báo cáo THIẾT KẾ MÔ HÌNH VƯỜN THÔNG MINH CÓ ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT BẰNG SMARTPHONE SỬ DỤNG ESP8266 ( có code)

BỘ CÔNG THƯƠNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI
--------------------------------------

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC CNKT ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG

THIẾT KẾ MÔ HÌNH VƯỜN THÔNG MINH CÓ ĐIỀU KHIỂN VÀ
GIÁM SÁT BẰNG SMARTPHONE SỬ DỤNG ESP8266

CBHD

: TS.Nguyễn Tiến Kiệm

Sinh viên

: Nguyễn Thị Hợp

Mã số sinh viên : 1141050459

Hà Nội -2020


MỤC LỤC


3

DANH MỤC BẢNG BIỂU

DANH MỤC HÌNH ẢNH

4

LỜI CẢM ƠN
Lời đầu tiên, cho em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến thầy giáo TS.
Nguyễn Tiến Kiệm đã tận tình hướng dẫn, chỉ bảo, cung cấp các tài liệu cần
thiết, giúp đỡ và động viên để em có thể hoàn thành bài báo cáo này.
Em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới các thầy cô trong khoa Điện tử Viễn thông nói riêng và Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội nói chung đã
tận tình giảng dạy, giúp đỡ và truyền đạt những kiến thức quý báu cho em
trong suốt thời gian em học tập và rèn luyện tại trường.
Và cuối cùng, em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến gia đình, người
thân và tất cả các bạn bè, đặc biệt là các bạn trong lớp Điện tử 6 - K11, những
người đã hỗ trợ, chia sẻ, động viên tinh thần cho em trong suốt quá trình học
tập và thực hiện đồ án.
Trong quá trình nghiên cứu em đã vấp phải nhiều khó khăn, do hạn chế
về kiến thức và non kém về kinh nghiệm nên em không thể tránh khỏi những
thiếu sót nhất định mà bản thân chưa thấy được. Em rất mong nhận được sự
góp ý của quý thầy, cô để đề tài này của em được hoàn chỉnh hơn.
Em xin chân thành cảm ơn!
Hà Nội, tháng 05 năm 2020
Sinh viên thực hiện
Nguyễn Thị Hợp


5

PHẦN MỞ ĐẦU
1. Lý do chọn đề tài

Ngày nay nhu cầu về thực phẩm sạch luôn là vấn đề được đặt lên hàng

đầu, nhưng cùng với sự phát triển của các đô thị với mật độ dân số lớn con
người lại tạo ra những thực phẩm có sự can thiệp của các chất hóa học để tạo
sự tươi ngon cho thực thẩm. Tình trạng bắp cải giả có nguồn gốc từ Trung
Quốc, rau muống tưới nhớt, rau muống ngâm dung dịch để tạo màu xanh
tươi… đã làm cho chúng ta hoang mang và ngày càng mất lòng tin vào những
người nông dân được cho là chân chính. Chính vì lẽ đó việc tự trồng rau sạch
là một giải pháp hiệu quả cho mỗi hộ gia đình.
Ứng dụng công nghệ vào trồng trọt là một trong những ý tưởng hay,
giúp con người tiết kiệm được nhiều thời gian và công sức nhưng vẫn đem lại
năng suất cao. Con người có thể ở nhà sử dụng máy tính hoặc điện thoại mà
vẫn có thể điều khiển trang trại của mình ở ngoại thành giúp tiết kiệm thời
gian, nhân công hiệu quả.
Chính vì vậy em đã chọn đề tài “Thiết kế mô hình vườn thông minh
có điều khiển và giám sát bằng smartphone sử dụng Esp8266” làm đề tài
tốt nghiệp của mình. Trong đề tài này vấn đề được đặt ra là xây dựng một khu
vườn thông minh. Trên một diện tích đất chúng ta có thể trồng nhiều loại rau,
hoa màu khác nhau. Hệ thống sẽ tự điều chỉnh môi trường để tạo môi trường
phù hợp giúp cây tăng trưởng tốt nhất và tăng khả năng đề kháng của cây
chống chọi sâu, bệnh.
2. Mục đích nghiên cứu
 Vận dụng kiến thức đã học để nghiên cứu thiết kế và chế tạo mô hình hệ

thống tưới tự động, từ đó đưa vào ứng dụng thực tiễn. Giúp cho việc tưới tiêu
cây trồng ở nước ta có những phương án mới và đạt được hiệu quả cao.


