Đồ án Thiết kế hệ thống quản lý nông trại (Phần 1)

pdf 22 trang phuongnguyen 3420
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Đồ án Thiết kế hệ thống quản lý nông trại (Phần 1)", để tải tài liệu gốc về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên

Tài liệu đính kèm:

  • pdfdo_an_thiet_ke_he_thong_quan_ly_nong_trai_phan_1.pdf

Nội dung text: Đồ án Thiết kế hệ thống quản lý nông trại (Phần 1)

  1. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO NGÀNH CNKT MÁY TÍNH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ HỆ THỐNG QUẢN LÝ NÔNG TRẠI GVHD : TS. PHAN VĂN CA SVTH : BÙI ĐỨC DĨNH MSSV : 13119179 SVTH : PHAN TẤN DUY MSSV : 13119065 Khoá : 2013-2017 S K L 0 0 4 8 9 3 Tp. Hồ Chí Minh, tháng 07/2017
  2. TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT TP. HỒ CHÍ MINH KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƢỢNG CAO ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ HỆ THỐNG QUẢN LÝ NÔNG TRẠI NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT MÁY TÍNH Sinh viên: BÙI ĐỨC DĨNH MSSV: 13119179 PHAN TẤN DUY MSSV: 13119065 TP. HỒ CHÍ MINH – 7 /2017
  3. TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT TP. HỒ CHÍ MINH KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƢỢNG CAO ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ HỆ THỐNG QUẢN LÝ NÔNG TRẠI NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT MÁY TÍNH Sinh viên: BÙI ĐỨC DĨNH MSSV: 13119179 PHAN TẤN DUY MSSV: 13119065 Hƣớng dẫn: Ts. PHAN VĂN CA TP. HỒ CHÍ MINH – 7/2017
  4. LỜI CẢM ƠN Nhóm thực hiện đề tài xin chân thành cảm ơn Thầy Phan Văn Ca đã hƣớng dẫn, chỉ bảo những kinh nghiệm quý báu cũng nhƣ hỗ trợ phƣơng tiện vật tƣ trong suốt quá trình tìm hiểu, nghiên cứu đề tài. Xin gửi lời cảm ơn các thầy cô trong Khoa đào tạo Chất Lƣợng Cao đã tạo điều kiện, cung cấp cho nhóm những kiến thức cơ bản, cần thiết để chúng em có điều kiện và đủ kiến thức để thực hiện quá trình nghiên cứu Đồng thời, nhóm cũng xin cám ơn các bạn trong lớp 13119CL1 đã có những ý kiến đóng góp, bổ sung, giúp nhóm hoàn thành tốt đề tài. Ngoài ra, nhóm cũng đã nhận đƣợc sự chỉ bảo của các anh (chị) đi trƣớc. Các anh (chị) cũng đã hƣớng dẫn và giới thiệu tài liệu tham khảo thêm trong việc thực hiện nghiên cứu. Trân trọng Nhóm thực hiện đồ án Bùi Đức Dĩnh Phan Tấn Duy
