luận văn nghiên cứu tìm hiểu và thi công tủ trồng rau trong căn hộ

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Họ tên sinh viên:
Chuyên ngành:
Hệ đào tạo:
Khóa:

Đào Xuân Sang
Ngô Đức Phú
Điện tử công nghiệp
Đại học chính quy
2015

MSSV: 15141261
MSSV: 15141244
Mã ngành: 41
Mã hệ: 1
Lớp: 15141DT1A
15141DT1A

I. TÊN ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU, TÌM HIỂU VÀ THI CÔNG TỦ TRỒNG RAU
CHO CĂN HỘ.
II. NHIỆM VỤ
1. Các số liệu ban đầu:
- Vi điều khiển NodeMCU ESP8266 và ngôn ngữ lập trình.
- Tài liệu về NodeMCU ESP8266, Firebase.
- Thư viện về LCD, Arduino, ESP 8266, Firebase.
2. Nội dung thực hiện:
 Nội dung 1: Tìm hiểu và nghiên cứu về các module Arduino, mod ule
ESP8266, module RS485, cảm biến DHT11, cảm biến ánh sáng, cảm
biến độ ẩm đất.
 Nội dung 2: Giao tiếp Module ESP 8266 với cảm biến.

 Nội dung 3: Điều khiển các thiết bị theo cảm biến và thời gian thực.
 Nội dung 4: Hiển thị thông tin trên web Firebase.
 Nội dung 5: Thiết kế, lập trình và giám sát qua điện thoại.
 Nội dung 6: Thiết kế mô hình sản phẩm.
 Nội dung 7: Đánh giá kết quả thực hiện.
III. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ:
26/08/2019
IV. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ:
25/12/2019
V. HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: ThS. Trương Ngọc Anh
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

BM. ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH

i


TRƯỜNG ĐH SPKT TP. HỒ CHÍ MINH

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ

ĐỘC LẬP - TỰ DO - HẠNH PHÚC

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH

----o0o----

Tp. HCM, ngày 5 tháng 07 năm 2019

LỊCH TRÌNH THỰC HIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Họ tên sinh viên 1: Đào Xuân Sang
Lớp: 15141DT1A
Họ tên sinh viên 2: Ngô Đức Phú
Lớp: 15141DT1A

MSSV: 15141261
MSSV: 15141244

Tên đề tài: Nghiên cứu, tìm hiểu và thi công tủ trồng rau cho căn hộ.
Xác
Tuần/ngày

Nội dung chính cần thực hiện

nhận
của
GVHD

Tuần 1
(26/8 – 31/8)
Tuần 2
(02/9 – 07/9)

Gặp GV bộ môn để nghe phổ biến yêu cầu làm đồ
án, nhận giấy giới thiệu làm đồ án. Gặp GVHD để
chọn đề tài.
GVHD tiến hành xét duyệt đề tài và viết đề cương
nộp lại.

Tham khảo các mô hình trồng rau trong tủ kính,

Tuần 3
(09/09 – 14/09)

thông tin về đặc tính, nhiệt độ, độ ẩm của loại rau
muốn trồng.

- Tìm hiểu cách kết nối ,lập trình của với các
Tuần 4
(16/09 – 21/09)

module cảm biến.
- Kết nối các module ngoài thực tế để xem hoạt
động.

ii


Tuần 5
(23/09 – 28/09)
Tuần 6
(29/9– 5/10)
Tuần 7
(30/09– 05/10)
Tuần
8,9,10,11,12
(07/10–12/10 )
Tuần 13
(11/11– 16/11)

Tuần 14
(18/11 – 23/11)
Tuần 15, 16
(25/11 – 07/12)

- Tìm hiểu về ESP8266, cách giao tiếp giữa các
module ESP8266.
-Thiết kế sơ đồ khối, giải thích chức năng.
- Tính toán lựa chọn linh kiện cho từng khối.
-Thiết kế sơ đồ nguyên lý,giải thích nguyên lý hoạt
động.
- Tìm hiểu về app android và cách viết ứng dụng.
-Thi công mạch, xây dựng mô hình.
- Viết app android
- Kiểm tra mô hình, chạy thử và sửa lỗi.
- Viết báo cáo.
-Hoàn thiện mô hình, chạy thử và sửa lỗi.
- Viết báo cáo.
-Hoàn thiện, chỉnh sửa báo cáo gửi cho
GVHD để xem xét góp ý lần cuối trước khi in báo
cáo.

Tuần 17, 18, 19
(09/12 – 25/12)

-Nộp quyển báo cáo và làm Slide báo cáo.

GV HƯỚNG DẪN
(Ký và ghi rõ họ và tên)

iii


LỜI CAM ĐOAN
Đề tài này là do chúng tôi tự thực hiện dựa vào một số tài liệu và không sao chép
từ tài liệu hay công trình đã có trước đó. Nếu có bất kỳ sự gian lận nào chúng tôi xin
chịu trách nhiệm về nội dung đồ án của mình.
Người thực hiện
Đào Xuân Sang – Ngô Đức Phú

