MỤC LỤC


DANH MỤC HÌNH ẢNH


DANH MỤC BẢNG BIỂU


DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT
CÁC KÍ HIỆU ĐƠN VỊ:
• A ( Ampe)
• V ( Volt)
• Mhz ( Megahertz)
• Mm
• Cm
• M
• W ( Watt)
• Hz
• Gr
• G
• Mpa
• Inch

Đơn vị dòng điện.
Đơn vị điện áp.
Đơn vị tần số.
Đơn vị đo khoảng cách.
Đơn vị đo khoảng cách.
Đơn vị đo khoảng cách.
Đơn vị công suất.

Đơn vị tần số.
Đơn vị đo trọng lượng.
Đơn vị đo trọng lượng.
Đơn vị đo áp lực nước.
Đơn vị kích thước.

CÁC CHỮ VIẾT TẮT
• AC
Alternating Current: Dòng điện xoay chiều.
• AVR
Automatic Voltage Regulator: Hệ thống tự động điều khiển
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•

•

ARM
PCB
CPU
DC
IOT
VDC
HTML

điện áp.
Advanced RISC Machines: Hãng thiết kế vi xử lí.
Printed Circuit Board: Bảng mạch in.
Central Prosessing Unit: Bộ điều khiển trung tâm.
Direct Current: Dòng điện một chiều.
Internet Of Things: Mạng lưới kết nối vạn vật.
Volts- Direct Current: Dòng điện một chiều.
Hyper Text Markup Language: Ngôn ngữ đánh dấu siêu văn

I/O
USB
IDE
NFC
RFID

bản.
Input/Output: Đầu vào/ Đầu ra.
Universal Serial Bus: Chuẩn kết nối tuần tự đa dụng.
Integrated Development Environment: phần mềm lập trình.
Near-Field Communications: Công nghệ giao tiếp trường gần.

Radio Frequency Identification: Nhận dạng qua tần số vô

CSDL
URL
COM
NC
NO
GND
PC
UART

tuyến.
Cơ sở dữ liệu.
Uniform Resource Locator: Định vị tài nguyên thống nhất.
Common: Chân chung.
Normally Closed: Thường đóng.
Normally Open: Thường mở.
Ground: Nối đất.
Personal Computer: Máy tính cá nhân.
Universal Asynchronous Receiver – Transmitter: Truyền dẫn


•
•
•
•
•
•
•
•

•

TX
RX
PLC
WIFI
AP
CSS
SSID
STA
WAN

dữ liệu nối tiếp không đồng bộ.
Transmit: Truyền dữ liệu.
Receive: Nhận dữ liệu.
Programmable Pogic Pontroller: Thiết bị điều khiển lập trình.
Wireless Fidelity: Hệ thống mạng không dây.
Access Point: Điểm truy cập không dây.
Cascading Style Sheet language: Ngôn ngữ tạo phong cách.
Service Set Identifier: Tên chính của mạng cục bộ không dây.
Station: Trạm.
Wide Area Network: Mạng diện rộng.


LỜI CAM ĐOAN
Em xin cam đoan Đồ án tốt nghiệp này là công trình nghiên cứu của bản thân em
dưới sự hướng dẫn của Thầy Lê Ngọc Thành. Các kết quả nêu trong Đồ án tốt
nghiệp là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình khác.

Giáo viên hướng dẫn


Sinh viên thực hiện
Đinh Văn Trí


LỜI CẢM ƠN
Trong thời gian thực hiện đề tài, em được sự giúp đỡ của gia đình, quý thầy cô và
bạn bè nên đề tài đã được hoàn thành. Em xin chân thành gửi lời cảm ơn đến:
Thầy Lê Ngọc Thành, giảng viên Trường Cao Đẳng nghề Đà Nẵng đã trực tiếp
hướng dẫn và tận tình giúp đỡ tạo điều kiện để em có thể hoàn thành tốt đề tài. Em
cũng xin chân thành cảm ơn đến các thầy cô trong khoa Điện- Điện tử của trường
Đại Học Duy Tân đã tận tình dạy dỗ, chỉ bảo, cung cấp cho em những kiến thức
nền, chuyên môn làm cơ sở để hoàn thành đề tài này.
Cảm ơn gia đình đã động viên, luôn luôn bên cạnh trong những lúc khó khăn nhất.
Xin gửi lời cảm ơn đến những người bạn sinh viên khoa Điện- Điện tử đã giúp đỡ
em để có thể hoàn thành tốt đề tài này.
Xin chân thành cảm ơn!
Sinh viên thực hiện
Đinh Văn Trí


