trung tâm là module Arduino, module Wifi ESP8266V1 và các c m bi n ánh
sáng, nhi t đ , đ
ng
m, b i. H th ng s phân tích, t ng h p d li u đ đ a ra g i ý cho
i s d ng. Ng
i dùng có th truy c p và giám sát d li u th i ti t đo đ
c trên Web.
1.2 M C TIÊU
Xơy d ng vƠ phát tri n mô hình Giám sát ch s môi tr
ng hi n th trên Web thông
qua Wifi. H th ng nƠy s đo các thông s chính xác t i khu v c đ t tr m nh : nhi t đ ,
đ
m, b i, c
đo đ
ng đ ánh sáng. T đó đ a ra nh ng c nh báo quan tr ng d a trên d li u
c t c m bi n.
1.3 N I DUNG NGHIÊN C U
- Tìm hi u cách th c ho t đ ng c a các c m bi n s d ng.
- Tìm hi u các chu n truy n thông nh UART, I2C.
- Thi t k giao di n đ đi u khi n vƠ giám sát: Web giám sát d li u đo đ
ct c m
bi n.
- Thi t k vƠ thi công mô hình tr m giám sát.
- Tính toán các thông s quy đ i cho các c m bi n.
- Vi t ch
ng trình đi u khi n cho Arduino, n p code vƠ ch y th nghi m s n ph m,
ch nh s a vƠ hoƠn thi n h th ng.
- Th c hi n vi t sách lu n v n báo cáo.
- Ti n hƠnh báo cáo đ tƠi t t nghi p.
1.4 GI I H N
• Thi t k mô hình tr m giám sát vƠ ch th c hi n mô hình nh đ th c nghi m.
• D i nhi t đ đo đ
c t 0 ậ 50 đ C, đ
m t 20 ậ 90% RH.
• Ngu n cung c p tr c ti p thông qua Adapter 12V.
• M ch ho t đ ng n đ nh trong môi tr
h
B
ng t 10 ậ 50 đ C, v
t quá s
nh
ng đ n k t qu đo t các c m bi n c ng nh gơy h h ng toƠn m ch.
MỌN I N T
CÔNG NGHI P ậ Y SINH
2
CH
NG 1. T NG QUAN
1.5 B
C C
• Ch
Ch
ng 1: T ng Quan
ng nƠy trình bƠy đ t v n đ d n nh p lý do ch n đ tài, m c tiêu, nôi dung nghiên
c u, các gi i h n thông s và b c c đ án.
• Ch
ng 2: C S Lý Thuy t.
N n t ng lý thuy t quan tr ng đ
ch
c trình bày
ng nƠy, d a vƠo đó đ tính toán và
thi t k m ch th c t .
• Ch
ng 3: Thi t K và Tính Toán
Các thông s tính toán, m u thi t k t ng kh i, ph n m m l p trình s d ng s đ
trình bày c th
• Ch
ch
c
ng nƠy.
ng 4: Thi công h th ng
N i dung ch
ng s trình bày tóm t t t ng b
c quá trình thi công h th ng, hoàn thành
mô hình h th ng.
• Ch
ng 5: K t Qu , Nh n Xét vƠ ánh Giá
Sau khi hoàn thành vi c thi công, ch
ng nƠy trình bƠy k t qu nghiên c u và t đó rút
ra nh n xét, đánh giá.
• Ch
ng 6: K t Lu n vƠ H
N i dung ch
hoƠn thƠnh đ
B
ng Phát Tri n
ng s nêu rõ nhóm có hoàn thành m c tiêu ban đ u đư đ ra, n u không
c thì tìm hi u nguyên nhơn. H
MỌN I N T
ng phát tri n c a đ tài sau này.
CÔNG NGHI P ậ Y SINH
3
CH
Ch
NG 2. C
S
LÝ THUY T
ng 2. C
S
LÝ THUY T
2.1 QUY TRÌNH GIÁM SÁT C A H TH NG
Ban đ u Arduino giao ti p v i các c m bi n nhi t đ , đ
các chu n giao ti p r i hi n th d li u đo đ
m, b i và ánh sáng thông qua
c lên LCD 20x4, đ ng th i d li u t c m bi n
s c p nh t liên t c và hi n th trên Web qua Wifi. D li u c p nh t theo th i gian th c và
th i gian c p nh t là 15 giây.
