Đồ án tốt nghiệp Công nghệ kỹ thuật điện tử - truyền thông: Thiết kế mô hình hệ thống IoT cho nhà kính trồng rau

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HỒ CHÍ MINH

KHOA ĐIỆN ĐIỆN TỬ

BỘ MÔN KỸ THUẬT MÁY TÍNH - VIỄN THÔNG

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

THIẾT KẾ MÔ HÌNH HỆ THỐNG IOT CHO NHÀ KÍNH TRỒNG RAU

Sinh viên: LÊ VÕ LÂM

MSSV: 17141197

NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ - TRUYỀN THÔNG

LÊ THÀNH NHÂN

MSSV: 17141211

Hướng dẫn: PGS.TS. PHAN VĂN CA

TP. HỒ CHÍ MINH – 07/2021

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HỒ CHÍ MINH

KHOA ĐIỆN ĐIỆN TỬ

BỘ MÔN KỸ THUẬT MÁY TÍNH - VIỄN THÔNG

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

THIẾT KẾ MÔ HÌNH HỆ THỐNG IOT CHO NHÀ KÍNH TRỒNG RAU

Sinh viên: LÊ VÕ LÂM

MSSV: 17141197

NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ - TRUYỀN THÔNG

LÊ THÀNH NHÂN

MSSV: 17141211

Hướng dẫn: PGS.TS. PHAN VĂN CA

TP. HỒ CHÍ MINH – 07/2021

THÔNG TIN KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

1. Thông tin sinh viên

Họ và tên sinh viên: LÊ VÕ LÂM MSSV: 17141197

Email: 17141197@student.hcmute.edu.vn Điện thoại: 0833270599

Họ và tên sinh viên: LÊ THÀNH NHÂN MSSV: 17141211

Email: 17141211@student.hcmute.edu.vn Điện thoại: 0365592464

2. Thông tin đề tài

- Tên đề tài: THIẾT KẾ MÔ HÌNH HỆ THỐNG IOT CHO NHÀ KÍNH TRỒNG

RAU.

- Đơn vị quản lý: Bộ môn Kỹ Thuật Máy Tính – Viễn Thông, Khoa Điện Điện

Tử, Trường Đại học Sư phạm Kỹ Thuật Tp. Hồ Chí Minh.

- Thời gian thực hiện: Từ ngày 15/03/2021 đến ngày 25/07/2021.

- Thời gian bảo vệ: Ngày 05/08/2021.

3. Lời cam đoan của sinh viên

“Chúng tôi – Lê Võ Lâm và Lê Thành Nhân xin cam đoan khóa luận tốt nghiệp

là công trình nghiên cứu của chúng tôi dưới sự hướng dẫn của PGS.TS Phan Văn

Ca. Chúng tôi không sao chép từ bất kì một bài viết nào được công bố trước đó mà

không trích dẫn nguồn gốc. Nếu có bất kì sự vi phạm nào, chúng tôi xin cam đoan

chịu hoàn toàn trách nhiệm”.

Tp. Hồ Chí Minh, ngày ... tháng … năm 2021

Sinh viên thực hiện đồ án

(Ký và ghi rõ họ tên)

Lê Võ Lâm Lê Thành Nhân

Giảng viên hướng dẫn xác nhận quyền báo cáo đã được chỉnh sửa theo đề nghị

được ghi trong biên bản của Hội đồng đánh giá Khóa luận tốt nghiệp.

Tp. Hồ Chí Minh, ngày … tháng … năm 2021

Xác nhận của Bộ Môn Giáo viên hướng dẫn

(Ký, ghi rõ họ tên và học hàm – học vị)

TRƯỜNG ĐH SPKT TP.HCM

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ

ĐỘC LẬP - TỰ DO - HẠNH PHÚC

BỘ MÔN KT MT-VT

Thành phố Hồ Chí Minh, ngày 18 tháng 03 năm 2021

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN ĐIỆN TỐT NGHIỆP

Họ và tên sinh viên: Lê Võ Lâm MSSV: 17141197

Lê Thành Nhân MSSV: 17141211

Chuyên ngành: Kỹ thuật điện tử - truyền thông Mã ngành: 141

Hệ đào tạo: Đại học chính quy Mã hệ: 1

Khóa: 2017 Lớp 17141VT

I. TÊN ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ MÔ HÌNH HỆ THỐNG IOT CHO NHÀ KÍNH

TRỒNG RAU.

II. NHIỆM VỤ:

1. Các số liệu ban đầu

- Tìm hiểu về các phương pháp, đặc điểm cây trồng ứng dụng trong mô hình

nhà kính.

- Tìm hiểu về Kit ESP 32S , Arduino mega 2560.

- Tìm hiểu về Firebase, Web để điều khiển mô hình và hiển thị các thông số

môi trường.

2. Nội dung thực hiện

- Sử dụng bộ điều khiển Arduino Mega 2560, ESP 32 để điều khiển hoạt động

của mô hình.

- Liên kết giữa Web và phần cứng.

- Thiết kế giao diện ứng dụng để hiển thị và điều khiển thiết bị thông qua

internet.

III. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ:

IV. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ:

V. HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: PGS.TS. Phan Văn Ca

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN BM. KỸ THUẬT

MÁY TÍNH - VIỄN THÔNG

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM ĐỘC LẬP – TỰ DO – HẠNH PHÚC

TRƯỜNG ĐH SPKT TP.HCM KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ BỘ MÔN KT MT-VT

Thành phố Hồ Chí Minh, ngày 15 tháng 03 năm 2021

LỊCH TRÌNH THỰC HIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Họ tên sinh viên: Lê Võ Lâm

MSSV: 17141197

Lê Thành Nhân

MSSV: 17141211

Lớp: 17141 VTB

ĐAMH: Đồ án tốt nghiệp

Tên đề tài: THIẾT KẾ MÔ HÌNH HỆ THỐNG IOT CHO NHÀ

KÍNH TRỒNG RAU.

Nội dung Xác nhận Tuần /ngày GVHD

Gặp GVHD để nghe phổ biến yêu cầu

làm đồ án và chọn đề tài đồ án, viết Tuần 1

lịch trình thực hiện đồ án, đề cương

chi tiết đồ án.

Chọn đề tài thực hiện KLTN(Thiết kế

mô hình hệ thống IoT cho nhà kính Tuần 2

trồng rau).

Tìm hiểu tổng quan đề tài.

Nghiên cứu và chọn linh kiện sử Tuần 3

dụng.

Tìm hiểu về Aduino mega 2560, Tuần 4

ESP32, ESP32 Cam.

Thiết kế phần cứng. Tuần 5

Tìm hiểu về thiết bị Tuần 6

Thiết kế tủ điện.

Thi công mạch. Tuần 7

Lắp đặt tủ điện.

Lập trình điều khiển( ). Tuần 8

Kiểm tra và sửa lỗi cho chương trình.

Viết chương trình điều khiển( ). Tuần 9

Kiểm tra lỗi của chương trình.

