Thiết kế hệ thống giám sát nhiệt độ độ ẩm phòng trồng nấm bào ngư

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÀ RỊA-VŨNG TÀU
VIỆN CNTT - ĐIỆN - ĐIỆN TỬ
----—&–----

ĐỀ TÀI KHOA HỌC CẤP TRƯỜNG
TÊN ĐỀ TÀI:

THIẾT KẾ HỆ THỐNG GIÁM SÁT
NHIỆT ĐỘ - ĐỘ ẨM PHÒNG TRỒNG
NẤM BÀO NGƯ

Chủ nhiệm: Huỳnh Trung Vẫn
Hướng dẫn khoa học: ThS. Phạm Chí Hiếu


BÀ RỊA-VŨNG TÀU, NĂM 2018-2019


Báo cáo nghiên cứu khoa học

Trường ĐHBRVT

TRƯỜNG ĐH BÀ RỊA VŨNG TÀUCỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập - Tự do - Hạnh phúc
------o0o-----

VIỆN CNTT-ĐIỆN-ĐIỆN TỬ

NHIỆM VỤ ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU
Họ và tên sinh viên: Huỳnh Trung Vẫn

MSSV: 1603131

Ngày, tháng, năm sinh: 15/06/199

Nơi sinh: Kiên Giang

Chuyên Ngành: Điện Tử
I. TÊN ĐỀ TÀI: Giám Sát Nhiệt Độ - Độ Ẩm Phòng Trồng Nấm Bào Ngư
II. NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:
- Tìm hiểu công dụng của từng thiết bị điện, điện tử.
- Đưa ra các phương án nghiên cứu.
- Thiết kế hệ thống Giám sát nhiệt độ - độ ẩm phòng trồng nấm bào ngư.
- Kiểm tra, đánh giá tính ứng dụng của đề tài.
III. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ ĐỀ TÀI: 01/11/2018
IV. NGÀY HOÀN THÀNH ĐỀ TÀI: 31/03/2018

V. HỌ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: Th.S. Phạm Chí Hiếu

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN
(Ký và ghi rõ họ tên)

Bà Rịa - Vũng Tàu, Ngày…... tháng ..…năm 2019
SINH VIÊN THỰC HIỆN CHÍNH
(Ký và ghi rõ họ tên)

ThS. Phạm Chí Hiếu

Huỳnh Trung Vẫn

PHÒNG NGHIÊN CỨU KHOA HỌC
(Ký và ghi rõ họ tên)

TRƯỞNG VIỆN
(Ký và ghi rõ họ
tên)

TS. Phan Ngọc Hoàng

SVTH: Huỳnh Trung Vẫn


Báo cáo nghiên cứu khoa học

Trường ĐHBRVT
LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đề tài nghiên cứu khoa học này tổng quát lại kết quả quá trình
nghiên cứu của tôi. Các số liệu, hình ảnh, thông tin trong đề tài đều trung thực, do tôi
tìm hiểu, tham khảo từ nhiều nguồn tư liệu. Đề tài này không sao chép các đề tài đã có
từ trước.
Nếu phát hiện có bất kỳ sự gian lận nào tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm về nội
dung đề tài của mình. Trường đại học BÀ RỊA-VŨNG TÀU không liên quan đến
những vi phạm tác quyền, bản quyền do tôi gây ra trong quá trình thực hiện (nếu có).

Vũng Tàu, ngày ...… tháng 03 năm 2019
Người cam đoan

Huỳnh Trung Vẫn

Lời nhận xét của hội đồng phản biện

Chủ tịch hội đồng

Phản biện 1

Phản biện 2

Ủy viên

Lưu Hoàng

Phạm Văn Tâm

Châu Nguyễn Ngọc Lan

Phan Thanh Hoàng Anh

SVTH: Huỳnh Trung Vẫn


Báo cáo nghiên cứu khoa học

Trường ĐHBRVT
MỞ ĐẦU

Khái niệm về đo nhiệt độ đã có từ lâu, trong tất cả các đại lượng vật lý thì nhiệt
độ được quan tâm đến nhiều nhất. Nhiệt độ là yếu tố ảnh hưởng trực tiếp đến tính chất
của vật chất và môi trường sống. Trong công nghiệp sản xuất nấm bào ngư và trong
lĩnh vực đo lường điều khiển, quá trình đo nhiệt độ và xử lý kết quả giữ một vai trò

quan trọng. Ngày nay khi nền công, nông nghiệp phát triển mạnh, việc kiểm soát nhiệt
độ, độ ẩm khi bảo quản nấm bào ngư, lưu trữ các sản phẩm trong các phòng chứa là rất
quan trọng. Thông thường với các loại nấm được lưu trữ, nhiệt độ, độ ẩm trong phòng
phải luôn duy trì ở một mức nhất định. Ở nước ta, nhiều người trồng nấm bào ngư vẫn
làm theo các phương pháp thủ công. Khi trồng nấm bào ngư, quá trình sinh hóa vẫn
diễn ra, do đó nhiệt độ và độ ẩm tăng nhanh. Để kiểm tra nhiệt độ, độ ẩm trong phòng
trồng nấm, hàng ngày phải dùng thiết bị đo gắn vào đầu một cái thuốn và chọc vào
phòng nấm ở các điểm khác nhau, rồi ghi vào sổ. Với phương pháp thủ công này, việc
đo nhiệt độ, độ ẩm không chính xác, không đo được nhiệt độ, độ ẩm trong lòng bịch
nấm bào ngư, không theo dõi được nhiệt độ, độ ẩm thường xuyên.
Để góp phần làm sáng tỏ hiệu quả của những ứng dụng trong thực tế của ngành
điện - điện tử, sau một thời gian học tập, em đã nghiên cứu đề tài “Giám sát nhiệt độ
- độ ẩm phòng trồng nấm bào ngư”. Hệ thống giám sát này giúp ta có thể điều khiển
cũng như quản lý nhiệt độ của phòng trồng nấm tối ưu nhất.