8

MỞ ĐẦU
1. ĐẶT VẤN ĐỀ
Hiện nay cùng với sự phát triển của xã hội, cuộc sống ngày càng được nâng cao thì
việc áp dụng công nghệ khoa học kỹ thuật vào đời sống công việc ngày càng cần
thiết. Cùng với sự phát triển của các ngành khoa học kỹ thuật, công nghệ kỹ thuật
điện tử mà trong đó đặc biệt là kỹ thuật điều khiển tự động đóng vai trò quan trọng
trong mọi lĩnh vực khoa học kỹ thuật, quản lý, công nghiêp, nông nghiệp, đời sống,

quản lý thông tin...
Nước ta là một đất nước nông nghiệp, tuy nhiên trong nhiều năm quy mô cũng như
chất lượng và sản lượng nông nghiệp của nước ta luôn thấp hơn so với các nước
khác mà nguyên nhân chính là việc công nghệ sản xuất của nước ta quá lạc hậu, chủ
yếu dựa vào tay chân. Mô hình tự động là nền tảng cho tiêu chuẩn về chất lượng,
công năng và giá trị của sản phẩm trong việc sản xuất nông nghiệp theo hướng nông
nghiệp công nghệ cao. Tính linh hoạt của hệ thống giúp cho người trồng trọt có thể
trồng trọt trên bất cứ môi trường nào, diện tích trồng trọt có thể từ vài trăm mét
vuông đến hàng chục héc-ta. Hệ thống có khả năng loại bỏ các điều kiện môi trường
bất lợi, cung cấp một môi trường phát triển tối ưu, tạo ra mùa sinh trưởng dài hơn,
có thể trồng các loại cây trái mùa và các giống cây khác nhau, bảo vệ cây trồng khỏi
thời tiết lạnh, mưa đá, gió, mưa...gây thiệt hại, loại bỏ dịch bệnh, sâu bệnh hại, tăng
tốc độ sinh trưởng nhanh hơn và năng suất cao hơn, chất lượng tốt hơn. Tất cả được
điều chỉnh và điều khiển hoàn toàn tự động và áp dụng công nghệ khoa học kỹ thuật
vào quy trình giám sát và sản xuất. Việc sử dụng hệ thống tự động giúp chúng ta có
thể tiết kiệm nhân lực, tăng độ chính xác trong giám sát và điều khiển môi trường.
Trên cơ sở và yêu cầu từ thực tế, những đòi hỏi ngày càng cao của phát triển nông
nghiệp công nghệ cao, cộng với sự phát triển mạnh của khoa học công nghệ, đặc
biệt là công nghệ thông tin, kỹ thuật điện-điện tử. Phát triển kỹ thuật điều khiển tự
động từ khoảng cách xa trong nông nghiệp đang là xu thế phát triển nông nghiệp
vậy nên em đề xuất đề tài “THỐNG TỰ ĐỘNG TƯỚI RAU THÔNG MINH”.


9

2. MỤC TIÊU
•

Tìm hiểu được về sự sinh trưởng của cây mong muốn để từ đó nắm bắt được


•

những điều kiện độ ẩm đất thích hợp với sự phát của loại cây đó.
Tìm hiểu được cơ sở lý thuyết của việc thiết kế và thi công một vườn rau

sạch.
• Thiết kế được hệ thống tự động tưới thông qua việc giám sát thông số độ ẩm.
• Thiết kế được hệ thống cấp điện cho toàn bộ hệ thống tưới.
• Thiết kế được giao diện Webserver giám sát, điều khiển các thiết bị thông
qua mạng Internet.
• Thi công được mô hình khu vườn.
3. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU
•

Tìm hiểu và nghiên cứu về cấu tạo phần cứng, nguyên lý hoạt động, tính

năng của các module Arduino, module NODEMCU ESP8266, van điện từ,
động cơ DC, cảm biến độ ẩm đất.
• Tìm hiểu, nghiên cứu về lập trình WebServer, tìm hiểu về ngôn ngữ HTML,
CSS.
• Thiết kế hệ thống điều khiển, lưu đồ giải thuật và chương trình điều khiển
mô hình.
• Các giải pháp thiết kế hệ thống, thi công mô hình. Thiết kế hoàn chỉnh mô
hình thực tế.
4. GIỚI HẠN
•
•

Chọn rau xà lách là đối tượng nghiên cứu.
Thiết kế mô hình có kích thước dài, rộng, cao là 75 x 35 x 75 cm bằng khung


sắt chữ v và gỗ bọc nhựa nilong, có mái phun nước.
• Sử dụng nguồn tổ ong 12V để cấp nguồn hoạt động cho thiết bị và nguồn 5v
cho mạch điều khiển.
• Dừng lại ở mức độ mô hình học tập chứ chưa đưa vào thực tế để sử dụng.