Thiết kế Web. Tuần 10 Kết nối Web với ESP-32 và ESP32-

CAM

Viết báo cáo chương 1 + 2. Tuần 11

Viết báo cáo chương 3 + 4. Tuần 12

Viết báo cáo chương 5 + 6. Tuần 13

Hoàn thiện báo cáo và chỉnh sửa báo Tuần 14 cáo.

Kiểm tra mạch thi công.

Làm slide báo cáo, nộp báo cáo và Tuần 15

báo cáo đề tài KLTN.

GV HƯỚNG DẪN

(Ký và ghi rõ họ và tên)

PGS.TS. Phan Văn Ca

BẢN NHẬN XÉT KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

(Dùng cho giảng viên phản biện)

Sinh viên thực hiện: 1. Lê Võ Lâm MSSV: 17141197 2. Lê Thành Nhân MSSV: 17141211

Đề tài: Thiết kế mô hình hệ thống IoT cho nhà kính trồng rau.

Giảng viên hướng dẫn: PGS.TS. Phan Văn Ca Nhận xét bao gồm các nội dung sau đây: 1. Tính hợp lý trong cách đặt vấn đề và giải quyết vấn đề; ý nghĩa khoa học và

Đặt vấn đề rõ ràng, mục tiêu cụ thể [5]; đề tài có tính mới, cấp thiết [5]; đề tài có khả năng ứng dụng, tính sáng tạo [5].

......................................................................................................................... .........................................................................................................................

thực tiễn [15/100]:

Phương pháp hợp lý và tin cậy dựa trên cơ sở lý thuyết [10]; có phân tích và đánh giá phù hợp [10]; có tính mới và tính sáng tạo [5].

......................................................................................................................... .........................................................................................................................

2. Phương pháp thực hiện/ phân tích/ thiết kế [25/100]:

Phù hợp với mục tiêu [10]; phân tích và đánh giá / kiểm thử thiết kế hợp lý [10]; có tính sáng tạo/ kiểm định chặt chẽ và đảm bảo độ tin cậy [5].

......................................................................................................................... .........................................................................................................................

3. Kết quả thực hiện/ phân tích và đánh giá kết quả/ kiểm định thiết kế [25/100]:

Kết luận phù hợp với cách đặt vấn đề, đề xuất mang tính cải tiến và thực tiễn [5]; kết luận có đóng góp mới mẻ, đề xuất sáng tạo và thuyết phục [5].

......................................................................................................................... .........................................................................................................................

4. Kết luận và đề xuất [10/100]:

Văn phong nhất quán, bố cục hợp lý, cấu trúc rõ ràng, đúng định dạng mẫu [5]; có tính hấp dẫn, thể hiện năng lực tốt, văn bản trau chuốt [10].

......................................................................................................................... .........................................................................................................................

5. Hình thức trình bày, bố cục và chất lượng báo cáo [15/100]:

Tính trung thực trong việc trích dẫn tài liệu tham khảo; tính phù hợp của các tài liệu trích dẫn; trích dẫn theo đúng chỉ dẫn APA.

.........................................................................................................................

6. Tài liệu trích dẫn [10/100]:

.........................................................................................................................

Cần khẳng định đề tài có trùng lặp hay không? Nếu có, đề nghị ghi rõ mức độ, tên đề tài, nơi công bố, năm công bố của đề tài đã

công bố.

7. Đánh giá về sự trùng lặp của đề tài:

..................................................................................................................................

.................................................................................................................................

........................................................................................................................

........................................................................................................................

8. Những nhược điểm và thiếu sót, những điểm cần được bổ sung và chỉnh sửa*

.........................................................................................................................

.........................................................................................................................

.........................................................................................................................

.........................................................................................................................

Câu hỏi sinh viên phải trả lời trước hội đồng* (ít nhất 02 câu)

Đánh giá chung

- Điểm (Quy về thang điểm 10 không làm tròn): ......../10.

- Xếp loại chung (Xuất sắc, Giỏi, Khá, Trung bình, Yếu,

Kém):………...........

Đề nghị của giảng viên phản biện

Ghi rõ: “Báo cáo đạt/ không đạt yêu cầu của một khóa luận tốt nghiệp kỹ sư, và được phép/ không được phép bảo vệ khóa luận tốt

nghiệp”

.........................................................................................................................

.........................................................................................................................

Tp. HCM, ngày … tháng....năm 20…

Người nhận xét

(Ký và ghi rõ họ tên)

LỜI CẢM ƠN

Để hoàn thành đề tài “THIẾT KẾ MÔ HÌNH HỆ THỐNG IOT CHO

NHÀ KÍNH TRỒNG RAU” chúng tôi xin chân thành cảm ơn thầy PGS. TS. Phan

Văn Ca – Giảng viên khoa điện, điện tử đã trực tận tình giúp đỡ , tạo điều kiện để

chúng tôi hoàn thành tốt đề tài.

Chúng tôi xin chân thành cảm ơn các thầy cô Giảng viên khoa Điện – Điện

tử, trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Tp.HCM và các bạn cùng khoá đang thực

hiện đề tài làm Đồ án tốt nghiệp đã hợp tác, giúp đỡ nhóm trong quá trình thực

hiện đồ án.

Do kiến thức còn hạn chế nên trong quá trình thực hiện không tránh khỏi

những sai sót mong thầy cô và các bạn góp ý để nhóm có thể hoàn thành đồ án tốt

hơn.

Xin chân thành cảm ơn!

Sinh viên thực hiện đề tài

Lê Võ Lâm Lê Thành Nhân

TÓM TẮT

Hiện nay, khoa học công nghệ ngày càng đạt những thành tựu to lớn, kéo

theo đó là sự phát triển vượt bậc trong các ngành nghề có ứng dụng khoa học kỹ

thuật. Việt Nam chúng ta là đất nước phát triển mạnh về nông nghiệp tạo điều kiện

cho ngành lương thực, thực phẩm phát triển. Tuy nhiên, hầu hết các quy trình chăm

sóc cây trồng đều thủ công. Mặc khác điều kiện môi trường, sâu bệnh, thời tiết ảnh

hưởng xấu đến cây trồng. Nhận thấy được tầm quan trọng của lương thực, thực

phẩm nông nghiệp đặc biệt trong mùa dịch bệnh covid này, thực trạng thiếu lương

thực đang ngày càng nghiêm trọng. Vì vậy đề tài “THIẾT KẾ MÔ HÌNH HỆ

THỐNG IOT CHO NHÀ KÍNH TRỒNG RAU” đã được thực thi.

Đề tài này cho phép người dùng có thể giám sát và điều khiển thiết bị từ xa

thông qua internet, từ đó giúp tối đa hóa năng suất và chất lượng nông sản. Thông

số môi trường được đo từ cảm biến sẽ được truyền lên Web giúp người dùng có

thể dễ dàng giám sát tình hình cây trồng và điều khiển thiết bị. Không những vậy

cây trồng sẽ có năng suất tốt hơn vì được trồng trong nhà kính tránh bị ảnh hưởng

bởi môi trường.

MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH ............................................................................................ III

DANH MỤC BẢNG ............................................................................................ V

DANH SÁCH CÁC TỪ VIẾT TẮT ................................................................. VI

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN ............................................................................... 1 1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ .......................................................................................... 1 1.2 MỤC TIÊU ĐỀ TÀI ................................................................................ 2 1.3 NỘI DUNG THỰC HIỆN ....................................................................... 2 1.4 BỐ CỤC LUẬN VĂN .............................................................................. 3

CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT ................................................................... 4 2.1 MÔ HÌNH IOT ỨNG DỤNG TRONG NÔNG NGHIỆP .................... 4 2.1.1 Điều kiện khí hậu ................................................................................ 5 2.1.2 Canh tác chính xác .............................................................................. 5 2.1.3 Giám sát nhà kính. .............................................................................. 6 2.1.4 Phân tích dữ liệu ................................................................................. 6 2.2 CÁC CHUẨN TRUYỀN THÔNG ỨNG DỤNG TRONG IOT ........... 7 2.2.1 Chuẩn IEEE 802.11 Wifi – Wireless Fidelity .................................... 7 2.2.2 Chuẩn IEEE 802.15 Wireless PAN .................................................... 8 2.3 CÁC CHUẨN TRUYỀN DỮ LIỆU TRONG ỨNG DỤNG IOT ....... 10 2.3.1 Chuẩn giao tiếp UART ..................................................................... 10 2.3.2 Chuẩn giao tiếp I2C .......................................................................... 12 2.4 GIỚI THIỆU VỀ LẬP TRÌNH WEB .................................................. 13 2.4.1 Ngôn ngữ HTML .............................................................................. 13 2.5 CƠ SỞ DỮ LIỆU FIREBASE REALTIME DATABASE ................. 15

CHƯƠNG 3. THIẾT KẾ MÔ HÌNH HỆ THỐNG ........................................ 17 3.1 YÊU CẦU TÍNH NĂNG SỬ DỤNG .................................................... 17 3.2 YÊU CẦU KỸ THUẬT ......................................................................... 17 3.2.1 Chức năng ......................................................................................... 17 3.2.2 Đặc tính ............................................................................................ 18 3.3 THIẾT KẾ KIẾN TRÚC HỆ THỐNG ................................................ 18 3.3.1 Mô hình tổng thể hệ thống ............................................................... 18 3.4 THIẾT KẾ PHẦN CỨNG .................................................................... 19 3.4.1 Sơ đồ khối hệ thống .......................................................................... 19 3.4.2 Thiết kế chi tiết. ................................................................................ 20 3.4.3 Sơ đồ nguyên lý ................................................................................ 40 3.4.4 Phần mềm xử lý điều khiển .............................................................. 40 3.5 PHÁT TRIỂN ỨNG DỤNG ................................................................. 51

3.5.1 Giới thiệu về phần mềm lập trình web Sublime Text 3 ................... 51 3.5.2 Cài đặt Sublime Text 3 ..................................................................... 51 3.5.3 Một số package hỗ trợ thiết kế website ............................................ 52

CHƯƠNG 4. THI CÔNG HỆ THỐNG ........................................................... 54 4.1 GIỚI THIỆU .......................................................................................... 54 4.2 THI CÔNG HỆ THỐNG ...................................................................... 55 4.2.1 Thi công mạch in .............................................................................. 55 4.2.2 Thi công mô hình hoàn chỉnh ........................................................... 56 4.3 LỰA CHỌN LOẠI CÂY TRỒNG TRONG NHÀ KÍNH. ................. 58 4.3.1 Cà chua ............................................................................................. 58 4.3.2 Đậu Hà Lan ....................................................................................... 59 4.3.3 Dâu tây .............................................................................................. 60 4.3.4 Hoa hồng .......................................................................................... 61 4.3.5 Một số loại cây khác ......................................................................... 62 4.4 KẾT QUẢ ............................................................................................... 62 4.5 NHẬN XÉT ............................................................................................ 67 4.6 ĐÁNH GIÁ............................................................................................. 68

CHƯƠNG 5. KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ................................ 69 5.1 KẾT LUẬN ............................................................................................ 69 5.2 HƯỚNG PHÁT TRIỂN ........................................................................ 69

TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................. 71

DANH MỤC HÌNH

Hình 2. 1: Mô hình IoT ứng dụng trong nông nghiệp ........................................... 4 Hình 2. 2: Mô hình IoT nhà kính ........................................................................... 6 Hình 2. 3: Hệ thống truyền dữ liệu bất đồng bộ. ................................................. 10 Hình 2. 4: Khung truyền dữ liệu trong chế độ bất đồng bộ. ................................ 11 Hình 2. 5: Sơ đồ giao tiếp theo chuẩn I2C. ......................................................... 12 Hình 3. 1: Phác thảo mô hình tổng thể hệ thống ................................................. 18 Hình 3. 2: Sơ đồ khối của tổng thể hệ thống ....................................................... 19 Hình 3. 3: Sơ đồ kết nối cảm biến nhiệt độ, độ ẩm không khí ............................ 21 Hình 3. 4: Cảm biến độ ẩm đất với vi xử lý ........................................................ 22 Hình 3. 5: Sơ đồ chân ACS712 ........................................................................... 23 Hình 3. 6: Kết nối cảm biến ánh sáng với vi xử lý .............................................. 23 Hình 3. 7: Sơ đồ kết nối MODULE thời gian thực DS3231 ............................... 24 Hình 3. 8: Động cơ bơm nước ............................................................................. 25 Hình 3. 9: Động cơ phun sương .......................................................................... 26 Hình 3. 10: Động cơ quạt .................................................................................... 27 Hình 3. 11: Động cơ kéo màng che nắng ............................................................ 28 Hình 3. 12: Led dây 2835 .................................................................................... 28 Hình 3. 13: Công tắc hành trình .......................................................................... 29 Hình 3. 14: Module relay 8 kênh ......................................................................... 30 Hình 3. 15: Kit RF thu phát Wifi BLE ESP32-CAM .......................................... 30 Hình 3. 16: Bàn phím ma trận 4x4 ...................................................................... 32 Hình 3. 17: Sơ đồ khối vi điều khiển ATmega2560 ........................................... 34 Hình 3. 18: Kít RF Wifi Blutetooth NodeMCU 32S ........................................... 35 Hình 3. 19: Sơ đồ chân của NodeMCU-32S ...................................................... 36 Hình 3. 20: Màn hình hiển thị GCLD ................................................................. 38 Hình 3. 21: Sơ đồ nguyên lý toàn bộ hệ thống .................................................... 40 Hình 3. 22: Lưu đồ chương trình chính trên Arduino Mega ............................... 41 Hình 3. 23: Lưu đồ chương trình xử lý chuỗi và điều khiển trên Arduino ......... 43 Hình 3. 24: Lưu đồ lựa chọn chế độ tự động, thủ công bằng nút nhấn ............... 45 Hình 3. 25: Lưu đồ chương trình ở chế độ tự động. ........................................... 46 Hình 3. 26: Lưu đồ chương trình ở chế độ thủ công ........................................... 47 Hình 3. 27: Lưu đồ chương trình lựa chọn cây trồng. ......................................... 48 Hình 3. 28: Lưu đồ chương trình gửi dữ liệu lên Firebase ................................. 49 Hình 3. 29: Lưu đồ chương trình ESP32 ............................................................. 50 Hình 3. 30: Giao diện Sublime Text 3 ................................................................ 51 Hình 3. 31: Thuộc tính của Clor Highlight ......................................................... 53 Hình 4. 1: Mạch in hệ thống ................................................................................ 55 Hình 4. 2: Bộ điều khiển ...................................................................................... 56 Hình 4. 3: Hình ảnh bể chứa nước ....................................................................... 57 Hình 4. 4: Hình ảnh bên ngoài tủ điện ................................................................ 57 Hình 4. 5: Mô hình hoàn chỉnh ............................................................................ 58 Hình 4. 6: cây cà chua được trồng trong nhà kính .............................................. 59 Hình 4. 7: Cây đậu Hà Lan được trồng trong nhà kính ....................................... 60