SVTH: Huỳnh Trung Vẫn


Báo cáo nghiên cứu khoa học

Trường ĐHBRVT

LỜI CẢM ƠN

Trước khi bắt đầu nghiên cứu khoa học, với lòng biết ơn sâu sắc nhất, em xin
cảm ơn quý thầy cô ngành Điện-Điện tử đã tận tình truyền đạt kiến thức cũng như giúp
đỡ em trong quá trình học tập tại trường.
Đặc biệt, em xin ghi nhớ sự nhiệt tình của thầy Phạm Chí Hiếu, người trực tiếp
hướng dẫn và đã giúp em hoàn thành đề tài này.
Sau cùng, em cũng xin cảm ơn những người bạn đã đóng góp ý kiến và hỗ trợ

thông tin để hoàn thiện đề tài.

Vũng tàu, ngày ……..tháng….…. năm 2019
Sinh viên thực hiện chính
(Ký và ghi rõ họ tên)

Huỳnh Trung Vẫn

SVTH: Huỳnh Trung Vẫn


Báo cáo nghiên cứu khoa học

Trường ĐHBRVT
MỤC LỤC

Đề mục

Trang

NHIỆM VỤ ĐỀ TÀI
LỜI CAM ĐOAN
MỞ ĐẦU
LỜI CẢM ƠN
MỤC LỤC
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN............................................................................................................ 01
1.1. Đặt vấn đề...................................................................................................................................... 01
1.2. Thể thức, phương thức nghiên cứu………………….…………....................... 01
1.3. Mục tiêu của đề tài.…………............................................................................ 01
1.4. Tính tối ưu của đề tài................................................................................................................ 02

CHƯƠNG 2. GIỚI THIỆU NẤM BÀO NGƯ VÀ INTERNET OF THINGS…….. 03
2.1. Giới thiệu chung …….…………..…………………………………………….. 03
2.2. Nấm Bào Ngư …….…………..……………………………………………….. 03
2.3. Khái niệm nấm bào ngư……………………………………………………….. 04
2.4. Lợi ích của nấm Bào Ngư……..……………………………………………..

04

2.5. Khái niệm Internet of things (viết tắt là IoT)………………………………….. 05
2.6. Đặc tính cơ bản của IoT………………………………………………….…….. 05
2.7. Ứng dụng của IoT ..………………………………………………………….. 06
CHƯƠNG 3. GIỚI THIỆU THIẾT BỊ......................................................................................... 07
3.1. Kit RF Thu Phát Wifi ESP8266 NodeMCU Lua CP2102 …..…....................... 07
3.1.1. Giới thiệu …………………………..…..…..….……………………..…….. 07
3.1.2. Thông số kỹ thuật của ESP8266 NodeMCU Lua CP2102 ……………...….. 07
3.1.3. Sơ đồ chân ……..…………………………….…………………….……….. 08
3.2. Bộ điều khiển relay 4 kênh …….………………...…………………...……….. 08
3.3. Cảm biến nhiệt độ, độ ẩm DHT11………….…………………….…..………... 09
3.4. Giới thiệu màn hình LCD 16x2…….…………..……………………..……….. 10
3.4.1. Hình dáng và kích thước LCD…..………..….…………………….……….. 10

SVTH: Huỳnh Trung Vẫn


Báo cáo nghiên cứu khoa học

Trường ĐHBRVT

3.4.2. Chức năng các chân của LCD …..……..….……………………….………... 11
3.4.3. Sơ đồ khối của HD44780 ………………...….…………………….……….. 12

3.4.4. Các thanh ghi …………………………...….…………………….….…..….. 13
3.4.5. Khởi tạo LCD ………………………...…...….………………….…….….... 18
3.4.5.1. Mạch khởi tạo bên trong chip HD44780…….……...…………….……….. 18
3.4.5.2. Khởi tạo bằng lệnh: (chuỗi lệnh) ..….…………..……………….…….….. 19
3.4.6. Module chuyển đổi I2C cho LCD 16x2…....……………...……….……….. 19
3.5. Máy phun sương.….………………….………………..…………….……….. 20
3.6. Máy nén khí kho lạnh………………...….…………….…………….……….. 21
CHƯƠNG 4. THIẾT KẾ MÔ HÌNH THỰC TẾ ....................................................... 23
4.1. Giới thiệu chung hệ thống ..……………………..….……………………….... 23
4.2. Sơ đồ kết nối các thiết bị………..………..……..…..…...……………..…….. 24
4.3. Thiết kế Web và chương trình nạp code Node MCU ESP 8266…………….. 24
4.3.1. Thiết kế Web ……..……………..……………..….……………………….. 24
4.3.2. Viết code cho ESP 8266 ………..……………..….……………………….. 25
4.3.2.1. Phần khai báo …....……………..……………..….……………………….. 25
4.3.2.2. Phần xử lý và điều khiển………..……………..….……………………….. 25
4.3.2.3. Nạp chương trình ………..……..……………..….……………………….. 28
4.4. Mạch phần cứng ........……………..……………..….……………………….. 31
CHƯƠNG 5. KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI….......................... 32
5.1. Kết luận ………………..………..………………..….……………………….. 32
5.1.1. Kết quả đạt được ……....……………..………..……..…..…...…………….. 32
5.1.2. Hạn chế của đề tài ………….…………..………….……………………….. 32
5.2. Hướng phát triển …...……………..……………..….……………………….. 32
TÀI LIỆU THAM KHẢO …………………………………………………………. 33