10

5. BỐ CỤC
Chương 1: Tổng Quan hệ thống tưới tự động
Chương này trình bày về 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
Trong chương này trình bày về các lý thuyết có liên quan đến các vấn đề mà đề tài
sẽ dùng để thực hiện thiết kế, thi công cho đề tài.
Chương 3: Tính Toán Và Thiết Kế
Chương này giới thiệu tổng quan về các yêu cầu của đề tài mà mình thiết kế và các
tính toán, thiết kế gồm những phần nào.
Chương 4: Thi Công Hệ Thống
Chương này trình bày về quá trình vẽ mạch in lắp ráp các thiết bị, đo kiểm tra mạch,
lắp ráp mô hình. Thiết kế lưu đồ giải thuật cho chương trình và viết chương trình
cho hệ thống.
Chương 5: Kết Luận Và Hướng Phát Triển
Trình bày về những kết quả đã được mục tiêu đề ra sau quá trình nghiên cứu thi
công. Từ những kết quả đạt được để đánh giá quá trình hoàn thành được bao nhiêu
phần trăm, trình bày về những kết quả mà đồ án đạt được, những hạn chế, từ đó rút
ra kết luận và hướng phát triển để giải quyết các vấn đề tồn đọng để đồ án hoàn
thiện hơn.



11

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN HỆ THỐNG TƯỚI TỰ ĐỘNG
1.1 KHÁI QUÁT VỀ NHÀ TRỒNG THÔNG MINH
Tại một số địa phương đã canh tác một số loại cây, hoa, rau có giá trị kinh tế cao,
tuy nhiên hiện nay vẫn đang còn ít đơn vị nào tiến hành nghiên cứu thiết kế các mô
hình tự động đáp ứng điều kiện kinh tế, môi trường của nước ta.
Thực tế trong cuộc sống ngày càng bận rộn, nhiều người vẫn có thú vui là trồng
những cây cảnh, vườn rau trong không gian trống của nhà mình như sân thượng,
ban công. Tuy nhiên trong những lúc bạn bận các công việc hàng ngày thì những
cây cảnh và vườn rau ở nhà sẽ không ai tưới nước.

Hình 1. 1 Hình ảnh mô tả thực tế
Ngoài phương pháp tưới thủ công, các phương pháp còn lại đều cần được thiết kế,
tính toán thông số cho phù hợp. Nhìn chung, các phương pháp tưới có dùng ống
đều có cùng nguyên lí tính toán trên cơ sở môn học cấp thoát nước và thủy lực
đường ống, đó là: xác định diện tích tưới, nguồn nước, nhu cầu nước tưới phù hợp
với từng loại cây trồng, diện tích, địa hình, vùng tưới. từ các thông số này ta sẽ tính


12

toán thông số đường ống chính, ống phụ, ống nhánh, vận tốc nước chảy trong ống,
áp lực nước trong ống, tính toán chiều dài của các loại ống, các chi tiết nối ( co, tê,
van…), số lượng các bét phun, ống dẫn…và cuối cùng là lập bảng tổng hợp số
lượng các loại vật tư.