III

Hình 4. 8: Cây Dâu tây được trồng trong nhà kính ............................................. 61 Hình 4. 9: Cây hoa hồng được trồng trong nhà kính ........................................... 61 Hình 4. 10: Dữ liệu được gửi lên Firebase .......................................................... 63 Hình 4. 11: Giao diện đăng nhập ......................................................................... 63 Hình 4. 12: Thông số hiển thị trên web ............................................................... 64 Hình 4. 13: Hình ảnh giao diện hiển thị GLCD .................................................. 65 Hình 4. 14 : Hoạt động của toàn hệ thống ........................................................... 66 Hình 4. 15: Giao diện hiển thị camera ................................................................ 67

IV

DANH MỤC BẢNG

Bảng 2. 1: So sánh một số thông số giữa Zigbee, Wifi và Bluetooth [2] .............. 9 Bảng 3. 1: Dòng điện tiêu thụ tại khối cảm biến và điều khiển .......................... 39 Bảng 4. 1: Danh sách các linh kiện được chọn và chức năng ............................. 54

V

DANH SÁCH CÁC TỪ VIẾT TẮT

ADC Analog-to-Digital Converter

BLE Bluetooth Low Energy

MAC Medium Access Control

NOS Network Operating System

ZDO ZigBee Device Objects

CAN Controller Area Network

ZED Zigbee End Devide

DAC Digital-to-Analog Converter

PAN Personal Area Network

FFD Full Function Device

UWB Ultra-Wideband

GPIO General Purpose Input Output

GSM Global System for Mobile Communication

PCI Peripheral Component Interconnect

ISA Industry Standard Architecture

SDK Software Development Kit

IDE Integrated Development Environment

IEEE Institute of Electrical and Electronics Engineers

IOT Internet Of Things

I2C Inter-Integrated Circuit

VI

Inter-IC Sound I2S

Analog Digital Converter ADC

Java Script JS

Liquid Crystal Display LCD

Long Term Evolution LTE

Analog / digital A/D

Micro Controller Unit MCU

Pulse Width Modulation PWM

Quadrature Amplitude Modulation QAM

Random Access Memory RAM

Read-Only Memory ROM

Real-Time Control RTC

Serial Clock SCL

Serial Data SDA

Serial Peripheral Interface SPI

SRAM Static Random Access Memory

DAC Digital Analog Converter

UART Universal Asynchronous Receiver/Transmitter

Universal Serial Bus USB

Wifi Protected Access WPA

Wifi Protected Setup WPS

VII

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN

Chương 1. TỔNG QUAN

1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ

Hiện nay trên thế giới, việc ứng dụng các công nghệ điều khiển vào trong sản

xuất là rất nhiều và cần thiết trong các ngành nghề kể cả trong nông nghiệp. Trong

nông nghiệp, nhờ ứng dụng các công nghệ điều khiển hiện đại mà năng suất và

chất lượng cây trồng tăng lên đáng kể. Với công nghệ trồng cây trong nhà kính có

sự hỗ trợ của các thiết bị điều khiển đã cho những kết quả ngoài mong đợi như

năng suất cao, chất lượng tốt, sạch, an toàn mà còn có thể trồng những loại cây

không phải là truyền thống của vùng miền.

Nông nghiệp thông minh buộc người nông dân phải chăm sóc cây trồng một

cách có kiểm soát và có ý thức hơn, dẫn đến việc trồng cây đơn thuần mà không

cần đầu tư thêm. Làm thế nào để nó có thể? Lý do là vì nông dân buộc phải sử

dụng thuốc trừ sâu hóa học để đảm bảo sản lượng tốt khi các yếu tố môi trường tác

động xấu đối với cây trồng. Như chúng tôi đã đề cập ở trên, thời tiết, yếu tố môi

trường được giảm xuống tối thiểu ở nông nghiệp thông minh, do đó không có nhu

cầu thực sự sử dụng các chất điều chỉnh tăng trưởng hóa học.

Ở Việt Nam, việc trồng rau trong nhà kính đang phát triển nhanh chóng, đem

lại lợi ích cao cho người nông dân. Tuy nhiên, do chi phí đầu tư cao nên việc ứng

dụng chỉ hạn chế trong các nông trang trại lớn có khả năng về kinh tế, hoặc chỉ

điều khiển ở dạng bán tự động nên vẫn cần nhiều nhân công trong việc điều khiển

vì hầu hết các trang thiết bị điều khiển đều phải nhập từ nước ngoài nên giá thành

cao. Do đó cần phải có hướng nghiên cứu, thiết kế và chế tạo những thiết bị này

ngay ở trong nước để giảm chi phí, phù hợp với điều kiện kinh tế của người nông

dân và điều kiện môi trường ở Việt Nam.

Nông nghiệp đã chứng kiến một số chuyển đổi công nghệ trong những thập

kỷ qua và trở nên công nghiệp hóa hơn dựa trên công nghệ. Bằng cách sử dụng

những tiện ích nông nghiệp thông minh khác nhau, người nông dân đã kiểm soát

tốt hơn quá trình trồng trọt, giúp dễ dự đoán hơn và nâng cao hiệu quả. Vì vậy

chúng tôi chọn đề tài “THIẾT KẾ MÔ HÌNH HỆ THỐNG IOT CHO NHÀ KÍNH

1

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN

TRỒNG RAU”. Ý tưởng của đề tài được dựa trên đồ án tốt nghiệp “Thiết kế và

thi công hệ thống IOT phục vụ cho nông nghiệp ứng dụng gateway” của anh Trần

Quốc Tiến và Nguyễn Thanh Phong năm 2019

Sau quá trình thực hiện thì mạch có nhiều cải tiến sau:

 Có khả năng phát hiện được thiết bị hư hỏng vào báo về website.

 Sử dụng pin năng lượng mặt trời cung cấp điện cho hệ thống.

1.2 MỤC TIÊU ĐỀ TÀI

Mục tiêu của đề tài là xây dựng được một hệ thống IoT trong nông nghiệp

có khả năng giám sát nhiệt độ, độ ẩm, cường độ ánh sáng (thông qua các cảm biến),

ổn định điều kiện môi trường (thông qua bơm nước, phun sương, đèn, quạt, màn

che nắng). Hệ thống này cho phép thực hiện các thao tác giám sát - điều khiển trên

một trang web.

Đề tài được thực hiện với các mục tiêu sau:

 Thiết kế mô hình hệ thống các vườn nhà kính có trong thực tế và cân chỉnh

mô hình phù hợp.

 Hệ thống thu thập được giá trị từ các cảm biến. Cụ thể là các thông số về

độ ẩm đất, nhiệt độ, độ ẩm không khí, ánh sáng.

 Sau đó, các giá trị được phân tích và so sánh với thông số yêu cầu trong

nông nghiệp để thực hiện tự động tưới nước, phun sương, bật đèn, quạt,

màn che nắng.

 Hệ thống được lắp đặt camera trong nhà kính để giám sát từ xa.

 Giám sát toàn bộ hệ thống thông qua web.

1.3 NỘI DUNG THỰC HIỆN

Đề tài được thực hiện với những nội dung sau:

 Tìm hiểu nguyên lý hoạt động, tính năng của các module vi xử lý, các cảm

biến có chức năng đo độ ẩm đất, nhiệt độ và độ ẩm không khí, cường độ

ánh sáng, cảm biến đo dòng diện.

 Nghiên cứu các ứng dụng và chức năng của giao thức các chuẩn kết nối

truyền thông không dây và cơ sở dữ liệu firebase.

 Thiết kế và thi công mô hình phần cứng của hệ thống.

2

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN

 Thi công lập trình hệ thống và thiết kế ứng dụng theo dõi trên máy tính.

 Xây dựng và hoàn thiện mô hình hệ thống.

 Tiến hành mô phỏng thử nghiệm hệ thống và cân chỉnh hợp lý.

 Viết báo cáo luận văn.

 Bảo vệ khoá luận tốt nghiệp.

1.4 BỐ CỤC LUẬN VĂN

Luận văn được chia làm 6 chương với các nội dung sau:

 Chương 1. Giới thiệu

Chương này trình bày đặt vấn đề dẫn nhập lý do chọn đề tài, mục tiêu, nội

dung nghiên cứu, các giới hạn thông số và bố cục đồ án.

 Chương 2. Cơ sở lý thuyết

Trình bày các lý thuyết cơ bản của ứng dụng IoT trong nông nghiệp thông

minh. Giới thiệu các chuẩn truyền thông, truyền dữ liệu trong ứng dụng IoT

và giao thức kết nối liên quan đến các vấn đề dùng thể thiết kế, thi công cho

hệ thống của đề tài.

 Chương 3: Thiết kế và tính toán.

Giới thiệu và trình bày yêu cầu công năng và yêu cầu kỹ thuật để đi tới thiết

kế mô hình tổng thể và sơ đồ khối. Bên cạnh đó, phân tích chức năng các

khối để chọn linh kiện phù hợp và vẽ sơ đồ nguyên lý.

 Chương 4. Thi công hệ thống

Giới thiệu lại các linh kiện được lựa chọn và trình bày quá trình thiết kế, lắp

ráp, đo đạc và kiểm tra hệ thống. Thiết kế lưu đồ, lập trình hệ thống, thiết

kế ứng dụng trên điện thoại và trình bày hướng dẫn các thao tác sử dụng.

 Chương 5. Kết quả, nhận xét và đánh giá

Trình bày kết quả đã thực hiện, về cả phần cứng lẫn phần mềm.

Nêu ra nhận xét và đánh giá.

 Chương 6: Kết luận và hướng phát triển.

Tóm tắt kết quả đạt được, nêu ra những hạn chế và các hướng phát triển của

đề tài trong tương lai.

3

CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT

Chương 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT

2.1 MÔ HÌNH IOT ỨNG DỤNG TRONG NÔNG NGHIỆP

Nông nghiệp thông minh là một hệ thống công nghệ cao và hiệu quả để làm

nông nghiệp và trồng thực phẩm sạch một cách bền vững. Nó là một ứng dụng của

việc triển khai các thiết bị kết nối và công nghệ sáng tạo với nhau vào nông nghiệp.

Nông nghiệp thông minh chủ yếu phụ thuộc vào IoT, do đó loại bỏ nhu cầu lao

động chân tay của nông dân và người trồng trọt và do đó tăng năng suất theo mọi

cách có thể.

Với xu hướng nông nghiệp gần đây phụ thuộc vào Internet of Things đã mang

lại những lợi ích to lớn như sử dụng nước hiệu quả, tối ưu hóa đầu vào và nhiều

lợi ích khác. Điều tạo nên sự khác biệt là những lợi ích to lớn và thứ đã trở thành

một nền nông nghiệp được cách mạng hóa trong những năm gần đây.

Nông nghiệp thông minh dựa trên IoT cải thiện toàn bộ hệ thống nông nghiệp

bằng cách giám sát đồng ruộng trong thời gian thực. Với sự trợ giúp của các cảm

biến và khả năng kết nối lẫn nhau, Internet of Things trong Nông nghiệp không chỉ

tiết kiệm thời gian của người nông dân mà còn giảm thiểu việc sử dụng lãng phí

các nguồn tài nguyên như nước và điện. Nó giữ cho các yếu tố khác nhau như độ

ẩm, nhiệt độ, độ ẩm đất, v.v. được kiểm tra và cho phép quan sát thời gian thực rõ

ràng.

Hình 2. 1: Mô hình IoT ứng dụng trong nông nghiệp

4

CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT

2.1.1 Điều kiện khí hậu

Khí hậu đóng một vai trò rất quan trọng đối với canh tác và việc hiểu biết

không đúng về khí hậu sẽ làm suy giảm nghiêm trọng số lượng và chất lượng của

sản xuất cây trồng. Nhưng các giải pháp IoT cho phép chúng ta biết điều kiện thời

tiết theo thời gian thực. Các cảm biến được đặt bên trong và bên ngoài các cánh

đồng nông nghiệp để thu thập dữ liệu từ môi trường được sử dụng để chọn loại cây

trồng phù hợp có thể phát triển và bền vững trong các điều kiện khí hậu cụ

thể. Toàn bộ hệ sinh thái IoT được tạo thành từ các cảm biến có thể phát hiện các

điều kiện thời tiết theo thời gian thực như độ ẩm, lượng mưa, nhiệt độ và rất chính

xác hơn. Có rất nhiều các cảm biến có sẵn để phát hiện tất cả các thông số này và

định cấu hình phù hợp để phù hợp với yêu cầu canh tác thông minh của nhóm

chúng tôi. Các cảm biến này giám sát tình trạng của cây trồng và thời tiết xung

quanh chúng. Nếu tìm thấy bất kỳ điều kiện thời tiết đáng lo ngại nào, thì một cảnh

báo sẽ được gửi đi.