  5. TÓM TẮT Trong vài thập kỉ trở lại đây, ngành kinh tế thực phẩm có những bƣớc tiến mạnh mẽ, kéo theo sự phát triển của nền sản xuất nông nghiệp hàng hóa hay còn gọi là kinh tế trang trại.Cùng với đó là xã hội ngày càng phát triển và khoa học kỹ thuật càng ngày càng tiên tiến. Nhu cầu về kỹ thuật càng đƣợc chú trọng hơn. Đặc biệt là những công trình nghiên cứu khoa học, thiết kế ra những sản phẩm có thể giúp con ngƣời nâng cao mức sống, tạo ra các thực phẩm sạch và an toàn. Đồng thời tiết kiệm công chăm sóc, đem lại hiệu quả về năng suất và kinh tế caoViệc hình thành các trang trại đƣợc xem là nhân tố quyết định thúc đẩy phát triển sản xuất, chăn nuôi hàng hóa. Những mô hình trang trại hiệu quả đó đã thúc đẩy sự phát triển của nông, lâm, ngƣ, nghiệp.Nền kinh tế trang trại hiện đang tƣơng đối phát triển cùng với những mô hình trang trại hiệu quả, đem lại lợi nhuận kinh tế cao cho nông dân. Trong lịch sử, việc chăn nuôi bò chủ yếu là để lấy sức kéo phục vụ cho việc cày cấy, đồng áng và kéo xe, thồ hàng, một số hoạt động chăn nuôi nhƣng không phổ biến. Hiện nay, việc chăn nuôi bò chủ yếu là để lấy thịt và lấy sữa. Chăn nuôi bò thịt và bò sữa có nhiều điểm tƣơng đồng về quy trình, chọn giống, chăm sóc, chuồng trại, vệ sinh, phòng bệnh, thức ăn Tuy nhiên, chăn nuôi bò thịt chú trọng vào công đoạn tăng trọng để cho thịt nhiều và chất lƣợng, trong khi đó chăn nuôi bò sữa chú trọng vào khâu chăm sóc trƣớc và sau sinh sản và kỹ thuật vắt sữa để cho ra các sản phẩm sữa Ngày xƣa thay vì ngƣời nuôi phải vất vả ra tận chuồng trại đề theo dõi các vấn đề về chuồng trại. Vì vậy chúng tôi quyết định thực hiện đồ án này với ý tƣởng điều khiển các thiết bị từ xa thông qua máy tính, điện thoại Smart Phone một cách dễ dàng theo điều kiện chuồng trại ,theo dõi các thông số nhiệt độ ,ánh sáng,độ ẩm.Từ đó ngƣời nuôi có những biện pháp cần thiết để chăm sóc trang trại cho phù hợp. Từ đó “Thiết kế hệ thống quản lý nông trại” là đề tài mà chúng tôi chọn.
  6. MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH XVI CÁC TỪ VIẾT TẮT XVIII CHƢƠNG 1 GIỚI THIỆU 1 1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ 1 1.2 MỤC TIÊU ĐỀ TÀI 1 1.3 NộI DUNG 1 1.4 BỐ CỤC QUYỂN BÁO CÁO 2 CHƢƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT 3 2.1 GIỚI THIỆU NODEMCU ESP8266 3 2.2 MODULE LCD 20X4 5 2.3 MODULE KẾT NỐI CHUẨN I2C 7 2.4 CẢM BIẾN DHT11 8 2.5 MODULE RELAY 8 2.6 MODULE CẢM BIẾN ÁNH SÁNG BH1750 9 2.7 MODULE THỜI GIAN THỰC DS1307 11 2.8 CHUẨN I2C 12 2.9 GIAO THỨC TCP/IP 14 16 2.10 NGÔN NGỮ LẬP TRÌNH PHP 17 2.10.1 Giới thiệu: 17 2.10.2 Phƣơng thức GET trong PHP 18 2.10.3 Phƣơng thức POST trong PHP 18 2.11 CƠ SỞ DỮ LIỆU MYSQL 19 2.12 NỀN TẢNG ANDROID 19 CHƢƠNG 3 THIẾT KẾ HỆ THỐNG 22 3.1 YÊU CẦU HỆ THỐNG 22 3.2 THIẾT KẾ HỆ THỐNG 23