SVTH: Huỳnh Trung Vẫn


Báo cáo nghiên cứu khoa học

Trường ĐHBRVT

CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN
1.1. Đặt vấn đề
Khái niệm về đo nhiệt độ đã có từ lâu, trong tất cả các đại lượng vật lý thì nhiệt
độ được quan tâm đến nhiều nhất. Nhiệt độ là yếu tố ảnh hưởng trực tiếp đến tính chất
của vật chất và môi trường sống. Trong công nghiệp sản xuất nấm bào ngư và trong
lĩnh vực đo lường điều khiển, quá trình đo nhiệt độ và xử lý kết quả giữ một vai trò
quan trọng. Ngày nay khi nền công, nông nghiệp phát triển mạnh, việc kiểm soát nhiệt
độ, độ ẩm khi bảo quản nấm bào ngư, lưu trữ các sản phẩm trong các phòng chứa là rất
quan trọng. Thông thường, với các loại nấm được lưu trữ, nhiệt độ, độ ẩm trong phòng
phải luôn duy trì ở một mức nhất định. Ở nước ta, nhiều người trồng nấm bào ngư vẫn
làm theo các phương pháp thủ công. Khi trồng nấm bào ngư, quá trình sinh hóa vẫn
diễn ra, do đó nhiệt độ và độ ẩm tăng nhanh. Để kiểm tra nhiệt độ, độ ẩm trong phòng
trồng nấm, hàng ngày phải dùng thiết bị đo gắn vào đầu một cái thuốn và chọc vào
phòng nấm ở các điểm khác nhau, rồi ghi vào sổ. Với phương pháp thủ công này, việc
đo nhiệt độ, độ ẩm không chính xác, không đo được nhiệt độ. độ ẩm trong lòng bịch
nấm bào ngư, không theo dõi được nhiệt độ, độ ẩm thường xuyên. Vì vậy với yêu cầu
đó em đã được thầy giao cho đề tài: “Giám sát nhiệt độ - độ ẩm phòng trồng nấm bào
ngư”. Em rất mong nhận được sự chỉ đạo và hướng dẫn của các thầy cô, cũng như ý
kiến đóng góp của các bạn sinh viên để đề tài của em hoàn thiện hơn.
1.2. Thể thức, phương thức nghiên cứu
Trong quá trình thực hiện, em đã nghiên cứu, tìm hiểu qua sách, báo, các tài liệu
trên internet, nghiên cứu cơ sở lý thuyết về kỹ thuật trồng nấm bào ngư, ứng dụng kiến
thức đã biết về lập trình IoT và xây dựng hệ thống giám sát và điều khiển qua
websever. Sau đó thiết kế mạch điều khiển, sau đó tiến hành lắp ráp mạch, hoàn thiện
mô hình.
1.3. Mục tiêu của đề tài
-

Nghiên cứu mô hình điều khiển máy lạnh và máy phun sương qua websever.

-

Nghiên cứu cơ sở lý thuyết để xây dựng mô hình dựa trên các kiến thức đã học
về lập trình IoT.

SVTH: Huỳnh Trung Vẫn

1


Báo cáo nghiên cứu khoa học
-

Trường ĐHBRVT

Ứng dụng các công nghệ gần gũi với cuộc sống của con người để xây dựng lên
hệ thống điều khiển từ xa.

-

Xây dựng hệ thống đơn giản, thông minh, ít tốn kém (cả tiền đầu tư và bảo
dưỡng), không phụ thuộc vào các ứng dụng sẵn có mà có thể thay đổi. Độ bền
của hệ thống cao và mang lại hiệu quả kinh tế cao nhất.

1.4. Tính tối ưu của đề tài
-

Sử dụng mạng internet qua máy tính hoặc điện thoại, đơn giản trong việc sử

dụng góp phần nâng cao chất lượng và tính hiện đại của phòng trồng nấm bào
ngư.

-

Tiết kiệm được chi phí thuê nhân công giám sát và tăng tính hiệu quả của giám
sát.

-

Chi phí đầu tư thấp, hệ thống ổn định và có độ bền cao.

-

Mô hình đơn giản, dễ thao tác và sử dụng.

-

Có tính linh động, có thể mở rộng và phát triển theo nhu cầu của khách hàng
sau này.

SVTH: Huỳnh Trung Vẫn

2


Báo cáo nghiên cứu khoa học

Trường ĐHBRVT

CHƯƠNG 2
GIỚI THIỆU NẤM BÀO NGƯ VÀ INTERNET OF THINGS

2.1. Giới thiệu chung
Hiện nay, trồng nấm bào ngư là một ngành nông nghiệp quan trọng trên thế giới.
Nấm bào ngư không chỉ cung cấp dinh dưỡng như một loại thực phẩm giàu protein,
không chứa cholesterol, mà còn là nguyên liệu sản xuất nhiều loại dược phẩm quý.
Trong những năm gần đây, đã có bước phát triển nhảy vọt về nghiên cứu nuôi trồng
nấm bào ngư ở nhiều nước, trong đó có cả Việt Nam. Các nhà khoa học đã nhận biết
khoảng 2.000 loài nấm ăn được, trong đó có 80 loài nấm ăn ngon và được nghiên cứu
nuôi trồng nhân tạo. Các kết quả nghiên cứu về nấm và nuôi trồng nấm ăn trên thế giới
được công bố trên nhiều tạp chí chuyên biệt như Mushrooms (Nhật Bản), Mushrooms
Journal (Anh), Mushrooms news (Mỹ), Mushrooms Information (Ý), Karstenia (Phần
Lan), Der Champignon (Đức), Mushrooms Science (Các hội nghị Quốc tế về cây nấm)
… Riêng tại Việt Nam, trồng nấm bào ngư là nghề truyền thống từ lâu đời và đã mang
lại lợi nhuận cao cho người dân. Tuy nhiên, với cách thức trồng nấm bào ngư theo
truyền thống thì người nông dân đã gặp nhiều khó khăn do nhiệt độ, độ ẩm thay đổi
thất thường làm nấm không phát triển. Quy trình công nghệ sản xuất chủ yếu vẫn dựa
vào hệ thống thủ công và bán thủ công. Chính vì vậy em quyết định ứng dụng kiến
thức đã học và qua tìm hiểu về IoT và Arduino áp dụng vào đề tài “Giám sát nhiệt độđộ ẩm phòng trồng nấm bào ngư”.
2.2. Nấm Bào Ngư
Nấm bào ngư là loại nấm tươi giàu dinh dưỡng và dược tính nên được gây trồng
trên rơm rạ, bã mía, mùn cưa… Loại nấm này có công dụng giải độc và bảo vệ các tế
bào gan, có thể kháng ung thư và kháng virus, giảm nguy cơ các bệnh về tim mạch…