2.1.2 Canh tác chính xác

Nông nghiệp chính xác, canh tác chính xác là một trong những ứng dụng nổi

tiếng nhất của IoT trong nông nghiệp. Nó làm cho canh tác chính xác hơn và được

kiểm soát bằng cách hiện thực hóa các ứng dụng nông nghiệp thông minh như

giám sát vật nuôi, theo dõi xe cộ, quan sát hiện trường và giám sát hàng tồn kho.

Mục tiêu của canh tác chính xác là phân tích dữ liệu, được tạo ra thông qua cảm

biến, để phản ứng phù hợp. Canh tác chính xác giúp nông dân tạo dữ liệu với sự

trợ giúp của các cảm biến và phân tích thông tin đó để đưa ra các quyết định thông

minh và nhanh chóng. Có rất nhiều kỹ thuật canh tác chính xác như quản lý thủy

lợi, quản lý vật nuôi, theo dõi phương tiện và nhiều kỹ thuật khác đóng vai trò quan

trọng trong việc tăng hiệu suất và hiệu quả. Với sự trợ giúp của canh tác chính xác,

chúng ta có thể phân tích điều kiện đất và các thông số liên quan khác để tăng hiệu

quả hoạt động. Không chỉ vậy, chúng ta còn có thể phát hiện điều kiện làm việc

theo thời gian thực của các thiết bị được kết nối để phát hiện nước và mức dinh

dưỡng.

5

CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT

2.1.3 Giám sát nhà kính.

Để làm cho nhà kính của chúng tôi trở nên thông minh, IoT đã cho phép các

trạm thời tiết tự động điều chỉnh các điều kiện khí hậu theo một bộ hướng dẫn cụ

thể. Việc áp dụng IoT trong Nhà kính đã loại bỏ sự can thiệp của con người, do đó

làm cho toàn bộ quy trình tiết kiệm chi phí và đồng thời tăng độ chính xác. Ví dụ,

sử dụng các cảm biến IoT chạy bằng năng lượng mặt trời xây dựng các nhà kính

hiện đại và rẻ tiền. Các cảm biến này thu thập và truyền dữ liệu thời gian thực giúp

theo dõi trạng thái nhà kính rất chính xác trong thời gian thực. Với sự trợ giúp của

các cảm biến, lượng nước tiêu thụ và trạng thái nhà kính có thể được theo dõi qua

web, tưới tiêu tự động và thông minh được thực hiện với sự trợ giúp của IoT. Các

cảm biến này giúp cung cấp thông tin về mức áp suất, độ ẩm, nhiệt độ và ánh sáng.

Hình 2. 2: Mô hình IoT nhà kính

2.1.4 Phân tích dữ liệu

Hệ thống cơ sở dữ liệu thông thường không có đủ dung lượng lưu trữ cho dữ

liệu được thu thập từ các cảm biến IoT. Lưu trữ dữ liệu dựa trên đám mây và nền

tảng IoT đầu cuối đóng một vai trò quan trọng trong hệ thống nông nghiệp thông

6

CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT

minh. Các hệ thống này được ước tính đóng một vai trò quan trọng để có thể thực

hiện các hoạt động tốt hơn. Trong thế giới IoT, cảm biến là nguồn chính để thu

thập dữ liệu trên quy mô lớn. Dữ liệu được phân tích và chuyển đổi thành thông

tin có ý nghĩa bằng cách sử dụng các công cụ phân tích. Phân tích dữ liệu giúp

phân tích điều kiện thời tiết, điều kiện chăn nuôi và điều kiện cây trồng. Dữ liệu

thu thập được thúc đẩy các đổi mới công nghệ và do đó đưa ra các quyết định tốt

hơn. Với sự trợ giúp của các thiết bị IoT, chúng ta có thể biết trạng thái thời gian

thực của cây trồng bằng cách thu thập dữ liệu từ các cảm biến. Sử dụng phân tích

dự đoán, chúng ta có thể hiểu rõ hơn để đưa ra quyết định tốt hơn liên quan đến

việc thu hoạch, phân tích xu hướng giúp người nông dân biết được điều kiện thời

tiết sắp tới và thu hoạch cây trồng. IoT trong ngành nông nghiệp đã giúp người

nông dân duy trì chất lượng cây trồng và độ phì nhiêu của đất, do đó nâng cao khối

lượng và chất lượng sản phẩm.

2.2 CÁC CHUẨN TRUYỀN THÔNG ỨNG DỤNG TRONG IOT

Truyền thông không dây là yếu tố quan trọng trong việc triển khai các hệ

thống ứng dụng IoT. Tuy nhiên, tuỳ vào mỗi trường hợp mà việc ứng dụng IoT sẽ

có những giải pháp truyền thông không dây khác nhau. Mỗi giải pháp đều có điểm

mạnh và điểm yếu riêng khi đề cập đến phạm vi hoạt động, khả năng mở rộng, tính

tiện dụng, tốc độ truyền dẫn và chi phí giá cả phù hợp. Hiện nay, có rất nhiều loại

chuẩn truyền thông được ứng dụng trong IoT nhưng chủ yếu dựa trên hai chuẩn

chính của IEEE là Chuẩn IEEE 802.11 Wifi – Wireless Fidelity và Chuẩn IEEE

802.15 Wireless PAN.

2.2.1 Chuẩn IEEE 802.11 Wifi – Wireless Fidelity

IEEE 802.11 là một tập hợp các chuẩn bao gồm các đặc điểm kỹ thuật liên

quan đến hệ thống mạng không dây. Chuẩn IEEE 802.11 mô tả một giao tiếp

“truyền qua chân không” sử dụng sóng vô tuyến để truyền nhận tín hiệu giữa một

thiết bị không dây và tổng đài hoặc điểm truy cập (access point - AP) hoặc giữa

hai hay nhiều thiết bị không dây kết nối với nhau [1].

Trong một cấu hình mạng Wifi, một thiết bị thu phát được gọi một điểm truy

cập kết nối với mạng có dây từ một vị trí cố định sử dụng cáp Ethernet chuẩn, điểm

7

CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT

truy cập nhận lưu vào bộ nhớ đệm và truyền dữ liệu mạng Wifi trên cơ sở mạng

nối dây. Một điểm truy cập đơn hỗ trợ một nhóm người sử dụng và vận hành bên

trong phạm vi từ vài mét tới vài chục mét. Điểm truy cập thường được gắn trên

cao nhưng thực tế được gắn bất cứ nơi nào miễn là trong khoảng vô tuyến cần thu

được. Người dùng đầu cuối truy cập mạng Wifi thông qua các card giao tiếp mạng

WLAN được thực hiện như các card PC trong các máy tính hoặc sử dụng card giao

tiếp ISA hay PCI trong các máy tính để bàn, cáƯc thiết bị tích hợp hoàn toàn bên

trong các thiết bị cầm tay. Các card giao tiếp mạng WLAN cung cấp một giao diện

giữa hệ điều hành mạng (NOS) và sóng giao tiếp qua một anten [1].