13


1.2 THỰC TIỄN ÁP DỤNG CỦA ARDUINO VÀO ĐỀ TÀI
Ứng dụng của Arduino về mô hình hệ thống tự động. Sử dụng cảm biến độ ẩm đất
kết nối với một Arduino và điều khiển động cơ tạo ra hệ thống tưới tự động. Tất cả
mọi việc đều tự động diễn ra trong quá trình cài đặt sẵn và qua các cảm biến để điều
tiết việc tưới cây hợp lí trong mọi thời tiết. Từ ví dụ thực tiễn cùng với sự giúp đỡ
của giáo viên hướng dẫn, em đã lựa chọn và phát triển đề tài theo hướng sử dụng
kid Arduino để thực hiện đề tài của mình. Ứng dụng đơn giản qua thao tác nút bấm
để tưới cây và làm việc thông minh qua các cảm biến. Trước hết về cảm biến độ ẩm
được áp dụng với khí hậu thời tiết nhiệt đới ẩm gió mùa với 4 mùa rõ rệt vậy nên
cảm biến độ ẩm có tầm quan trọng trong khâu tự động. Đo được các mức độ ẩm cần
thiết đáp ứng cho cây trồng cũng là ưu tiên hàng đầu trong ứng dụng. Hệ thống đảm
bảo về mảng thời gian cài đặt, đảm bảo về nhiệt độ thay đổi qua mùa, độ ẩm theo
khí hậu tất cả được kết hợp tạo thành hệ thống thông minh đáp ứng đúng nghĩa với
người trồng cây. Vì vậy việc tưới rau cây trồng với con người trong công nghệ này
đã thay thế hoàn toàn con người. Một hệ thống trồng thông minh đáp ứng về thời
tiết kết hợp việc cài đặt thời gian tưới phù hợp cây trồng tất cả chỉ trong một thiết bị
vi điều khiển Arduino. Phù hợp với người bận công việc, phù hợp với việc sản xuất
nông nghiệp cao đưa ra chất lượng cây trồng tốt. Một số ứng dụng cụ thể áp dụng
qua đề tài : Tưới phun sương cho cây lan, tưới phun sương trồng nấm, tưới phun tia
mưa cho hoa cúc, ....

Hình 1. 2 Hệ thống phun sương nhà trồng rau


14

1.3 KHÁI NIỆM, NHIỆM VỤ CỦA HỆ THỐNG TƯỚI NƯỚC TỰ ĐỘNG
Thiết kế hệ thông tưới cây tự động đòi hỏi phải có một số thông tin về các vật
tư thiết bị, bộ vi xử lí, các bộ cảm biến, bộ điều khiển đóng cắt...Vậy nên việc

đặt ra bài toán thiết kế là rất cần thiết.
1.3.1 Tổng quan về thiết kế một hệ thống tưới
Để thiết kế hệ thống tưới nước cho cây trồng, cần quan tâm đến các vấn đề
sau:
• Hình dạng vùng tưới.
• Diện tích vùng tưới.
• Số cây cần cung cấp nước tưới.
• Nhu cầu nước của loại cây trồng/đơn vị thời gian (lít/ngày).
• Địa hình khu tưới.
Để xác định hình dáng, diện tích vùng tưới, không có cách nào khác hơn là phải đo
đạc. Khoảng cách giữ các cây cũng là yếu tố tạo nên chất lượng yêu cầu đề ra.
Khoảng cách cũng tạo ra sự chênh lệch lượng nước tưới nếu không đều chênh lệch
cũng cao tạo sản phẩm kém. Với diện tích to quy hoạch lớn chúng ta nên đo chính
xác vừa đủ với lưu lượng nước chúng ta cần tưới phù hợp với công suất bơm. Khi
đã có “cái nền” là hình dáng, diện tích ta bắt đầu phát họa sơ đồ bố trí cây trồng.
1.3.2 Thiết kế hệ thống tưới
a. Xác định lần tưới nhu cầu nước/lần tưới và khả năng cung cấp nước:
Tùy thuộc loại cây trồng, ta xác định lần tưới và nhu cầu nước cho mỗi lần tưới. Số
lần tưới phụ thuộc vào đặc tính của loài cây trồng và khả năng giữ ẩm của đất. Ta
chỉ cần tính toán gần đúng thông số về lần tưới dùng để tính toán nguồn nước.
Trong sản xuất, sẽ dựa vào thực tế đất đai, thời tiết để điều chỉnh số lần tưới cho
phù hợp. Nhu cầu nước/lần tưới là thông số quan trọng để tính toán, thiết kế hệ
thống tưới và tính toán nguồn nước. Chuyên ngành thủy lợi có bảng tra nhu cầu
nước cho các loại cây trồng/vụ hoặc ngày hoặc có thể nghiên cứu trên mạng, tuy
nhiên, người trồng cũng có nhiều kinh nghiệm thực tế để xác định nhu cầu nước
tưới cho mỗi loại cây trồng. Trong thực tế, nhu cầu nước của cây trồng ít hơn nhiều
so với lượng nước ta cung cấp; do vậy mà lượng nước tưới tùy thuộc vào phương
pháp tưới.
Thông thường nhu cầu nước tưới cho một cây cần tưới giao động từ 5-10 lít (tưới
nhỏ giọt); 15-20 lít (tưới phun tia) 30 đến 40 lít nước (tưới rãnh, tưới phun mưa).