2.2 GI I THI U PH N C NG
2.2.1 Kh i c m bi n
2.2.1.1 C m bi n nhi t đ vƠ đ
Do m ch ng d ng trong môi tr
m DHT11
ng không khí bình th
nhi t đ c a m ch n m trong kho ng 0 ậ 50ºC vƠ đ
Trên th tr
m là 40 - 80
ng có r t nhi u lo i c m bi n nhi t đ vƠ đ
lo i c m bi n thích h p cho h th ng. B ng d
bi n đo nhi t đ , đ
RH.
m. Do v y, chúng ta c n ch n
i đơy li t kê thông tin c a m t s lo i c m
m thông d ng.
B ng 2-1. B ng so sánh các c m bi n đo nhi t đ vƠ đ
Thông s k
m thông d ng.
DHT11
AS2301
SHT10
Ngu n s d ng
3 ậ 5.5VDC
3.3 ậ 5VDC
2.4 ậ 5.5VDC
D i đo nhi t đ
0 ậ 50oC
D i đo đ
20 ậ 90% RH
0 ậ 100% RH
0 ậ 100% RH
T i đa 20m
T i đa 20m
T i đa 20m
T t
T t
R tt t
30.000đ
85.000đ
185.000đ
thu t
m
Kho ng cách
truy n
nh y
Giá thành
B
ng nên gi i h n tiêu chí đo
MỌN I N T
-40oC đ n 80oC
CÔNG NGHI P ậ Y SINH
-40oC đ n 123.8oC
4
CH
NG 2. C
S
LÝ THUY T
C n c vào s li u b ng so sánh trên ta th y c 2 dòng AS2301 vƠ SHT10 đ u có d i
đo nhi t đ vƠ đ
m l n h n so v i DHT11. Tuy nhiên n u xét c th t ng dòng, SHT10
có giá thƠnh quá cao, AS2301 c ng có giá thƠnh cao vƠ đi u khi n ph c t p h n nhi u so
v i DHT11. Do đó, DHT11 lƠ s l a ch n t t nh t do đ
c s d ng ph bi n, giá thành r ,
thông s k thu t phù h p v i nhu c u và gi i h n c a đ tài.
a. Mô t Ếểân ốà s đ Ệ t n i ố i ối đi Ố Ệểi n Ế a Ế Ỉ bi n DHT11
Hình 2-1. S đ chân c a c m bi n DHT11
Mô t chân:
- Chân s 1: n i v i ngu n (3.5 - 5.5V DC).
- Chân s 2: truy n d li u n i ti p.
- Chân s 3: chân không k t n i.
- Chân s 4: n i mass.
B
MỌN I N T
CÔNG NGHI P ậ Y SINH
5
CH
NG 2. C
S
LÝ THUY T
S đ k t n i:
Hình 2-2. S đ k t n i gi a Vi đi u khi n v i DHT11
Trong đó, MCU: Micro Ctroller Unit (kh i vi đi u khi n).
b. T nỂ qỐan qỐá trìnể ỂiaỊ ti ị
Quá trình giao ti p gi a c m bi n DHT11 v i kh i đi u khi n Arduino s di n ra theo
03 giai đo n đ
c trình bày tóm t t nh sau.
u tiên kh i đi u khi n g i đi m t xung b t
đ u ch tín hi u t DHT11, n u có DHT11 s tr l i b ng cách kéo tín hi u t m c logic
1 xu ng m c logic 0. Khi đó quá trình truy n nh n d li u b t đ u.
Khi quá trình giao ti p c a kh i đi u khi n và c m bi n DHT11 b t đ u, chân d li u
đ
c kéo xu ng m c logic 0 trong kho ng th i gian ít nh t 18ms đ ch c ch n c m bi n
DHT11 phát hi n tín hi u t kh i đi u khi n. Sau đó kh i đi u khi n s đ a m c logic lên
1 vƠ đ i t m 20-40 µs ch c m bi n ph n h i.
