1
HỆ THỐNG GIÁM SÁT Ô NHIỄM KHÔNG KHÍ DÙNG ARDUINO VÀ MODULE WIFI

PHẦN I: MỞ ĐẦU


2
HỆ THỐNG GIÁM SÁT Ô NHIỄM KHÔNG KHÍ DÙNG ARDUINO VÀ MODULE WIFI

PHẦN I: MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
1.1.

Bối cảnh hiện nay

1.1.1. Bối cảnh thế giới
 Mô hình mới đánh giá chất lượng không khí được Tổ chức Y tế Thế giới (WHO) phối
hợp với Đại học Bath tại Anh phát triển khẳng định rằng 92% dân số thế giới đang
phải sống trong các địa điểm nơi không khí hít thở có chất lượng quá kém.

Hình 0.1. ONKK một công ty tại Hà Nội
 Theo Tổ chức Y tế Thế giới, khoảng 3 triệu người tử vong mỗi năm có liên
quan tới việc tiếp xúc với ô nhiễm không khí bên ngoài, và ô nhiễm không khí
trong nhà cũng có thể gây ra tử vong.

PHẦN I: MỞ ĐẦU


3
HỆ THỐNG GIÁM SÁT Ô NHIỄM KHÔNG KHÍ DÙNG ARDUINO VÀ MODULE WIFI

Vào năm 2012, theo đánh giá, 6,5 triệu trường hợp tử vong (chiếm khoàng



11,6% tổng số ca tử vong trên toàn thế giới) có liên quan tới ô nhiễm không
khí bên ngoài và ô nhiễm không khí trong nhà.

 Mức độ ô nhiễm không khí đặc biệt cao tại khu vực Đông Nam Á và phía Tây
Thái Bình Dương; trong đó Trung Quốc, Việt Nam và Malaysia là những quốc
gia chịu ảnh hưởng nặng nề nhất.
 WHO nhấn mạnh ngoại trừ khu vực châu Mỹ, tất cả các khu vực khác trên thế
giới đều có dưới 20% dân số sống ở những nơi có chất lượng không khí đạt
chuẩn của WHO.
 Một trong những mặt tồi tệ nhất của ô nhiễm không khí,đó là các hạt phân tử
nhỏ hơn 2,5 micron (PM2,5), bởi chúng chứa nhiều chất độc hại như sulfate,
bụi than đen và có thể thâm nhập sâu vào phổi và trong hệ thống tim mạch,
gây ảnh hưởng nghiêm trọng tới sức khỏe con người.
 Các cách thức vận tải không hiệu quả, chất đốt của các hộ gia đình, việc đốt
rác thải, trung tâm điện chạy bằng than và hoạt động công nghiệp là những
nguồn chính gây ô nhiễm không khí.
 Tuy nhiên, hoạt động của con người không phải là nguồn duy nhất dẫn tới tình
trạng ô nhiễm. Các cơn bão cát, đặc biệt là trong những khu vực nằm gần một
sa mạc, cũng có thể ảnh hưởng tới chất lượng không khí.
 Giám đốc Văn phòng sức khỏe cộng đồng, các yếu tố quyết định của xã hội và
môi trường đối với sức khỏe của WHO
 Ngày càng nhiều thành phố đang tiến hành giám sát ô nhiễm không khí, các dữ
liệu vệ tinh cũng toàn diện hơn và nhiều tiến bộ được hoàn thành trong việc cụ
thể hóa các đánh giá về sức khỏe tương ứng.

PHẦN I: MỞ ĐẦU



4
HỆ THỐNG GIÁM SÁT Ô NHIỄM KHÔNG KHÍ DÙNG ARDUINO VÀ MODULE WIFI

 Như chúng ta biết, không khí là thành phần quan trọng tất yếu trong cuộc sống
con người giúp chúng ta tồn tại trong cuộc sống.Ô nhiễm không khi đã và
đang ảnh hưởng rất nhiều đến sức khỏe của chúng ta và là mầm móng của
nhiều căn bệnh mang đến cho chúng ta.
 Vào tháng 9/2015, các nhà lãnh đạo thế giới đã ấn định mục tiêu trong các
Mục tiêu Phát triển bền vững là giảm đáng kể vào năm 2030 số ca tử vong và
bệnh tật do ô nhiễm không khí.