Từ xác định được nhu cầu nước của cây cho mỗi lần tưới, số lần tưới/tháng, số


15

tháng cần tưới, ta xác định được nhu cầu nguồn nước tưới.
b ) Phân chia khu tưới:
Nếu bạn chỉ tưới cho diện tích nhỏ trở lại thì chỉ là 1 khu tưới nhưng nếu diện tích
tưới lớn hơn phải phân chia vùng tưới thành nhiều khu tưới. Nếu chia khu tưới quá
lớn, công suất máy bơm và đường kính ống dẫn nước chính sẽ tăng lên rất lớn dẫn
đến không có hiệu quả kinh tế.
Khi phân chia khu tưới, bạn phải lên bản vẽ thể hiện rõ hình dáng, diện tích từng
khu tưới, kích thước các cạnh của khu tưới, vẽ các hàng cây và chiều dài mỗi hàng
cây, từ đây ta sẽ tính được số lượng cây trồng trong mỗi khu tưới, tính ra đường
kính, chiều dài của đường ống chính.
c )Tính toán đường ống chính:
Đường ống chính tải nước tưới đến từng khu tưới và cho cả vùng tưới do đó, ta phải
tính toán được chiều dài và đường kính ống phù hợp và cả áp lực để chọn loại ống
phù hợp (lớn quá sinh thừa – tốn tiền vô ích, ống nhỏ quá không cung cấp đủ nước
cho khu tưới, ống kém dễ hỏng dẫn đến tốn kém…). Ngoài ra, ta cần tính vị trí lắp
đặt đường ống chính và chuyển nó lên bản vẽ. Thông thường nếu khu tưới có địa
hình thấp dần thì ta bố trí đường ống chính đi theo cạnh có cao độ lớn nhất của khu
tưới, nhờ đó khi xả nước ra khỏi đường ống chính, nước sẽ có khuynh hướng chảy
từ nơi cao đến nơi thấp tới có lợi về năng lượng.
Nếu đất tương đối bằng phẳng hoặc gợn sóng nhô cao ở giữa đồng đất thì nên bố trí
đường ống chạy dọc theo các đỉnh cao xuyên qua đồng đất để chia nước tưới về hai
phía.
Tính chiều dài đường ống chính:
Dùng thước kẻ ly đo tổng chiều dài đường ống chính trên bản vẽ, nhân với tỷ lệ bản
vẽ để xác định tổng chiều dài thực của đường ống chính.

Tính toán đường kính của đường ống chính:
Để tính toán được kích thước của đường ống chính ta cần xác định tổng nhu cầu
nước tưới cho một lần tưới cho khu tưới lớn nhất của vùng tưới. Căn cứ vào chiều
dài của mỗi hàng ta tính được số cây/hàng bằng công thức:
Số cây/hàng = chiều dài hàng chia cự ly trồng (cây cách cây) +1.

CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT
2.1 GIỚI THIỆU VỀ MÔ HÌNH TRỒNG RAU NGOÀI THỰC TẾ
Trong thực tế hiện nay, ở nước ta cũng đã đang áp dụng, triển khai nhiều loại hệ
thống trồng rau tại hộ gia đình. Do đặc điểm hộ gia đình, đặc điểm riêng của mỗi


16

ngôi nhà, khoảng không nên mô hình ứng dụng cho quy mô này có rất nhiều hình
dạng thiết kế, lắp đặt từ đơn giản đến phức tạp để đáp ứng tối đa cho nhu cầu của
người dân. Một số loại phổ biến như: trồng rau từ ống nhựa, trồng rau bằng thùng
phuy, trồng rau trong túi vải, trồng rau bằng chai lọ treo, trồng rau bằng thùng xốp,
…

Hình 2. 1 Mô hình trồng rau thực tế
Tuy rằng có những ưu điểm không thể phủ nhận nhưng các mô hình ở trên vẫn còn
nhiều điểm hạn chế như:
Phương pháp trồng tại gia đình thì có quy mô và diện tích nhỏ, khó lắp đặt hiệu quả.
Giá thành lắp đặt và đầu tư lớn thường gấp 5 đến 10 lần giá thành của phương pháp
canh tác truyền thống. Năng lượng sử dũng vẫn là bằng điện lưới nên phải tiêu tốn
một số tiền nhất định mỗi tháng. Hệ thống theo dõi, giám sát bằng kinh nghiệm thực
tế nên sẽ gây khó khăn cho những người không có kinh nghiệm về trồng trọt.Với
những khuyết điểm kể trên, trong đồ án này em thực hiện sẽ giữ lại những điểm ưu
việt của các phương pháp trên và khắc phục phần nào những khuyết điểm đang tồn

tại như:
Tiết kiệm nhân công chăm sóc, giá thành sẽ rẻ hơn. Có cơ chế giám sát, theo dõi
thông qua mạng Internet, từ đó sẽ dễ dàng hơn cho người sử dụng khi ở xa khu
vườn.