iv


LỜI CẢM ƠN

Lời đầu tiên cho phép nhóm chúng em gửi lời cảm ơn đến quý thầy cô trường Đại
Học Sư Phạm Kỹ Thuật đã dạy dỗ trong suốt những năm tháng đại học. Trong đó phải
kể đến quý thầy cô trong khoa Điện- Điện Tử đã truyền đạt những kiến thức cả chuyên
môn lẫn kĩ năng để giúp nhóm có những sự chuẩn bị chu đáo nhất để bước ra khỏi ghế
nhà trường không bị bỡ ngỡ. Những kiến thức ấy đã được nhóm đúc kết lại thành đồ án
cuối cùng, đồ án tốt nghiệp do chính tay mình tạo ra. Nó như là bàn đạp để chúng em
bước ra cánh cửa lớn hơn.
Đặc biệt, nhóm chúng em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến thầy Trương Ngọc Anh
đã giúp đỡ chúng em trong quá trình lựa chọn đề tài. Trong quá trình thực hiện cũng có
nhiều điều khó khăn, thiếu sót và không thống nhất, nhưng nhờ sự đóng góp ý kiến của
thầy, chúng em đã hiểu được cách tìm hiểu những kiến thức ấy.
Nhóm cũng cảm ơn đến bạn bè, anh chị đã có những chia sẻ, trao đổi kiến thức,
kinh nghiệm thực tế của mọi người cho nhóm khi gặp khó khăn.
Và cuối cùng là lời cảm ơn đến các bậc phụ huynh, người thân trong gia đình.
Nhờ sự quan tâm, ủng hộ và những lời động viên của mọi người đã giúp nhóm hoàn

thành xong chương trình đại học để có những kiến thức vào đời.
Xin chân thành cám ơn!
Người thực hiện đề tài
Đào Xuân Sang – Ngô Đức Phú

v


MỤC LỤC
NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ............................................................. i
LỊCH TRÌNH THỰC HIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP .................................. ii
LỜI CAM ĐOAN ....................................................................................... iv
LỜI CẢM ƠN ............................................................................................. v
DANH MỤC HÌNH ..................................................................................... x
DANH MỤC BẢNG ................................................................................. xiv
TÓM TẮT................................................................................................. xv
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN ........................................................................ 1
1. 1 ĐẶT VẤN ĐỀ. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
1. 2 MỤC TIÊU Đ Ề TÀI . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2
1. 3 NỘI DUNG T HỰC HIỆN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2
1. 4 GIỚI HẠN CỦA ĐỀ TÀI . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2
1. 5 BỐ CỤC ĐỒ ÁN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT ............................................................. 4
2. 1 GIỚI THIỆU VỀ RAU THƠM VÀ QUY TRÌNH TRỒNG RAU
TỰ ĐỘNG . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
2.1.1 Các loại rau thơm ........................................................................................ 4
2.1.2 Mô tả quy trình chăm sóc tự động ............................................................... 5
2. 2 QUY TRÌNH HO ẠT ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
2. 3 GIỚI THIỆU VỀ PHẦN CỨNG . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
2.3.1 Giới thiệu module ESP8266 ........................................................................ 6

2.3.2 Module UART TTL RS-485 TO V2 .......................................................... 11
2.3.3 Module LCD 2004-20X4........................................................................... 12
2.3.4 Module I2C ............................................................................................... 13
2.3.5 Cảm biến độ ẩm đất ................................................................................... 14
2.3.6 Cảm biến nhiệt độ - độ ẩm (DHT11) ......................................................... 15
2.3.7 Cảm biến ánh sáng .................................................................................... 16
2.3.8 Module thời gian thực DS1307 .................................................................. 17
vi


Bơm mini 12V ........................................................................................ 19

2.3.9

2.3.10 Nút nhấn................................................................................................. 19
2.3.11 Module relay .......................................................................................... 20
2.3.12 Đèn led chiếu sáng ................................................................................. 21
2.3.13 Mạch giảm áp LM2596 .......................................................................... 22
2.3.14 Quạt tản nhiệt ......................................................................................... 22
2. 4 CHUẨN GIAO TI ẾP UART . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
2. 5 CHUẨN GIAO TI ẾP I2C . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
2. 6 CHU ẨN TRUYỀN THÔNG RS -4 85 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
2. 7 GIAO TH ỨC MODBUS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
2.7.1 Tìm hiểu về modbus RTU: ........................................................................ 29
2.7.2 Cách giao tiếp modbus RTU: .................................................................... 31
2. 8 GIỚI THIỆU FIREBASE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
2.8.1 Firebase Realtime Database ....................................................................... 33
2.8.2 Xác thực người dùng ................................................................................. 33
CHƯƠNG 3. TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ ............................................... 35
3.1 GIỚI THIỆU . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35

3. 2 TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ PHẦN CỨNG . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
3.2.1 Thiết kế sơ đồ khối hệ thống ................................................................. 35
3.2.2 Chức năng của từng khối ...................................................................... 36
3.2.2.1 Khối nguồn ...................................................................... 37
3.2.2.2 Khối Master ..................................................................... 37
3.2.2.3 Khối Slave ....................................................................... 37
3.2.2.4 Khối dữ liệu database ....................................................... 38
3.2.3 Tính toán và thiết kế mạch ................................................................... 38
3.2.3.1 Tính toán cho khối Master ................................................. 38
a.

Khối xử lý trung tâm (tủ điều khiển-master): ............................. 38

b.

Khối nút nhấn .................................................................................... 39

c.

Khối hiển thị:...................................................................................... 41

d.

Khối RS-485: ..................................................................................... 42

e.

Khối realtime ...................................................................................... 43
vii

f.

Sơ đồ nguyên lý mạch Master ............................................................. 44

3.2.2.2 Tính toán cho các khối Slave: .......................................... 45
a.

Khối điều khiển trung tâm (tủ điều khiển - slave) ....................... 45

b.

Các module cảm biến. ..................................................................... 45

c.

Sơ đồ nguyên lý mạch Slave ............................................................. 48

3.2.2.3 Tính toán chọn khối nguồn ................................................ 49
a.

Khối Master ....................................................................................... 49

b.