Hình 0.2. ONKK trong giờ cao điềm tại TPHCM
1.1.2. Bối cảnh Việt Nam
PHẦN I: MỞ ĐẦU


5
HỆ THỐNG GIÁM SÁT Ô NHIỄM KHÔNG KHÍ DÙNG ARDUINO VÀ MODULE WIFI

 Báo cáo nghiên cứu của Liên minh Năng lượng bền vững Việt Nam cũng cho rằng
năm 2016, Hà Nội trải qua 8 đợt ô nhiễm không khí nghiêm trọng. Trong đó, nguồn
gây ô nhiễm xuất phát từ các khu công nghiệp lớn của thành phố và có thêm sự cộng
hưởng từ nguồn gây ô nhiễm ngoài biên giới.
 Ở TPHCM những con số trên thấp hơn nhiều Hà Nội. Cụ thể, năm 2016, thành phố
đông dân và có nhiều phương tiện giao thông nhất của Việt Nam chỉ có 14 ngày vượt
quá quy chuẩn quốc gia và 175 ngày vượt quá tiêu chuẩn của WHO; trong khi chỉ số
AQI trung bình là 86, nồng độ bụi mịn PM2.5 là 28,3 Mg/m3.
 Nhóm nghiên cứu đánh giá, các nguồn gây ô nhiễm chủ yếu của Hà Nội và TPHCM

là do khí thải từ phương tiện giao thông, phát thải từ hoạt động công nghiệp, hoạt
động xây dựng, nhà máy nhiệt điện, đốt chất thải, đun nấu hộ gia đình và ô nhiễm
xuyên biên giới.

 Báo cáo hiện trạng ô nhiễm môi trường không khí năm 2013 cũng cho thấy,
các đô thị bị ô nhiễm không khí có tỷ lệ người mắc các bệnh đường hô hấp cao
gấp nhiều lần các đô thị khác. Các bệnh hô hấp cấp tính và mãn tính ở vùng
gần các khu vực sản xuất công nghiệp cao hơn rõ rệt so với các vùng đối
chứng khác, ảnh hưởng không chỉ người lao động mà còn người dân và trẻ em.
 Ngoài ra, độ che phủ cây xanh cũng là yếu tố giúp giảm lượng khí thải trong
khí quyển đáng kể. Theo thống kê ở nước ta, mặc dù tổng diện tích rừng đã
tăng, đạt mức độ che phủ 40%, nhưng chất lượng rừng đang tiếp tục suy thoái.
 Đối với các khu vực đô thị, mật độ cây xanh chưa đạt tiêu chuẩn về độ che
phủ. Cụ thể, tại thủ đô Hà Nội và TP. Hồ Chí Minh diện tích này mới đạt
<4m2/người, thấp hơn so với yêu cầu của tiêu chuẩn (10-15 m 2/người) và
không đáp ứng vai trò lá phổi xanh giảm thiểu ONKK.

PHẦN I: MỞ ĐẦU


6
HỆ THỐNG GIÁM SÁT Ô NHIỄM KHÔNG KHÍ DÙNG ARDUINO VÀ MODULE WIFI

Hình 0.3. ONKK tại nhà máy sản xuất A tại TPHCM



Một số ngành công nghiệp (Khai khoáng, nhiệt điện, xi măng...)
tiếp tục thải một lượng bụi lớn vào MTKK(Hình 1.3: diễn giải)


