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

NHIỆM VỤ ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU Họ và tên sinh viên: Huỳnh Trung Vẫn MSSV: 1603131 Ngày, tháng, năm sinh: 15/06/199 Nơi sinh: Kiên Giang Chuyên Ngành: Điện Tử I. TÊN ĐỀ TÀI: Giám Sát Nhiệt Độ - Độ Ẩm Phòng Trồng Nấm Bào Ngư II. NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: - Tìm hiểu công dụng của từng thiết bị điện, điện tử. - Đưa ra các phương án nghiên cứu. - Thiết kế hệ thống Giám sát nhiệt độ - độ ẩm phòng trồng nấm bào ngư. - Kiểm tra, đánh giá tính ứng dụng của đề tài. III. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ ĐỀ TÀI: 01/11/2018 IV. NGÀY HOÀN THÀNH ĐỀ TÀI: 31/03/2018 V. HỌ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: Th.S. Phạm Chí Hiếu CÁN BỘ HƯỚNG DẪN (Ký và ghi rõ họ tên) ThS. Phạm Chí Hiếu Bà Rịa - Vũng Tàu, Ngày... tháng ..năm 2019 SINH VIÊN THỰC HIỆN CHÍNH (Ký và ghi rõ họ tên) Huỳnh Trung Vẫn PHÒNG NGHIÊN CỨU KHOA HỌC (Ký và ghi rõ họ tên) TRƯỞNG VIỆN (Ký và ghi rõ họ tên) TS. Phan Ngọc Hoàng Báo cáo nghiên cứu khoa học Trường ĐHBRVT SVTH: Huỳnh Trung Vẫn LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đề tài nghiên cứu khoa học này tổng quát lại kết quả quá trình nghiên cứu của tôi. Các số liệu, hình ảnh, thông tin trong đề tài đều trung thực, do tôi tìm hiểu, tham khảo từ nhiều nguồn tư liệu. Đề tài này không sao chép các đề tài đã có từ trước. Nếu phát hiện có bất kỳ sự gian lận nào tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm về nội dung đề tài của mình. Trường đại học BÀ RỊA-VŨNG TÀU không liên quan đến những vi phạm tác quyền, bản quyền do tôi gây ra trong quá trình thực hiện (nếu có). Vũng Tàu, ngày ... tháng 03 năm 2019 Người cam đoan Huỳnh Trung Vẫn Lời nhận xét của hội đồng phản biện Chủ tịch hội đồng Lưu Hoàng Phản biện 1 Phạm Văn Tâm Phản biện 2 Châu Nguyễn Ngọc Lan Ủy viên Phan Thanh Hoàng Anh Báo cáo nghiên cứu khoa học Trường ĐHBRVT SVTH: Huỳnh Trung Vẫn MỞ ĐẦU Khái niệm về đo nhiệt độ đã có từ lâu, trong tất cả các đại lượng vật lý thì nhiệt độ được quan tâm đến nhiều nhất. Nhiệt độ là yếu tố ảnh hưởng trực tiếp đến tính chất của vật chất và môi trường sống. Trong công nghiệp sản xuất nấm bào ngư và trong lĩnh vực đo lường điều khiển, quá trình đo nhiệt độ và xử lý kết quả giữ một vai trò quan trọng. Ngày nay khi nền công, nông nghiệp phát triển mạnh, việc kiểm soát nhiệt độ, độ ẩm khi bảo quản nấm bào ngư, lưu trữ các sản phẩm trong các phòng chứa là rất quan trọng. Thông thường với các loại nấm được lưu trữ, nhiệt độ, độ ẩm trong phòng phải luôn duy trì ở một mức nhất định. Ở nước ta, nhiều người trồng nấm bào ngư vẫn làm theo các phương pháp thủ công. Khi trồng nấm bào ngư, quá trình sinh hóa vẫn diễn ra, do đó nhiệt độ và độ ẩm tăng nhanh. Để kiểm tra nhiệt độ, độ ẩm trong phòng trồng nấm, hàng ngày phải dùng thiết bị đo gắn vào đầu một cái thuốn và chọc vào phòng nấm ở các điểm khác nhau, rồi ghi vào sổ. Với phương pháp thủ công này, việc đo nhiệt độ, độ ẩm không chính xác, không đo được nhiệt độ, độ ẩm trong lòng bịch nấm bào ngư, không theo dõi được nhiệt độ, độ ẩm thường xuyên. Để góp phần làm sáng tỏ hiệu quả của những ứng dụng trong thực tế của ngành điện - điện tử, sau một thời gian học tập, em đã nghiên cứu đề tài “Giám sát nhiệt độ - độ ẩm phòng trồng nấm bào ngư”. Hệ thống giám sát này giúp ta có thể điều khiển cũng như quản lý nhiệt độ của phòng trồng nấm tối ưu nhất. Báo cáo nghiên cứu khoa học Trường ĐHBRVT SVTH: Huỳnh Trung Vẫn LỜI CẢM ƠN Trước khi bắt đầu nghiên cứu khoa học, với lòng biết ơn sâu sắc nhất, em xin cảm ơn quý thầy cô ngành Điện-Điện tử đã tận tình truyền đạt kiến thức cũng như giúp đỡ em