Khối Slave ......................................................................................... 50

3.2.3 Sơ đồ nguyên lý của toàn mạch............................................................... 50
CHƯƠNG 4: THI CÔNG HỆ THỐNG .................................................... 52
4. 1

GIỚI THIỆU . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52

4. 2

THI CÔNG H Ệ THỐN G . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52

4.2.1

Thi công mạch master ............................................................................ 52

4.2.2

Thi công mạch Slave .............................................................................. 53

4.2.3

Thi công mạch nút nhấn. ........................................................................ 55

4.2.4

Lắp ráp và kiểm tra ................................................................................. 56

4. 3 TIẾN HÀNH THI CÔNG VÀ L ẮP RÁP HỆ THỐNG HOÀN
CHỈNH . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57
4. 3

LƯU ĐỒ GIẢI THUẬT . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58

4.3.1

Lưu đồ chương trình điều khiển cho mạch Master .................................. 58

4.3.2

Lưu đồ nhận dữ liệu từ các slave ............................................................ 59

4.3.3

Lưu đồ truyền nhận dữ liệu đưa lên Firebase .......................................... 60

4.4.4

Lưu đồ chương trình chế độ hiển thị ...................................................... 61

4.4.5

Lưu đồ chế độ điều khiển nút nhấn và hẹn giờ tưới nước ....................... 61

4.4.6

Lưu đồ chương trình chế độ auto ........................................................... 62

4.4.7

Lưu đồ điều khiển slave.......................................................................... 63

4. 5 GIỚI THIỆU VỀ PHẦN MỀM LẬP TRÌNH . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64
4.5.1 Giới thiệu về Arduino IDE. ................................................................ 64
4.5.2 Giới thiệu App Inventor ..................................................................... 70

4.5.3

Tiến hành thiết kế giao diện ................................................................... 75

CHƯƠNG 5: KẾT QUẢ - NHẬN XÉT - ĐÁNH GIÁ ................................ 84
viii


5. 1 KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84
5.2 KẾT QUẢ THỬ NGHIỆM HỆ THỐNG: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85
5.2.1

Quá trình chạy ứng dụng trên điện thoại và hiển thị trên web ..... 85

5.2.2

Quá trình vận hành trên phần cứng hệ thống .................................... 86

5. 3 NHẬN XÉT - ĐÁNH GIÁ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91
CHƯƠNG 6. KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN .............................. 93
6.1 KẾT LUẬN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 93
6. 2 HƯỚNG PHÁT TRIỂN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 93
TÀI LIỆU THAM KHẢO ......................................................................... 94
PHỤ LỤC ................................................................................................. 95

ix


DANH MỤC HÌNH
Hình 2. 1 Sơ đồ chân của ESP8266MOD .................................................................... 7

Hình 2. 2 Sơ đồ chân của Board ESP-12E Node MCU ................................................ 9
Hình 2. 3 Sơ đồ chân của module UART TTL RS4-85 V2 ......................................... 11
Hình 2. 4 Hình ảnh mặt trước của LCD 20x4 ............................................................ 12
Hình 2. 5 Hình ảnh module I2C ................................................................................ 14
Hình 2. 6 Cảm biến độ ẩm đất. .................................................................................. 15
Hình 2. 7 Cảm biến DHT11. ...................................................................................... 16
Hình 2. 8 Cảm biến ánh sáng. ................................................................................... 17
Hình 2. 9 Sơ đồ chân Realtime. ................................................................................. 17
Hình 2. 10 Module Realtime. ..................................................................................... 18
Hình 2. 11 Sơ đồ nguyên lý Realtime ......................................................................... 18
Hình 2. 12 Bơm 12 VDC ........................................................................................... 19
Hình 2. 13 Nút nhấn 4 chân....................................................................................... 19
Hình 2. 14 Module Relay Mức Cao ........................................................................... 20
Hình 2. 15 Module Relay mức thấp. .......................................................................... 20
Hình 2. 16 Đèn led nông nghiệp ............................................................................... 21
Hình 2. 17 Mạch giảm áp LM2596. ........................................................................... 22
Hình 2. 18 Quạt 12V ................................................................................................ 22
Hình 2. 19 Hệ thống truyền dữ liệu bất đồng bộ ....................................................... 23
Hình 2. 20 Sơ đồ truyền I2C ...................................................................................... 24
Hình 2. 21 Tín hiệu trên 2 dây của hệ thống cân bằng............................................... 26
Hình 2. 22 Cặp dây xoắn trong RS485. ..................................................................... 27
Hình 2. 23 Cách xác định áp kiểu chung. .................................................................. 27
Hình 2. 24 Truyền RS485 khi tham chiếu với đất.. ..................................................... 28
Hình 2. 25 Phân cực cho đường truyền RS485. ......................................................... 29
Hình 2. 26 Sơ đồ của 1 frame truyền Modbus RTU ................................................... 30
Hình 2. 27 Giao diện FireBase. ................................................................................. 33
Hình 3. 1 Sơ đồ khối của hệ thống ............................................................................. 36
x