  7. 3.3 THIẾT KẾ PHẦN CỨNG 24 3.3.1 Sơ đồ khối 24 3.3.2 Thiết kế từng khối 25 3.3.3 Sơ đồ nguyên lí hệ thống 27 3.4 THIẾT KẾ PHẦN MỀM 28 3.4.1 Chức năng hoạt động của phần mềm 28 3.4.2 Lƣu đồ giải thuật 28 3.4.3 Lƣu đồ giải thuật trên web server 33 3.4.4 Lƣu đồ giải thuật trên thiết bị di động 35 CHƢƠNG 4 KẾT QUẢ 38 4.1 KẾT QUẢ MÔ HÌNH THI CÔNG 38 4.1.1 Hình thực tế Wed Server và ứng dụng di động: 38 4.1.2 Hình ảnh thực tế phần cứng 41 4.2 HOạT ĐộNG CủA Hệ THốNG 42 CHƢƠNG 5 KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN 45 5.1 KẾT LUẬN 45 5.2 HƢỚNG PHÁT TRIỂN 46 TÀI LIỆU THAM KHẢO 47
  8. DANH MỤC HÌNH HÌNH 2.1 : HÌNH ảNH NODEMCU ESP8266 4 HÌNH 2.2 : SƠ Đồ CHÂN NODEMCU ESP8266 5 HÌNH 2.3: SƠ Đồ CHÂN LCD 20X4 6 HÌNH 2.4: SƠ Đồ CHÂN KếT NốI LCD 20X4 7 HÌNH 2.5: MODULE DHT11 TÍCH HợP VớI 3 CHÂN KếT NốI 8 HÌNH 2.6: MODULE RELAY 9 HÌNH 2.7: MODUL CảM BIếN ÁNH SÁNG BH1750 10 HÌNH 2.8: MODULE THờI GIAN THựC DS1307 11 HÌNH 2.9: Tổ CHứC Bộ NHớ CủA DS1307 12 HÌNH 2.13: BUS I2C VÀ CÁC THIếT Bị NGOạI VI 13 HÌNH 2.14: CƠ CHế TRUYềN NHậN CủA I2C 14 HÌNH 2.15: CÁC TầNG CủA MÔ HÌNH TCP/IP 15 HÌNH 2.16: QUÁ TRÌNH ĐÓNG Mở GÓI Dữ LIệU TRONG TCP/IP 16 HÌNH 2.17: CấU TRÚC Dữ LIệU TRONG TCP/IP 17 HÌNH 2.18: SMARTPHONE ANDROID 20 HÌNH 2.19: ANDROID STUDIO. 21 HÌNH 3.1: MÔ HÌNH Hệ THốNG QUảN LÝ NÔNG TRạI 23 HÌNH 3.2: SƠ Đồ KHốI CủA Hệ THốNG 24 HÌNH 3.3: SƠ Đồ KếT NốI KHốI CảM BIếN 25 HÌNH 3.4: SƠ Đồ KếT NốI KHốI HIểN THị 26 HÌNH 3.5: SƠ Đồ KếT NốI KHốI NGUồN VÀ KHốI THựC THI 26 HÌNH 3.6: SƠ Đồ NGUYÊN LÍ TOÀN Hệ THốNG 27 HÌNH 3.7: LƢU Đồ GIảI THUậT CHƢƠNG TRÌNH TRÊN KIT 29 xvi
  9. HÌNH 3.8: LƢU Đồ GIảI THUậT CHƢƠNG TRÌNH CON READSENSOR 30 HÌNH 3.9: LƢU Đồ GIảI THUậT CHƢƠNG TRÌNH CON SENTDATA 31 HÌNH 3.10: LƢU Đồ GIảI THUậT CHƢƠNG TRÌNH CON XULI_DLWEB 32 HÌNH 3.11: LƢU Đồ GIảI THUậT CHƢƠNG TRÌNH CON CONTROL 33 HÌNH 3.12 : LƢU Đồ GIảI THUậT HOạT TRÊN WEB SERVER 34 HÌNH 3.13: LƢU Đồ GIảI THUậT HOạT ĐộNG GIữA WEB VÀ THIếT Bị DI ĐộNG 35 HÌNH 3.14: LƢU Đồ ứNG DụNG ANDROID 36 HÌNH 3.15: GIAO ĐIệN TRÊN ứNG DụNG DI ĐộNG 37 HÌNH 4.1: GIAO DIệN CủA WED SERVER 38 HÌNH 4.2 GIAO DIệN TRANG ĐĂNG NHậP 39 HÌNH 4.3: GIAO DIệN TRANG HIểN THị 39 HÌNH 4.4: GIAO DIệN TRANG ĐIềU KHIểN 40 HÌNH 4.5: GIAO DIệN TRANG THÔNG KÊ Dữ LIệU Từ ĐIệN THOạI 40 HÌNH 4.6: GIAO DIệN ứNG DụNG TRÊN ĐIệN THOạI 41 HÌNH 4.7: MÔ HÌNH THựC Tế CủA PHầN CứNG 42 HÌNH 4.8: BậT TắT ĐÈN BằNG NÚT NHấN TRÊN WED, ứNG DụNG DI ĐộNG 43 HÌNH 4.9: MÀN HÌNH LCD HIểN THị THÔNG TIN ở CHế Độ AUTOMATIC 44 xvii