trong quá trình học tập tại trường. Đặc biệt, em xin ghi nhớ sự nhiệt tình của thầy Phạm Chí Hiếu, người trực tiếp hướng dẫn và đã giúp em hoàn thành đề tài này. Sau cùng, em cũng xin cảm ơn những người bạn đã đóng góp ý kiến và hỗ trợ thông tin để hoàn thiện đề tài. Vũng tàu, ngày ..tháng.. năm 2019 Sinh viên thực hiện chính (Ký và ghi rõ họ tên) Huỳnh Trung Vẫn Báo cáo nghiên cứu khoa học Trường ĐHBRVT SVTH: Huỳnh Trung Vẫn MỤC LỤC Đề mục Trang NHIỆM VỤ ĐỀ TÀI LỜI CAM ĐOAN MỞ ĐẦU LỜI CẢM ƠN MỤC LỤC CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN ..................................................................................... 01 1.1. Đặt vấn đề .......................................................................................................... 01 1.2. Thể thức, phương thức nghiên cứu........................ 01 1.3. Mục tiêu của đề tài............................................................................. 01 1.4. Tính tối ưu của đề tài......................................................................................... 02 CHƯƠNG 2. GIỚI THIỆU NẤM BÀO NGƯ VÀ INTERNET OF THINGS.. 03 2.1. Giới thiệu chung ..... 03 2.2. Nấm Bào Ngư ..... 03 2.3. Khái niệm nấm bào ngư.. 04 2.4. Lợi ích của nấm Bào Ngư.... 04 2.5. Khái niệm Internet of things (viết tắt là IoT).. 05 2.6. Đặc tính cơ bản của IoT... 05 2.7. Ứng dụng của IoT .... 06 CHƯƠNG 3. GIỚI THIỆU THIẾT BỊ ...................................................................... 07 3.1. Kit RF Thu Phát Wifi ESP8266 NodeMCU Lua CP2102 ......................... 07 3.1.1. Giới thiệu ........... 07 3.1.2. Thông số kỹ thuật của ESP8266 NodeMCU Lua CP2102 ..... 07 3.1.3. Sơ đồ chân ...... 08 3.2. Bộ điều khiển relay 4 kênh ......... 08 3.3. Cảm biến nhiệt độ, độ ẩm DHT11....... 09 3.4. Giới thiệu màn hình LCD 16x2....... 10 3.4.1. Hình dáng và kích thước LCD........ 10 Báo cáo nghiên cứu khoa học Trường ĐHBRVT SVTH: Huỳnh Trung Vẫn 3.4.2. Chức năng các chân của LCD ......... 11 3.4.3. Sơ đồ khối của HD44780 ....... 12 3.4.4. Các thanh ghi .......... 13 3.4.5. Khởi tạo LCD ............. 18 3.4.5.1. Mạch khởi tạo bên trong chip HD44780....... 18 3.4.5.2. Khởi tạo bằng lệnh: (chuỗi lệnh) ......... 19 3.4.6. Module chuyển đổi I2C cho LCD 16x2.......... 19 3.5. Máy phun sương........ 20 3.6. Máy nén khí kho lạnh........ 21 CHƯƠNG 4. THIẾT KẾ MÔ HÌNH THỰC TẾ ....................................................... 23 4.1. Giới thiệu chung hệ thống ......... 23 4.2. Sơ đồ kết nối các thiết bị............... 24 4.3. Thiết kế Web và chương trình nạp code Node MCU ESP 8266.. 24 4.3.1. Thiết kế Web ......... 24 4.3.2. Viết code cho ESP 8266 ....... 25 4.3.2.1. Phần khai báo ........... 25 4.3.2.2. Phần xử lý và điều khiển....... 25 4.3.2.3. Nạp chương trình ......... 28 4.4. Mạch phần cứng ............... 31 CHƯƠNG 5. KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI.......................... 32 5.1. Kết luận ......... 32 5.1.1. Kết quả đạt được ................. 32 5.1.2. Hạn chế của đề tài ...... 32 5.2. Hướng phát triển .......... 32 TÀI LIỆU THAM KHẢO . 33 Báo cáo nghiên cứu khoa học Trường ĐHBRVT SVTH: Huỳnh Trung Vẫn 1 CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN 1.1. Đặt vấn đề Khái niệm về đo nhiệt độ đã có từ lâu, trong tất cả các đại lượng vật lý thì nhiệt độ được quan tâm đến nhiều nhất. Nhiệt độ là yếu tố ảnh hưởng trực tiếp đến tính chất của vật chất và môi trường sống. Trong công nghiệp sản xuất nấm bào ngư và trong lĩnh vực đo lường điều khiển, quá trình đo nhiệt độ và xử lý kết quả giữ một vai trò quan trọng. Ngày nay khi nền công, nông nghiệp phát triển mạnh, việc kiểm soát nhiệt độ, độ ẩm khi bảo