SVTH: Huỳnh Trung Vẫn

3

Báo cáo nghiên cứu khoa học

Trường ĐHBRVT

Hình 1.1. Nấm Bào Ngư
2.3. Khái niệm nấm bào ngư
Nấm sò hay Nấm bào ngư (danh pháp hai phần: Pleurotus ostreatus) là một loài
nấm ăn được thuộc họ Pleurotaceae. Nó được trồng lần đầu ở Đức để ăn trong thế chiến
1 nhưng mãi cho đến năm 1970 nấm bào ngư mới được nuôi trồng đại trà khắp thế giới,
tuy nhiên việc trồng được ghi chép trong tài liệu đầu tiên là bởi Kaufert. Loài nấm này
mọc trên các thân cây khô hoặc suy yếu, thành những tai nấm xen kẽ nhau như hình
bậc thang. Nó liên quan đến loài nấm trồng "vua nấm sò". Nấm sò được xem là một
nấm dược liệu do nó chứa các statin như lovastatin có tác dụng giảm cholesterol. Ngoài
ra, cũng đang có một số đề tài nghiên cứu về khả năng chống ung thư của nấm bào ngư
do sự hiện diện của lovastatin trong tai nấm, tập trung ở phiến nấm và đặc biệt
ở bào tử nấm. Nấm sò là một trong những nấm hoang dã, mặc dù nó cũng có thể được
trồng trên rơm rạ và các loại vật liệu khác. Nó thường có hương thơm của hồi do sự
hiện diện của benzaldehyde
2.4. Lợi ích của nấm Bào Ngư
Tác dụng của nấm bào ngư trong việc hỗ trợ ngăn ngừa bệnh ung thư, giảm
lượng cholesterol, phòng và chữa bệnh cao huyết áp, chống béo phì…Công dụng của
nấm bào ngư thay thế thịt, cá… để bổ sung đạm cho cơ thể. Đây là xu hướng đang
được khuyến khích thực hiện trên toàn thế giới (Theo các chuyên gia về tinh bột
SVTH: Huỳnh Trung Vẫn

4


Báo cáo nghiên cứu khoa học

Trường ĐHBRVT

Sago), theo Đông y là có vị ngọt, mùi thơm và độ dai nhất định. Chúng cung cấp lượng
protein, vitamin, các axit amin cần thiết cho cơ thể, tăng sức đề kháng. Chúng chứa
gần 60 nguyên tố khoáng, protein cao gấp 3 – 4 lần các loại rau khác. Nấm Sò có tới
18 axit amin Vitamin B, vitamin D, mà nhiều loại rau khác không có.
2.5. Khái niệm Internet of things (viết tắt là IoT)
Internet of things (viết tắt là IoT) là một kịch bản của thế giới, khi mà mỗi đồ vật,
con người được cung cấp một định danh của riêng mình, và tất cả có khả năng truyền
tải, trao đổi thông tin, dữ liệu qua một mạng duy nhất mà không cần đến sự tương tác
trực tiếp giữa người với người, hay người với máy tính. IoT đã phát triển từ sự hội tụ
của công nghệ không dây, công nghệ vi cơ điện tử và Internet. Nói đơn giản là một tập
hợp các thiết bị có khả năng kết nối với nhau, với Internet và với thế giới bên ngoài để
thực hiện một công việc nào đó. Hay hiểu một cách đơn giản IoT là tất cả các thiết bị
có thể kết nối với nhau. Việc kết nối thì có thể thực hiện qua Wi-Fi, mạng viễn thông
băng rộng (3G, 4G), Bluetooth, ZigBee, hồng ngoại… Các thiết bị có thể là điện thoại
thông minh, máy pha cafe, máy giặt, tai nghe, bóng đèn, và nhiều thiết bị khác. Cisco,
nhà cung cấp giải pháp và thiết bị mạng hàng đầu hiện nay dự báo: Đến năm 2020, sẽ
có khoảng 50 tỷ đồ vật kết nối vào Internet, thậm chí con số này còn gia tăng nhiều
hơn nữa. IoT sẽ là mạng khổng lồ kết nối tất cả mọi thứ, bao gồm cả con người và sẽ
tồn tại các mối quan hệ giữa người và người, người và thiết bị, thiết bị và thiết bị. Một
mạng lưới IoT có thể chứa đến 50 đến 100 nghìn tỉ đối tượng được kết nối và mạng
lưới này có thể theo dõi sự di chuyển của từng đối tượng. Một người sống trong thành
thị có thể bị bao bọc xung quanh bởi 1000 đến 5000 đối tượng có khả năng theo dõi.
2.6. Đặc tính cơ bản của IoT
- Tính kết nối liên thông (interconnectivity): Với IoT, bất cứ điều gì cũng có thể
kết nối với nhau thông qua mạng lưới thông tin và cơ sở hạ tầng liên lạc tổng thể.
- Tính không đồng nhất: Các thiết bị trong IoT là không đồng nhất vì nó có phần
cứng khác nhau, và network khác nhau. Các thiết bị giữa các network có thể tương tác
với nhau nhờ vào sự liên kết của các network.

- Thay đổi linh hoạt: Status của các thiết bị tự động thay đổi, ví dụ như ngủ và
thức dậy, kết nối hoặc bị ngắt, vị trí thiết bị đã thay đổi, và tốc độ đã thay đổi… Hơn
nữa, số lượng thiết bị có thể tự động thay đổi.

SVTH: Huỳnh Trung Vẫn

5


Báo cáo nghiên cứu khoa học

Trường ĐHBRVT

- Quy mô lớn: Sẽ có một số lượng rất lớn các thiết bị được quản lý và giao tiếp
với nhau. Số lượng này lớn hơn nhiều so với số lượng máy tính kết nối Internet hiện
nay. Số lượng các thông tin được truyền bởi thiết bị sẽ lớn hơn nhiều so với được
truyền bởi con người.
2.7. Ứng dụng của IoT
IoT có ứng dụng rộng vô cùng, có thể kể ra một số thư như sau:
- Quản lí chất thải.
- Quản lí và lập kế hoạch quản lí đô thị.
- Quản lí môi trường.
- Phản hồi trong các tình huống khẩn cấp.
- Mua sắm thông minh.
- Quản lí các thiết bị cá nhân.
- Đồng hồ đo thông minh.
- Tự động hóa ngôi nhà.
- ….

