Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế và thi công hệ thống giám sát chỉ số môi trường và hiển thị thông tin trên Web

Chia sẻ: Xylitol Extra | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:75

Thêm vào BST

Báo xấu

263
lượt xem 61
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Xây dựng và phát triển mô hình Giám sát chỉ số môi trường hiển thị trên Web thông qua Wifi. Hệ thống này sẽ đo các thông số chính xác tại khu vực đặt trạm như: nhiệt độ, độ ẩm, bụi, cường độ ánh sáng. Từ đó đưa ra những cảnh báo quan trọng dựa trên dữ liệu đo được từ cảm biến. Mời các bạn cùng tham khảo.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế và thi công hệ thống giám sát chỉ số môi trường và hiển thị thông tin trên Web

BỘ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HỒ CHÍ MINH KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH --------------------------------- ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ TRUYỀN THÔNG ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG HỆ THỐNG GIÁM SÁT CHỈ SỐ MÔI TRƯỜNG VÀ HIỂN THỊ THÔNG TIN TRÊN WEB GVHD: PGS. TS Nguyễn Thanh Hải SVTH: Trần Xuân Thức 15141302 Trần Văn Trí 15141315 Tp. Hồ Chí Minh – 6/2019
BỘ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HỒ CHÍ MINH KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH --------------------------------- ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ TRUYỀN THÔNG ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG HỆ THỐNG GIÁM SÁT CHỈ SỐ MÔI TRƯỜNG VÀ HIỂN THỊ THÔNG TIN TRÊN WEB GVHD: PGS. TS Nguyễn Thanh Hải SVTH: Trần Xuân Thức 15141302 Trần Văn Trí 15141315 Tp. Hồ Chí Minh – 6/2019
TRƯỜNG ĐH SPKT TP. HỒ CHÍ MINH CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ ĐỘC LẬP - TỰ DO - HẠNH PHÚC BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH ----o0o---- Tp. HCM, ngày 05 tháng 07 năm 2019 NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên: Trần Xuân Thức MSSV: 15141302 Trần Văn Trí MSSV: 15141315 Chuyên ngành: Kỹ thuật Điện Tử, Truyền Thông Mã ngành: 141 Hệ đào tạo: Đại học chính quy Mã hệ: 1 Khóa: 2015 Lớp: 15141DT I. TÊN ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG HỆ THỐNG GIÁM SÁT CHỈ SỐ MÔI TRƯỜNG VÀ HIỂN THỊ THÔNG TIN TRÊN WEB II. NHIỆM VỤ Nội dung thực hiện: - Đọc các tài liệu, đồ án tốt nghiệp, đề tài. - Tìm hiểu cách thức hoạt động của các cảm biến sử dụng. - Tìm hiểu các chuẩn truyền thông như UART, I2C. - Thiết kế giao diện để giám sát: Web giám sát dữ liệu đo được từ cảm biến. - Thiết kế và thi công mô hình trạm giám sát. - Tính toán các thông số quy đổi cho các cảm biến. - Viết chương trình điều khiển cho Arduino, nạp code và chạy thử nghiệm sản phẩm, chỉnh sửa và hoàn thiện hệ thống. - Thực hiện viết sách luận văn báo cáo. - Tiến hành báo cáo đề tài tốt nghiệp. III. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 19/02/2019 IV. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 05/07/2019 V. HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: PGS. TS NGUYỄN THANH HẢI CÁN BỘ HƯỚNG DẪN BM. ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH i
TRƯỜNG ĐH SPKT TP. HỒ CHÍ MINH CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ ĐỘC LẬP - TỰ DO - HẠNH PHÚC BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH ----o0o---- Tp. HCM, ngày 05 tháng 07 năm 2019 LỊCH TRÌNH THỰC HIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên 1: Trần Xuân Thức Lớp: 15141DT2A MSSV: 15141302 Họ tên sinh viên 2: Trần Văn Trí Lớp: 15141DT1A MSSV: 15141315 Tên đề tài: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG HỆ THỐNG GIÁM SÁT CHỈ SỐ MÔI TRƯỜNG VÀ HIỂN THỊ THÔNG TIN TRÊN WEB Xác nhận Tuần/ngày Nội dung GVHD Tuần 1 (18/02 - 24/02) Gặp