quản nấm bào ngư, lưu trữ các sản phẩm trong các phòng chứa là rất quan trọng. Thông thường, với các loại nấm được lưu trữ, nhiệt độ, độ ẩm trong phòng phải luôn duy trì ở một mức nhất định. Ở nước ta, nhiều người trồng nấm bào ngư vẫn làm theo các phương pháp thủ công. Khi trồng nấm bào ngư, quá trình sinh hóa vẫn diễn ra, do đó nhiệt độ và độ ẩm tăng nhanh. Để kiểm tra nhiệt độ, độ ẩm trong phòng trồng nấm, hàng ngày phải dùng thiết bị đo gắn vào đầu một cái thuốn và chọc vào phòng nấm ở các điểm khác nhau, rồi ghi vào sổ. Với phương pháp thủ công này, việc đo nhiệt độ, độ ẩm không chính xác, không đo được nhiệt độ. độ ẩm trong lòng bịch nấm bào ngư, không theo dõi được nhiệt độ, độ ẩm thường xuyên. Vì vậy với yêu cầu đó em đã được thầy giao cho đề tài: “Giám sát nhiệt độ - độ ẩm phòng trồng nấm bào ngư”. Em rất mong nhận được sự chỉ đạo và hướng dẫn của các thầy cô, cũng như ý kiến đóng góp của các bạn sinh viên để đề tài của em hoàn thiện hơn. 1.2. Thể thức, phương thức nghiên cứu Trong quá trình thực hiện, em đã nghiên cứu, tìm hiểu qua sách, báo, các tài liệu trên internet, nghiên cứu cơ sở lý thuyết về kỹ thuật trồng nấm bào ngư, ứng dụng kiến thức đã biết về lập trình IoT và xây dựng hệ thống giám sát và điều khiển qua websever. Sau đó thiết kế mạch điều khiển, sau đó tiến hành lắp ráp mạch, hoàn thiện mô hình. 1.3. Mục tiêu của đề tài - Nghiên cứu mô hình điều khiển máy lạnh và máy phun sương qua websever. - Nghiên cứu cơ sở lý thuyết để xây dựng mô hình dựa trên các kiến thức đã học về lập trình IoT. Báo cáo nghiên cứu khoa học Trường ĐHBRVT SVTH: Huỳnh Trung Vẫn 2 - Ứng dụng các công nghệ gần gũi với cuộc sống của con người để xây dựng lên hệ thống điều khiển từ xa. - Xây dựng hệ thống đơn giản, thông minh, ít tốn kém (cả tiền đầu tư và bảo dưỡng), không phụ thuộc vào các ứng dụng sẵn có mà có thể thay đổi. Độ bền của hệ thống cao và mang lại hiệu quả kinh tế cao nhất. 1.4. Tính tối ưu của đề tài - Sử dụng mạng internet qua máy tính hoặc điện thoại, đơn giản trong việc sử dụng góp phần nâng cao chất lượng và tính hiện đại của phòng trồng nấm bào ngư. - Tiết kiệm được chi phí thuê nhân công giám sát và tăng tính hiệu quả của giám sát. - Chi phí đầu tư thấp, hệ thống ổn định và có độ bền cao. - Mô hình đơn giản, dễ thao tác và sử dụng. - Có tính linh động, có thể mở rộng và phát triển theo nhu cầu của khách hàng sau này. Báo cáo nghiên cứu khoa học Trường ĐHBRVT SVTH: Huỳnh Trung Vẫn 3 CHƯƠNG 2 GIỚI THIỆU NẤM BÀO NGƯ VÀ INTERNET OF THINGS 2.1. Giới thiệu chung Hiện nay, trồng nấm bào ngư là một ngành nông nghiệp quan trọng trên thế giới. Nấm bào ngư không chỉ cung cấp dinh dưỡng như một loại thực phẩm giàu protein, không chứa cholesterol, mà còn là nguyên liệu sản xuất nhiều loại dược phẩm quý. Trong những năm gần đây, đã có bước phát triển nhảy vọt về nghiên cứu nuôi trồng nấm bào ngư ở nhiều nước, trong đó có cả Việt Nam. Các nhà khoa học đã nhận biết khoảng 2.000 loài nấm ăn được, trong đó có 80 loài nấm ăn ngon và được nghiên cứu nuôi trồng nhân tạo. Các kết quả nghiên cứu về nấm và nuôi trồng nấm ăn trên thế giới được công bố trên nhiều tạp chí chuyên biệt như Mushrooms (Nhật Bản), Mushrooms Journal (Anh), Mushrooms news (Mỹ), Mushrooms Information (Ý), Karstenia (Phần Lan), Der Champignon (Đức), Mushrooms Science (Các hội nghị Quốc tế về cây nấm) Riêng tại Việt Nam, trồng nấm bào ngư là nghề truyền thống từ lâu đời và đã mang lại lợi nhuận cao cho người dân. Tuy nhiên, với cách thức trồng nấm bào ngư theo truyền thống thì người nông dân đã gặp nhiều khó khăn do nhiệt độ, độ ẩm thay đổi thất thường làm nấm không phát triển. Quy trình công nghệ sản xuất chủ yếu vẫn dựa vào hệ thống thủ công và bán thủ công. Chính vì vậy em quyết định ứng dụng kiến thức đã học và qua tìm hiểu về IoT và Arduino áp dụng vào đề tài “Giám sát nhiệt độ- độ ẩm phòng trồng nấm bào ngư”. 