6

 Áp dụng những kiến thức đã tích lũy được trong 4 năm học qua cùng với việc

kết hợp sử dụng công nghệ tự động để điều tiết khí hậu của mô hình vườn
giúp giảm bớt sức lao động, nguồn nước, phân bón, thuốc trừ sâu và nâng cao
chất lượng điều chỉnh.
 Ứng dụng công nghệ thông tin để quan sát, quản lý thiết bị điều khiển như sử
dụng các header kết nối với độ ẩm đất, độ ẩm không khí , nhiệt độ môi
trường; hiển thị và theo dõi các giá trị cảm biến trả về và trạng thái máy bơm
hoạt động qua một màn hình LCD20x4.Ngoài ra mạch tích hợp thêm IC thời
gian thực DS3231 để arduino xác định được thời gian trong ngày từ đó điều
khiển các tải hoạt động cho phù hợp. Các giá trị cảm biến sẽ được gửi
smartphone thông qua esp8266 để người dùng có thể theo dõi , điều khiển hệ
thống bất cứ đâu trên thế giới khi có kết nối internet.
 Có điều kiện được tìm hiểu thêm các phần mềm để hỗ trợ lập trình: mikroc
for pic, arduino IDE,...
3. Yêu cầu thiết kế
 Xây dựng một hệ thống nhỏ gọn hoạt động ổn định.
 Hệ thống có giao diện hợp lý, bắt mắt và dễ dàng thao tác với người sử dụng.
 Thích ứng được với nhiều loại cảm biến và được sử dụng rộng rãi.
4. Ý nghĩa thực tiễn của đề tài
Vườn thông minh giúp nâng cao năng suất lao động, giảm thời gian lao động
của người nông dân nhưng vẫn làm cho nông sản đạt năng suất và chất lượng
cao. Góp phần làm nông sản Việt Nam có tính cạnh tranh cao trên thị trường
thế giới cũng như rút ngắn khoảng cách giữa các nông dân Việt Nam với nông
dân các nước phát triển trên thế giới. Bên cạnh đó nó còn thể hiện bản lĩnh
cũng như tầm hiểu biết ngày càng được nâng cao của sinh viên khi có thể nắm
bắt những kiến thức về khoa học kỹ thuật và vận dụng một cách sáng tạo, có
hiệu quả vào thực tiễn cuộc sống.


7

Chương 1: TỔNG QUAN VƯỜN THÔNG MINH
1.1: Khái niện chung
1.1.1: Vườn (nhà kính) thông minh là gì?

Vườn (nhà kính) là một hệ thống cơ sở rất hữu ích và quan trọng trong
việc sản xuất nông nghiệp theo hướng nông nghiệp công nghệ cao. Giúp quá
trình canh tác không bị ảnh hưởng bởi các điều kiện môi trường bất lợi. Bên
cạnh đó vườn thông minh còn có khả năng tự động điều chỉnh các yếu tố sinh
lý: nhiệt độ, độ ẩm, ánh sáng...hay cả chế độ tưới nước cũng như các chất
dinh dưỡng thích hợp với điều kiện phát triển của cây trồng trong từng giai
đoạn phát triển, qua đó hạn chế các yếu tố gây hại cũng như mầm bệnh tác
động đến cây trồng để đạt được năng suất hiệu quả kinh tế cao nhất cũng như
đạt được các chi tiêu xuất khẩu.
Không chỉ dừng lại ở đó vườn thông minh còn cho phép kiểm soát đầy
đủ và chặt chẽ hầu hết các thông số quá trình sản xuất, kể cả việc sử dụng tối
ưu đất canh tác và sản lượng cây trồng trong thời vụ.
1.1.2: Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước

Hiện nay trên thế giới đang phát triển các mô hình trồng cây thông
minh phù hợp trong các đô thị lớn. Khi mà diện tích đất ngày càng thu hẹp,
dân số này càng tăng cao, việc xây dựng những mô hình trồng cây ngay tại
các gian bếp hoặc ban công giúp mang lại thực phẩm sạch không bị ô nhiễm.
Con người phải tạo ra một môi trường nhân tạo các yếu tố nhiệt độ, nước, gió,
độ PH, ánh sáng,… cho cây phát triển, và thế là những trang trại thông minh
nhỏ ra đời trong các căn hộ. Hơn thế nữa việc trồng rau hoặc hoa tại căn hộ
đem lại một môi trường tự nhiên sạch và có tính thẩm mỹ cao. Xu thế phát
triển của thế giới về một khu vườn thông minh trong căn hộ có thể tự động
hóa tất cả mọi việc kể cả việc gieo trồng từ xa cũng như là thu hoach tự động.

8

Trên thế giới những mô hình trồng rau trong nhà ngày càng phổ biến
như những lồng cây trồng tại bếp theo phương thức trồng thủy canh, sản
phẩm rau sạch có thể sử dụng trực tiếp mà không phải rửa với nước, với
những bước trồng cực kì đơn giản và có thể theo dõi sự phát triển của cây,
nhu cầu về thành phần dinh dưỡng, nhiệt độ, độ ẩm và ánh sáng được tối ưu
hóa qua một ứng dụng nhỏ trên điện thoại hơn thế nữa những lồng trồng cây
nhỏ còn được dùng để trang trí tại một số vị trí như nhà bếp, bàn ăn, bên cửa
sổ…
Hiện nay tại Việt Nam đã ứng dụng hệ thống Smart Home với mục tiêu
tiến tới hệ thống Smart City, ngày càng có nhiều gia đình tại Việt Nam sinh
sống tại những căn hộ chung cư với diện tích nhỏ nhưng vẫn có thể trồng cây
ngoài sân thượng, hoặc ngay tại không gian bếp bằng việc ứng dụng những
mô hình thông minh vừa mang lại lợi ích sức khỏe mà còn đem lại tính thẩm
mỹ cho ngôi nhà. Những căn hộ được bán ra với việc thiết kế hệ thống tự
động hóa trong nhà kết hợp với hệ thống trồng cây thông minh đem lại sự tiện
dụng cho gia chủ. [1]
1.2: Một số mô hình vườn thông minh
1.2.1: Dựa trên cấu trúc mái

Với mỗi loại cấu trúc mái khác nhau sẽ có những kiểu nhà kính khác
nhau. Sở dĩ có nhiều mẫu nhà kính bởi mỗi loại sẽ có những ưu điểm khác
nhau. Cũng như phù hợp với những loại cây và điều kiện thời tiết khác nhau.
Một số loại nhà kính phổ biến:
1.2.1.1: Vườn mái phẳng

Các thiết kế được làm thẳng có hình khối giống như hình hộp chữ nhật.
Với kiểu mái này sẽ khá đơn giản trong quá trình thiết kế và thi công. Và nó
cũng sẽ thuận tiện cho quá trình sử dụng mà không sợ vướng mắc. Tuy nhiên

nếu xét trên chi phí sẽ khá cao.


9

1.2.1.2: Vườn mái vòm

Đây là một lối thiết kế phổ biến
nhất đối với các trang trại. Bởi ưu thế
của nó về mặt thẩm mỹ cũng như một
số yếu tố khác liên quan đến lượng
ánh sáng thu nhận được cũng như
không gian canh tác.
1.2.1.3: Vườn mái xéo

Hình .: Mô hình vườn mái vòm

Bên cạnh đó một mẫu nhà kính
mái phẳng khác chính là nhà kính mái chữ A. Nó phù hợp với điều kiện thời