gỡ GVHD và trao đổi về đề tài tốt nghiệp. Tuần 2 (25/02 - 03/03) Tìm hiểu các đề tài nghiên cứu có liên quan. Tuần 3 (04/03 - 10/03) Tìm hiểu các chuẩn giao tiếp sử dụng trong đề tài. Tuần 4 (11/03 - 17/03) Tìm hiểu tất cả các linh kiện sử dụng trong đề tài. Tuần 5 (18/03 - 24/03) Viết code arduino và chạy thử nghiệm một số cảm biến liên quan đến đề tài. Báo cáo tiến độ với GVHD. Tuần 6 (25/03 - 31/03) Hoàn thành vẽ mạch sử dụng tất cả các cảm biến và làm mạch thử nghiệm 1. Tuần 7 (01/04 - 07/04) Viết báo cáo chương 1, 2 và báo cáo tiến độ với GVHD. Tuần 8 (08/04 - 14/04) Giao tiếp với module wifi và tiến hành gửi dữ liệu lên web. Tuần 9 (15/04 - 21/04) Tổng hợp code toàn mạch. Thiết kế mạch toàn bộ các cảm biến và làm mạch thử nghiệm 2. Tuần 10 (22/04 -28/04) Tạo giao diện web hiển thị và tiến hành chỉnh sửa cho phù hợp. Tuần 11 (29/04 - 05/05) Kiểm tra và chỉnh sửa toàn mạch. Viết báo cáo chương 3, 4, 5. ii
Tuần 12, 13 (06/05 - Hoàn thành bài báo cáo. 19/05) Gặp GVHD để báo cáo tiến độ. Tuần 14,15,16 (20/05 - Chỉnh sửa và hoàn thành toàn bộ bài báo cáo. 09/06) GV HƯỚNG DẪN (Ký và ghi rõ họ và tên) iii
LỜI CAM ĐOAN Đề tài này là do chúng em tự thực hiện dựa vào một số tài liệu trước đó và không sao chép từ tài liệu hay công trình đã có trước đó. Nhóm thực hiện đề tài Trần Xuân Thức Trần Văn Trí iv
LỜI CẢM ƠN Lời đầu tiên chúng em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới các thầy cô giáo trong Bộ môn Điện Tử Y Sinh nói riêng và các thầy cô giáo trong Khoa Điện – Điện Tử nói chung đã nhiệt tình giúp đỡ chúng em về các kiến thức liên quan tới lĩnh vực nghiên cứu của đề tài trong thời gian thực hiện đề tài, cũng như các kiến thức mà các thầy cô đã truyền đạt cho chúng em trong suốt thời gian học tập tại trường. Xin gửi lời cảm ơn chân thành nhất đến giáo viên hướng dẫn PGS. TS Nguyễn Thanh Hải đã tận tình hướng dẫn, giúp đỡ, cung cấp các kiến thức quan trọng tạo điều kiện thuận lợi trong thời gian thực hiện đề tài. Chúng em gửi lời cảm ơn ba mẹ và người thân đã đồng hành và động viên trong suốt quá trình thực hiện đề tài. Chúng em cũng gửi lời đồng cảm ơn đến các bạn lớp 15141DT đã chia sẻ trao đổi kiến thức cũng như những kinh nghiệm quý báu trong quá trình thực hiện đề tài. Xin chân thành cảm ơn! Người thực hiện đề tài Trần Xuân Thức Trần Văn Trí v
MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN .............................................................................................................. iv LỜI CẢM ƠN ..................................................................................................................... v MỤC LỤC .......................................................................................................................... vi LIỆT KÊ HÌNH VẼ ......................................................................................................... viii LIỆT KÊ BẢNG ................................................................................................................. x TÓM TẮT .......................................................................................................................... xi Chương 1. TỔNG QUAN ................................................................................................... 1 1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ............................................................................................................... 1 1.2 MỤC TIÊU .................................................................................................................... 2 1.3 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU ......................................................................................... 