2.2. Nấm Bào Ngư Nấm bào ngư là loại nấm tươi giàu dinh dưỡng và dược tính nên được gây trồng trên rơm rạ, bã mía, mùn cưa Loại nấm này có công dụng giải độc và bảo vệ các tế bào gan, có thể kháng ung thư và kháng virus, giảm nguy cơ các bệnh về tim mạch Báo cáo nghiên cứu khoa học Trường ĐHBRVT SVTH: Huỳnh Trung Vẫn 4 Hình 1.1. Nấm Bào Ngư 2.3. Khái niệm nấm bào ngư Nấm sò hay Nấm bào ngư (danh pháp hai phần: Pleurotus ostreatus) là một loài nấm ăn được thuộc họ Pleurotaceae. Nó được trồng lần đầu ở Đức để ăn trong thế chiến 1 nhưng mãi cho đến năm 1970 nấm bào ngư mới được nuôi trồng đại trà khắp thế giới, tuy nhiên việc trồng được ghi chép trong tài liệu đầu tiên là bởi Kaufert. Loài nấm này mọc trên các thân cây khô hoặc suy yếu, thành những tai nấm xen kẽ nhau như hình bậc thang. Nó liên quan đến loài nấm trồng "vua nấm sò". Nấm sò được xem là một nấm dược liệu do nó chứa các statin như lovastatin có tác dụng giảm cholesterol. Ngoài ra, cũng đang có một số đề tài nghiên cứu về khả năng chống ung thư của nấm bào ngư do sự hiện diện của lovastatin trong tai nấm, tập trung ở phiến nấm và đặc biệt ở bào tử nấm. Nấm sò là một trong những nấm hoang dã, mặc dù nó cũng có thể được trồng trên rơm rạ và các loại vật liệu khác. Nó thường có hương thơm của hồi do sự hiện diện của benzaldehyde 2.4. Lợi ích của nấm Bào Ngư Tác dụng của nấm bào ngư trong việc hỗ trợ ngăn ngừa bệnh ung thư, giảm lượng cholesterol, phòng và chữa bệnh cao huyết áp, chống béo phìCông dụng của nấm bào ngư thay thế thịt, cá để bổ sung đạm cho cơ thể. Đây là xu hướng đang được khuyến khích thực hiện trên toàn thế giới (Theo các chuyên gia về tinh bột Báo cáo nghiên cứu khoa học Trường ĐHBRVT SVTH: Huỳnh Trung Vẫn 5 Sago), theo Đông y là có vị ngọt, mùi thơm và độ dai nhất định. Chúng cung cấp lượng protein, vitamin, các axit amin cần thiết cho cơ thể, tăng sức đề kháng. Chúng chứa gần 60 nguyên tố khoáng, protein cao gấp 3 – 4 lần các loại rau khác. Nấm Sò có tới 18 axit amin Vitamin B, vitamin D, mà nhiều loại rau khác không có. 2.5. Khái niệm Internet of things (viết tắt là IoT) Internet of things (viết tắt là IoT) là một kịch bản của thế giới, khi mà mỗi đồ vật, con người được cung cấp một định danh của riêng mình, và tất cả có khả năng truyền tải, trao đổi thông tin, dữ liệu qua một mạng duy nhất mà không cần đến sự tương tác trực tiếp giữa người với người, hay người với máy tính. IoT đã phát triển từ sự hội tụ của công nghệ không dây, công nghệ vi cơ điện tử và Internet. Nói đơn giản là một tập hợp các thiết bị có khả năng kết nối với nhau, với Internet và với thế giới bên ngoài để thực hiện một công việc nào đó. Hay hiểu một cách đơn giản IoT là tất cả các thiết bị có thể kết nối với nhau. Việc kết nối thì có thể thực hiện qua Wi-Fi, mạng viễn thông băng rộng (3G, 4G), Bluetooth, ZigBee, hồng ngoại Các thiết bị có thể là điện thoại thông minh, máy pha cafe, máy giặt, tai nghe, bóng đèn, và nhiều thiết bị khác. Cisco, nhà cung cấp giải pháp và thiết bị mạng hàng đầu hiện nay dự báo: Đến năm 2020, sẽ có khoảng 50 tỷ đồ vật kết nối vào Internet, thậm chí con số này còn gia tăng nhiều hơn nữa. IoT sẽ là mạng khổng lồ kết nối tất cả mọi thứ, bao gồm cả con người và sẽ tồn tại các mối quan hệ giữa người và người, người và thiết bị, thiết bị và thiết bị. Một mạng lưới IoT có thể chứa đến 50 đến 100 nghìn tỉ đối tượng được kết nối và mạng lưới này có thể theo dõi sự di chuyển của từng đối tượng. Một người sống trong thành thị có thể