 Quá trình đô thị hóa cùng với các hoạt động phát triển kinh tế-xã hội chưa
được quản lý và kiểm soát tốt gây ảnh hưởng tiêu cực đến chất lượng
 Giao thông với xu hướng số lượng phương tiện giao thông gia tăng mạnh mẽ
qua các năm được đánh giá là nguồn đóng góp đáng kể gây suy giảm chất
lượng MTKK. Trong đó, các khí CO, VOC, TSP chủ yếu do các loại xe máy
phát thải còn đối với ô tô thì nguồn ô nhiễm chính gồm các khí SO2 và NO2.
 Các nguồn ONKK từ hoạt động sản xuất công nghiệp có đặc thù phân bố cục
bộ quanh khu vực sản xuất và có nồng độ các chất độc hại cao. Ngành khai
PHẦN I: MỞ ĐẦU


7
HỆ THỐNG GIÁM SÁT Ô NHIỄM KHÔNG KHÍ DÙNG ARDUINO VÀ MODULE WIFI

thác, chế biến than thường tập trung ở khu vực phía Bắc với đặc trưng phát
thải các loại bụi (TSP, PM10) và SO2, CO, CH4...
 Ngành sản xuất thép thì tập trung khu vực đồng bằng sông Hồng và Đông
Nam Bộ, với thành phần khí thải gồm bụi, gỉ sắt chứa các oxit kim loại...
Ngành sản xuất vật liệu xây dựng phát sinh chủ yếu bụi, CO, SO2 và H2S và
nguyên nhân gây ô nhiễm chính do cung cao hơn nhu cầu thị trường.

Hình 0.4. Tỷ lệ phát thải các chất gây ô nhiễm do các phương tiện cơ giới đường
bộ toàn quốc năm 2016

 Nhìn chung, nguyên nhân ô nhiễm chủ yếu từ các ngành được lý giải do công
nghệ sản xuất chưa được cải tiến đáng kể, hiệu suất sử dụng năng lượng và tài
nguyên chưa cao, đầu tư cho công tác bảo vệ môi trường của các doanh nghiệp
chưa được chú trọng và các chế tài quản lý đối với vấn đề ô nhiễm không khí
chưa hiệu quả.
1.1.3. Internet of thing

 Internet of thing là thuật ngữ dùng để chỉ các đối tượng có thể được nhận biết cũng như
chỉ sự tồn tại của chúng trong một kiến trúc mang tính kết nối. Cụm từ này được đưa ra bởi
Kevin Ashton vào năm 1999

PHẦN I: MỞ ĐẦU


8
HỆ THỐNG GIÁM SÁT Ô NHIỄM KHÔNG KHÍ DÙNG ARDUINO VÀ MODULE WIFI

Hình 0.5. Úng dụng IoT phục vụ nhu cầu con người
 Sự thông minh và tự động trong điều khiển thực chất không phải là một phần
trong ý tưởng về internet of thing các máy móc có thể dễ dàng nhận biết.

 Tuy nhiên, trong thời gian gần đây người ta bắt đầu nghiên cứu kết hợp hai
khái niệm IoT và autonomous control lại với nhau. Tương lai của IoT có thể là
một mạng lưới các thực thể thông minh có khả năng tự tổ chức và hoạt động
riêng lẻ tùy theo tình huống, môi trường, đồng thời chúng cũng có thể liên lạc
với nhau để trao đổi thông tin, dữ liệu.
 Việc tích hợp trí thông minh vào IoT còn có thể giúp các thiết bị, máy móc,
phần mềm thu thập và phân tích các dấu vết điện tử của con người khi chúng
ta tương tác với những thứ thông minh, từ đó phát hiện ra các tri thức mới liên
quan tới cuộc sống, môi trường, các mối tương tác xã hội cũng như hành vi
con người.

PHẦN I: MỞ ĐẦU


9
HỆ THỐNG GIÁM SÁT Ô NHIỄM KHÔNG KHÍ DÙNG ARDUINO VÀ MODULE WIFI


 Khi mà vạn vật đều có chung một mạng kết nối thì việc liên lạc và làm việc trở
nên rất dễ dàng. Con người có thể hiện thực hóa mục đích của mình trong
tương lai. Chúng ta hoàn toàn có thể kiểm soát mọi thứ
 Điều kì diệu ở Io đó chính là cảm biến. Các thiết bị cần kết nối phải được tích
hợp một chip cảm biến để có thể chuyển đổi, phát hiện các hiện tượng trong
môi trường tự nhiên và biến nó thành dữ liệu trong môi trường Internet để xử
lý dữ liệu và tiến hành thực thi các điều hướng trong mạng Internet đó theo
cách mà người dùng mong muốn.