Hình .: Mô hình vườn mái xéo

tiết của những vùng nhiệt đới nhiều mưa.
1.2.2: Dựa trên công nghệ đầu tư

Ứng dụng trình độ cũng như các thành quả của khoa học kỹ thuật đã
không còn quá xa lạ đối với mỗi thiết kế, mỗi loại sản phẩm. Bởi như vậy sẽ
tạo được hiệu quả tốt hơn cũng như tạo được môi trường phát triển tốt và làm
cho cây có cơ chế kiểm soát chặt chẽ hơn. Chính việc kiểm soát và điều chỉnh
này sẽ giúp cho cây phát triển khỏe mạnh và theo từng giai đoạn. Từ đó sẽ

cho được năng suất cao nhất. Các loại nhà kính phổ biến nhất hiện nay chính


10

là: nhà kính công nghệ cao, nhà kính công nghệ trung bình, nhà kính công
nghệ thấp. Tùy theo nhu cầu cũng như điều kiện tài chính của mình mà bạn có
thể lựa cho những mô hình phù hợp nhất.
1.2.2.1: Vườn công nghệ cao

Hình .: Mô hình vườn công nghệ cao

Khi phân chia các loại nhà kính người ta có thể chọn nhà kính công
nghệ cao bởi nó sẽ cung cấp hiệu suất cây trồng ở mức cao nhất. Thông
thường nó cũng sẽ có chiều cao tường ít nhất là 4m và phần đỉnh mái sẽ có
thể có được chiều cao khoảng 8m tính từ mặt đất. Với kiểu nhà kính này sẽ có
hệ thống thông gió ở phần mái và có lỗ thông hơi bên tường. Phần mái lợp có
thể là nhựa hoặc polycarbonater, thủy tinh.
Chính bởi việc áp dụng công nghệ cao nên nó có thể kiểm soát môi
trường gần như tự động. Và nó cũng sẽ giúp cho quá trình phát triển bền vững
về kinh tế và môi trường. Khi đó lượng thuốc trừ sâu cần sử dụng cũng sẽ
giảm được đáng kể. Và nó cũng sẽ đưa đến các loại sản phẩm với năng suất
cao và chất lượng cao hơn.


11

1.2.2.2: Vườn công nghệ trung bình

Nhà kính công nghệ trung bình là một trong các loại nhà kính được cân

nhắc sử dụng khi bạn muốn một sản phẩm chất lượng và giá cả phải chăng.
Nó thường có phần tường đứng hơn 2m và có phần mái khoảng 4m. Và phần
chiều cao thông thường sẽ ít hơn 5.5m. Chúng có thể được thiết kế với phần
thông gió ở tường hoặc bên mái hoặc cũng có thể cả hai.

Hình .: Mô hình vườn công nghệ trung bình

Nó thường được thiết kế bằng phim nhựa, thủy tinh và mức độ tự động
hóa cũng sẽ khác nhau. Với các loại nhà kính công nghệ trung bình thì hiệu
suất sử dụng và năng suất của nó cũng sẽ không cao như các loại khác. Với
loại này bạn có thể áp dụng thêm hệ thống thủy canh để tăng năng suất và
hiệu quả canh tác.


12

1.2.2.3: Vườn công nghệ thấp

Nhà kính công nghệ thấp thường có chiều cao ít hơn 3m. Trong đó các
loại nhà kính công nghệ thấp phổ biến là đường hầm hoặc lều tuyết. Đó là loại
phổ biến nhất. Với công nghệ này thường sẽ không có bức tường thẳng đứng
và khả năng thông gió cũng sẽ tương đối hạn chế. Nó dễ dàng trong việc xây
dựng và giá thành cũng sẽ rẻ hơn. Nó cũng sẽ hạn chế được sâu bệnh và các
loại dịch hại cho cây trồng. Tất nhiên nó không được sự dụng tự động hóa và
cũng sẽ không hiệu quả như các loại nhà kính công nghệ cao và trung bình.
[2]

Hình 1.1 Mô hình vườn công nghệ thấp

13

Chương 2: TÌM HIỂU VÀ LỰA CHỌN THIẾT BỊ
2.1: Sơ đồ khối nguyên lý hệ thống

Hình .: Sơ đồ nguyên lý hệ thống









Khối ethernet: Sử dụng ESP 8266 để kết nối wifi.
Khối thời gian thực: Module DS3231.
Khối cảm biến: Bao gồm cảm biến TH50K và cảm biến DHT11.
Khối điều khiển: Các nút nhấn switch.
Khối hiển thị: Sử dụng LCD 20x4A.
Khối chấp hành: Máy bơm nước, quạt gió và Đèn sưởi.
Khối nguồn: Sử dụng bộ biến đổi điện áp 220VAC thành nguồn 5VDC

và 12VDC.
 Khối xử lí trung tâm: Sử dụng arduino Nano
2.2: Khối xử lí trung tâm
-