  10. CÁC TỪ VIẾT TẮT IoT Internet of Things API Application Programming Interface DHT Temperature & Humidity Sensor GPIO General-purpose input/output I/O Input/Output I2C Inter-Intergrated Circuit LCD Liquid crystal display MCU Multipoint Control Unit PHP Hypertext Preprocessor SCL Serial Clock SDA Serial Data SoC System On Chip URL Uniform Resource Locator USB Universal Serial Bus ROM Read Only Memory RAM Random Access Memory SPI Serial Peripheral Bus xviii
  11. CHƢƠNG 1 GIỚI THIỆU 1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ Hiện nay, xã hội ngày càng phát triển và khoa học kỹ thuật càng ngày càng tiên tiến. Nhu cầu về kỹ thuật càng đƣợc chú trọng hơn. Đặc biệt là những công trình nghiên cứu khoa học, thiết kế ra những sản phẩm có thể giúp con ngƣời nâng cao mức sống, tạo ra các thực phẩm sạch và an toàn. Việc ứng dụng các mô hình quản lý nông trại thông minh vào thực tế để theo dõi các thông số môi trƣờng, môi sinh từ đó chúng ta có thể phân tích dữ liệu thu thập và có các giải pháp hợp lý để giúp việc chăm sóc và quản lý đạt hiệu quả và năng suất cao.Vì thế chúng tôi chọn đề tài “Thiết kế hệ thống quản lý nông trại” 1.2 MỤC TIÊU ĐỀ TÀI Xây dựng hệ thống gồm ba phần chính: Phần cứng thu thập dữ liệu đƣợc lắp ở trang trại, web server và ứng dụng di động để ngƣời dùng có thể dễ dàng tƣơng tác. Đề tài Thiết kế hệ thống quản lý nông trại đƣợc thực hiện có chức năng: Cập nhật dữ liệu về trạng thái các thiết bị và các thông số từ cảm biến liên tục lên Server và cơ sở dữ liệu qua môi trƣờng qua Internet. Ngƣời dùng có thể giám sát và điều khiển các thiến bị điện từ xa qua trình duyệt web và ứng dụng trên smartphone. 1.3 NộI DUNG Mô hình phần cứng thiết kế đơn giản, kết nối các thiết bị vận hành nông trại, và theo dõi các thông số của môi trƣờng thông qua cảm biến.Truyền các thông số 1
  12. dữ liệu môi trƣờng lên server và ứng dụng di động để ngƣời dùng theo dõi và quản lý. Web server cho phép theo dõi các thông số môi trƣờng và có thể thao tác điều khiển các thiết bị vận hành .Và có cơ sở dữ liệu để có theo dõi các thông số môi trƣờng qua từng ngày. Ứng dụng di động có giao diện đơn giản, xem đƣợc các thông số môi trƣờng, môi sinh, có thể điều khiển đƣợc các thiết bị, và cập nhật dữ liệu thông số về số lƣợng vật nuôi, tuổi, ngày nhập. 1.4 BỐ CỤC QUYỂN BÁO CÁO Nội dung chính của đề tài đƣợc trình bày với năm chƣơng nhƣ sau: Chƣơng 1 Giới thiệu Trong chƣơng này nêu ra đƣợc tình hình nghiên cứu hiện nay, lý