Hình 0.6. Một góc Smart Home ở BKAV

 Với lí do trên, chúng tôi quyết định nghiên cứu đề tài “Hệ thống hiển thị ONKK
(Air pollution monitoring system) dùng Arduino và module wifi”.
2. Mục đích nghiên cứu
 Xác định mức độ ô nhiễm môi trường sống của chúng ta.
 Các ứng dụng và khái niệm cơ bản của IoT
 Tìm hiểu về board mạch Arduino, sensor, ngôn ngữ lập trình.
3. Đối tượng nghiên cứu
PHẦN I: MỞ ĐẦU


10
HỆ THỐNG GIÁM SÁT Ô NHIỄM KHÔNG KHÍ DÙNG ARDUINO VÀ MODULE WIFI

 Hệ thống đo lượng và hiển thị mức độ ô nhiễm
4. Nhiệm vụ nghiên cứu
 Ứng dụng board mạch Arduino, module WIFI ESP8266 và các linh kiện điện tử
khác để xây dựng mô hình cảnh báo ô nhiễm không khí, phục vụ tìm hiểu môi
trường sống của chúng ta.

5. Phương pháp nghiên cứu
 Nghiên cứu ngôn ngữ lập trình và phần mềm biên dịch cho Arduino.
 Tìm hiểu cấu trúc, phương thức vận hành và giao tiếp của board Arduino, module
WIFI ESP 8266 cũng như các loại cảm biến.
 Thiết kế và đánh giá nhiệm vụ của từng khối kỹ thuật.
 Hoàn thiện tổng thể, chỉnh định thông số và thi công mô hình.
6. Kết quả đạt được của đề tài
 Hiển thị được nồng độ trên LCD và website.
7. Kết cấu của đồ án
 Gồm 4 chương
- Giới thiệu chung
- Thiết kế hệ thống
- Nhiệm vụ từng khối
- Chương trình điều khiển

PHẦN I: MỞ ĐẦU


PHẦN II: NỘI DUNG
CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CHUNG
 Việc xác định được nồng độ bụi và việc thu thập dữ liệu trên lcd và website
(thông qua địa chỉ IP) để có được số liệu cần thiết giúp chúng ta phòng tránh kịp
thời những nguy cơ bệnh tật.
1. Yêu cầu
 Xác định được nồng độ bụi trong khoảng từ 02000PPM
 Hoạt động ổn định dưới sự thay đổi của môi trường.
 Có ứng dụng khái niệm IoT vào hệ thống.
 Hiển thị thông số lên màn hình LCD và websever
2. Giới hạn
 Chỉ sử dụng được nguồn điện từ 6V trở xuống

 Chỉ xác định được tình trạng không khí ở một không gian giới hạn.
3. Giải pháp thiết kế
 Ngôn ngữ lập trình và phần mêm biên dịch Arduino
 Công cụ Terminal Hecules
 Công cụ Ms Visio
4. Các bước phải thực hiện
 Kiểm tra các tập lệnh, thông số ESP 8266
 Tìm hiểu kĩ về chuẩn giao tiếp UART
 Các chân kết nối các module
PHẦN II: NỘI DUNG
CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU CHUNG


PHẦN II: NỘI DUNG
CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU CHUNG


13
HỆ THỐNG GIÁM SÁT Ô NHIỄM KHÔNG KHÍ DÙNG ARDUINO VÀ MODULE WIFI

CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ HỆ THỐNG

CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ HỆ THỐNG


14
HỆ THỐNG GIÁM SÁT Ô NHIỄM KHÔNG KHÍ DÙNG ARDUINO VÀ MODULE WIFI

1. Mô hình tổng quát


Hình 2.1. Sơ đồ các khối trong hệ thống

CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ HỆ THỐNG


15
HỆ THỐNG GIÁM SÁT Ô NHIỄM KHÔNG KHÍ DÙNG ARDUINO VÀ MODULE WIFI

lưu đồ 2.1. Giải thuật hệ thống toàn mạch

1.1.