Hình 3. 2 Sơ đồ chân của ESP8266-12E Node MCU. ................................................ 39
Hình 3. 3 Sơ đồ kết nối nút nhấn. .............................................................................. 41
Hình 3. 4 Sơ đồ kết nối ESP8266 với khối hiển thị .................................................... 42
Hình 3. 5 Sơ đồ kết nối ESP8266 với khối RS485 ...................................................... 43
Hình 3. 6 Sơ đồ nguyên lý Realtime. .......................................................................... 44
Hình 3. 7 Sơ đồ nguyên lý mạch master..................................................................... 44
Hình 3. 8 Sơ đồ nguyên lý cảm biến . ........................................................................ 46
Hình 3. 9 Sơ đồ nguyên lý Relay................................................................................ 48
Hình 3. 10 Sơ đồ nguyên lý mạch Slave ..................................................................... 49
Hình 3. 11 Sơ đồ nguyên lý toàn mạch. ..................................................................... 51

Hình 4. 1 Lớp trên của mạch master ......................................................................... 53
Hình 4. 2 Lớp dưới PCB của mạch master. ............................................................... 53
Hình 4. 3 Sơ đồ bố trí linh kiện mặt trên.................................................................... 54
Hình 4. 4 Sơ đồ bố trí linh kiện mặt dưới................................................................... 55
Hình 4. 5 Sơ đồ bố trí linh kiện mặt trên.................................................................... 55
Hình 4. 6 Sơ đồ bố trí linh kiện lớp dưới. .................................................................. 56
Hình 4. 7 Mạch master thực tế. ................................................................................. 56
Hình 4. 8 Mạch Slave thực tế. ................................................................................... 57
Hình 4. 9 Mạch nút nhấn thực tế. .............................................................................. 57
Hình 4. 10 Mô hình hệ thống.. ................................................................................... 58
Hình 4. 11 Lưu đồ chương trình code điều khiển cho master. .................................... 59
Hình 4. 12 Lưu đồ chương trình nhận dữ liệu từ các slave ........................................ 60
Hình 4. 13 Lưu đồ truyền nhận dữ liệu lên Firebase. ................................................ 60
Hình 4. 14 Lưu đồ chương trình chế độ hiển thị ........................................................ 61
Hình 4. 15 Lưu đồ chế độ điều khiển nút nhấn và hẹn giờ tưới nước ......................... 62
Hình 4. 16 Lưu đồ chương trình chế độ auto ............................................................. 63
Hình 4. 17 Lưu đồ điều khiển mạch slave .................................................................. 64
Hình 4. 18 Quy trình làm việc của arduino................................................................ 65
Hình 4. 19 Giao diện lập trình arduino. .................................................................... 65

Hình 4. 20 Giao diện menu arduino IDE ................................................................... 66
xi


Hình 4. 21 Giao diện file menu arduino IDE. ............................................................ 66
Hình 4. 22 Giao diện Examples menu ....................................................................... 67
Hình 4. 23 Giao diện Sketch Menu Arduino IDE ....................................................... 68
Hình 4. 24 Giao diện edit menu arduino IDE ............................................................ 68
Hình 4. 25 Giao diện Tool Menu Arduino IDE .......................................................... 69
Hình 4. 26 Board ESP8266 sử dụng .......................................................................... 69
Hình 4. 27 Arduino Toolbar ...................................................................................... 70
Hình 4. 28 Chương trình nạp thành công. ................................................................. 70
Hình 4. 29 Giao diện phần mềm Inventor. ................................................................. 71
Hình 4. 30 Giao diện thiết kế..................................................................................... 72
Hình 4. 31 Chọn chế độ làm việc............................................................................... 72
Hình 4. 32 Khối lệnh Block. ...................................................................................... 73
Hình 4. 33 Code Blocks. ............................................................................................ 73
Hình 4. 34 Vùng làm việc. ......................................................................................... 74
Hình 4. 35 Danh sách lệnh. ....................................................................................... 75
Hình 4. 36 Tạo giao diện mới .................................................................................... 76
Hình 4. 37 Kéo thả các khối lệnh .............................................................................. 76
Hình 4. 38 Chọn Firebase để kết nối ......................................................................... 77
Hình 4. 39 Giao diện màn hình chính ........................................................................ 77
Hình 4. 40 Nút chọn Add Screen trên màn hình chính ............................................... 78
Hình 4. 41 Giao diện màn hình các tủ ....................................................................... 79
Hình 4. 42 Khối lệnh hiện thị dòng chữ “welcome” .................................................. 79
Hình 4. 43 Khối lệnh nút nhấn chuyển màn hình ....................................................... 80
Hình 4. 44 Khối lệnh nút Exit .................................................................................... 80
Hình 4. 45 Khối lệnh nút Backward .......................................................................... 81
Hình 4. 46 Khối lệnh cập nhật các thông số môi trường ............................................ 81

Hình 4. 47 Giao diện màn hình chính ........................................................................ 82
Hình 4. 48 Giao diện màn hình tủ 1 .......................................................................... 82
Hình 4. 49 Giao diện màn hình tủ 2 .......................................................................... 83
Hình 4. 50 Giao diện màn hình tủ 3 .......................................................................... 83

xii


Hình 5. 1 Giao diện web FireBase. ........................................................................... 86
Hình 5. 2 Màn hình mạch master sau khi cấp điện .................................................... 87
Hình 5. 3 Màn hình mạch master sau khi chọn tủ 1 ................................................... 87
Hình 5. 4 Màn hình mạch master sau khi chọn chế độ điều khiển tay tủ 1 ................. 88
Hình 5. 5 Màn hình mạch master sau khi chọn chế độ hiển thị thông số môi trường . 88
Hình 5. 6 Màn hình mạch master sau khi chọn chế độ hẹn giờ tưới nước .................. 89
Hình 5. 7 Hình ảnh mạch slave ................................................................................. 90
Hình 5. 8 Hình ảnh mô hình mạch slave tủ 2 và 3. .................................................... 90