SVTH: Huỳnh Trung Vẫn

6


Báo cáo nghiên cứu khoa học

Trường ĐHBRVT

CHƯƠNG 3
GIỚI THIỆU THIẾT BỊ
3.1. Kit RF Thu Phát Wifi ESP8266 NodeMCU Lua CP2102
3.1.1. Giới thiệu
Kit RF thu phát Wifi ESP8266 NodeMCU Lua là kit phát triển dựa trên nền chip
Wifi SoC ESP8266 với thiết kế dễ sử dụng và đặc biệt là có thể sử dụng trực tiếp trình
biên dịch của Arduino để lập trình và nạp code, điều này khiến việc sử dụng và lập
trình các ứng dụng trên ESP8266 trở nên rất đơn giản.
Kit RF thu phát Wifi ESP8266 NodeMCU Lua được dùng cho các ứng dụng cần
kết nối, thu thập dữ liệu và điều khiển qua sóng Wifi, đặc biệt là các ứng dụng liên
quan đến IoT.
Kit RF thu phát Wifi ESP8266 NodeMCU Lua sử dụng chip nạp và giao tiếp
UART mới và ổn định nhất là CP2102 có khả năng tự nhận Driver trên tất cả các hệ
điều hành Window và Linux, đây là phiên bản nâng cấp từ các phiên bản sử dụng IC
nạp giá rẻ CH340.

Hình 3.1. ESP8266 NodeMCU Lua CP2102
3.1.2. Thông số kỹ thuật của ESP8266 NodeMCU Lua CP2102
·

Hỗ trợ Arduino IDE 1 và Arduino ESP8266.

·

Sử dụng module wifi ESP – 12E.

·

Nguồn vào: Cấp nguồn 5V và chương trình thông qua cổng USB.

·

Kích thước: 49 x 24.5 x 13mm.

· IC chính: ESP8266 Wifi SoC.
SVTH: Huỳnh Trung Vẫn

7


Báo cáo nghiên cứu khoa học
·

Phiên bản firmware: Node MCU.

·

Chip nạp và giao tiếp UART: CP2102.

·

GPIO tương thích hoàn toàn với firmware - Node MCU.

·

Cấp nguồn: 5VDC MicroUSB hoặc Vin.

·

GIPO giao tiếp mức 3.3VDC.

·

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

·

Tương thích hoàn toàn với trình biên dịch Arduino.

Trường ĐHBRVT

3.1.3. Sơ đồ chân

Hình 3.2. Sơ đồ chân của ESP8266 NodeMCU Lua
CP2102 3.2. Bộ điều khiển relay 4 kênh
Relay 4 Kênh gồm 4 rơ le hoạt động tại điện áp 5VDC, chịu được hiệu điện thế
lên đến 250VAC 10A. Relay 4 kênh được thiết kế chắc chắn, khả năng cách điện tốt.
Trên module đã có sẵn mạch kích relay sử dụng transistor và IC cách ly quang giúp
cách ly hoàn toàn mạch điều khiển (vi điều khiển) với rơ le bảo đảm vi điều khiển hoạt
động ổn định. Có sẵn header rất tiện dụng khi kết nối với vi điều khiển.
SVTH: Huỳnh Trung Vẫn

8


Báo cáo nghiên cứu khoa học

Trường ĐHBRVT

Relay 4 kênh sử dụng chân kích mức Thấp (0V), khi có tín hiệu 0V vào chân IN
thì relay sẽ nhảy qua thường hở của Relay, ứng dụng với relay module khá nhiều bao
gồm cả điện DC hay AC.

Hình 3.3. Bộ điều khiển relay 4 kênh
Thông số kỹ thuật của bộ điều khiển relay 4 kênh:
- Điện áp hoạt động: 5VDC.
- Dòng tiêu thụ: 200mA/1Relay
- Tín hiệu kích: High (5V) hoặc Low (0V) chọn bằng Jumper.
- Relay trên mạch:
+ Nguồn nuôi: 5VDC.
+ Tiếp điểm đóng ngắt max: 250VAC-10A hoặc 30VDC-10A
- Kích thước: 72mm * 55mm * 19mm.
3.3. Cảm biến nhiệt độ, độ ẩm DHT11
Cảm biến độ ẩm và nhiệt độ DHT11 là cảm biến rất thông dụng hiện nay vì chi
phí rẻ và rất dễ lấy dữ liệu thông qua giao tiếp 1 wire (giao tiếp digital 1 dây truyền dữ
liệu duy nhất). Bộ tiền xử lý tín hiệu tích hợp trong cảm biến giúp bạn có được dữ liệu
chính xác mà không phải qua bất kỳ tính toán nào. So với cảm biến đời mới hơn là
DHT22 thì DHT11 cho khoảng đo và độ chính xác kém hơn rất nhiều.
Thông tin kỹ thuật của cảm biến nhiệt độ, độ ẩm DHT11:
-

Nguồn: 3÷5VDC.

-

Dòng sử dụng: 2.5mA max (khi truyền dữ liệu).

-

Đo tốt ở độ ẩm 2080%RH với sai số 5%.

-

Đo tốt ở nhiệt độ 0°C to 50°C sai số ±2°C.

-

Tần số lấy mẫu tối đa 1Hz (1 giây 1 lần).

SVTH: Huỳnh Trung Vẫn

9


Báo cáo nghiên cứu khoa học

Trường ĐHBRVT

-

Kích thước: 15mm x 12mm x 5.5mm.

-

4 chân, khoảng cách chân 0.1''.