802.11n sử dụng nhiều ăng-ten không dây song song để truyền và nhận dữ

liệu. Thuật ngữ MIMO (Multiple Input, Multiple Output) liên quan đề cập đến khả

năng của 802.11n và các công nghệ tương tự để phối hợp nhiều tín hiệu vô tuyến

đồng thời. 802.11n hỗ trợ tối đa 4 luồng đồng thời MIMO giúp tăng cả phạm vi và

thông lượng của mạng không dây. Trong kết nối mạng 802.11a/b/g, mỗi thiết bị

802.11n sử dụng kênh Wi-Fi đặt sẵn để truyền phát. Chuẩn 802.11n sử dụng dải

tần số lớn hơn các tiêu chuẩn trước đó, giúp tăng thông lượng dữ liệu [1].

Một số chuẩn kết nối wifi:

 Chuẩn 802.11b là chuẩn yếu nhất, hoạt động ở tần số 2.4 GHz, khả năng

xử lý 11 Mbps

 Chuẩn 802.11g cũng hoạt động ở tần số 2.4GHz nhưng có thể xử lý tới 54

Mbps

 Chuẩn 802.11a hoạt động ở tần số 5GHz và tốc độ xử lý 54 Mbps

 Chuẩn 802.11n hoạt động ở tần số 2.4 GHz nhưng tốc độ xử lý cao nhất,

lên đến 300 Mbps

Hiện nay wifi đóng vai trò rất lớn trong lĩnh vực Internet of Things, giúp kết

nối mọi thiết bị với nhau. Đây sẽ là lĩnh vực đầy hứa hẹn trong tương lai.

2.2.2 Chuẩn IEEE 802.15 Wireless PAN

IEEE 802.15 là mạng vô tuyến cá nhân không dây (Wireless Personal Area

Network) hay PAN là mạng máy tính cho phép giao tiếp giữa các thiết bị máy tính

8

CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT

ở gần một người. PAN có thể có dây, chẳng hạn như USB hoặc FireWire, hoặc

chúng có thể không dây, chẳng hạn như hồng ngoại, ZigBee, Bluetooth và băng

thông siêu rộng. Phạm vi của PAN thường là vài mét. Ví dụ về PAN không dây

hoặc WPAN, các thiết bị bao gồm tai nghe điện thoại di động, bàn phím không

dây, chuột không dây, máy in, máy quét mã vạch và bảng điều khiển trò chơi.

PAN không dây có các thiết bị hoạt động bằng pin sử dụng rất ít dòng

điện, chế độ ngủ thường được sử dụng để kéo dài tuổi thọ pin hơn nữa. Các giao

thức mạng có xu hướng đơn giản hơn Wi-Fi hoặc WiMAX (để giảm công suất bộ

xử lý cần thiết) và công suất truyền thường nhỏ hơn 1 miliwatt [2].

Chuẩn IEEE 802.15 có thể phân ra làm 3 loại mạng WPAN thông qua tốc độ

truyền, mức đọ tiêu hao năng lượng và chất lượng dịch vụ [2]:

 WPAN tốc độ cao (chuẩn IEEE 802.15.3) phù hợp với các ứng dụng đa

phương tiện yêu cầu chất lượng dịch vụ cao.

 WPAN tốc độ trung bình (IEEE 802.15.1/Bluetooth): được ứng dụng trong

các mạng điện thoại đến máy tính cá nhân bỏ túi và có chất lượng dịch vụ

phù hợp cho thông tin thoại.

 WPAN tốc độ thấp (IEEE 802.15.4/LR – WPAN): được dùng trong các

thiết bị có hạn, các ứng dụng y học yêu cầu độ tiêu hao năng lượng thấp,

chính tốc độ truyền dữ liệu thấp cho phép LR – WPAN tiêu hao ít năng

lượng. Trong công nghệ này thì Zigbee là một công nghệ tiêu biểu [2].

Bảng 2. 1: So sánh một số thông số giữa Zigbee, Wifi và Bluetooth [2]

Zigbee Wifi Bluetooth

868 Mhz/ 915 Mhz/ Tần số 2.4 Ghz 2.4 Ghz/ 5 Ghz 2.4 GHz

Tốc độ truyền 20-250Kbps 1-100Mbps 1-3Mbps

Khoảng cách 10 - 75m 30-100m 2-10m truyền

9

CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT

2.3 CÁC CHUẨN TRUYỀN DỮ LIỆU TRONG ỨNG DỤNG IOT

2.3.1 Chuẩn giao tiếp UART

UART là viết tắt của Universal Asynchronous Receiver – Transmitter có

nghĩa là truyền dữ liệu nối tiếp bất đồng bộ. Truyền dữ liệu nối tiếp bất đồng bộ

có một đường phát dữ liệu và một đường nhận dữ liệu, không có tín hiệu xung

clock nên gọi là bất đồng bộ. Để truyền được dữ liệu thì cả bên phát và bên nhận

phải tự tạo xung clock có cùng tần số và thường được gọi là tốc độ baud, ví dụ như

2400 baud, 4800 baud, 9600 baud [3].

Hình 2. 3: Hệ thống truyền dữ liệu bất đồng bộ.

Giao tiếp UART chế độ bất đồng bộ sử dụng một dây kết nối cho mỗi chiều

truyền dữ liệu do đó để quá trình truyền nhận dữ liệu thành công thì việc tuân thủ

các tiêu chuẩn truyền là hết sức quan trọng. Sau đây là các khái niệm quan trọng

trong chế độ truyền thông này [3]:

Baud rate (tốc độ Baud): Để việc truyền và nhận bất đồng bộ xảy ra thành

công thì các thiết bị tham gia phải thống nhất với nhau về khoảng thời gian dành

cho 1 bit truyền, hay nói cách khác tốc độ truyền phải được cài đặt như nhau trước

khi truyền nhận, tốc độ này gọi là tốc độ Baud. Tốc độ Baud là số bit truyền trong

một giây. Ví dụ, nếu tốc độ Baud được đặt là 9600 bit/giây thì thời gian dành cho

một bit truyền là 1/9600~104.167us.

Frame (khung truyền): Do truyền thông nối tiếp mà nhất là nối tiếp bất đồng

bộ rất dễ mất hoặc sai lệch dữ liệu, quá trình truyền thông theo kiểu này phải tuân

10

CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT

theo một số quy cách nhất định. Bên cạnh tốc độ Baud, khung truyền là một yếu

tố quan trọng tạo nên sự thành công khi truyền và nhận. Khung truyền bao gồm

các quy định về số bit trong mỗi lần truyền, các bit báo hiệu như bit Start và bit

Stop, các bit kiểm tra như Parity, ngoài ra số lượng các bit dữ liệu trong mỗi lần

truyền cũng được quy định bởi khung truyền.

Để bắt đầu cho việc truyền dữ liệu bằng UART, một START bit được gửi

đi, sau đó là các bit dữ liệu và kết thúc quá trình truyền là STOP bit [3].

Hình 2. 4: Khung truyền dữ liệu trong chế độ bất đồng bộ.