xiii


DANH MỤC BẢNG
Bảng 2 - 1 Bảng so sánh thông số ESP-01, ESP-12E Node MCU, Wemos D1 Mini ..... 8
Bảng 2 - 2 Thông số các chân của Board ESP-12E Node MCU ................................ 10
Bảng 2 - 3 Thông số các chân của LCD 2004 ............................................................ 12
Bảng 2 - 4 Bảng tóm tắt thông số của RS485 ............................................................. 25
Bảng 4 - 1 Danh sách linh kiện của mạch master........................................................52
Bảng 4 - 2 Danh sách linh kiện của mạch master.........................................................54
Bảng 5 - 1 Kết quả chạy thực nghiệm..........................................................................90

xiv

TÓM TẮT
Ngày nay công nghệ trở nên hiện đại, xu hướng mọi thứ đều sẽ được kết nối và
giám sát thông qua mạng không dây wifi (Wireless Fidelity) và điều khiển các thiết bị
theo tự động hóa. Với ý tưởng giải quyết những bất cập của điều khiển tự động, nhóm
chúng em xin đưa ra đề tài: “Nghiên cứu, tìm hiểu và thi công tủ trồng rau cho căn
hộ.”
Hệ thống bao gồm: 1 tủ Master để điều khiển và giám sát, 3 tủ Slave để trồng rau
có nhiệm vụ thu thập thông số môi trường và gửi về cho master.
Trong mỗi tủ trồng rau (Slave): có chức năng đọc nhiệt độ, độ ẩm không khí, ánh
sáng và độ ẩm đất thông qua các cảm biến, sau đó gửi về cho tủ Master và dữ liệu được
hiển thị trực tiếp trên màn hình LCD, đồng thời cũng được hiển thị trên giao diện ứng
dụng tạo điều kiện thuận lợi cho người dùng có thể giám sát hệ thống từ xa thông qua
Internet.
Tủ điều khiển (Master) có thể giám sát, điều khiển chức năng cho các tủ Slave.
Khi cấp điện vào hệ thống, khởi động module wifi ESP8266, cảm biến nhiệt độ-độ
ẩm DHT11, LCD,... Sau khi khởi động xong mặc định sẽ hiển thị giá trị cảm biến trên
LCD và hệ thống chạy chế độ tự động. Muốn đổi chế độ thì ta nhấn phím chế độ điều
khiển tương ứng với chức năng chế độ tay, sau đó chỉ nhấn nút trên bảng điều khiển thì
có thể điều khiển trực tiếp.
Với đề tài này, nhóm hi vọng sẽ làm cơ sở nghiên cứu cho các nhóm sau có thể mở
rộng, phát triển nữa. Nếu được điều chỉnh tốt, ý tưởng này kết hợp với mô hình trang
trại thực tế với quy mô lớn sẽ trở thành một hệ thống lớn đáp ứng nhu cầu điều khiển,
quản lý tất cả các thiết bị một cách hiện đại, nâng cao đời sống tiện ích trong trồng trọt.

xv


CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ
Hiện nay cùng với sự phát triển của xã hội, cuộc sống ngày càng được nâng cao
thì việc áp dụng công nghệ khoa học kỹ thuật vào đời sống công việc ngày càng cần
thiết. Cùng với sự phát triển của các ngành khoa học kỹ thuật, công nghệ kỹ thuật điện
tử mà trong đó đặc biệt là kỹ thuật điều khiển tự động đóng vai trò quan trọng trong mọi
lĩnh vực khoa học kỹ thuật, quản lý, công nghiệp, nông nghiệp, đời sống, quản lý thông
tin...
Nước ta là một đất nước nông nghiệp, tuy nhiên trong nhiều năm quy mô cũng như
chất lượng và sản lượng nông nghiệp của nước ta luôn thấp hơn so với các nước khác
mà nguyên nhân chính là việc công nghệ sản xuất của nước ta quá lạc hậu, chủ yếu dựa
vào tay chân. Ngoài ra, hiện nay thực phẩm bẩn tràn lan khắp thị trường, đặc biệt ở các
thành phố lớn, nơi không có nhiều không gian để tự trồng trọt, chăn nuôi.
Để đáp ứng nhu cầu rau sạch ngày càng tăng, nhiều hộ gia đình đã tận dụng khoảng
không gian nhỏ tại nhà để thiết kế những tủ trồng rau xanh rất độc đáo. Các tủ trồng rau
sạch tại nhà không chỉ cung cấp nguồn thực phẩm an toàn cho sức khỏe gia đình, mà
còn tạo ra không khí trong lành cho ngôi nhà. Bên cạnh đó tủ trồng rau còn là tiêu chuẩn
về chất lượng, công năng và giá trị của sản phẩm trong việc sản xuất nông nghiệp theo
hướng khoa học công nghệ cao. Tính linh hoạt của tủ trồng rau giúp cho người sử dụng
có thể trồng trọt ở bất cứ nơi nào trong nhà chỉ với nhỏ. Tủ có khả năng loại bỏ các điều
kiện môi trường bất lợi, cung cấp môi trường thuận lợi cho rau trồng phát triển.
Trên cơ sở và yêu cầu từ thực tế, những đòi hỏi ngày càng cao của phát triển nông
nghiệp công nghệ cao, cộng với sự phát triển mạnh của khoa học công nghệ, đặc biệt là
công nghệ thông tin, kỹ thuật điện-điện tử. Phát triển kỹ thuật điều khiển tự động từ
khoảng cách xa trong nông nghiệp đang là xu thế phát triển nông nghiệp cao nói chung
và nhà kính tự động nói riêng. Chúng tôi đề xuất đề tài “NGHIÊN CỨU, TÌM HIỂU
VÀ THI CÔNG TỦ TRỒNG RAU CHO CĂN HỘ”.