Nhận tín hiệu từ khối cảm biến
Xử lý tín hiệu điều khiển

Gửi tín hiệu điều khiển qua khối hiển thị
Truyền tín hiệu điều khiển đầu ra


14

-

Giao tiếp với bộ điều khiển thông qua bộ truyền / thu nhận tín hiệu (tín hiệu

điều khiển bằng điều khiển từ xa)
- Điều khiển thông minh thông qua chế độ tự động.
Thiết bị chính: Arduino Nano. (Hình 2.2)

Hình . Arduino Nano

a, Giới thiệu về Arduino.
Arduino là một bo mạch vi xử lý được dùng để lập trình tương tác với
các thiết bị phần cứng như cảm biến, động cơ, đèn và các thiết bị khác.
Đặc điểm nổi bật của Arduino là môi trường phát triển ứng dụng cực kỳ
dễ sử dụng, với một ngôn ngữ lập trình có thể học một cách nhanh chóng
ngay cả với người ít am hiểu về điện tử và lập trình. Và điều làm nên hiện
tượng Arduino chính là mức giá rất thấp và tính chất mã nguồn mở từ phần
cứng tới phần mềm.
 Khả năng của bo mạch Arduino

Bo mạch Arduino sử dụng dòng vi xử lý 8-bit mega AVR của Atmel
với hai chip phổ biến nhất là ATmega328 và ATmega2560. Các dòng vi xử lý
này cho phép lập trình các ứng dụng điều khiển phức tạp do được trang bị cấu

15

hình mạnh với các loại bộ nhớ ROM, RAM và Flash, các ngõ vào ra digital
I/O trong đó có nhiều ngõ có khả năng xuất tín hiệu PWM, các ngõ đọc tín
hiệu analog và các chuẩn giao tiếp đa dạng như UART, SPI, TWI (I2C).
• Xung nhịp: 16MHz
• EEPROM: 1KB (ATmega328) và 4KB (ATmega2560)
• SRAM: 2KB (Atmega328) và 8KB (Atmega2560)
• Flash: 32KB (Atmega328) và 256KB (Atmega2560)
 Người dùng có thể linh hoạt số lượng ngõ vào và ngõ ra.

Digital: Tổng số lượng cổng digital trên các mạch dùng Atmega328 là
14, và trên Atmega2560 là 54.
Analog: Các bo mạch Arduino đều có trang bị các ngõ vào analog với
độ phân giải 10-bit (1024 phân mức, ví dụ với điện áp chuẩn là 5V thì độ
phân giải khoảng 0.5mV). Số lượng cổng vào analog là 6 đối với Atmega328,
và 16 đối với Atmega2560. Với tính năng đọc analog, người dùng có thể đọc
nhiều loại cảm biến như nhiệt độ, áp suất, độ ẩm, ánh sáng, gyro,
accelerometer…
PWM: Độ phân giải các chân này là 8-bit. Số lượng cổng PWM đối
với các bo dùng Atmega328 là 6, và đối với các bo dùng Atmega2560 là 14.
PWM có nhiều ứng dụng trong viễn thông, xử lý âm thanh hoặc điều khiển
động cơ mà phổ biến nhất là động cơ DC trong các máy bay mô hình.
Môi trường lập trình bo mạch Arduino: Thiết kế bo mạch nhỏ gọn,
trang bị nhiều tính năng thông dụng mang lại nhiều lợi thế cho Arduino, tuy
nhiên sức mạnh thực sự của Arduino nằm ở phần mềm. Môi trường lập trình
đơn giản dễ sử dụng, ngôn ngữ lập trình Wiring dễ hiểu và dựa trên nền tảng
C/C++ rất quen thuộc với người làm kỹ thuật. Quan trọng là số lượng thư
viện code được viết sẵn và chia sẻ bởi cộng đồng.