17

2.2 TỔNG QUAN VỀ ARDUINO
Arduino là một board mạch vi xử lý, nhằm xây dựng các ứng dụng tương tác với
nhau hoặc với môi trường được thuận lợi hơn. Phần cứng bao gồm một board mạch
nguồn mở được thiết kế trên nền tảng vi xử lý AVR Atmel 8bit, hoặc ARM Atmel
32- bit. Những Model hiện tại được trang bị gồm 1 cổng giao tiếp USB, 6 chân đầu
vào analog, 14 chân I/O kỹ thuật số tương thích với nhiều board mở rộng khác
nhau. Các ứng dụng nổi bật của board mạch Arduino: robot đơn giản, điều khiển
nhiệt độ, phát hiện chuyển động, game tương tác… [1]
Được giới thiệu vào năm 2005, Những nhà thiết kế của Arduino cố gắng mang đến
một phương thức dễ dàng, không tốn kém cho những người yêu thích, sinh viên và
giới chuyên nghiệp để tạo ra những thiết bị có khả năng tương tác với môi trường
thông qua các cảm biến và các cơ cấu chấp hành. Những ví dụ phổ biến cho những
người yêu thích mới bắt đầu bao gồm các robot đơn giản, điều khiển nhiệt độ và
phát hiện chuyển động.

Hình 2. 2 Các loại board Arduino


18

Đi cùng với nó là một môi trường phát triển tích hợp (IDE) chạy trên các máy tính
cá nhân thông thường và cho phép người dùng viết các chương trình cho Aduino

bằng ngôn ngữ C hoặc C++.
Một mạch Arduino bao gồm một vi điều khiển AVR với nhiều linh kiện bổ sung
giúp dễ dàng lập trình và có thể mở rộng với các mạch khác. Một khía cạnh quan
trọng của Arduino là các kết nối tiêu chuẩn của nó, cho phép người dùng kết nối với
CPU của board với các module thêm vào có thể dễ dàng chuyển đổi, được gọi là
shield. Vài shield truyền thông với board Arduino trực tiếp thông qua các chân
khách nhau, nhưng nhiều shield được định địa chỉ thông qua serial bus I²C nhiều
shield có thể được xếp chồng và sử dụng dưới dạng song song. Arduino chính thức
thường sử dụng các dòng chip megaAVR, đặc biệt là ATmega8, ATmega168,
ATmega328, ATmega1280, và ATmega2560. Một vài các bộ vi xử lý khác cũng
được sử dụng bởi các mạch Arduino tương thích. Hầu hết các mạch gồm một bộ
điều chỉnh tuyến tính 5V và một thạch anh dao động 16 MHz (hoặc bộ cộng hưởng
ceramic trong một vài biến thể), mặc dù một vài thiết kế như LilyPad chạy tại 8
MHz và bỏ qua bộ điều chỉnh điện áp onboard do hạn chế về kích cỡ thiết bị. Một
vi điều khiển Arduino cũng có thể được lập trình sẵn với một boot loader cho phép
đơn giản là upload chương trình vào bộ nhớ flash on-chip, so với các thiết bị khác
thường phải cần một bộ nạp bên ngoài. Điều này giúp cho việc sử dụng Arduino
được trực tiếp hơn bằng cách cho phép sử dụng 1 máy tính gốc như là một bộ nạp
chương trình.
Một số loại arduino phổ biến trên thị trường có thể kể đến là: Arduino Nano,
Arduino Uno R3, Arduino Mega 2560 R3, Arduino Due, …Ngoài ra còn có một số
dòng Arduino hỗ trợ Internet như Arduino Ethernet, NodeMCU ESP8266,… [2]