bị bao bọc xung quanh bởi 1000 đến 5000 đối tượng có khả năng theo dõi. 2.6. Đặc tính cơ bản của IoT - Tính kết nối liên thông (interconnectivity): Với IoT, bất cứ điều gì cũng có thể kết nối với nhau thông qua mạng lưới thông tin và cơ sở hạ tầng liên lạc tổng thể. - Tính không đồng nhất: Các thiết bị trong IoT là không đồng nhất vì nó có phần cứng khác nhau, và network khác nhau. Các thiết bị giữa các network có thể tương tác với nhau nhờ vào sự liên kết của các network. - Thay đổi linh hoạt: Status của các thiết bị tự động thay đổi, ví dụ như ngủ và thức dậy, kết nối hoặc bị ngắt, vị trí thiết bị đã thay đổi, và tốc độ đã thay đổi Hơn nữa, số lượng thiết bị có thể tự động thay đổi. Báo cáo nghiên cứu khoa học Trường ĐHBRVT SVTH: Huỳnh Trung Vẫn 6 - Quy mô lớn: Sẽ có một số lượng rất lớn các thiết bị được quản lý và giao tiếp với nhau. Số lượng này lớn hơn nhiều so với số lượng máy tính kết nối Internet hiện nay. Số lượng các thông tin được truyền bởi thiết bị sẽ lớn hơn nhiều so với được truyền bởi con người. 2.7. Ứng dụng của IoT IoT có ứng dụng rộng vô cùng, có thể kể ra một số thư như sau: - Quản lí chất thải. - Quản lí và lập kế hoạch quản lí đô thị. - Quản lí môi trường. - Phản hồi trong các tình huống khẩn cấp. - Mua sắm thông minh. - Quản lí các thiết bị cá nhân. - Đồng hồ đo thông minh. - Tự động hóa ngôi nhà. - . Báo cáo nghiên cứu khoa học Trường ĐHBRVT SVTH: Huỳnh Trung Vẫn 7 CHƯƠNG 3 GIỚI THIỆU THIẾT BỊ 3.1. Kit RF Thu Phát Wifi ESP8266 NodeMCU Lua CP2102 3.1.1. Giới thiệu Kit RF thu phát Wifi ESP8266 NodeMCU Lua là kit phát triển dựa trên nền chip Wifi SoC ESP8266 với thiết kế dễ sử dụng và đặc biệt là có thể sử dụng trực tiếp trình biên dịch của Arduino để lập trình và nạp code, điều này khiến việc sử dụng và lập trình các ứng dụng trên ESP8266 trở nên rất đơn giản. Kit RF thu phát Wifi ESP8266 NodeMCU Lua được dùng cho các ứng dụng cần kết nối, thu thập dữ liệu và điều khiển qua sóng Wifi, đặc biệt là các ứng dụng liên quan đến IoT. Kit RF thu phát Wifi ESP8266 NodeMCU Lua sử dụng chip nạp và giao tiếp UART mới và ổn định nhất là CP2102 có khả năng tự nhận Driver trên tất cả các hệ điều hành Window và Linux, đây là phiên bản nâng cấp từ các phiên bản sử dụng IC nạp giá rẻ CH340. Hình 3.1. ESP8266 NodeMCU Lua CP2102 3.1.2. Thông số kỹ thuật của ESP8266 NodeMCU Lua CP2102 · Hỗ trợ Arduino IDE 1 và Arduino ESP8266. · Sử dụng module wifi ESP – 12E. · Nguồn vào: Cấp nguồn 5V và chương trình thông qua cổng USB. · Kích thước: 49 x 24.5 x 13mm. · IC chính: ESP8266 Wifi SoC. Báo cáo nghiên cứu khoa học Trường ĐHBRVT SVTH: Huỳnh Trung Vẫn 8 · Phiên bản firmware: Node MCU. · Chip nạp và giao tiếp UART: CP2102. · GPIO tương thích hoàn toàn với firmware - Node MCU. · Cấp nguồn: 5VDC MicroUSB hoặc Vin. · GIPO giao tiếp mức 3.3VDC. · Tích hợp Led báo trạng thái, nút Reset, Flash. · Tương thích hoàn toàn với trình biên dịch Arduino. 3.1.3. Sơ đồ chân Hình 3.2. Sơ đồ chân của ESP8266 NodeMCU Lua CP2102 3.2. Bộ điều khiển relay 4 kênh Relay 4 Kênh gồm 4 rơ le hoạt động tại điện áp 5VDC, chịu được hiệu điện thế lên đến 250VAC 10A. Relay 4 kênh được thiết kế chắc chắn, khả năng cách điện tốt. Trên module đã có sẵn mạch kích relay sử dụng transistor và IC cách ly quang giúp cách ly hoàn toàn mạch điều khiển (vi điều khiển) với rơ le bảo đảm vi điều khiển hoạt động ổn định. Có sẵn header rất tiện dụng khi kết nối với vi điều khiển. Báo cáo nghiên cứu khoa học Trường ĐHBRVT SVTH: Huỳnh Trung Vẫn 9 Relay 4 kênh sử dụng chân kích mức Thấp (0V), khi có tín hiệu 0V vào chân IN thì relay sẽ nhảy qua thường hở của Relay, ứng dụng với relay module khá nhiều bao gồm cả điện DC hay AC. Hình 3.3. Bộ điều khiển relay 4 kênh Thông số kỹ thuật của bộ điều khiển relay 4 kênh: - Điện áp hoạt động: 5VDC. - Dòng tiêu thụ: 200mA/1Relay - Tín hiệu kích: High (5V) hoặc Low (0V) chọn bằng Jumper. - Relay trên mạch: + Nguồn nuôi: 5VDC. + Tiếp điểm đóng ngắt max: 250VAC-10A hoặc 30VDC-10A - Kích thước: 72mm * 55mm * 19mm. 3.3. Cảm biến nhiệt độ, độ ẩm DHT11 Cảm biến độ ẩm và nhiệt độ DHT11 là cảm biến rất thông dụng hiện nay vì chi phí rẻ và rất dễ lấy dữ liệu thông qua giao tiếp 1 wire (giao tiếp digital 1 dây truyền dữ liệu duy nhất). Bộ tiền xử lý tín hiệu tích hợp trong cảm biến giúp bạn có được dữ liệu chính xác mà không phải qua bất kỳ tính toán nào. So với cảm biến đời mới hơn là DHT22 thì DHT11 cho khoảng đo và độ chính xác kém hơn rất nhiều. Thông tin kỹ thuật của cảm biến nhiệt độ, độ ẩm DHT11: - Nguồn: 3÷5VDC. - Dòng sử dụng: 2.5mA max (khi truyền dữ liệu). - Đo tốt ở độ ẩm 2080%RH với sai số 5%. - Đo tốt ở nhiệt độ 0°C to 50°C sai số ±2°C. - Tần số lấy mẫu tối đa 1Hz (1 giây 1 lần). Báo cáo nghiên cứu khoa học Trường ĐHBRVT SVTH: Huỳnh Trung Vẫn 10 - Kích thước: 15mm x 12mm x 5.5mm. - 4 chân, khoảng cách chân 0.1''. Hình 3.4. Cảm biến nhiệt độ, độ ẩm DHT11. 3.4. Giới thiệu màn hình LCD 16x2 - Sử dụng rộng dãi và đa dạng trong các ứng dụng khác nhau của VĐK. - Hiển thị 16 ký tự x 2 line, chữ đen trên nền phông xanh lá. - Hướng xem rõ nhất: 06:00 - Có khả năng hiện thị ký tự linh hoạt, đa dạng, trực quan theo font 5x8 Dots có sẵn (hiển thị cả số, chữ, ký tự đồ họa, ký tự đặc biệt ...). - Dễ dàng giao tiếp với các loại VĐK theo nhiều giao thức giao tiếp khác nhau. - Tốn rất ít tài nguyên hệ thống và giá thành rẻ. 3.4.1. Hình dáng và kích thước LCD Hình 3.5. Màn hình LCD 16x2 Khi sản xuất LCD, nhà sản xuất đã tích hợp chip điều khiển (HD44780) bên trong lớp vỏ và chỉ đưa các chân giao tiếp cần thiết. Báo cáo nghiên cứu khoa học Trường ĐHBRVT SVTH: Huỳnh Trung Vẫn 11 3.4.2. Chức năng các chân của LCD Chân Ký hiệu Mô tả 1 Vss Chân nối đất cho LCD, khi thiết kế mạch ta nối chân này với GND của mạch điều khiển. 2 VDD Chân cấp nguồn cho LCD, khi thiết kế mạch ta nối chân này với VCC= 5V của mạch điều khiển. 3 VEE Điều chỉnh độ tương phản của LCD 4 RS Chân chọn thanh ghi (Register select). Nối chân RS với logic “0” (GND) hoặc logic “1” (VCC) để chọn thanh ghi. + Logic “0”: “Bus DB0-DB7 sẽ nối với thanh ghi lệnh In của LCD (ở chế độ “ghi”-write) hoặc nối với bộ đếm địa chỉ của LCD (ở chế độ “đọc”-read). + Logic “1”: Bus DB0-DB7 sẽ nối với thanh ghi dữ liệu DR bên trong LCD. 5 R/W Chân chọn chế độ đọc/ghi (Read/Write). Nối chân R/W với logic “0” để LCD hoạt động ở chế độ ghi, hoặc nối với logic “1” để LCD ở chế độ đọc. 6 E Chân cho phép (Enable). Sau khi các tín hiệu được đặt lên bus DB0-DB7, các lệnh chỉ được chấp nhận khi có 1 xung cho phép chân E. + Ở chế độ ghi: Dữ liệu sẽ được LCD xuất ra DB0- DB7 khi phát hiện cạnh lên (low-to-high transitioon) của chân E và được LCD giữ ở bus đến khi nà chân E xuống mức thấp. 7-14 DB0- DB7 Tám đường của bus dữ liệu dùng để trao đổi thông tin với MPU. Có 2 chế độ sử dụng 8 đường bus này: + Chế độ 8 bit: Dữ liệu được truyền trên cả 8 đường, với bit MSB là bit DB7. + Chế độ 4 bit: Dữ liệu được truyền trên 4 đường từ DB4 tới DB7, bit MSB là DB7. Báo cáo nghiên cứu khoa học Trường ĐHBRVT SVTH: Huỳnh Trung Vẫn 12 15 - Nguồn dương cho đèn nền. 16 - GND cho đèn nền. Ghi chú: Ở chế độ đọc”, nghĩa là MPU sẽ đọc thông tin từ LCD thông qua các chân DBx. Còn khi ở chế độ “ghi”, nghĩa là MPU xuất thông tin điều khiển cho LCD thông qua các chân DBx. 3.4.3. Sơ đồ khối của HD44780 Để hiểu rõ hơn chức năng các chân và hoạt động của chúng, ta tìm hiểu sơ qua chip HD44780 