2 1.4 GIỚI HẠN ..................................................................................................................... 2 1.5 BỐ CỤC ........................................................................................................................ 3 Chương 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT ........................................................................................ 4 2.1 QUY TRÌNH GIÁM SÁT CỦA HỆ THỐNG .............................................................. 4 2.2 GIỚI THIỆU PHẦN CỨNG ......................................................................................... 4 2.2.1 Khối cảm biến ......................................................................................................... 4 2.2.2 Khối vi điều khiển ................................................................................................ 10 2.2.3 Khối nhận tín hiệu ................................................................................................ 13 2.2.4 Khối hiển thị ......................................................................................................... 14 2.2.5 Các chuẩn giao tiếp ............................................................................................... 17 Chương 3. TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ ......................................................................... 23 3.1 GIỚI THIỆU ............................................................................................................... 23 3.2 TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG ................................................................ 23 3.2.1 Tính toán và thiết kế mạch.................................................................................... 24 3.2.2 Điện áp và dòng điện của các linh kiện ................................................................ 29 3.3 LẬP TRÌNH HỆ THỐNG ........................................................................................... 31 3.3.1 Lưu đồ giải thuật ................................................................................................... 31 3.3.2 Phần mềm lập trình cho vi điều khiển .................................................................. 33 3.3.3 Phần mềm lập trình cho Web sử dụng phần mềm ThingSpeak............................ 35 Chương 4. THI CÔNG HỆ THỐNG ................................................................................ 44 vi
4.1 GIỚI THIỆU ............................................................................................................... 44 4.2 THI CÔNG HỆ THỐNG ............................................................................................ 44 4.2.1 Thi công bo mạch ................................................................................................. 44 4.2.2 Lắp ráp và kiểm tra ............................................................................................... 46 4.3 ĐÓNG GÓI VÀ THI CÔNG MÔ HÌNH .................................................................... 47 4.3.1 Đóng gói bộ điều khiển......................................................................................... 47 4.3.2 Thi công mô hình .................................................................................................. 47 4.4 VIẾT TÀI LIỆU HƯỚNG DẪN SỬ DỤNG.............................................................. 48 Chương 5. KẾT QUẢ_NHẬN XÉT_ĐÁNH GIÁ ........................................................... 49 5.1 KẾT QUẢ THỰC TẾ ................................................................................................. 