Hình 3.4. Cảm biến nhiệt độ, độ ẩm DHT11.
3.4. Giới thiệu màn hình LCD 16x2
-

Sử dụng rộng dãi và đa dạng trong các ứng dụng khác nhau của VĐK.

-

Hiển thị 16 ký tự x 2 line, chữ đen trên nền phông xanh lá.

-

Hướng xem rõ nhất: 06:00

-

Có khả năng hiện thị ký tự linh hoạt, đa dạng, trực quan theo font 5x8 Dots có
sẵn (hiển thị cả số, chữ, ký tự đồ họa, ký tự đặc biệt ...).

-

Dễ dàng giao tiếp với các loại VĐK theo nhiều giao thức giao tiếp khác nhau.

-

Tốn rất ít tài nguyên hệ thống và giá thành rẻ.

3.4.1. Hình dáng và kích thước LCD

Hình 3.5. Màn hình LCD 16x2
Khi sản xuất LCD, nhà sản xuất đã tích hợp chip điều khiển (HD44780) bên
trong lớp vỏ và chỉ đưa các chân giao tiếp cần thiết.
SVTH: Huỳnh Trung Vẫn

10


Báo cáo nghiên cứu khoa học

Trường ĐHBRVT

3.4.2. Chức năng các chân của LCD
Chân

Ký hiệu

Mô tả

1

Vss

2

VDD

Chân cấp nguồn cho LCD, khi thiết kế mạch ta nối
chân này với VCC= 5V của mạch điều khiển.

3

VEE

Điều chỉnh độ tương phản của LCD

4

RS

Chân nối đất cho LCD, khi thiết kế mạch ta nối
chân này với GND của mạch điều khiển.

Chân chọn thanh ghi (Register select). Nối chân RS
với logic “0” (GND) hoặc logic “1” (VCC) để chọn
thanh ghi.
+ Logic “0”: “Bus DB0-DB7 sẽ nối với thanh ghi
lệnh In của LCD (ở chế độ “ghi”-write) hoặc nối
với bộ đếm địa chỉ của LCD (ở chế độ “đọc”-read).
+ Logic “1”: Bus DB0-DB7 sẽ nối với thanh ghi dữ
liệu DR bên trong LCD.

5

R/W

Chân chọn chế độ đọc/ghi (Read/Write). Nối chân

R/W với logic “0” để LCD hoạt động ở chế độ ghi,
hoặc nối với logic “1” để LCD ở chế độ đọc.

6

E

Chân cho phép (Enable). Sau khi các tín hiệu được
đặt lên bus DB0-DB7, các lệnh chỉ được chấp nhận
khi có 1 xung cho phép chân E.
+ Ở chế độ ghi: Dữ liệu sẽ được LCD xuất ra DB0DB7 khi phát hiện cạnh lên (low-to-high
transitioon) của chân E và được LCD giữ ở bus đến
khi nà chân E xuống mức thấp.

7-14

DB0DB7

Tám đường của bus dữ liệu dùng để trao đổi thông
tin với MPU. Có 2 chế độ sử dụng 8 đường bus này:
+ Chế độ 8 bit: Dữ liệu được truyền trên cả 8
đường, với bit MSB là bit DB7.
+ Chế độ 4 bit: Dữ liệu được truyền trên 4 đường từ
DB4 tới DB7, bit MSB là DB7.

SVTH: Huỳnh Trung Vẫn

11

Báo cáo nghiên cứu khoa học
15

-Nguồn dương cho đèn nền.

16

-GND cho đèn nền.

Trường ĐHBRVT

Ghi chú:
Ở chế độ đọc”, nghĩa là MPU sẽ đọc thông tin từ LCD thông qua các chân DBx.
Còn khi ở chế độ “ghi”, nghĩa là MPU xuất thông tin điều khiển cho LCD thông
qua các chân DBx.
3.4.3. Sơ đồ khối của HD44780
Để hiểu rõ hơn chức năng các chân và hoạt động của chúng, ta tìm hiểu sơ qua
chip HD44780 thông qua các khối cơ bản của nó.

Hình 3.6. Sơ đồ khối của HD44780
SVTH: Huỳnh Trung Vẫn

12


Báo cáo nghiên cứu khoa học

Trường ĐHBRVT

3.4.4. Các thanh ghi

- Chip HD44780 có 2 thanh ghi 8 bit quan trọng: Thanh ghi lệnh In (Intructor
Register) và thanh ghi dữ liệu DR (Data Register).
- Thanh ghi IR để điều khiển LCD, người ta phải “ra lệnh” thong qua tám đường
bus DB0-DB7. Mỗi lệnh được nhà sản xuất LCD đánh địa chỉ rỗ ràng. Người dùng chỉ
việc cung cấp địa chỉ lệnh bằng cách nạp vào thanh ghi IR. Nghĩa là, khi ta nạp vào
thanh ghi IR một chuỗi 8 bit, chip HD44780 sẽ tra bảng mã lệnh tại địa chỉ IR cung
cấp và thực hiện lệnh đó.
VD: Lệnh “hiển thị màn hình” có địa chỉ lệnh là 00001100 (DB0-DB7)
Lệnh “hiển thị màn hình và con trỏ” có mã lệnh là 00001110
- Thanh ghi DR: Thanh ghi DR dùng để chứa dữ liệu 8 bit để ghi vào vùng RAM
DDRAM hoặc GGRAM (ở chế độ ghi) hoặc dùng để chứa dữ liệu 2 vùng RAM này
giởi ra cho MPU (ở chế độ đọc). Nghĩa là, khi MPU ghi thông tin vào DR, mạch nội
bên trong chip sẽ tự động ghi thông tin này vào DDRAM hoặc GGRAM. Hoặc khi
thông tin về địa chỉ dược ghi vào IR, dữ liệu ở địa chỉ này trong vùng RAM nội của
HD44780 sẽ được chuyển ra DR để truyền cho MPU. Bằng cách điều khiển chân RS
và chân MPU. Bảng sau đây tóm tắt lại các thiết lập đối với hai chân RS và R/W theo
mục đích giao tiếp.
Bảng chức năng chân RS và R/W theo mục đích sử dụng
RS

R/W

Chức năng

0

0

Ghi vào thanh ghi IR để ra lệnh cho LCD

0

1

Đọc vờ bận ở BD7 và giá trị của bộ đếm địa
chỉ ở DB0-DB6

1

0

Ghi vào thanh ghi DR

1

1

Đọc dữ liệu từ DR

- Cờ báo bận BF (busy Flag): Khi thực hiện các hoạt động bên trong chip, mạch
nội bên trong cần một khoảng thời gian để hoàn tất. Khi đang thực thi các hoạt động
bên trong chip như thế, LCD bỏ qua mọi giao tiếp với bên ngoài và bật cờ BF (thông
qua chân BD7 khi có thiết lập RS=0, R/W=1 lên để báo cho MPU biết nó đang “bận”.
Dĩ nhiên, khi xong việc nó sẽ đặt cờ BF ở mức 0.