Khi c m bi n DHT11 phát hi n tín hi u b t đ u, nó s h i ti p v m c 0 và gi kho ng
80µs đ chu n b g i d li u v . Sau đó l i đ a tín hi u lên m c 1 kho ng 80µs đ chu n
b truy n d li u. Sau khi đ a tín hi u chân d li u v m c logic 0, c m bi n đ a nó lên
m c logic 1. N u chân d li u gi m c logic 1 trong kho ng 26-28µs thì ta đ
n u 70µs thì ta đ
c.
c bit 1.
Ế Ểiá tr trên DHT11
Sau khi giao ti p đ
vƠ đ
md
c v i kh i đi u khi n, c m bi n DHT11 s tr v giá tr nhi t đ
i d ng 40 bit d li u, t
Byte 1: giá tr ph n nguyên c a đ
B
c bit 0, còn
MỌN I N T
ng ng chia lƠm 5 byte. Trong đó:
m.
CÔNG NGHI P ậ Y SINH
6
CH
NG 2. C
S
LÝ THUY T
Byte 2: giá tr ph n th p phân c a đ
m.
Byte 3: giá tr ph n nguyên c a nhi t đ .
Byte 4: giá tr ph n th p phân c a nhi t đ .
Byte 5: ki m tra t ng.
N u (Byte 5) = (Byte 1 + Byte 2 + Byte 3 + Byte 4) thì giá tr đ
m và nhi t đ là
chính xác, n u sai thì k t qu đo không có Ủ ngh a.
Ví d : D li u nh n 40 Bit: 00110101 00000000 00011000 00000000 01001101
D li u đư nh n chính xác v
m: 00110101 = 35H = 53%RH
D li u đư nh n chính xác v Nhi t đ : 00011000 = 18H = 24oC
2.2.1.2 C m bi n b i Sharp GP2Y10 (Dust Sensor)
Ô nhi m môi tr
ng không khí ngƠy cƠng tr m tr ng.
t i s c kh e m i con ng
đ ô nhi m môi tr
i u nƠy, nh h
ng tr c ti p
i. Vì v y module c m bi n b i s giúp chúng ta bi t đ
ng không khí đ có th c i thi n ch t l
cm c
ng không khí.
Hình 2-3. C m bi n b i Sharp GP2Y10
a. TểônỂ s Ế b n Ế a Ế Ỉ bi n
▪ Ngu n : 3,3 ậ 5 VDC
▪ Dòng tiêu th : 10mA
▪ Ngõ ra : analog v i t l 0,5V ~ 0,1mg/m3
▪ Nhi t đ ho t đ ng : -40 ~ 85 đ C
B
MỌN I N T
CÔNG NGHI P ậ Y SINH
7
CH
NG 2. C
S
LÝ THUY T
b. S đ Ếểân Ệ t n i
S đ chân k t n i đ
c trình bày
hình sau:
Hình 2-4. S đ chân và t ng quan quá trình k t n i v i vi đi u khi n c a c m bi n b i
Sharp GP2Y10
B ng 2-2. Chân k t n i c a c m bi n b i GP2Y10
Th t chơn c m bi n b i
Thu c tính
1. V-LED
Chân 3,3V (có đi n tr 150Ω h n dòng)
2. LED-GND
Chơn n i đ t
3. LED
Chân ngõ vƠo s
4. S-GND
Chơn n i đ t
5. Vo
Chân ngõ ra analog
6. VCC
Chơn ngu n tr c ti p 3,3V
c. NỂỐyên ệý ểỊ t đ nỂ Ế a Ế Ỉ bi n
C m bi n b i đ
c c u t o b i ba thành ph n chính: IR LED, Phototransistor,
Amplifer. IR LED và Phototransistor lƠ 02 b ph n dùng đ truy n vƠ nh n h ng ngo i vƠ
đ
c đ t ch ch g c v i nhau. Khi có b i bay vƠo, tia h ng ngo i t IR LED s b d i vào
Phototransistor, lúc nƠy đi n áp t phototransistor s đ
c đ a đ n m ch khu ch đ i
(Amplifier) vƠ xu t ra chơn Vo.