Start bit: Là bit đầu tiên được truyền trong một khung truyền, bit này có chức

năng báo cho thiết bị nhận biết rằng có một gói dữ liệu sắp được truyền tới. Start

bit là bit bắt buộc phải có trong khung truyền [3].

Data: Data hay dữ liệu cần truyền là thông tin chính mà chúng ta cần gửi và

nhận. Dữ liệu cần truyền không nhất thiết phải là gói 8 bit, có thể quy định số lượng

bit của dữ liệu là 5, 6, 7, 8 hoặc 9. Trong truyền thông nối tiếp USART, bit có ảnh

hưởng nhỏ nhất của dữ liệu sẽ được truyền trước và cuối cùng là bit có ảnh hưởng

lớn nhất [3].

Parity bit: Là bit dùng kiểm tra dữ liệu truyền đúng không (một cách tương

đối). Có 2 loại parity là parity chẵn và parity lẻ. Parity chẵn nghĩa là số lượng bit

1 trong dữ liệu bao gồm bit parity luôn là số chẵn. Ngược lại, tổng số lượng các

bit 1 trong parity lẻ luôn là lẻ. Ví dụ, nếu dữ liệu của bạn là 10111011 nhị phân,

có tất cả 6 bit 1 trong dữ liệu này, nếu parity chẵn được dùng, bit parity sẽ mang

giá trị 0 để đảm bảo tổng các bit 1 là số chẵn (6 bit 1). Nếu parity lẻ được yêu cầu

thì giá trị của parity bit là 1. Parity bit không phải là bit bắt buộc và vì thế chúng

ta có thể loại bit này khỏi khung truyền [3].

11

CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT

Stop bits: Là một hoặc các bit báo cho thiết bị nhận rằng một gói dữ liệu đã

được gửi xong. Sau khi nhận được stop bits, thiết bị nhận sẽ tiến hành kiểm tra

khung truyền để đảm bảo tính chính xác của dữ liệu. Stop bits là các bit bắt buộc

xuất hiện trong khung truyền [3].

Khung truyền phổ biến nhất là (Start bit + 8 bit dữ liệu + stop bit).

2.3.2 Chuẩn giao tiếp I2C

a. Khái niệm

I2C là tên viết tắt của cụm từ Inter-Intergrated Circuit. Đây là đường Bus

giao tiếp giữa các IC với nhau. I2C mặc dù được phát triển bới Philips. Nhưng nó

đã được rất nhiều nhà sản xuất IC trên thế giới sử dụng. I2C trở thành một chuẩn

công nghiệp cho các giao tiếp điều khiển, có thể kể ra đây một vài tên tuổi ngoài

Philips như: Texas Intrument (TI), MaximDallas, analog Device, National

Semiconductor ... Bus I2C được sử dụng làm bus giao tiếp ngoại vi cho rất nhiều

loại IC khác nhau như các loại Vi điều khiển 8051, PIC, AVR, ARM... chip nhớ

như: RAM tĩnh (Static Ram), EEPROM, bộ chuyển đổi tương tự số (ADC), số

tương tự (DAC), IC điểu khiển LCD, LED [3]...

Hình 2. 5: Sơ đồ giao tiếp theo chuẩn I2C.

b. Đặc điểm và nguyên lý hoạt động

I2C sử dụng hai đường truyền tín hiệu:

 Một đường xung nhịp clock (SCL) chỉ do Master phát đi (thông thường ở

100kHz và 400kHz. Mức cao nhất là 1Mhz và 3.4MHz).

 Một đường dữ liệu (SDA) theo 2 hướng

12

CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT

Có rất nhiều thiết bị có thể cùng được kết nối vào một bus I2C, tuy nhiên sẽ

không xảy ra chuyện nhầm lẫn giữa các thiết bị, bởi mỗi thiết bị sẽ được nhận ra

bởi một địa chỉ duy nhất với một quan hệ chủ - tớ tồn tại trong suốt thời gian kết

nối. Mỗi thiết bị có thể hoạt động như là thiết bị nhận hoặc truyền dữ liệu hay có

thể vừa truyền vừa nhận. Hoạt động truyền hay nhận còn tùy thuộc vào việc thiết

bị đó là chủ (master) hãy tớ (slave).

Một thiết bị hay một IC khi kết nối với bus I2C, ngoài một địa chỉ (duy nhất)

để phân biệt, nó còn được cấu hình là thiết bị chủ hay tớ. Đó là vì trên một bus I2C

thì quyền điều khiển thuộc về thiết bị chủ. Thiết bị chủ nắm vai trò tạo xung clock

cho toàn hệ thống, khi giữa hai thiết bị chủ - tớ giao tiếp thì thiết bị chủ có nhiệm

vụ tạo xung clock và quản lý địa chỉ của thiết bị tớ trong suốt quá trình giao tiếp.

Thiết bị chủ giữ vai trò chủ động, còn thiết bị tớ giữ vai trò bị động trong việc giao

tiếp.

Về lý thuyết lẫn thực tế I2C sử dụng 7 bit để định địa chỉ, do đó trên một bus

có thể có tới 2^7 địa chỉ tương ứng với 128 thiết bị, nhưng chỉ có 112 có thể kết

nối 16 địa chỉ còn lại được sử dụng vào mục đích riêng. Bit còn lại quy định việc

đọc hay ghi dữ liệu (1 là write, 0 là read).

Điểm mạnh của I2C chính là hiệu suất và sự đơn giản của nó, một khối điều

khiển trung tâm có thể điều khiển cả một mạng thiết bị mà chỉ cần hai lối ra điều

khiển [3].

2.4 GIỚI THIỆU VỀ LẬP TRÌNH WEB

2.4.1 Ngôn ngữ HTML

HTML viết tắt của Hypertext Markup Language là ngôn ngữ lập trình dùng

để xây dựng và cấu trúc lại các thành phần có trong Website. HTML tạm dịch là

ngôn ngữ đánh dấu siêu văn bản. Người ta thường sử dụng HTML trong việc phân

chia các đoạn văn, heading, links, blockquotes [4]…

HTML được tạo ra bởi Tim Berners-Lee, một nhà vật lý học của trung tâm

nghiên cứu CERN ở Thụy Sĩ. Hiện nay, HTML đã trở thành một chuẩn Internet

được tổ chức W3C (World Wide Web Consortium) vận hành và phát triển. Chúng

13

CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT

ta có thể tự tìm kiếm tình trạng mới nhất của HTML tại bất kỳ thời điểm nào trên

Website của W3C.

Phiên bản đầu tiên của HTML xuất hiện năm 1991, gồm 18 tag HTML. Phiên

bản HTML 4.01 được xuất bản năm 1999. Sau đó, các nhà phát triển đã thay thế

HTML bằng XHTML vào năm 2000.

Đến năm 2014, HTML được nâng cấp lên chuẩn HTML5 với nhiều tag được

thêm vào markup, mục đích là để xác định rõ nội dung thuộc loại là gì (ví dụ như:

,

,