19

2.3 TỔNG QUAN VỀ IOT

Hình 2. 3 Tổng quan hệ thống IOT
IoT (Internet of Things) 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. Ông là một nhà khoa học đã
sáng lập ra Trung tâm Auto-ID ở đại học MIT, nơi thiết lập các quy chuẩn toàn cầu
cho RFID (một phương thức giao tiếp không dây dùng sóng radio) cũng như một số
loại cảm biến khác. IoT sau đó cũng được dùng nhiều trong các ấn phẩm đến từ các
hãng và nhà phân tích.
Điểm quan trọng của IoT đó là các đối tượng phải có thể được nhận biết và định
dạng. Nếu mọi đối tượng, kể cả con người, được "đánh dấu" để phân biệt bản thân
đối tượng đó với những thứ xung quanh thì chúng ta có thể hoàn toàn quản lí được
nó thông qua máy tính. Việc đánh dấu có thể được thực hiện thông qua nhiều công
nghệ, chẳng hạn như RFID, NFC, mã vạch, watermark kĩ thuật số... Việc kết nối thì
có thể thực hiện qua Wi-Fi, mạng viễn thông băng rộng (3G, 4G), Bluetooth,
ZigBee, hồng ngoại...
Ngoài những kĩ thuật nói trên, nếu nhìn từ thế giới web, chúng ta có thể sử dụng các
địa chỉ độc nhất để xác định từng vật, chẳng hạn như địa chỉ IP. Mỗi thiết bị sẽ có
một IP riêng biệt không nhầm lẫn. Sự xuất hiện của IPv6 với không gian địa chỉ cực
kì rộng lớn sẽ giúp mọi thứ có thể dễ dàng kết nối vào Internet cũng như kết nối với
nhau. Một trong những vấn đề với IoT đó là khả năng tạo ra một ứng dụng IoT
nhanh chóng. Để khắc phục, hiện nay nhiều hãng, công ty, tổ chức trên thế giới
đang nghiên cứu các nền tảng giúp xây dựng nhanh ứng dụng dành cho IoT. Đại
học British Columbia hiện đang tập trung vào một bộ toolkit cho phép phát triển
phần mềm IoT chỉ bằng các công nghệ/tiêu chuẩn Web cũng như giao thức phổ
biến. Công ty như ioBridge thì cung cấp giải pháp kết nối và điều khiển hầu như bất
kì thiết bị nào có khả năng kết nối Internet. [3] [4]


20

2.4 TỔNG QUAN VỀ WEB
World Wide Web (www), gọi tắt là web, là một không gian thông tin toàn cầu mà

mọi người có thể truy nhập qua các máy tính nối với mạng Internet. Các tài liệu trên
web được lưu trữ trong một hệ thống siêu văn bản đặt tại các máy Webserver nối
mạng Internet. Người dùng phải sử dụng một chương trình được gọi là trình duyệt
web để xem các siêu văn bản này. Chương trình này sẽ nhận thông tin tại ô địa chỉ
URL do người sử dụng yêu cầu, sau đó trình duyệt sẽ tự động gửi thông tin đến máy
webserver và hiển thị trên màn hình máy tính của người xem.
Người dùng có thể theo các liên kết siêu văn bản trên mỗi trang web để nối với các
tài liệu khác hoặc gửi thông tin phản hồi lên máy chủ trong một quá trình tương tác.
Hoạt động truy tìm thông tin theo các siêu liên kết thường được gọi là duyệt web.
Quá trình này cho phép người dùng có thể lướt các trang web để lấy thông tin. Tuy
nhiên độ chính xác và chứng thực của thông tin tùy thuộc vào uy tín của các website
đưa ra thông tin đó.
Đặc điểm tiện lợi của web: Thông tin dễ dàng cập nhật, thay đổi, khách hàng có thể
xem thông tin ngay tức khắc, ở bất kỳ nơi nào, tiết kiệm chi phí in ấn, gửi bưu điện,
fax, thông tin không giới hạn và không giới hạn phạm vi khu vực sử. Về cơ bản thì
các website được vận hành nhờ 3 thành phần là: tên miền, website và web server.
Trong đó tên miền đóng vai trò là địa chỉ website. Website là hệ thống file nguồn
chứa file khởi chạy cho website, các file chứa nội dung của website như hình ảnh,
văn bản, âm thanh. Ngoài ra còn là những file điều khiển lưu trữ - trích xuất dữ liệu
từ CSDL, điều khiển web server nhận và phản hồi yêu cầu của người dùng thông
qua trình duyệt.… Còn thành phần thứ 3 web server chính là nơi lưu trữ cho CSDL
và hệ thống file nguồn nêu trên.