Khối xử lý ( Arduino)

CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ HỆ THỐNG


16
HỆ THỐNG GIÁM SÁT Ô NHIỄM KHÔNG KHÍ DÙNG ARDUINO VÀ MODULE WIFI

Hình 2.2. Board mạch Arduino
1.1.1. Các thông số kỹ thuật
 Arduino UNO có thể sử dụng 3 vi điều khiển họ 8bit AVR là ATmega8,
ATmega168, ATmega328.
 Bộ não này có thể xử lí những tác vụ đơn giản như điều khiển đèn LED
nhấp nháy, xử lí tín hiệu cho xe điều khiển từ xa, làm một trạm đo nhiệt độ
- độ ẩm và hiển thị lên màn hình LCD,…
 Arduino UNO có thể được cấp nguồn 5V thông qua cổng USB hoặc cấp
nguồn ngoài với điện áp khuyên dùng là 7-12V DC và giới hạn là 6-20V.
 Thường thì cấp nguồn bằng pin vuông 9V là hợp lí nhất nếu bạn không có

sẵn nguồn từ cổng USB. Nếu cấp nguồn vượt quá ngưỡng giới hạn trên,
bạn sẽ làm hỏng Arduino UNO.
 ATmega328 có tên đầy đủ là ATmega328P-PU. ATmega328 là linh hồn
của, sức mạnh phần cứng mà Arduino Uno có được là từ đây.
 Nếu bạn có vi điều khiển ATmega328, bạn hoàn toàn có thể tạo ra
1 Arduino board đơn giản cho những dự án của mình.
 Các vi điều khiển ATmega328 đều được ghi sẵn bootloader Arduino
Bảng 2.1. Thống số kĩ thuật board Arduino
Vi điều khiển

CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ HỆ THỐNG

ATmega328 họ 8bit


17
HỆ THỐNG GIÁM SÁT Ô NHIỄM KHÔNG KHÍ DÙNG ARDUINO VÀ MODULE WIFI

Điện áp hoạt động

5V DC (chỉ được cấp qua cổng USB)

Tần số hoạt động

16 MHz

Dòng tiêu thụ

khoảng 30Ma


Điện áp vào khuyên dùng

7-12V DC

Điện áp vào giới hạn

6-20V DC

Số chân Digital I/O

14 (6 chân hardware PWM)

Số chân Analog

6 (độ phân giải 10bit)

Dòng tối đa trên mỗi chân I/O

30 mA

Dòng ra tối đa (5V)

500 mA

Dòng ra tối đa (3.3V)

50 mA

Bộ nhớ flash


32 KB (ATmega328) với 0.5KB dùng bởi
bootloader

SRAM

2 KB (ATmega328)

EEPROM

1 KB (ATmega328)

 Bootloader Arduino cho phép bạn gửi mã chương trình cho ATmega328
thông qua giao thức Serial (dùng cổng COM) mà không yêu cầu bạn phải
có 1 bộ nạp ROM đặc biệt nào cả.
 Các thông số chính của vi điều khiển Atmega328P-PU như sau:

CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ HỆ THỐNG


18
HỆ THỐNG GIÁM SÁT Ô NHIỄM KHÔNG KHÍ DÙNG ARDUINO VÀ MODULE WIFI

Hình 2.3. Sơ đồ chân Atmega 328










Kiến trúc: AVR 8bit
Xung nhịp lớn nhất: 20Mhz
Bộ nhớ chương trình (FLASH): 32KB
Bộ nhớ EEPROM: 1KB
Bộ nhớ RAM: 2KB
Điện áp hoạt động rộng: 1.8V - 5.5V
Số timer: 3 timer gồm 2 timer 8-bit và 1 timer 16-bit
Số kênh xung PWM: 6 kênh (1timer 2 kênh)
1.1.2. Các chân năng lượng của Arduino
 GND (Ground): cực âm của nguồn điện cấp cho Arduino UNO. Khi bạn
dùng các thiết bị sử dụng những nguồn điện riêng biệt thì những chân này
phải được nối với nhau.
 5V: cấp điện áp 5V đầu ra. Dòng tối đa cho phép ở chân này là 500mA.
 3.3V: cấp điện áp 3.3V đầu ra. Dòng tối đa cho phép ở chân này là 50mA.

CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ HỆ THỐNG


19
HỆ THỐNG GIÁM SÁT Ô NHIỄM KHÔNG KHÍ DÙNG ARDUINO VÀ MODULE WIFI

 Vin (Voltage Input): để cấp nguồn ngoài cho Arduino UNO, bạn nối cực
dương của nguồn với chân này và cực âm của nguồn với chân GND.
 IOREF: điện áp hoạt động của vi điều khiển trên Arduino UNO có thể
được đo ở chân này. Và dĩ nhiên nó luôn là 5V. Mặc dù vậy bạn không
được lấy nguồn 5V từ chân này để sử dụng bởi chức năng của nó không
phải là cấp nguồn.
 RESET: việc nhấn nút Reset trên board để reset vi điều khiển tương đương

với việc chân RESET được nối với GND qua 1 điện trở 10KΩ.
1.1.3 Bộ nhớ
 32KB bộ nhớ Flash: những đoạn lệnh bạn lập trình sẽ được lưu trữ trong
bộ nhớ Flash của vi điều khiển. Thường thì sẽ có khoảng vài KB trong số
này sẽ được dùng cho bootloader nhưng đừng lo, bạn hiếm khi nào cần
quá 20KB bộ nhớ này đâu.
 2KB cho SRAM (Static Random Access Memory): giá trị các biến bạn
khai báo khi lập trình sẽ lưu ở đây. Bạn khai báo càng nhiều biến thì càng
cần nhiều bộ nhớ RAM. Tuy vậy, thực sự thì cũng hiếm khi nào bộ nhớ
RAM lại trở thành thứ mà bạn phải bận tâm. Khi mất điện, dữ liệu trên
SRAM sẽ bị mất.
 1KBEEPROM (Electrically Eraseble Programmable Read Only Memory):
đây giống như một chiếc ổ cứng mini – nơi bạn có thể đọc và ghi dữ liệu
của mình vào đây mà không phải lo bị mất khi cúp điện giống như dữ liệu
trên SRAM.
1.1.4. Các cổng vào ra
 Hai chân Serial: 0 (RX) và 1 (TX): dùng để gửi (transmit – TX) và nhận
(receive – RX) dữ liệu TTL Serial. Arduino Uno có thể giao tiếp với thiết
bị khác thông qua 2 chân này. Kết nối bluetooth thường thấy nói nôm na
chính là kết nối Serial không dây. Nếu không cần giao tiếp Serial, bạn
không nên sử dụng 2 chân này nếu không cần thiết.
CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ HỆ THỐNG


20
HỆ THỐNG GIÁM SÁT Ô NHIỄM KHÔNG KHÍ DÙNG ARDUINO VÀ MODULE WIFI

 Chân PWM (~): 3, 5, 6, 9, 10, và 11: cho phép bạn xuất ra xung PWM với
độ phân giải 8bit (giá trị từ 0 → 28-1 tương ứng với 0V → 5V) bằng hàm
analogWrite(). Nói một cách đơn giản, bạn có thể điều chỉnh được điện áp