49 5.2 ĐÁNH GIÁ HOẠT ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG.......................................................... 53 Chương 6. KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ...................................................... 54 6.1 KẾT LUẬN ................................................................................................................. 54 6.2 HƯỚNG PHÁT TRIỂN .............................................................................................. 55 TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................................. 56 PHỤ LỤC .......................................................................................................................... 57 vii
LIỆT KÊ HÌNH VẼ Hình Trang Hình 2-1. Sơ đồ chân của cảm biến DHT11 ...................................................................... 5 Hình 2-2. Sơ đồ kết nối giữa Vi điều khiển với DHT11 .................................................... 6 Hình 2-3. Cảm biến bụi Sharp GP2Y10 ............................................................................. 7 Hình 2-4. Sơ đồ chân và tổng quan quá trình kết nối với vi điều khiển của cảm biến bụi Sharp GP2Y10 .................................................................................................................... 8 Hình 2-5. Sơ đồ chân kết nối của cảm biến BH1750 ......................................................... 9 Hình 2-6. Arduino Uno R3 ............................................................................................... 12 Hình 2-7. Module ESP8266 V1....................................................................................... 13 Hình 2-8. Màn hình LCD 20x4 ....................................................................................... 15 Hình 2-9. Module I2C chuyển đổi LCD ........................................................................... 17 Hình 2-10. Kết nối các thiết bị theo chuẩn I2C ................................................................ 18 Hình 3 1. Sơ đồ khối hệ thống giám sát chỉ số môi trường .............................................. 23 Hình 3-2. Sơ đồ nguyên lý khối cảm biến ........................................................................ 25 Hình 3-3. Các chân giao tiếp của module ESP8266V1 .................................................... 27 Hình 3-4. Sơ đồ nguyên lý khối giao tiếp với Arduino Uno R3 ...................................... 27 Hình 3-5. Sơ đồ nguyên lý toàn hệ thống giám sát chỉ số môi trường ............................. 28 Hình 3-6. Adapter 12V – 1A ............................................................................................ 31 Hình 3-7. Lưu đồ chương trình chính của hệ thống giám sát chỉ số môi trường qua Web. ........................................................................................................................................... 31 Hình 3-8. Lưu đồ chương trình con về quá trình thu thập dữ liệu và đưa dữ liệu lên Web. ........................................................................................................................................... 33 Hình 3-9. Các vùng làm việc của phần mềm. .................................................................. 34 Hình 3-10. Cảnh báo có thể xuất hiện khi sử dụng phần mềm IDE ................................. 35 Hình 3-11. Trình duyệt truy cập vào ThingSpeak ............................................................ 36 Hình 3-12. Giao diện ban đầu của Thingspeak ................................................................ 36 Hình 3-13. Giao diện khởi tạo tài khoản ThingSpeaks .................................................... 