do và mục tiêu chọn đề tài, nội dung đề tài. Chƣơng 2: Cơ sở lý thuyết Các lý thuyết chính liên quan đến các thành phần phần cứng và phần mềm cả hệ thống. Chƣơng 3: Phân tích thiết kế hệ thống. Trong chƣơng này mục đích là thiết kế phần cứng, xây dựng phần mềm cho hệ thống với những yêu cầu đặt ra. Từ sơ đồ khối tổng quát và sơ đồ khối chi tiết để tiến hành lựa chọn các linh kiện cho các khối. Xây dựng chƣơng trình trên NodeMCU ESP8266 ,WebServer,App Android. Thực hiện quá trình truyền dữ liệu của các cảm biến đến Web server và điện thoại smart phone,dùng giao diện Web và App Andriod trên điện thoại để điều khiển thiết bị và hẹn giờ bật máy bơm nƣớc thông qua kết nối internet . Chƣơng 4: Kết quả và đánh giá Trình bày về kết quả thi công phần cứng, phần mềm và đánh giá ƣu nhƣợc điểm của hệ thống. Chƣơng 5: Kết luận và hƣớng phát triển Đƣa ra các kết luận về những vấn đề mà trong quá trình nghiên cứu đã đạt đƣợc và chƣa đạt đƣợc. Đƣa ra hƣớng phát triển đề tài trong tƣơng lai. 2
  13. CHƢƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 GIỚI THIỆU NODEMCU ESP8266 2.1.1 Giới thiệu: ESP8266 là một chip tích hợp cao, đƣợc thiết kế cho nhu cầu của một thế giới kết nối mới, thế giới Internet of thing (IOT). ESP8266 cung cấp một giải pháp kết nối mạng Wi-Fi đầy đủ và khép kín, cho phép nó có thể lƣu trữ các ứng dụng hoặc để giảm tải tất cả các chức năng kết nối mạng Wi-Fi từ một bộ xử lý ứng dụng. ESP8266 có xử lý và khả năng lƣu trữ mạnh mẽ cho phép nó đƣợc tích hợp với các bộ cảm biến, vi điều khiển và các thiết bị ứng dụng cụ thể khác thông qua GPIOs. ESP8266 là module wifi giá rẻ và đƣợc sử dụng rộng rãi trong các ứng dụng liên quan đến Internet và Wifi cũng nhƣ các ứng dụng truyền nhận sử dụng thay thế cho các module RF khác. Hiện tại thì đã có tới 14 phiên bản của ESP8266,nhƣng với đề tài chúng em lựa chọn NodeMCU ESP8266. NodeMCU ESP8266 là kit phát triển dựa trên nền chip Wifi SoC với thiết kế dễ dàng sửa dụng vì tích hợp sẵn mạch nạp sử dụng chíp CP2102 trên borad. Bên trong ESP8266 có sẵn một lõi vi sử lý vì thế bạn có thể trực tiếp lập trình cho ESP8266 mà không cần thêm bất kì con vi sử lý nào nữa. Hiện tại có hai ngôn ngữ có thể lập trình cho ESP8266, sử dụng trực tiếp phần mềm IDE của Arduino để lập trình với bộ thƣ viện riêng hoặc sử dụng phần mềm node MCU, nó kết hợp các chức năng của WIFI, vi xử lý và ngôn ngữ LUA 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,ESP 8266 đƣợc 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. 3