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH

1


CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN
1.2 MỤC TIÊU ĐỀ TÀI
Thiết kế, thi công được mô hình quản lý trang trại theo dạng Master - Slave gồm
các mục tiêu cụ thể:
 Tìm hiểu được về sự sinh trưởng của loại rau thơm mong muốn để từ đó nắm
bắt được những điều kiện nhiệt độ, độ ẩm, ánh sáng thích hợp với sự phát triển
của loại rau này.
 Viết được chương trình giao tiếp giữa các module NodeMCU ESP8266 và điện
thoại.
 Thiết kế được hệ thống tự động chăm sóc thông qua việc giám sát các thông số
nhiệt độ, độ ẩm, cường độ ánh sáng.
 Viết được ứng dụng giám sát từ xa bằng điện thoại.
 Cập nhật được dữ liệu lên Firebase giám sát các trạng thái môi trường thông qua
mạng Internet.
1.3 NỘI DUNG THỰC HIỆN
 Nội dung 1: Tìm hiểu và nghiên cứu về cấu tạo phần cứng, nguyên lý
hoạt động, tính năng của các module NodeMCU ESP8266, module
RS485-V2, cảm biến DHT11, cảm biến ánh sáng, cảm biến độ ẩm đất.
 Nội dung 2: Giao tiếp module ESP8266 với Module RS485 to V2.
 Nội dung 3: Điều khiển các thiết bị theo cảm biến và thời gian thực.
 Nội dung 4: Hiển thị thông tin trên web FireBase.
 Nội dung 5: Thiết kế, lập trình và điều khiển thiết bị qua điện thoại.
 Nội dung 6: Thiết kế mô hình sản phẩm.
 Nội dung 7: Đánh giá kết quả thực hiện.
1.4 GIỚI HẠN CỦA ĐỀ TÀI
 Sử dụng vi điều khiển NODEMCU ESP8266 để điều khiển.

 Chỉ thiết kế mô hình giám sát nhỏ trong trang trại theo kiểu Master-Slave.
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH

2


CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN
 Sử dụng động cơ bơm nước 12V để cung cấp nước cho rau trồng.
1.5 BỐ CỤC ĐỒ ÁN
 Chương 1: Tổng Quan.
 Chương 2: Cơ Sở Lý Thuyết.
 Chương 3: Tính Toán Và Thiết Kế Hệ Thống.
 Chương 4: Thi Công Hệ Thống.
 Chương 5: Kết Quả, Nhận Xét, Đánh Giá.
 Chương 6: Kết Luận và Hướng Phát Triển.
Chương 1: Tổng Quan.
Chương này trình bày vấn đề dẫn nhập, lý do chọn đề tài, mục tiêu, nội dung nghiên
cứu, các giới hạn và bố cục đồ án.
Chương 2: Cơ Sở Lý Thuyết.
Giới thiệu các linh kiện, thiết bị sử dụng thiết kế hệ thống, giao thức.
Chương 3: Tính Toán Và Thiết Kế Hệ Thống.
Tính toán thiết kế, đưa ra sơ đồ nguyên lí của hệ thống.
Chương 4: Thiết Kế Hệ Thống.
Thiết kế hệ thống, lưu đồ, đưa ra giải thuật và chương trình.
Chương 5: Kết Quả, Nhận Xét, Đánh Giá.
Đưa ra kết quả đạt được sau một thời gian nghiên cứu, một số hình ảnh của hệ thống,
đưa ra những nhận xét, đánh giá toàn bộ hệ thống.
Chương 6: Kết Luận và Hướng Phát Triển.
Trình bày những kết luận về hệ thống những phần làm rồi và chưa làm, đồng thời nếu
ra hướng phát triển cho hệ thống.

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH

3


CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
2.1 GIỚI THIỆU VỀ RAU THƠM VÀ QUY TRÌNH TRỒNG RAU TỰ ĐỘNG
2.1.1 Các loại rau thơm
Trong ẩm thực Việt Nam, rau thơm là một nguyên liệu quan trọng, không chỉ là
rau, là gia vị, là nguyên liệu giúp điều tiết tác dụng của các loại thực phẩm, làm cho món
ăn trở nên an toàn, bổ dưỡng… Rau thơm còn có tác dụng phòng và chữa bệnh rất tốt.
Sau đây là một số loại rau phổ biến trong bữa ăn hàng ngày của người Việt và
công dụng y học của chúng:
 Rau răm: còn có tên gọi là thủy liễu, hương lục… Rau răm vị cay, tính ấm,
không độc, dùng để chữa đau bụng lạnh, chữa rắn cắn, chàm ghẻ, mụn trĩ, kích
thích tiêu hóa, kém ăn, làm dịu tình dục. Rau răm được trồng khắp nơi và
thường được mọi người dùng làm rau sống và gia vị vào canh để có thể sát trừ
một số độc chất có trong hải sản (tôm, cá…). Thường khi làm thuốc, người ta
dùng tươi, không qua chế biến.
 Thì là: Còn gọi là thìa là hay thời la, đông phong. Thì là được dùng làm gia vị
vào các món ăn, nhất là các món chế biến từ cá. Trong đông y, thì là là một vị
thuốc rất thông dụng. Theo Nam dược thần hiệu, hạt thì là vị cay, tính ấm,
không độc, điều hòa món ăn, bổ thận, mạnh tỳ, tiêu trướng, trị đau bụng và đau
răng.
 Bạc hà: là một bài thuốc khá hữu hiệu trong việc chữa trị cảm cúm và các vết
côn trùng cắn, giúp lọi tểu hóa, chữa chứng đầy hơi, thấp khớp, nấc cục, thông
cổ, trị viêm xoang nhẹ… Dầu bạc hà cay có thể làm dịu cơn hen suyễn nhẹ bằng