37 Hình 3-14. Giao diện cài đặt một số thông số của Web ................................................... 38 Hình 3-15. Giao diện điểm thể hiện giá trị cảm biến đo được tại các khoảng thời gian khác nhau của ThingSpeaks .............................................................................................. 38 Hình 3-16. Giao diện cột thể hiện giá trị cảm biến đo được tại các khoảng thời gian khác nhau. .................................................................................................................................. 39 Hình 3-17. Thông tin của cảm biến muốn hiển thị lên Server Web ................................. 40 Hình 3-18. Giáo sát bằng giao diện đồng hồ của Thingspeaks ........................................ 40 Hình 3-19. Thông tin của BH1750 với giao diện đồng hồ. .............................................. 41 Hình 3-20. Giao diện giám sát thời gian gửi dữ liệu lên Server Web. ............................. 42 Hình 3-21. Giao diện cảnh báo của Thingspeaks ............................................................. 42 Hình 3-22. Thông tín giao diện cảnh báo của độ ẩm. ...................................................... 43 viii
Hình 4-1. Lớp dưới PCB của toàn mạch .......................................................................... 45 Hình 4-2. Mạch thực tế ..................................................................................................... 46 Hình 4-3. Mô hình vẽ trên AutoCAD của hệ thống ......................................................... 47 Hình 4-4. Mô hình thực tế sau khi cố định các mặt cắt .................................................... 48 Hình 5-1. Hình chụp hệ thống thực tế .............................................................................. 49 Hình 5-2. Kết quả đo được lúc 16:00 ............................................................................... 50 Hình 5-3. Kết quả đo được lúc 16:30 ............................................................................... 51 Hình 5-4. Thống kê số liệu thông qua phần mềm excel ................................................... 52 ix
LIỆT KÊ BẢNG Bảng Trang Bảng 2-1. Bảng so sánh các cảm biến đo nhiệt độ và độ ẩm thông dụng. ......................... 4 Bảng 2-2. Chân kết nối của cảm biến bụi GP2Y10 ............................................................ 8 Bảng 2-3. Chân kết nối của cảm biến BH1750 .................................................................. 9 Bảng 2-4. Một vài thông số lựa chọn Arduino trong các board Arduino phổ biến. ......... 10 Bảng 2-5. Thông số Arduino Uno R3 ............................................................................... 11 Bảng 2-6. Thông số kỹ thuật: Các chân của LCD ............................................................ 15 Bảng 2-7. Các lênh AT chung .......................................................................................... 20 Bảng 2-8. Các lệnh AT cấu hình module WiFi ................................................................ 21 Bảng 2-9. Các lệnh AT đối với module WiFi cấu hình là trạm/khách ............................. 21 Bảng 3-1. Dòng điện và điện áp làm việc của các linh kiện. ........................................... 29 Bảng 4-1. Danh sách các linh kiện. .................................................................................. 44 Bảng 5-1. Thống kê số liệu các lần đo ............................................................................. 52 x