  14. Hình 2.1 : Hình ảnh NodeMCU ESP8266 NodeMCU ESP8266 gồm: IC chính: ESP 8266 WiFi SoC phiên bản ESP 12. Phiên bản firmware: NodeMCU. Chip nạp và giao tiếp UART: CP2102. Tích hợp Led,nút Reset, Falsh. API điền khiển sự kiện cho các ứng dụng mạng. 10 chân GPIO giao tiếp mức 3.3V DC từ D0 – D10, có chức năng PWM, I2C, giao tiếp SPI, 1-Wire và ADC trên chân A0. Cấp nguồn: 5V DC Micro USB. Kết nối mạng WiFi (có thể là sử dụng nhƣ điểm truy cập và/hoặc trạm máy chủ lƣu trữ một, máy chủ web), kết nối internet để lấy hoặc tải lên dữ liệu. Tƣơng thích hoàn toàn với trình biên dịch Arduino. Chi phí phù hợp cho các dự án Internet of Things (IoT). Tích hợp anten PCB trace trên module Tiêu chuẩn wifi : 802.11b/g/n, với tần số 2.4GHz và hổ trợ bảo mật WPA/WPA2 Khoảng cách giữa các chân 2mm 4
  15. 2.1.2 Sơ đồ kết nối của NodeMCU ESP 8266. Sau đây là sơ đồ chân kết nối của NodeMCU ESP8266: Hình 2.2 : Sơ đồ chân NodeMCU ESP8266 2.1.3 Môi trƣờng lập trình trên NODEMCU ESP8266. Song song với các phiên bản Arduino khác nhau nhƣ UNO R3, Tiny ESP8266 NodeMCU là một trong những mạch phổ biến trong việc phát triển các dự án IoTs. Ƣu điểm của mạch này là module wifi đƣợc tích hợp sẵn và sử dụng một vi điều khiển mạnh mẽ hơn so với Arduino nguyên thủy. Với ESP8266 NodeMCU, ngoài việc sử dụng ngôn ngữ lập trình Lua ta còn có thể lập trình sử dụng ngôn ngữ C/C++ thông qua Arduino IDE. Arduino IDE để tích hợp thƣ viện hỗ trợ cho việc lập trình ESP8266 NodeMCU cũng nhƣ cách biên dịch, nạp code và kiểm tra. 2.2 MODULE LCD 20X4 LCD là các loại màn hình tinh thể lỏng nhỏ dùng để hiển thị các dòng chữ hoặc số trong bảng mã ASCII . Không giống các loại LCD lớn , LCD đƣợc chia sẵn thành từng ô và ứng với mỗi ô chỉ có thể hiển thị một kí tự ASCII. Mỗi ô của Text LCD bao gồm các “chấm” tinh thể lỏng, việc kết hợp “ẩn” và “hiện” các chấm này sẽ tạo thành một ký tự cần hiển thị. Trong các LCD, các mẫu ký tự 5
  16. đƣợc định nghĩa sẵn. Kích thƣớc của Text LCD đƣợc định nghĩa bằng số ký tự có thể hiển thị trên 1 dòng và tổng số dòng mà LCD có. Màn hình LCD 20x4 là loại có 4 dòng và mỗi dòng có thể hiển thị tối đa 20 ký tự. Hình 2.3: Sơ đồ chân LCD 20x4 Lcd có tất cả 16 chân Chân cấp nguồn: vss (nối nguồn 5V), VDD (nối 0V), V0 (điều chỉnh độ tƣơng phản). RS: 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 IR 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. RW: 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. Chân cho phép chốt xung kí tự (Enable). Sau khi các tín hiệu đƣợc