cách ngửi. Phụ nữ có mang thì nên thận trọng khi dùng vì rất có thể dẫn đến
sẩy thai.
 Sả: Sả rất tốt cho hệ tiêu hóa, có tác dụng kích thích ra mồ hôi, hạ sốt ở người
bệnh cảm và giúp lợi tiểu. Sả còn được dùng để điều trị chứng co thắt cơ, chuột
rút, thấp khớp, đau đầu…

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH

4


CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT
 Tía tô: là vị thuốc được y dược học đông phương xếp vào loại giải biểu (làm
cho ra mồ hôi) thuốc nhóm phát tán phong hàn (nhóm do lạnh gây bệnh) cần
chữa bằng cách cho ra mồ hôi, khỏi sốt. Không chỉ là rau gia vị thơm ngon, tía
tô còn là cây thuốc được dùng phổ biến trong y học cổ truyền. Tía tô có hai
loại: tía tô mép lá phẳng, màu tía nhạt, ít thơm và tía tô mép lá quăn, màu tía
sẫm, mùi thơm nồng. Tía tô có vị cay, tính ấm, có tác dụng trị cảm lạnh, đầy
bụng, nôn mửa. Cành tía tô có vị cay ngọt, có tác dụng an thai, chống nôn mửa,
giảm đau, hen suyễn. Ngoài ra, với giá trị dinh dưỡng cao, giàu vitamin A, C,
giàu hàm lượng Ca, Fe, và P… tía tô có tác dụng đẹp da. Lương y Đinh Công
Bảy – Tổng thư ký Hội Dược liệu TP.HCM cho biết, tía tô tốt cho phế quản,
phổi. Theo Đông y, phổi tốt sẽ giúp thần sắc tươi tắn, da hồng hào. Chính vì
thế, nhiều người đã dùng tía tô như một phương thuốc làm đẹp da ít tốn kém,
nhưng hiệu quả.
 Rau mùi ở miền Bắc hay ngò rí ở miền Nam cũng là loại rau thơm phổ biến
không kém. Rau mùi có thể để nguyên cả lá dài để ăn sống hoặc cắt nhỏ cho
vào các món canh hoặc xào cùng các loại rau khác.
Ở đây chúng tôi chọn rau mùi để trồng cho đề tài này.
2.1.2 Mô tả quy trình chăm sóc tự động

Quy trình trồng rau tự động được thực hiện như sau:
Khi nhiệt độ quá cao hệ thống sẽ tự động bật quạt để đối lưu không khí làm giảm
nhiệt độ.
Khi trời chuyển tối, hệ thống sẽ bật đèn chiếu sáng, đồng thời sẽ giúp cây quang
hợp tốt hơn.
Hệ thống còn có chức năng tưới tự động theo đúng thời gian mà chúng ta cài đặt
Toàn bộ thông số môi trường như nhiệt độ, độ ẩm đất, độ ẩm không khí, ánh sáng
sẽ được hiển thị lên màn hình hiển thị đồng thời cũng hiển thị lên ứng dụng điện thoại

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH

5


CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT
2.2 QUY TRÌNH HOẠT ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG
Mạch được điều khiển bởi Module Node MCU ESP8266 đóng vai trò điều khiển
trung tâm (Master), sẽ tiếp nhận giao tiếp với các module Node MCU ESP8266 khác
(Slave) thông qua chuẩn truyền Modbus. Các slave sẽ giao tiếp với các module như cảm
biến nhiệt độ-độ ẩm, cảm biến độ ẩm đất, cảm biến ánh sáng và truyền thông số lại cho
Master để hiển thị lên LCD. Còn Master sẽ gửi chức năng để yêu cầu slave thực hiện
điều khiển.
2.3 GIỚI THIỆU VỀ PHẦN CỨNG
2.3.1 Giới thiệu module ESP8266
ESP8266 là dòng chip tích hợp Wi-Fi 2.4Ghz có thể lập trình được, giá thành rẻ
và được sản xuất bởi một công ty bán dẫn Trung Quốc: Espressif Systems.
Phiên bản đầu tiên được phát hành vào tháng 8 năm 2014, đóng gói đưa ra thị
trường dạng Module ESP 01 do bên thứ 3 là AI-Thinker sản xuất ra. Module này có khả
năng kết nối Internet qua mạng Wi-Fi một cách nhanh chóng và sử dụng rất ít linh kiện
đi kèm. Với giá cả phù hợp cũng như các tính năng vượt trội ESP8266 ngày càng được

dùng nhiều trong cuộc sống đặc biệt là các dự án học tập nghiên cứu của sinh viên.
ESP8266 có một cộng đồng các nhà phát triển trên thế giới rất lớn, cung cấp nhiều
Module lập trình mã mở giúp nhiều người có thể tiếp cận và xây dựng ứng dụng rất
nhanh. Hiện nay, tất cả các dòng chip ESP8266 trên thị trường đều mang nhãn
ESP8266EX, là phiên bản nâng cấp của ESP8266.
 Sơ đồ chân của ESP8266
Sơ đồ chi tiết các chân của ESP8266 được làm rõ trong hình 2. 2

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH

6


CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT

Hình 2. 1 Sơ đồ chân của ESP8266MOD
 Thông số phần cứng


Bộ xử lý lõi ESP8266 tích hợp MCU micro 32-bit công suất thấp Tensilica
Xtensa LX106 chạy với tốc độ 80 MHz và 160Mhz.