ra ở chân này từ mức 0V đến 5V thay vì chỉ cố định ở mức 0V và 5V như
những chân khác.
 Chân giao tiếp SPI: 10 (SS), 11 (MOSI), 12 (MISO), 13 (SCK). Ngoài các
chức năng thông thường, 4 chân này còn dùng để truyền phát dữ liệu bằng
giao thức SPI với các thiết bị khác.
 LED 13: trên Arduino UNO có 1 đèn led màu cam (kí hiệu chữ L). Khi
bấm nút Reset, bạn sẽ thấy đèn này nhấp nháy để báo hiệu. Nó được nối
với chân số 13. Khi chân này được người dùng sử dụng, LED sẽ sáng.
 Arduino UNO có 6 chân analog (A0 → A5) cung cấp độ phân giải tín hiệu
10bit (0 → 210-1) để đọc giá trị điện áp trong khoảng 0V → 5V. Với
chân AREF trên board, bạn có thể để đưa vào điện áp tham chiếu khi sử
dụng các chân analog. Tức là nếu bạn cấp điện áp 2.5V vào chân này thì
bạn có thể dùng các chân analog để đo điện áp trong khoảng từ 0V →
2.5V với độ phân giải vẫn là 10bit.
 Đặc biệt, Arduino UNO có 2 chân A4 (SDA) và A5 (SCL) hỗ trợ giao tiếp
I2C/TWI với các thiết bị khác.
 Các thiết bị dựa trên nền tảng Arduino được lập trình bằng ngôn riêng.
Ngôn ngữ này dựa trên ngôn ngữ Wiring được viết cho phần cứng nói
chung. Và Wiring lại là một biến thể của C/C++.
1.1.5. Ưu điểm của Arduino
 Giá thành rẻ thích hợp cho việc sử dụng phổ biến
 Các chân có các chuẩn giao tiếp khác nhau
1.1.6. Nhược điểm của Arduino Uno
 Arduino Uno không có bảo vệ cắm ngược nguồn vào,kiểm tra các cực âm
dương của nguồn trước khi cấp cho Arduino Uno.
 Các chân 3.3V và 5V trên Arduino là các chân dùng để cấp nguồn ra cho
các thiết bị khác, không phải là các chân cấp nguồn vào. Việc cấp nguồn
sai vị trí có thể làm hỏng board
CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ HỆ THỐNG



21
HỆ THỐNG GIÁM SÁT Ô NHIỄM KHÔNG KHÍ DÙNG ARDUINO VÀ MODULE WIFI

 Cấp nguồn ngoài không qua cổng USB cho Arduino Uno với điện áp dưới
6V có thể làm hỏng board.
 Cấp điện áp trên 13V vào chân RESET trên board có thể làm hỏng vi điều
khiển ATmega328.
 Cường độ dòng điện vào/ra ở tất cả các chân Digital và Analog của
Arduino Uno nếu vượt quá 200mA sẽ làm hỏng vi điều khiển.
 Cường độ dòng điện qua một chân Digital hoặc Analog bất kì của Arduino
Uno vượt quá 40mA sẽ làm hỏng vi điều khiển. Do đó nếu không dùng để
truyền nhận dữ liệu, bạn phải mắc một điện trở hạn dòng.
 Qua những thông số trên nên Arduino Uno là module thích hợp cho đề tài
nghiên cứu của em.
 Cường độ dòng điện qua một chân Digital hoặc Analog bất kì của Arduino
UNO vượt quá 40mA sẽ làm hỏng vi điều khiển. Do đó nếu không dùng để
truyền nhận dữ liệu, bạn phải mắc một điện trở hạn dòng.

1.2.

Khối cảm biến (MQ-135)

CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ HỆ THỐNG


22
HỆ THỐNG GIÁM SÁT Ô NHIỄM KHÔNG KHÍ DÙNG ARDUINO VÀ MODULE WIFI

Hình 2.4. Cảm biến MQ-135

I.2.1. Giới thiệu chung
 Cảm biến MQ135 là một cảm biến khí được dùng trong các thiết bị kiểm tra chất
lượng không khí phát hiện NH3, NOx, Ancol, Benzen, khói, CO2,… Với những
tính năng như khoảng đo rộng, phát hiện nhanh độ nhạy cao và đặc biệt là mạch
đơn giản chi phí thấp nên được ứng dụng rộng dãi trong công nghiệp và dân
dụng.
1.2.2 Thông số kĩ thuật








Điện áp của heater: 5V±0.1 AC/DC.
Điện trở tải: thay đổi được (2kΩ-47kΩ).
Điện trở của heater: 33Ω±5%,
Công suất tiêu thụ của heater: ít hơn 800mW.
Khoảng phát hiện: 10 - 300 ppm NH3, 10 - 1000 ppm Benzene, 10 - 300 Alcol.
Kích thước: 32mm*20mm.
Đầu ra tương tự ( AOUT): Điện áp ra tương tự thay đổi tuyến tính trong khoảng
từ 0.5V-4.5V phụ thuộc vào nồng độ khí xung quanh.