đặt lên bus DB0-DB7, các lệnh chỉ đƣợc chấp nhận khi có 1 xung cho phép của chân E. Ở chế độ ghi: Dữ liệu ở bus sẽ đƣợc LCD chuyển vào (chấp nhận) thanh ghi bên trong nó khi phát hiện một xung (high-to-low transition) của tín hiệu chân E. Ở chế độ đọc: Dữ liệu sẽ đƣợc LCD xuất ra DB0-DB7 khi phát hiện cạnh lên (low-to-high transition) ở chân E và đƣợc LCD giữ ở bus đến khi nào chân E xuống mức thấp. D0-D7: Chân dữ liệu. A, K: Chân điều khiển đèn nền. 6
  17. 2.3 MODULE KẾT NỐI CHUẨN I2C 2.3.1 Giới thiệu: Thông thƣờng, để sử dụng màn hình LCD, bạn sẽ phải mất rất nhiều chân trên pin raspberry pi để điều khiển. Do vậy, để đơn giản hóa công việc, ngƣời ta đã tạo ra một loại mạch điều khiển màn hình LCD sử dụng giao tiếp I2C. Chỉ tốn 2 chân (SDA và SCL) của MCU kết nối với 2 chân (SDA và SCL) của KIT RAS PI để điều khiển màn hình, thay vì 8 dây nhƣ cách thông thƣờng. Ngoài ra còn có thể điều chỉnh độ tƣơng phản bằng biến trở gắn trên module. Hình 2. 4: Sơ đồ chân kết nối LCD 20x4 2.3.2 Thông số kỹ thuật: Kích thƣớc: 41.5mm(L) x 19mm(W) x 15.3mm(H) Chuẩn giao tiếp I2C 1 jumper điều chỉnh ON/OFF đèn màn hình. Nguồn sử dụng cho module là 2.5- 6V. Tốc độ truyền dữ liệu lên đến 400Kbps. Địa chỉ mặc định: 0x27, có thể mắc vào I2C bus tối đa 8 module (3bit address set), địa chỉ mới 0x3F. 7
  18. 2.4 CẢM BIẾN DHT11 2.4.1 Giới thiệu DHT11 là cảm biến nhiệt độ và độ ẩm. Nó ra đời sau và đƣợc sử dụng thay thế cho dòng SHT1x ở những nơi không cần độ chính xác cao về nhiệt độ và độ ẩm. DHT11 có chuẩn giao tiếp 1 dây data. Hình 2. 5: Module DHT11 tích hợp với 3 chân kết nối 2.4.2 Thông số kỹ thuật: Điện áp hoạt động: 3-5.5V. Dòng sử dụng khi truyền dữ liệu: 2.5mA. Tần số lấy mẫu tối đa: 1Hz. Thời gian truyền tín hiệu tối đa: 20ms. Phạm vi độ ẩm đo đƣợc: 20%-95%. Phạm vi nhiệt độ đo đƣợc: 0-50oC. Sai số độ ẩm: ±5%. Sai số nhiệt độ: ±2oC. 2.5 MODULE RELAY 2.5.1 Giới thiệu Mạch module relay sử dụng chân kích mức thấp (0V), khi có tín hiệu 0V vào chân IN thì relay sẽ nhảy qua thƣờng Hở của Relay. Đầu ra mỗi relay gồm có 3 chân: NC, NO, COM. Trong đó NO và NC nhƣ giải thích ở trên. COM (GND) là chân chung cho cả NO và NC. 8