Giao diện IDE của Arduino


16

Môi trường lập trình Arduino IDE có thể chạy trên ba nền tảng phổ
biến nhất hiện nay là Windows, Macintosh OSX và Linux.
Do có tính chất nguồn mở nên môi trường lập trình này hoàn toàn miễn
phí và có thể mở rộng.
Ngôn ngữ lập trình có thể được mở rộng thông qua các thư viện C++.
Và do ngôn ngữ lập trình này dựa trên nền tảng ngôn ngữ C của AVR nên
người dùng hoàn toàn có thể nhúng thêm code viết bằng AVR C vào chương
trình.


Kết nối với Arduino
Kết nối phần cứng Arduino với phần mềm Arduino trên máy tính là

việc đầu tiên các bạn thực hiện để có thể tiến hành lập trình, các bước đơn
giản như sau:
Bước 1: Tải và cài đặt phần mềm
Bước 2: Các bạn kết nối phần cứng là Board mạch Arduino vào máy
tính qua cổng USB, giúp Arduino giao tiếp với máy tính (truyền nhận dữ liệu)
cũng như cấp nguồn 5VDC qua cổng USB cho board hoạt động. Khi kết nối
board mạch với máy tính, board sẽ tự động cài Driver, nếu không cần thực
hiện thêm các bước sau (thực hiện trên hệ điều hành Windows, Linux hoặc
Mac):
Nhấp chuột phải vào My Computer > Device Manager > Other Devices

sẽ thấy 1 mục xuất hiện khi cắm board vào là Unknow devices hoặc Arduino.
( Hình 2.2)


17

Nhấn chuột phải vào mục vừa xuất
hiện trong Other Devices > Update
Driver Software > Browse my computer
for Driver software, sau đó chọn đường
dẫn là thư mục Arduino vừa cài đặt vào
máy tính (thường nằm trong Program
Files), sau đó nhấn OK và chờ đợi cho
đến khi cài đặt thành công.

Hình .: Giao diện vào Ports

Sau khi cài đặt thành công, trong Device Manager sẽ hiện tên board
tương ứng kèm thứ tự cổng Comport như sau:
* Thông tin thêm: Ở bước 2 khi các bạn cài đặt thành công, việc hiện
Arduino như một thiết bị kết nối cổng COM trên máy tính chứng tỏ giao tiếp
thực tế giữa Arduino và máy tính không phải là giao tiếp USB mà thông qua 1
IC chuyển giao tiếp từ USB sang COM, so với USB thì COM là 1 giao tiếp có
độ đơn giản và dễ dàng sử dụng hơn rất nhiều khi lập trình.
Bước 3: Mở phần mềm
Arduino vừa cài đặt > Tools >
Board, chọn board Arduino tương
ứng đang sử dụng, sau đó chọn
Tools > Serial Port, chọn cổng COM
theo thứ tự tương ứng của Board

trong Device Manager, nếu có thêm
mục Tools > Processor thì chọn vi
điều khiển tương tứng trên boardHình

.: Giao diện chọn cổng kết nối Arduino

(trên IC trung tâm thường có in tên), nếu không thì không cần chọn.
Bước 4: Chọn 1 ví dụ đơn giản trong File > Examples > Basic > Blink,
sau đó nhấn Ctrl + U để tiến hành nạp thử, khi nạp bạn sẽ thấy 2 đèn báo TX,


18

RX trên board chớp báo hiệu đang nạp chương trình, sau khi hoàn tất hai đèn
này sẽ ngừng chớp và chương trình bắt đầu
hoạt động.
Lưu ý:
Khi chương trình đã được nạp, nó sẽ
được lưu giữ cho đến khi nạp chương trình

Hình .: Giao diện lấy chương trình ví dụ

mới, khi nạp chương trình mới đồng nghĩa

với 2 việc là bạn xóa chương trình cũ và chương trình mới được nạp, để thấy
rõ tất cả tiến trình nạp chương trình xin chọn File > Preferences > Show
verbose output during, tick vào hai mục là compilation và upload để theo dõi
toàn bộ quá trình này.