Đầu ra số (DOUT): Đầu ra số 0-1 rất tiện cho các bạn thực hiện các ứng dụng
nhỏ mà không cần vi điều khiển.Kết hợp với module relay để bật tắt các thiết bị

như còi, đèn để cảnh báo khí mà cảm biến có thể nhận biết được.

I.3. Khối hiển thị ( LCD16x2)

CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ HỆ THỐNG


23
HỆ THỐNG GIÁM SÁT Ô NHIỄM KHÔNG KHÍ DÙNG ARDUINO VÀ MODULE WIFI

Hình 2.5. Màn hình LCD 16x2
I.3.1. Giới thiệu chung
 Ngày nay, thiết bị hiển thị LCD (Liquid Crystal Display) được sử dụng trong rất
nhiều các ứng dụng của VĐK. LCD có rất nhiều ưu điểm so với các dạng hiển thị
khác:
 Nó có khả năng hiển thị kí tự đa dạng, trực quan (chữ, số và kí tự đồ họa), dễ
dàng đưa vào mạch ứng dụng theo nhiều giao thức giao tiếp khác nhau, tốn rất ít
tài nguyên hệ thống và giá thành rẽ.
 Mỗi khi được cấp nguồn, mạch khởi tạo bên trong LCD sẽ tự động khởi tạo cho
nó.
 Trong thời gian khởi tạo này cờ BF bật lên 1 đến khi việc khởi tạo hoàn tất cờ BF
còn giữ trong khoảng 10ms sau khi Vcc đạt đến 4.5V (vì 2.7V thì LCD đã hoạt
động).
 Mạch khởi tạo nội sẽ thiết lập các thông số làm việc của LCD
I.3.2. Sơ đồ chân
Bảng 2.2. Sơ đồ chân LCD 16x2

CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ HỆ THỐNG


24
HỆ THỐNG GIÁM SÁT Ô NHIỄM KHÔNG KHÍ DÙNG ARDUINO VÀ MODULE WIFI


I.3.3. Sơ đồ khối của HD44780
 Để hiểu rõ hơn chức năng các chân và hoạt động của chúng, ta tìm hiểu sơ qua
chíp HD44780 thông qua các khối cơ bản của nó.
 Tập lệnh mã HEX của LCD 16x2
 Mỗi khi được cấp nguồn, mạch khởi tạo bên trong LCD sẽ tự động khởi tạo
cho nó.
 Trong thời gian khởi tạo này cờ BF bật lên 1, đến khi việc khởi tạo hoàn tất
cờ BF còn giữ trong khoảng 10ms sau khi Vcc đạt đến 4.5V (vì 2.7V thì LCD
đã hoạt động). Mạch khởi tạo nội sẽ thiết lập các thông số làm việc.
Bảng 2.3. Tập lệnh mã Hex của LCD

Hình 2.6. Sơ đồ khối của HD44780

CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ HỆ THỐNG


25
HỆ THỐNG GIÁM SÁT Ô NHIỄM KHÔNG KHÍ DÙNG ARDUINO VÀ MODULE WIFI

 Chíp HD44780 có 2 thanh ghi 8 bit quan trọng: Thanh ghi lệnh IR (Instructor
Register) và thanh ghi dữ liệu DR (Data Register).
 Thanh ghi IR: Để điều khiển LCD, người dùng phải “ra lệnh” thông qua tám
đường bus DB0-DB7. Mỗi lệnh được nhà sản xuất LCD đánh địa chỉ rõ ràng.
Người dùng chỉ việc cung cấp địa chỉ lệnh bằng cách nạp vào thanh ghi IR. Nghĩa

CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ HỆ THỐNG