  19. Ứng dụng với relay module khá nhiều bao gồm cả điện DC hay AC, ta có thể xem module relay bên dƣới. Hình 2. 6: Module Relay 2.5.2 Thông số kỹ thuật: Điện áp hoạt động: 5VDC. Dòng tiêu thụ: 200mA/1Relay Tiếp điểm đóng ngắt max: 250VAC-10A hoặc 30VDC-10A Có đèn báo đóng ngắt trên mỗi relay Kích thƣớc: 52mm * 41mm * 19mm. 2.6 MODULE CẢM BIẾN ÁNH SÁNG BH1750 2.6.1 Giới thiệu: Cƣờng độ ánh sáng (Illuminance) là một thƣớc đo thông lƣợng chiếu sáng bao phủ trên một diện tích nhất định. Ngƣời ta có thể nghĩ về thông lƣợng chiếu sáng (đơn vị là lumens) nhƣ là một giải pháp về “lƣợng” cho ánh sáng có thể nhìn thấy đƣợc trên một bề mặt nào đó. Lumen: Đơn vị cho số lƣợng ánh sáng chiếu từ một nguồn bất kỳ trong một giây (quang điện, hoặc thông lƣợng chiếu sáng) đƣợc gọi là lumen. Cảm biến ánh sáng sẽ đọc giá trị trong một giây trên 1 mét vuông. Đơn vị là Lux viết tắt là lx. Lux = 1 Lm/m2 Cảm biến cƣờng độ ánh sáng BH1750 là cảm biến ánh sáng với bộ chuyển đổi ADC 16 bit tích hợp trong chip và có thể xuất ra trực tiếp cƣờng độ ánh sáng 9
  20. (lux) theo dạng digital mà không phải qua bất kỳ xử lý hay tính toán nào thông qua giao tiếp I2C. BH1750 sử dụng đơn giản và chính xác hơn nhiều lần so với dùng cảm biến quang trở để đo cƣờng độ ánh sáng với dữ liệu thay đổi trên điện áp dẫn đến việc sai số cao. Cƣờng độ ánh sáng đƣợc tính nhƣ sau: Ban đêm: 0.001 - 0.02 lx. Trời sáng trăng: 0.02 - 0.3 lx Trời mây trong nhà: 5 - 50 lx. Trời mây ngoài trời: 50 - 500 lx. Trời nắng trong nhà: 100- 1000 lx. Thông số kỹ thuật: Chuẩn kết nối I2C Độ phân giải cao(1 - 65535 lx) Tiêu hao nguồn ít. Khả năng chống nhiễu sáng ở tần số 50 Hz/60 Hz Sự biến đổi ánh sáng nhỏ (+/- 20%) Độ ảnh hƣởng bởi ánh sáng hồng ngoại rất nhỏ Nguồn cung cấp : 3.3V-5V Kích thƣớc board : 0.85*0.63*0.13"(21*16*3.3mm) Hình 2.7: Modul cảm biến ánh sáng BH1750 2.6.2 Các chế độ hoạt động BH1750: Có 3 chế độ đo: 10
  21. H-Resolution với độ nhạy sáng 0.5 lux H-Resolution với độ nhạy sáng 1 lux. L-Resolution với độ nhạy sáng 4 lux. Đề tài sử dụng ở chế độ H-Resolution để chống nhiễu ánh sáng và chế độ H- Resolution là 1 lx độ phân giải là thích hợp để đo bóng tối (nhỏ hơn 10 lx). 2.7 MODULE THỜI GIAN THỰC DS1307 2.7.1 Giới thiệu: Module thời gian thực DS1307 (RTC) có chức năng lƣu trữ thông tin ngày, tháng, năm cũng nhƣ giờ, phút, giây. Nó sẽ hoạt động nhƣ một chiếc đồng hồ và có thể xuất dữ liệu ra ngoài qua giao thức I2C. Module đƣợc thiết kế kèm theo 1 viên pin có khả năng lƣu trữ thông tin đến 10 năm mà không cần cấp nguồn 5V từ bên ngoài . Module đi kèm với EEPROM AT24C32 có khả năng lƣu trữ thông tin đến 32Kbit. Hình 2.8: Module thời gian thực DS1307 2.7.2 Thông số kỹ thuật: Sử dụng giao thức I2C. Khả năng lƣu trữ 32K Bit với EEPROM AT24C32 Lƣu trữ thông tin giờ phút giây AM/PM Lịch lƣu trữ chính xác đến năm 2100 Ngõ ra tần số 1HZ 11
  22. S K L 0 0 2 1 5 4