thông qua các khối cơ bản của nó. Hình 3.6. Sơ đồ khối của HD44780 Báo cáo nghiên cứu khoa học Trường ĐHBRVT SVTH: Huỳnh Trung Vẫn 13 3.4.4. Các thanh ghi - Chip HD44780 có 2 thanh ghi 8 bit quan trọng: Thanh ghi lệnh In (Intructor Register) và thanh ghi dữ liệu DR (Data Register). - Thanh ghi IR để điều khiển LCD, người ta phải “ra lệnh” thong qua tám đường bus DB0-DB7. Mỗi lệnh được nhà sản xuất LCD đánh địa chỉ rỗ ràng. Người dùng chỉ việc cung cấp địa chỉ lệnh bằng cách nạp vào thanh ghi IR. Nghĩa là, khi ta nạp vào thanh ghi IR một chuỗi 8 bit, chip HD44780 sẽ tra bảng mã lệnh tại địa chỉ IR cung cấp và thực hiện lệnh đó. VD: Lệnh “hiển thị màn hình” có địa chỉ lệnh là 00001100 (DB0-DB7) Lệnh “hiển thị màn hình và con trỏ” có mã lệnh là 00001110 - Thanh ghi DR: Thanh ghi DR dùng để chứa dữ liệu 8 bit để ghi vào vùng RAM DDRAM hoặc GGRAM (ở chế độ ghi) hoặc dùng để chứa dữ liệu 2 vùng RAM này giởi ra cho MPU (ở chế độ đọc). Nghĩa là, khi MPU ghi thông tin vào DR, mạch nội bên trong chip sẽ tự động ghi thông tin này vào DDRAM hoặc GGRAM. Hoặc khi thông tin về địa chỉ dược ghi vào IR, dữ liệu ở địa chỉ này trong vùng RAM nội của HD44780 sẽ được chuyển ra DR để truyền cho MPU. Bằng cách điều khiển chân RS và chân MPU. Bảng sau đây tóm tắt lại các thiết lập đối với hai chân RS và R/W theo mục đích giao tiếp. Bảng chức năng chân RS và R/W theo mục đích sử dụng RS R/W Chức năng 0 0 Ghi vào thanh ghi IR để ra lệnh cho LCD 0 1 Đọc vờ bận ở BD7 và giá trị của bộ đếm địa chỉ ở DB0-DB6 1 0 Ghi vào thanh ghi DR 1 1 Đọc dữ liệu từ DR - Cờ báo bận BF (busy Flag): Khi thực hiện các hoạt động bên trong chip, mạch nội bên trong cần một khoảng thời gian để hoàn tất. Khi đang thực thi các hoạt động bên trong chip như thế, LCD bỏ qua mọi giao tiếp với bên ngoài và bật cờ BF (thông qua chân BD7 khi có thiết lập RS=0, R/W=1 lên để báo cho MPU biết nó đang “bận”. Dĩ nhiên, khi xong việc nó sẽ đặt cờ BF ở mức 0. Báo cáo nghiên cứu khoa học Trường ĐHBRVT SVTH: Huỳnh Trung Vẫn 14 - Bộ đếm địa chỉ AC (Address Counter): Như trong sơ đồ khối, thanh ghi In không trực tiếp kết nối với vùng RAM (DDRAM và CGRAM) mà thông qua bộ đếm địa chỉ AC. Bộ đếm này lại nối với 2 vùng RAM theo kiểu rẽ nhánh. Khi một địa chỉ đươc lệnh nạp vào thanh ghi In thông tin được nối trực tiếp cho vùng 2 RAM nhưng việc lựa chọn vùng RAM tương tác đã được bao hàm trong mã lệnh. Sau khi ghi vào (đọc từ) RAM, bộ đếm AC tự động tăng lên (giảm đi) 1 đơn vị và nội dung AC được xuất ra cho MPU thông qua DB0-DB6 khi có thiết lập RS=0 và R/W=1. Lưu ý: Thời gian cập nhật AC không được tính vào thời gian thực thi lệnh mà được cập nhật sau khi cờ BF lên mức cao (not busy), cho nên khi lập trình hiển thi, bạn phải delay một khoản tADD khoảng 4uS-5uS (ngay sau khi BF=1) trước khi nạp dữ liệu mới. Xem thêm hình bên dưới. Hình 3.7. Giản đồ xung cập nhật AC - Vùng RAM hiển thị DDRAM: (Dispay Data RAM): Đây là vùng RAM dùng để hiển thị, nghĩa là ứng với một địa chỉ của RAM là một ô kí tự trên màn hình và khi bạn ghi vào vùng RAM này một mã 8 bit, LCD sẽ hiển thị tại vị trí tương ứng trên màn hình một kí tự có mã 8 bit mà bạn đã cung cấp. Hình sau đây sẽ trình bày rõ hơn mối liên hệ này: Hình 3.8. Mối liên hệ giữa địa chỉ của DDRAM và vị trí hiển thị của LCD - Vùng RAM nào có 80x8 bit nhớ, nghĩa là chứa được 80 kí tự mã 8 bit. Những vùng RAM còn lại không dùng cho hiển thị có thể dùng như vùng RAM đa mục đích. Lưu ý để truy cập vào DDRAM, ta phải cung cấp địa chỉ cho AC theo mã HEX. Báo cáo nghiên cứu khoa học Trường ĐHBRVT SVTH: Huỳnh Trung Vẫn 15 - Vùng ROM chứa kí tự CGROM: Character Generator ROM: Vùng ROM này dùng để chứa các mẫu kí tự loại 5x8 hoặc 