TÓM TẮT Ngày nay, sự phát triển của khoa học kỹ thuật đã làm cho đời sống con người ngày càng được nâng cao. Khi mức sống con người được nâng cao thì đòi hỏi môi trường sống của con người cần được cải thiện nhiều hơn. Sống trong một xã hội mà các chỉ số môi trường an toàn với sức khỏe của con người là mục tiêu hướng tới của cộng đồng. Chính vì lẽ đó con người cần phải biết được các chỉ số môi trường sống hiện tại để từ đó có các biện pháp phòng tránh và cải thiện nó. Hiện nay với sự phát triển mạnh mẽ của IoT (Internet of Things) và giám sát dữ liệu đã được mở rộng thông qua web và các thiết bị được kết nối Internet. Từ đó tạo được sự thuận tiện và hiện đại trong cuộc sống của con người. Nội dung của đề tài là áp dụng những kiến thức điện tử đã học để thiết kế mạch đo các chỉ số môi trường. Mạch gồm các cảm biến nhiệt độ, độ ẩm, bụi, cường độ ánh sáng giao tiếp với bộ điều khiển trung tâm là Aduino Uno R3. Không chỉ hiển thị các dữ liệu thông qua LCD 20x4, mạch còn giám sát dữ liệu qua Web nhờ module ESP8266-V1. Mô hình cũng được thiết kế dạng hình khối chứa đựng tất cả mạch và cảm biến sử dụng. Số liệu hiển thị trên trên LCD và Web trực quan, dễ nhìn. Người dùng có thể dựa vào những dữ liệu đó để có các quyết định và biện pháp phòng tránh hiệu quả. xi
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN Chương 1. TỔNG QUAN 1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ Trong quá trình phát triển của đất nước cùng với việc đẩy mạnh phát triển kinh tế thì yếu tố không kém phần quan trọng là vấn đề về môi trường cần phải được quan tâm đặc biệt. Trong nông nhiệp, muốn đạt được hiệu quả sản xuất được tốt nhất thì những kinh nghiệm trong quá trình lao động sản xuất từ xưa đến nay vẫn chưa đủ, cần phải có những thiết bị chuyên dụng để đo chính xác yếu tố môi trường ngay lúc đó. Xã hội càng phát triển thì sản xuất nó không chỉ dừng lại ở việc làm ra chỉ để phục vụ cho mình, cho xã hội mà chúng ta còn phải quan tâm đến các vấn đề bảo vệ môi trường. Vì các yếu tố môi trường còn tác động trực tiếp đến sức khỏe của con người nên cần phải đưa ra một giải pháp có thể giúp con người biết được các yếu tố đó để có những biện pháp phòng tránh hiệu quả. Hiện nay cũng có rất nhiều bài nghiên cứu của sinh viên cũng làm về vấn đề môi trường và thời tiết, luận văn thạc sĩ của Phạm Đức Huy về “Nghiên cứu và xây dựng một số hệ đo mưa ứng dụng vào hệ thống cảnh báo trượt đất”, trong đó hệ đo lượng mưa sử dụng cảm biến WS-3000, ngoài đo lượng mưa cảm biến còn cho biết thêm thông số về tốc độ gió và hướng gió. Mạch đo Ardruino Uno R3 được sử dụng để đọc và xử lý tín hiệu từ đầu ra cảm biến. Nếu cảm biến đặt gần trung tâm ta có thể hiển thị luôn được thông số đầu ra trên máy tính, còn đối với cảm biến đặt xa trung tâm ta sẽ truyền bằng module SIM900 [1]. Trong một số ứng dụng của cuốn sách “Thiết kế hệ thống nhúng” mà TS Phan Văn Ca – Ths Trương Quang Phúc có thực hiện một đề tài là Thiết kế một trạm quan trắc thời tiết để đoán được hướng gió và đo nhiệt độ môi trường xung quanh. Các giá trị nhiệt độ đo được hiển thị trên một màn hình LCD. Hướng gió được hiển thị trên LED sắp xếp theo một mẫu hình tròn. Kết quả đo sẽ được truyền nối tiếp tới một thiết bị bên ngoài [2]. Một số luận văn khác như của Trịnh Minh Phương nghiên cứu đề tài “Nghiên cứu ứng dụng IoT cho giám sát môi trường”, sử dụng Raspberry Pi giao tiếp với cảm biến ánh sáng BH1750, DHT22. Sử dụng ngôn ngữ lập trình Python để đọc các dữ liệu cảm biến ánh sáng, nhiệt độ, độ ẩm thu thập được sau đó hiển thị trên giao diện Web [3]. Luận văn “Hệ thống báo cháy và báo trộm thông qua SMS” của Trần Văn Đen – Đỗ Quang Vinh, hệ thống được xây dựng trên module SIM900, vi điều khiển SMP430, cảm biến gas MQ6, BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 1