SVTH: Huỳnh Trung Vẫn

13

Báo cáo nghiên cứu khoa học

Trường ĐHBRVT

- Bộ đếm địa chỉ AC (Address Counter): Như trong sơ đồ khối, thanh ghi In
không trực tiếp kết nối với vùng RAM (DDRAM và CGRAM) mà thông qua bộ đếm
địa chỉ AC. Bộ đếm này lại nối với 2 vùng RAM theo kiểu rẽ nhánh. Khi một địa chỉ
đươc lệnh nạp vào thanh ghi In thông tin được nối trực tiếp cho vùng 2 RAM nhưng
việc lựa chọn vùng RAM tương tác đã được bao hàm trong mã lệnh. Sau khi ghi vào
(đọc từ) RAM, bộ đếm AC tự động tăng lên (giảm đi) 1 đơn vị và nội dung AC được
xuất ra cho MPU thông qua DB0-DB6 khi có thiết lập RS=0 và R/W=1. Lưu ý: Thời
gian cập nhật AC không được tính vào thời gian thực thi lệnh mà được cập nhật sau
khi cờ BF lên mức cao (not busy), cho nên khi lập trình hiển thi, bạn phải delay một
khoản tADD khoảng 4uS-5uS (ngay sau khi BF=1) trước khi nạp dữ liệu mới. Xem
thêm hình bên dưới.

Hình 3.7. Giản đồ xung cập nhật AC
- Vùng RAM hiển thị DDRAM: (Dispay Data RAM): Đây là vùng RAM dùng để
hiển thị, nghĩa là ứng với một địa chỉ của RAM là một ô kí tự trên màn hình và khi bạn
ghi vào vùng RAM này một mã 8 bit, LCD sẽ hiển thị tại vị trí tương ứng trên màn
hình một kí tự có mã 8 bit mà bạn đã cung cấp. Hình sau đây sẽ trình bày rõ hơn mối
liên hệ này:

Hình 3.8. Mối liên hệ giữa địa chỉ của DDRAM và vị trí hiển thị của LCD
- Vùng RAM nào có 80x8 bit nhớ, nghĩa là chứa được 80 kí tự mã 8 bit. Những
vùng RAM còn lại không dùng cho hiển thị có thể dùng như vùng RAM đa mục đích.
Lưu ý để truy cập vào DDRAM, ta phải cung cấp địa chỉ cho AC theo mã HEX.

SVTH: Huỳnh Trung Vẫn

14


Báo cáo nghiên cứu khoa học

Trường ĐHBRVT

- Vùng ROM chứa kí tự CGROM: Character Generator ROM: Vùng ROM này
dùng để chứa các mẫu kí tự loại 5x8 hoặc 5x10 điểm ảnh/ kí tự, và định địa chỉ bằng 8
bit. Tuy nhiên, nó chỉ có 208 mẫu kí tự 5x8 và 32 mâu kí tự kiểu 5x10 (tổng cộng là
240 thay vì 2^8=256 mẫu kí tự). Người dùng không thể thay đổi vùng ROM này. Như
vậy, để có thể ghi vào vị trí thứ x trên màn hình một kí tự nào đó, người dùng phải ghi
vào dùng DDRAM tại địa chỉ x một chuỗi mã kí tự 8 bit trên CGROM. Chú ý là trong
bản mã kí tự trong CGROM.
- Tập lệnh của LCD: Trước khi tìm hiểu tập lệnh của LCD, sau dây là một vài
chú ý khi giao tiếp với LCD:
· Tuy nhiên sơ đồ khối của LCD có nhiều khối khác nhau, nhưng khi lập trình
điều khiển LCD ta chỉ có thể tác động trực tiếp được vào 2 thanh ghi DR và IR thông
qua các chân DBx, và ta phải thiết lập chân RS, R/W phù hợp để chuyển qua lại giữa 2
thanh ghi này.
· Với mỗi lệnh, LCD cần một khoảng thời gian để hoàn tất, thời gian này có thể
khá lâu đối với tốc độ của MPU, nên ta cần kiểm tra cờ BF hoặc đợi (delay) cho LCD
thực thi xong lệnh hiện hành mới có thể ra lệnh tiếp theo.
· Địa chỉ của RAM (AC) sẽ tự động tăng (giảm) 1 đơn vị, mỗi khi có lệnh ghi
vào RAM (điều này giúp chương trình gọn hơn).
· Các lệnh của LCD có thể chia thành 4 nhóm sau:
- Các lệnh về kiểu hiển thị. VD: Kiểu hiện thi (1 hành/2 hành), chiều dài dữ liệu
(8 bit, 4 bit, …)
- Chỉ định địa chỉ RAM nội.
- Nhóm lệnh truyền dữ liệu trong RAM nội.