2.2.1.3 C m bi n c
B
MỌN I N T
ng đ ánh sáng BH1750
CÔNG NGHI P ậ Y SINH
8
CH
NG 2. C
S
LÝ THUY T
C m bi n BH1750 đ
chuy n đ i t
c
c s d ng đ đo c
ng đ ánh sáng, c m bi n có m ch
ng t ra s n i và b ti n x lý nên giá tr đ
c tr ra là giá tr tr c ti p
ng đ ánh sáng mà không ph i qua b t k x lý. C m bi n BHT1750 đ
ck tn iv i
vi đi u khi n thông qua giao ti p I2C.
n v cho s l
ng ánh sáng chi u t m t ngu n b t k trong m t giơy là lumen.
C m bi n ánh sáng s đ c giá tr trong m t giơy trên 1 mét vuông.
n v lƠ Lux vi t t t lƠ
lx. Lux = 1 Lm/m2
a) Thông s Ế b n c a c m bi n
• Ngu n: 3 ậ 5VDC
• Giao ti p: I2C
• Kho ng đo: 1 ậ 65535 lux
b) S đ n i chân và các ch đ đỊ
Hình 2-5. S đ chân k t n i c a c m bi n BH1750
B ng 2-3. Chân k t n i c a c m bi n BH1750
B
Chân
Chi ti t
VCC
Chân c p ngu n 3-5V
GND
Chân n i đ t
SCL
Chu n giao ti p I2C
SDA
Chu n giao ti p I2C
ADDR
Chân đ a ch đ l p trình.
ADDR = ‘H’ (ADDR > 0,7Vcc)
ắ1011100”
ADDR = ‘L’ ( ADDR < 0,3Vcc)
MỌN I N T
CÔNG NGHI P ậ Y SINH
9
CH
NG 2. C
S
LÝ THUY T
ắ0100011”
C m bi n BH1750 có 3 ch đ đo:
• H-Resolution v i đ nh y sáng 0.5 lux
• H-Resolution v i đ nh y sáng 1 lux.
• L-Resolution v i đ nh y sáng 4 lux.
2.2.2 Kh i vi đi u khi n
Arduino là m t board m ch vi x lý tích h p, nh m xây d ng các ng d ng t
v i nhau ho c v i môi tr
ngu n m đ
ng đ
ng tác
c thu n l i h n. Ph n c ng bao g m m t board m ch
c thi t k trên n n t ng vi x lý AVR Atmel 8 bit, ho c ARM Atmel 32-bit.
Nh ng Model hi n t i đ
chân I/O k thu t s t
c trang b g m 1 c ng giao ti p USB, 6 chơn đ u vào analog, 14
ng thích v i nhi u board m r ng khác nhau.
B ng 2-4. M t vài thông s l a ch n Arduino trong các board Arduino ph bi n.
Thông s k thu t
Arduino
Arduino
Uno
Chip đi u khi n
Nano
Arduino
Mega
ATmega328
ATmega328
ATmega2560
7 ậ 12VDC
7 ậ12VDC
7 ậ 15VDC
14 ậ 6 ậ 6
14 ậ 6 ậ 8
54 ậ 15 ậ 16
Dòng t i đa trên m i chơn I/O
30mA
40mA
40mA
T cđ
16MHz
16MHz
16MHz
Giá thành
130.000đ
75.000đ
240.000đ
i n áp khuyên dùng
S chơn Digital I/O ậ PWM ậ
Analog
T b ng so sánh trên ta th y Arduino Uno là s l a ch n h p lí, giá c v a ph i, c u
hình phù h p v i yêu c u và gi i h n c a đ tài. Arduino Nano có giá thành r h n Arduino
Uno nh ng
Nano có m t nh
c đi m l n lƠ th
ng r t d b cháy khi b đo n m ch vì
nó không có kh n ng t ng t ngu n nh Uno. Arduino Mega có giá thƠnh h i cao vƠ có
B
MỌN I N T
CÔNG NGHI P ậ Y SINH
10
CH
NG 2. C
S
LÝ THUY T
r t nhi u chân không c n thi t so v i yêu c u đ tài.