5x10 điểm ảnh/ kí tự, và định địa chỉ bằng 8 bit. Tuy nhiên, nó chỉ có 208 mẫu kí tự 5x8 và 32 mâu kí tự kiểu 5x10 (tổng cộng là 240 thay vì 2^8=256 mẫu kí tự). Người dùng không thể thay đổi vùng ROM này. Như vậy, để có thể ghi vào vị trí thứ x trên màn hình một kí tự nào đó, người dùng phải ghi vào dùng DDRAM tại địa chỉ x một chuỗi mã kí tự 8 bit trên CGROM. Chú ý là trong bản mã kí tự trong CGROM. - Tập lệnh của LCD: Trước khi tìm hiểu tập lệnh của LCD, sau dây là một vài chú ý khi giao tiếp với LCD: · Tuy nhiên sơ đồ khối của LCD có nhiều khối khác nhau, nhưng khi lập trình điều khiển LCD ta chỉ có thể tác động trực tiếp được vào 2 thanh ghi DR và IR thông qua các chân DBx, và ta phải thiết lập chân RS, R/W phù hợp để chuyển qua lại giữa 2 thanh ghi này. · Với mỗi lệnh, LCD cần một khoảng thời gian để hoàn tất, thời gian này có thể khá lâu đối với tốc độ của MPU, nên ta cần kiểm tra cờ BF hoặc đợi (delay) cho LCD thực thi xong lệnh hiện hành mới có thể ra lệnh tiếp theo. · Địa chỉ của RAM (AC) sẽ tự động tăng (giảm) 1 đơn vị, mỗi khi có lệnh ghi vào RAM (điều này giúp chương trình gọn hơn). · Các lệnh của LCD có thể chia thành 4 nhóm sau: - Các lệnh về kiểu hiển thị. VD: Kiểu hiện thi (1 hành/2 hành), chiều dài dữ liệu (8 bit, 4 bit, ) - Chỉ định địa chỉ RAM nội. - Nhóm lệnh truyền dữ liệu trong RAM nội. - Các lệnh còn lại. - Tập lệnh của LCD. Tên lệnh Hoạt động Clear Display Mã lệnh: DBx=DB7 DB6 DB5 DB4 DB3 DB2 DB1 DB0 DBx= 0 0 0 0 0 0 0 1 Lệnh Clear Dispay (xóa hiện thị) sẽ ghi một khoảng trống blank (mã hiện kí tự 20H) vào tất cả ô nhớ trong DDRAM, sau đó trỏ bộ đếm địa AC=0 trả lại kiểu hiện thị gốc nếu nó Báo cáo nghiên cứu khoa học Trường ĐHBRVT SVTH: Huỳnh Trung Vẫn 16 bị thay đổi. Nghĩa là: Tắt hiện thị, con trỏ dời về góc phải (hàng đầu tiên), chế độ tăng AC. Return Home Mã lệnh: DBx = DB7 DB6 DB5 DB4 DB3 DB2 DB1 DB0 Lệnh Return Home trả bộ đếm địa chỉ AC về 0, và trả lại kiểu hiển thị gốc nếu nó bị thay đổi. Nội dung của ĐRAM không thay đổi. Entry mode set Mã lệnh: DBx= DB7 DB6 DB5 DB4 DB3 DB2 DB1 DB0 DBx = 0 0 0 0 0 1 [I/D] [S] I/D Tăng (I/D=1) hoặc giảm (I/D=0) bộ đếm địa chỉ hiển thị AC 1 đơn vị mỗi khi có hành động ghi hoặc đọc vùng DDRAM. Vị trí con trỏ cũng di chuyển theo sự tăng giảm này. S: Khi S=1 toàn bộ nội dung hiển thị bị dịch sang phải (I/D=0) hoặc sang trái (I/D=1) mỗi khi có hành động ghi vùng DDRAM. Khi S=0: không dịch nội dung hiển thị. Nội dung hiển thị không dịch khi đọc DDRAM hoặc đọc/ghi vùng CGRAM. Display on/off control Mã lệnh: DBx = DB7 DB6 DB5 DB4 DB3 DB2 DB1 DB0 DBx = 0 0 0 0 1 [D] [C] [B] D Hiển thị màn hình khi D=1 và ngược lại. Khi tắt hiển thị, nội dung DDRAM không thay đổi. C: Hiển thị con trỏ khi C=1 và ngược lại. B: Nhấp nháy kí tự tại vị trí con trỏ khi B=1 và ngược lại. Chu kì nhấp nháy khoảng 409,6ms khi mạch dao động nội LCD là 250kHz. Cursor or display shift Mã Mã lệnh: DBx = DB7 DB6 DB5 DB4 DB3 DB2 DB1 DB0 DBx = 0 0 0 1 [S/C] [R/L] * * Lệnh Cursor or display shift dịch chuyển con trỏ hay dữ liệu hiển thị sang trái mà không cần hành động ghi/đọc dữ liệu. Khi hiển thị kiểu 2 dòng, con trỏ sẽ nhảy xuống dòng dưới khi dịch qua vị trí thứ 40 của hàng đầu tiên. Dữ liệu hàng đầu và hàng 2 dịch cùng một lúc. Function set Mã lệnh: DBx = DB7 DB6 DB5 DB4 DB3 DB2 DB1 DB0 DBx = 0 0 1 [DL] [N] [F] * * Báo cáo nghiên cứu khoa học Trường ĐHBRVT SVTH: Huỳnh Trung Vẫn 17 DL: Khi DL=1, LCD giao tiếp với MPU bằng giao thức 8 bit (từ bit DB7 đến DB0). Ngược lại, giao thức giao tiếp là 4 bit (từ bit DB7 đến bit DB0). Khi chọn giao thức 4 bit, dữ liệu được truyền/nhận 2 lần liên tiếp. với 4 bit cao gởi/nhận trước, 4 bit thấp gởi/nhận sau. N: Thiết lập số hà