- Các lệnh còn lại.
- Tập lệnh của LCD.
Tên lệnh
Clear Display

Hoạt động
Mã lệnh: DBx=DB7 DB6 DB5 DB4 DB3 DB2 DB1 DB0
DBx= 0 0 0 0 0 0 0 1
Lệnh Clear Dispay (xóa hiện thị) sẽ ghi một khoảng trống
blank (mã hiện kí tự 20H) vào tất cả ô nhớ trong DDRAM,
sau đó trỏ bộ đếm địa AC=0 trả lại kiểu hiện thị gốc nếu nó

SVTH: Huỳnh Trung Vẫn

15


Báo cáo nghiên cứu khoa học

Trường ĐHBRVT

bị thay đổi. Nghĩa là: Tắt hiện thị, con trỏ dời về góc phải
(hàng đầu tiên), chế độ tăng AC.
Return Home

Mã lệnh: DBx = DB7 DB6 DB5 DB4 DB3 DB2 DB1 DB0
Lệnh Return Home trả bộ đếm địa chỉ AC về 0, và trả lại
kiểu hiển thị gốc nếu nó bị thay đổi. Nội dung của ĐRAM
không thay đổi.

Entry mode set

Mã lệnh: DBx= DB7 DB6 DB5 DB4 DB3 DB2 DB1 DB0
DBx = 0 0 0 0 0 1 [I/D] [S] I/D
Tăng (I/D=1) hoặc giảm (I/D=0) bộ đếm địa chỉ hiển thị AC
1 đơn vị mỗi khi có hành động ghi hoặc đọc vùng DDRAM.
Vị trí con trỏ cũng di chuyển theo sự tăng giảm này. S: Khi
S=1 toàn bộ nội dung hiển thị bị dịch sang phải (I/D=0) hoặc
sang trái (I/D=1) mỗi khi có hành động ghi vùng DDRAM.
Khi S=0: không dịch nội dung hiển thị. Nội dung hiển thị
không dịch khi đọc DDRAM hoặc đọc/ghi vùng CGRAM.

Display
control

on/off Mã lệnh: DBx = DB7 DB6 DB5 DB4 DB3 DB2 DB1 DB0
DBx = 0 0 0 0 1 [D] [C] [B] D
Hiển thị màn hình khi D=1 và ngược lại. Khi tắt hiển thị, nội
dung DDRAM không thay đổi. C: Hiển thị con trỏ khi C=1
và ngược lại. B: Nhấp nháy kí tự tại vị trí con trỏ khi B=1 và
ngược lại. Chu kì nhấp nháy khoảng 409,6ms khi mạch dao
động nội LCD là 250kHz.

Cursor or
shift

display Mã lệnh: DBx = DB7 DB6 DB5 DB4 DB3 DB2 DB1 DB0
DBx = 0 0 0 1 [S/C] [R/L] * *

Mã

Lệnh Cursor or display shift dịch chuyển con trỏ hay dữ liệu
hiển thị sang trái mà không cần hành động ghi/đọc dữ liệu.
Khi hiển thị kiểu 2 dòng, con trỏ sẽ nhảy xuống dòng dưới
khi dịch qua vị trí thứ 40 của hàng đầu tiên. Dữ liệu hàng
đầu và hàng 2 dịch cùng một lúc.

Function set

Mã lệnh: DBx = DB7 DB6 DB5 DB4 DB3 DB2 DB1 DB0
DBx = 0 0 1 [DL] [N] [F] * *

SVTH: Huỳnh Trung Vẫn

16


Báo cáo nghiên cứu khoa học

Trường ĐHBRVT

DL: Khi DL=1, LCD giao tiếp với MPU bằng giao thức 8
bit (từ bit DB7 đến DB0). Ngược lại, giao thức giao tiếp là 4
bit (từ bit DB7 đến bit DB0). Khi chọn giao thức 4 bit, dữ
liệu được truyền/nhận 2 lần liên tiếp. với 4 bit cao gởi/nhận
trước, 4 bit thấp gởi/nhận sau. N: Thiết lập số hàng hiển thị.
Khi N=0: hiển thị 1 hàng, N=1: hiển thị 2 hàng. F: Thiết lập
kiểu kí tự. Khi F=0: kiểu kí tự 5x8 điểm ảnh, F=1: kiểu kí tự
5x10 điểm ảnh.
Set

address

CGRAM Mã lệnh: DBx = DB7 DB6 DB5 DB4 DB3 DB2 DB1 DB0
DBx = 0 1 [ACG] [ACG] [ACG] [ACG] [ACG] [ACG]
Lệnh này ghi vào AC địa chỉ của CGRAM. Kí hiệu [ACG]
chỉ 1 bit của chuỗi dữ liệu 6 bit. Ngay sau lệnh này là lệnh
đọc/ghi dữ liệu từ CGRAM tại địa chỉ đã được chỉ định.

Set
addres

DDRAM Mã lệnh: DBx = DB7 DB6 DB5 DB4 DB3 DB2 DB1 DB0
DBx = 1 [AD] [AD] [AD] [AD] [AD] [AD] [AD]
Lệnh này ghi vào AC địa chỉ của DDRAM, dùng khi cần
thiết lập tọa độ hiển thị mong muốn. Ngay sau lệnh này là
lệnh đọc/ghi dữ liệu từ DDRAM tại địa chỉ đã được chỉ
định. Khi ở chế độ hiển thị 1 hàng: địa chỉ có thể từ 00H đến
4FH. Khi ở chế độ hiển thị 2 hàng, địa chỉ từ 00h đến 27H
cho hàng thứ nhất, và từ 40h đến 67h cho hàng thứ 2.

Read
address

BFand Mã lệnh: DBx = DB7 DB6 DB5 DB4 DB3 DB2 DB1 DB0
DBx =[BF] [AC] [AC] [AC] [AC] [AC] [AC] [AC]
(RS=0, R/W=1) Như đã đề cập trước đây, khi cờ BF bật,
LCD đang làm việc và lệnh tiếp theo (nếu có) sẽ bị bỏ qua
nếu cờ BF chưa về mức thấp. Cho nên, khi lập trình điều
khiển, phải kiểm tra cờ BF trước khi ghi dữ liệu vào LCD.
Khi đọc cờ BF, giá trị của AC cũng được xuất ra các bit

[AC]. Nó là địa chỉ của CG hay DDRAM là tùy thuộc vào
lệnh trước đó.

SVTH: Huỳnh Trung Vẫn

17