Các loại bo mạch Arduino
Về mặt chức năng, các bo mạch Arduino được chia thành hai loại: loại

bo mạch chính có chip Atmega và loại mở rộng thêm chức năng cho bo mạch
chính (thường được gọi là shield).
Các bo mạch chính về cơ bản là giống nhau về chức năng, tuy nhiên về
mặt cấu hình như số lượng I/O, dung lượng bộ nhớ, hay kích thước có sự khác
nhau. Một số bo có trang bị thêm các tính năng kết nối như Ethernet và
Bluetooth.
Các bo mở rộng chủ yếu mở rộng thêm một số tính năng cho bo mạch
chính ví dụ như tính năng kết nối Ethernet, Wireless, điều khiển động cơ
v.v…
b, Arduino Nano
Giới thiệu:
Arduino Nano là một bảng vi điều khiển thân thiện, nhỏ gọn, đầy
đủ. Arduino Nano nặng khoảng 7g với kích thước từ 1,8cm - 4,5cm.


19

Arduino Nano có chức năng tương tự như Arduino Duemilanove nhưng
khác nhau về dạng mạch. Nano được tích hợp vi điều khiển ATmega328P,
giống như Arduino UNO. Sự khác biệt chính giữa chúng là bảng UNO có
dạng PDIP (Plastic Dual-In-line Package) với 30 chân còn Nano có sẵn trong
TQFP (plastic quad flat pack) với 32 chân. Trong khi UNO có 6 cổng ADC
thì Nano có 8 cổng ADC. Arduino Nano không có giắc nguồn DC như các bo
mạch Arduino khác, mà thay vào đó có cổng mini -USB. Cổng này được sử
dụng cho cả việc lập trình và giám sát nối tiếp.

Hình . Sơ đồ chân Arduino Nano

20

Đặc điểm, thông số kĩ thuật:
Bảng 2.1: Bảng thông số kĩ thuật Arduino Nano
Arduino Nano

Thông số kĩ thuật

Số chân analog I/O

8

Cấu trúc

AVR

Tốc độ xung

16MHz

Dòng tiêu thụ I/O

40 mA

Số chân Digital I/O

22

Bộ nhớ EEPROM

1 KB

Bộ nhớ Flash

32 KB of which 2 KB used by bootloader

Điện áp ngõ vào

( 7-12) volts

Vi điều khiển

Atmega328p

Điện áp hoạt động

5V

Kích thước bo mạch

18x45 mm

Nguồn tiêu thụ

19 mA

Ngõ ra PWM

6

SRAM

2KB

Cân nặng

7gms

Ưu điểm
Arduino Nano mang trong mình sự tiện dụng, đơn giản, có thể lập
trình trực tiếp như (Arduino Uno R3) và đặc biệt hơn là kích thước của nó.
Kích thước của Arduino Nano cực kì nhỏ chỉ tương đương đồng 2 nghìn gấp
lại 2 lần (1.85cm x 4.3cm), rất thích hợp cho các dự án DIY, vì giá rẻ hơn
Arduino Uno nhưng dùng được tất cả các thư viện của mạch này. Các thông
số kĩ thuật của Arduino Nano hầu như giống hoàn Arduino Uno R3, vì vậy
các thư viện trên Arduino Uno đều hoạt động tốt trên Arduino Nano. Tuy
nhiên, ở Nano có một lợi thế cực kì quan trọng, nhờ đó Arduino Nano đã
được ứng dụng rất nhiều trong các dự án DIY, đó chính là kích hước của nó.


21

Đồng thời Nano còn số lượng chân Analog nhiều hơn Uno (2 chân A6, A7 chỉ
dùng để đọc) cùng với dùng ra tối đa của mỗi chân IO lên đến 40mA.
Nhược điểm
Mạch Arduino Nano cần đến 2KB bộ nhớ cho bootloader (ở Uno là
0.5KB). [3]
2.3: Khối ethernet

Module ESP8266 là module wifi giá rẻ và được dùng rộng rãi các ứng
dụng liên quan đến Internet và Wifi có thể dùng thay thế cho các module RF
khác. ESP8266 là một chip tích hợp cao, mở ra một thế giới Internet of
Things (IOT).