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN cảm biến chuyển động PIR230B và cảm biến ánh sáng CDS. Kết hợp với một moduel điều khiển thiết bị [4]. Qua tóm tắt trên, chúng em quyết định làm đề tài “Thiết kế và thi công hệ thống giám giám sát chỉ số môi trường và hiển thị thông tin trên Web”. Hệ thống này sử dụng vi điều khiển trung tâm là module Arduino, module Wifi ESP8266V1 và các cảm biến ánh sáng, nhiệt độ, độ ẩm, bụi. Hệ thống sẽ phân tích, tổng hợp dữ liệu để đưa ra gợi ý cho người sử dụng. Người dùng có thể truy cập và giám sát dữ liệu thời tiết đo được trên Web. 1.2 MỤC TIÊU Xây dựng và phát triển mô hình Giám sát chỉ số môi trường hiển thị trên Web thông qua Wifi. Hệ thống này sẽ đo các thông số chính xác tại khu vực đặt trạm như: nhiệt độ, độ ẩm, bụi, cường độ ánh sáng. Từ đó đưa ra những cảnh báo quan trọng dựa trên dữ liệu đo được từ cảm biến. 1.3 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU - Tìm hiểu cách thức hoạt động của các cảm biến sử dụng. - Tìm hiểu các chuẩn truyền thông như UART, I2C. - Thiết kế giao diện để điều khiển và giám sát: Web giám sát dữ liệu đo được từ cảm biến. - Thiết kế và thi công mô hình trạm giám sát. - Tính toán các thông số quy đổi cho các cảm biến. - Viết chương trình điều khiển cho Arduino, nạp code và chạy thử nghiệm sản phẩm, chỉnh sửa và hoàn thiện hệ thống. - Thực hiện viết sách luận văn báo cáo. - Tiến hành báo cáo đề tài tốt nghiệp. 1.4 GIỚI HẠN • Thiết kế mô hình trạm giám sát và chỉ thực hiện mô hình nhỏ để thực nghiệm. • Dải nhiệt độ đo được từ 0 – 50 độ C, độ ẩm từ 20 – 90% RH. • Nguồn cung cấp trực tiếp thông qua Adapter 12V. • Mạch hoạt động ổn định trong môi trường từ 10 – 50 độ C, vượt quá sẽ ảnh hưởng đến kết quả đo từ các cảm biến cũng như gây hư hỏng toàn mạch. BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 2
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN 1.5 BỐ CỤC • Chương 1: Tổng Quan Chương này trình bày đặt vấn đề dẫn nhập lý do chọn đề tài, mục tiêu, nôi dung nghiên cứu, các giới hạn thông số và bố cục đồ án. • Chương 2: Cơ Sở Lý Thuyết. Nền tảng lý thuyết quan trọng được trình bày ở chương này, dựa vào đó để tính toán và thiết kế mạch thực tế. • Chương 3: Thiết Kế và Tính Toán Các thông số tính toán, mẫu thiết kế từng khối, phần mềm lập trình sử dụng sẽ được trình bày cụ thể ở chương này. • Chương 4: Thi công hệ thống Nội dung chương sẽ trình bày tóm tắt từng bước quá trình thi công hệ thống, hoàn thành mô hình hệ thống. • Chương 5: Kết Quả, Nhận Xét và Đánh Giá Sau khi hoàn thành việc thi công, chương này trình bày kết quả nghiên cứu và từ đó rút ra nhận xét, đánh giá. • Chương 6: Kết Luận và Hướng Phát Triển Nội dung chương sẽ nêu rõ nhóm có hoàn thành mục tiêu ban đầu đã đề ra, nếu không hoàn thành được thì tìm hiểu nguyên nhân. Hướng phát triển của đề tài sau này. BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 3
CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT Chương 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 QUY TRÌNH GIÁM SÁT CỦA HỆ THỐNG Ban đầu Arduino giao tiếp với các cảm biến nhiệt độ, độ ẩm, bụi và ánh sáng thông qua các chuẩn giao tiếp rồi hiển thị dữ liệu đo được lên LCD 20x4, đồng thời dữ liệu từ cảm biến sẽ cập nhật liên tục và hiển thị trên Web qua Wifi. Dữ liệu cập nhật theo thời gian thực và thời gian cập nhật là 15 giây. 2.2 GIỚI THIỆU PHẦN CỨNG 2.2.1 Khối cảm biến 2.2.1.1 Cảm biến nhiệt độ và độ ẩm DHT11 Do mạch ứng dụng trong môi trường không khí bình thường nên giới hạn tiêu chí đo nhiệt độ của mạch nằm trong khoảng 0 – 50ºC và độ ẩm là 40 - 80% RH. Trên thị trường có rất nhiều loại cảm biến nhiệt độ và độ ẩm. Do vậy, chúng ta cần chọn loại cảm biến thích hợp cho hệ thống. Bảng dưới đây liệt kê thông tin của một số loại cảm biến đo nhiệt độ, độ ẩm thông dụng. Bảng 2-1. Bảng so sánh các cảm biến đo nhiệt độ và độ ẩm thông dụng. Thông số kỹ DHT11 AS2301 SHT10 thuật Nguồn sử dụng 3 – 5.5VDC 3.3 – 5VDC 2.4 – 5.5VDC Dải đo nhiệt độ 0 – 50oC -40oC đến 80oC -40oC đến 123.8oC Dải đo độ ẩm 20 – 90% RH 0 – 100% RH 0 – 100% RH Khoảng cách Tối đa 20m Tối đa 20m Tối đa 20m truyền Độ nhạy Tốt Tốt Rất tốt Giá thành 30.000đ 85.000đ 185.000đ BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 4
CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT Căn cứ vào số liệu bảng so sánh trên ta thấy cả 2 dòng AS2301 và SHT10 đều có dải đo nhiệt độ và độ ẩm lớn hơn so với DHT11. Tuy nhiên nếu xét cụ thể từng dòng, SHT10 có giá thành quá cao, AS2301 cũng có giá thành cao và điều khiển phức tạp hơn nhiều so với DHT11. Do đó, DHT11 là sự lựa chọn tốt nhất do được sử dụng phổ biến, giá thành rẻ, thông số kĩ thuật phù hợp với nhu cầu và giới hạn của đề tài. a. Mô tả chân và sơ đồ kết nối với vi điều khiển của cảm biến DHT11 Hình 2-1. Sơ đồ chân của cảm biến DHT11 Mô tả chân: - Chân số 1: nối với nguồn (3.5 - 5.5V DC). - Chân số 2: truyền dữ liệu nối tiếp. - Chân số 3: chân không kết nối. - Chân số 4: nối mass. BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 5
CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT Sơ đồ kết nối: Hình 2-2. Sơ đồ kết nối giữa Vi điều khiển với DHT11 Trong đó, MCU: Micro Ctroller Unit (khối vi điều khiển). b. Tổng quan quá trình giao tiếp Quá trình giao tiếp giữa cảm biến DHT11 với khối điều khiển Arduino sẽ diễn ra theo 03 giai đoạn được trình bày tóm tắt như sau. Đầu tiên khối điều khiển gửi đi một xung bắt đầu chờ tín hiệu từ DHT11, nếu có DHT11 sẽ trả lời bằng cách kéo tín hiệu từ mức logic 1 xuống mức logic 0. Khi đó quá trình truyền nhận dữ liệu bắt đầu. Khi quá trình giao tiếp của khối điều khiển và cảm biến DHT11 bắt đầu, chân dữ liệu được kéo xuống mức logic 0 trong khoảng thời gian ít nhất 18ms để chắc chắn cảm biến DHT11 phát hiện tín hiệu từ khối điều khiển. Sau đó khối điều khiển sẽ đưa mức logic lên 1 và đợi tầm 20-40 µs chờ cảm biến phản hồi. Khi cảm biến DHT11 phát hiện tín hiệu bắt đầu, nó sẽ hồi tiếp về mức 0 và giữ khoảng 80µs để chuẩn bị gửi dữ liệu về. Sau đó lại đưa tín hiệu lên mức 1 khoảng 80µs để chuẩn bị truyền dữ liệu. Sau khi đưa tín hiệu chân dữ liệu về mức logic 0, cảm biến đưa nó lên mức logic 1. Nếu chân dữ liệu giữ mức logic 1 trong khoảng 26-28µs thì ta được bit 0, còn nếu 70µs thì ta được bit 1. c. Đọc giá trị trên DHT11 Sau khi giao tiếp được với khối điều khiển, cảm biến DHT11 sẽ trả về giá trị nhiệt độ và độ ẩm dưới dạng 40 bit dữ liệu, tương ứng chia làm 5 byte. Trong đó: Byte 1: giá trị phần nguyên của độ ẩm. BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 6
CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT Byte 2: giá trị phần thập phân của độ ẩm. Byte 3: giá trị phần nguyên của nhiệt độ. Byte 4: giá trị phần thập phân của nhiệt độ. Byte 5: kiểm tra tổng. Nếu (Byte 5) = (Byte 1 + Byte 2 + Byte 3 + Byte 4) thì giá trị độ ẩm và nhiệt độ là chính xác, nếu sai thì kết quả đo không có ý nghĩa. Ví dụ: Dữ liệu nhận 40 Bit: 00110101 00000000 00011000 00000000 01001101 Dữ liệu đã nhận chính xác về Độ ẩm: 00110101 = 35H = 53%RH Dữ liệu đã nhận chính xác về Nhiệt độ: 00011000 = 18H = 24oC 2.2.1.2 Cảm biến bụi Sharp GP2Y10 (Dust Sensor) Ô nhiễm môi trường không khí ngày càng trầm trọng. Điều này, ảnh hưởng trực tiếp tới sức khỏe mỗi con người. Vì vậy module cảm biến bụi sẽ giúp chúng ta biết được mức độ ô nhiễm môi trường không khí để có thể cải thiện chất lượng không khí. Hình 2-3. Cảm biến bụi Sharp GP2Y10 a. Thông số cơ bản của cảm biến ▪ Nguồn : 3,3 – 5 VDC ▪ Dòng tiêu thụ : 10mA ▪ Ngõ ra : analog với tỉ lệ 0,5V ~ 0,1mg/m3 ▪ Nhiệt độ hoạt động : -40 ~ 85 độ C BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 7