Bộ nhớ Flash ngoài từ 512KB đến 4MB.



Chuẩn Wi-fi IEEE 802.11 b/g/n, Wi-Fi 2.4 GHz. Tích hợp giao thức TCP/IP.



Có 16 chân GPIO.



Tốc độ truyền UART lên đến 4Mbps.



Hỗ trợ SDIO 2.0, UART, SPI, I2C, PWM, I2S với DMA.



Một bộ chuyển đổi ADC có độ chính xác cao 10-bit.



Dải nhiệt độ hoạt động rộng: -40C ~ 125C.



Có thể dùng tập lệnh AT.



Hỗ trợ phát triển trên cả hai môi trường hệ điều hành Windows và Linux.

 Các loại Module ESP8266 trên thị trường:
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH

7


CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT
Để đơn giản cho người sử dụng ở mọi lứa tuổi, ngành nghề, dự án trên thị trường
xuất hiện rất nhiều Module và Board mạch phát triển toàn diện phù hợp với các yêu cầu
trên. Một số Module ESP8266 điển hình như: ESP-01, ESP-02, ESP-03, ESP-07, ESP12F, … và một số Board mạch phát triển như: NodeMCU, Wemos, … Trong đó, có ba
loại được sử dụng nhiều và cũng khá là tốt như ESP-01, ESP-12E Node MCU và Wemos
D1 Mini. Với giá thành hợp lý, có thể đáp ứng nhu cầu các dự án tiên tiến và một điều
đặc biệt là các Module và Board mạch trên còn tương thích với Arduino IDE rất tiện lợi
cho việc lập trình để phát triển.
Bảng 2 - 1 Bảng so sánh thông số ESP-01, ESP-12E Node MCU, Wemos D1 Mini

Thông số

Số chân GPIO

ESP-01

MCU

4
(bao gồm TX và RX)

Số chân ADC
Bộ nhớ Plash

ESP-12E Node

1
1MB
(phiên bản nâng cấp)

Wemos D1 Mini

11

11

1

1

4MB

4MB

Chú thích các chân

Không

Có

Có

USB chuyển đổi

Không

Có

Có

24,75 x 14.5mm

48,55 x 25,6mm

34,2 x 25,6mm

Kích thước

Sau khi tìm hiểu một số loại Module và Board mạch phát triển nhóm chúng lựa
chọn Module ESP8266 được tích hợp trên Board ESP-12E Node MCU. Với các đặc
điểm đó là nhiều chân I/O, giá cả hợp lý, rất dễ tìm và mua ngoài thị trường, nạp chương
trình điều khiển cho Board dễ dàng thông qua Arduino IDE và cổng COM của máy tính.
Tồng quan về Board ESP-12E Node MCU:


Dòng điện hoạt động: 10uA~170mA.



Bộ nhớ Flash: 16MB.



Tích hợp giao thức TCP/IP.

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH

8


CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT


Bộ xử lý: Tensilica L106 32-bit.



Tốc độ bộ xử lý: 80~160MHz.



Cấp nguồn: 5VDC MicroUSB hoặc V-in.



GPIO giao tiếp mức 3.3VDC.



Tích hợp Led báo trạng thái, nút Reset, nút Flash.



Tương thích hoàn toàn với trình biên dịch Arduino IDE.

Dưới đây là sơ đồ chân của Board ESP-12E Node MCU:

Hình 2. 2 Sơ đồ chân của Board ESP-12E Node MCU
Đối với những yêu cầu của đề tài “Hệ thống thu thập thông tin và gọi hỗ trợ sản
xuất trong xưởng may dùng công nghệ không dây” nhóm chỉ sử dụng chức năng của
chân ADC, chân SCL, SDA và các chân GPIO của Board ESP-12E Node MCU.
Chức năng chi tiết từng chân của Board ESP-12E Node MCU được làm rõ trong
bảng 2-2:

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH

9


CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT
Bảng 2 - 2 Thông số các chân của Board ESP-12E Node MCU
Nhãn

GPIO

Input

Output

D0

GPIO16

Không ngắt

D1

GPIO5

Tốt

Tốt

D2

GPIO4

Tốt

Tốt

Không hỗ trợ
PWM hoặc I2C

Chú thích
Chế

độ

Deep-sleep

wakeup
Thường được sử dụng như
SCL (I2C)
Thường được sử dụng như
SDA (I2C)

Kết nối với nút Flash, khởi

D3

GPIO0

Kéo mức cao

Tốt

động thất bại nếu ở mức
thấp
Kết nối với Led trên

D4

GPIO2

Kéo mức cao

Tốt

Board, khởi động thất bại
nếu ở mức thấp

D5

GPIO14

Tốt

Tốt

SCLK (SPI)

D6

GPIO12

Tốt

Tốt

MISO (SPI)

D7

GPIO13

Tốt

Tốt

MOSI (SPI)

D8

GPIO15

Kéo mức thấp

Tốt

RX

GPIO3

Tốt

Chân RX

Mức cao khi khởi động

TX

GPIO1

Chân TX

Tốt

Mức cao khi khởi động

A0

ADC0

Ngõ ra
Analog

CS (SPI). Khởi động thất
bại nếu kéo mức cao

Không

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH

10