Hình . Hình ảnh esp8266 12e

Tính năng của ESP 8266
-

Điện áp sử dụng: 3.3VDC

-

Điện áp giao tiếp: 3.3VDC

-

Dòng tiêu thụ: Max 320mA (nên sử dụng module cấp nguồn riêng cho
mạch).

-

Hỗ trợ chuẩn 802.11 b/g/n.

-

Wi-Fi 2.4 GHz, hỗ trợ các chuẩn bảo mật như: OPEN, WEP,
WPA_PSK, WPA2_PSK, WPA_WPA2_PSK.

22
-

Hỗ trợ cả 2 giao tiếp TCP và UDP.

-

Chuẩn giao tiếp UART với Firmware hỗ trợ bộ tập lệnh AT Command,
tốc độ Baudrate mặc định 9600 hoặc 115200.

-

Có 3 chế độ hoạt động: Client, Access Point, Both Client and Access
Point.

-

Kích thước: 24.8 x 14.3mm.

Hình .: Cách đấu dây nạp chương trình cho Esp 8266v12


23

Chân RX của Esp kết nối với chân TX của PIC. Chân TX của esp kết
nối với chân RX của PIC. Vcc, GPIO2, CH_PD được nối lên 3.3V. GND,
GPIO0, GPIO1 được nối lênh 0V, khi sử dụng GPIO0 được nối lên VCC. [4]
Một số tập lệnh AT cơ bản

Hình .: Hình ảnh tập lệnh AT của esp 8266


24

2.4: Khối thời gian thực

Hình .: Module thời gian thực DS3231

Module Thời Gian Thực RTC DS3231 là IC thời gian thực giá rẻ, rất
chính xác với thạch anh tích hợp sẵn có khả năng điều chỉnh nhiệt. IC có đầu
vào cho pin riêng, tách biệt khỏi nguồn chính đảm bảo cho việc giữ thời gian
chính xác. Thạch anh tích hợp sẵn giúp tăng độ chính xác trong thời gian dài
hoạt động và giảm số lượng linh kiện cần thiết khi làm board.
Thời gian trong IC được giữ ở dạng: giờ, phút, giây, ngày, thứ, tháng,
năm. Các tháng có ít hơn 31 ngày sẽ tự động được điều chỉnh, các năm Nhuận
cũng được chỉnh đúng số ngày. Thời gian có thể hoạt động ở chế độ 24h hoặc
12h AmPM. IC còn có chức năng báo động, có thể cài đặt 2 thời gian báo và
lịch, có tín hiệu ra là xung vuông. Giao tiếp với IC được thực hiện thông qua
I2C bus.
Trong chip có mạch điện áp chuẩn dùng để theo dõi trạng thái của
nguồn VCC, phát hiện lỗi nguồn, tự động chuyển nguồn khi có vấn đề. Có tín
hiệu Reset xuất ra cho mạch ngoài, MCU khi nguồn điện phục hồi trạng thái.
Ngoài ra trong IC còn có sẵn cảm biến nhiệt độ, có độ chính xác là ± 3°C.


25

Đặc điểm, thông số kĩ thuật:
-

Size: dài 38mm, rộng 22mm, cao 14mm

-

Khối lượng 8g

-

Điện thế hoạt động 3.3 – 5.5V

-

Clock: high-precision clock on chip DS3231

-

Clock Accuracy: 040 ℃ range, the accuracy 2ppm, the error was about
1 minute

-

Thông tin Thời gian: giờ, phút, giây, ngày, thứ, tháng, năm, đến 2100.

-

Cảm biến nhiệt trên IC có độ chính xác ± 3 ℃

-

I2C bus có tốc độ tối đa 400Khz

-

Kèm thêm pin sạc được CR2032

-

Kèm thêm memory IC AT24C32 (32k bits) [5]

2.5: Khối cảm biến
a. Cảm biến đo độ ẩm đất TH50K

Hình .: Module đo độ ẩm đất TH50K

Ứng dụng:
Cảm biến độ ẩm đất có thể được sử dụng cho các ứng dụng nông
nghiêp, tưới nước tự động cho các vườn cây khi đất khô, hoặc dùng trong các
ứng dụng của hệ thống nhà thông minh.