B ng 2-5. Thông s Arduino Uno R3
Vi đi u khi n
ATmega328 h 8bit
i n áp ho t đ ng
5V DC (ch đ
T n s ho t đ ng
16 MHz
Dòng tiêu th
kho ng 30mA
i n áp vào khuyên dùng
7-12V DC
i n áp vào gi i h n
6-20V DC
c c p qua c ng USB)
S chân Digital I/O
14 (6 chân hardware PWM)
S chân Analog
6 (đ phân gi i 10bit)
Dòng t i đa trên m i chân I/O
30 mA
Dòng ra t i đa (5V)
500 mA
Dòng ra t i đa (3.3V)
50 mA
B nh flash
32 KB (ATmega328) v i 0.5KB dùng b i
bootloader
SRAM
2 KB (ATmega328)
EEPROM
1 KB (ATmega328)
C u t o chính c a Arduino Uno R3 bao g m các ph n sau:
o
C ng USB: đơy lƠ lo i c ng giao ti p đ ta n p code t PC lên vi đi u khi n.
ng
th i nó c ng lƠ giao ti p serial đ truy n d li u gi a vi đi u khi n vƠ máy tính.
o
Jack ngu n: đ ch y Arduino thì có th l y ngu n t c ng USB
trên ho c m t
ngu n t 9V đ n 12V. V i các chơn đi n nh sau:
▪ GND (Ground): c c ơm c a ngu n đi n c p cho Arduino UNO. Khi dùng
các thi t b s d ng nh ng ngu n đi n riêng bi t thì nh ng chơn nƠy ph i đ
cn i
v i nhau.
B
MỌN I N T
CÔNG NGHI P ậ Y SINH
11
CH
NG 2. C
S
LÝ THUY T
▪ 5V: c p đi n áp 5V đ u ra. Dòng t i đa cho phép
chơn nƠy lƠ 500mA.
▪ 3.3V: c p đi n áp 3.3V đ u ra. Dòng t i đa cho phép
chơn nƠy lƠ 50mA.
▪ Vin (Voltage Input): đ c p ngu n ngoƠi cho Arduino UNO,n i c c d
ng
c a ngu n v i chơn nƠy vƠ c c ơm c a ngu n v i chơn GND.
▪ IOREF: đi n áp ho t đ ng c a vi đi u khi n trên Arduino UNO có th đ
đo
chơn nƠy vƠ nó luôn b ng 5V. M c dù v y không đ
c
c l y ngu n 5V t chơn
nƠy đ s d ng b i ch c n ng c a nó không ph i lƠ c p ngu n.
▪ RESET: vi c nh n nút Reset trên board đ reset vi đi u khi n t
v i vi c chơn RESET đ
ng đ
ng
c n i v i GND qua 1 đi n tr 10K .
Hình 2-6. Arduino Uno R3
Arduino UNO có 14 chơn digital dùng đ đ c ho c xu t tín hi u. Chúng ch có 2
m c đi n áp lƠ 0V vƠ 5V v i dòng vƠo/ra t i đa trên m i chơn lƠ 40mA.
có các đi n tr pull-up t đ
các đi n tr nƠy không đ
m i chơn đ u
c cƠi đ t ngay trong vi đi u khi n ATmega328 (m c đ nh thì
c k t n i). M t s chơn digital có các ch c n ng đ c bi t nh
sau:
• Chân Serial: 0 (RX) vƠ 1 (TX): dùng đ g i (transmit ậ TX) vƠ nh n (receive ậ
RX) d li u TTL Serial. Arduino Uno có th giao ti p v i thi t b khác thông qua
2 chân nƠy. Ví d k t n i Bluetooth chính lƠ k t n i Serial không dơy.
B
MỌN I N T
CÔNG NGHI P ậ Y SINH
12