21

2.5 CHUẨN GIAO TIẾP UART
UART là viết tắt của Universal Asynchronous Receiver – Transmitter có nghĩa là
truyền dữ liệu nối tiếp bất đồng bộ. UART chuyển đổi giữa dữ liệu nối tiếp và song
song. Một chiều, UART chuyển đổi dữ liệu song song bus hệ thống ra dữ liệu nối

tiếp để truyền đi. Một chiều khác, UART chuyển đổi dữ liệu nhận được dạng dữ liệu
nối tiếp thành dạng dữ liệu song song cho CPU có thể đọc vào bus hệ thống. 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...
UART của PC hỗ trợ cả hai kiểu giao tiếp là giao tiếp đồng thời và không giao tiếp
đồng thời. Giao tiếp đồng thời tức là UART có thể gửi và nhận dữ liệu vào cùng
một thời điểm. Còn giao tiếp không đồng thời (không kép) là chỉ có một thiết bị có
thể chuyển dữ liệu vào một thời điểm, với tín hiệu điều khiển hoặc mã sẽ quyết định
bên nào có thể truyền dữ liệu. Giao tiếp không đồng thời được thực hiện khi mà cả
2 chiều chia sẻ một đường dẫn hoặc nếu có 2 đường nhưng cả 2 thiết bị chỉ giao tiếp
qua một đường ở cùng một thời điểm.
Thêm vào đường dữ liệu, UART hỗ trợ bắt tay chuẩn RS232 và tín hiêu điều khiển
như RTS, CTS, DTR, DCR, RT và CD

Hình 2. 4 Giao tiếp UART
Để giao tiếp giữa 2 thiết bị thông qua chuẩn giao tiếp UART, ta tiền hành nối dây
Tx (chân gửi tín hiệu) của bên phát với chân Rx (chân nhận tín hiệu) của bên thu và
ngược lại nối chân Rx (chân nhận tín hiệu) của bên phát với chân Tx (chân gửi tín
hiệu) của bên thu. Cách nối dây này được gọi là nối chéo dây. Bên cạnh đó, cần
phải nối chung GND cho cả 2 bên nhận và phát với nhau và muốn truyền nhận
được, 2 bên phải có cùng tốc độ baud.


22

2.6 PHẦN MỀM MÔ PHỎNG PROTEUS
Phần mềm Proteus là phần mềm cho phép mô phỏng hoạt động của mạch điện tử
bao gồm phần thiết kế mạch và viết chương trình điều khiển cho các họ vi điều
khiển như MCS-51, PIC, AVR, … Proteus là phần mềm mô phỏng mạch điện tử của
Lancenter Electronics, mô phỏng cho hầu hết các linh kiên điện tử thông dụng, đặc

biệt hỗ trợ cho các MCU như PIC, 8051, AVR, Motorola. Phần mềm bao gồm 2
chương trình: ISIS cho phép mô phỏng mạch và ARES dùng để vẽ mạch in. Proteus
là công cụ mô phỏng cho các loại vi điều khiển khá tốt, nó hỗ trợ các dòng vi điều
khiển PIC, 8051, PIC, dsPIC, AVR, HC11,… Các giao tiếp I2C, SPI, CAN, USB,
Ethenet… Ngoài ra còn mô phỏng các mạch số, mạch tương tự một cách hiệu quả.

Hình 2. 5 Giao diện khởi đông phần mềm Proteus
2.7 THƯ VIỆN ARDUINO TRONG PROTEUS
Thư viện Arduino là một bổ sung rất hay cho phần mềm mô phỏng Proteus nó giúp
cho việc mô phỏng Arduino được thuận tiện và dễ dàng hơn thay vì chỉ mô phỏng
được chip ATmega328(nhân của Arduino), thư viện này được phát triển bởi các kĩ


23

sư Cesar, Osaka, Daniel Cezar, Roberto Bauer và được đăng tải trên blog tiếng Bồ
Đào Nha. [5]
Thư viện bao gồm các linh kiện sau:

• Arduino Uno (Phiên bản chip ATmega328 chân DIP).
• Arduino Uno (Phiên bản chip ATmega328 chân SMD.
• Arduino Mega.
• Arduino Lilypad.
• Arduino Nano.

Hình 2. 6 Các linh kiện trong thư viện Arduino cho Proteus
CHƯƠNG 3. TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ
3.1 GIỚI THIỆU
Đề tài “Thiết kế và thi công hệ thống tự động tưới rau thông minh” bao gồm:
Hệ thống điều khiển vườn rau bằng giao diện web. Sau đó, dữ liệu cảm biến, trạng

thái hoạt động của các thiết bị sẽ được gửi lên Internet. Hệ thống có 2 chế độ hoạt
động là Manual và Auto. Ở chế độ Manual người dùng có thể điều khiển các thiết bị
một cách chủ động, bật tắt các thiết bị tùy ý mà không cần phụ thuộc vào các điều
kiện của môi trường. Còn ở chế độ Auto các thiết bị sẽ hoạt động theo các thông số


24

mà môi trường đo đạc được. Khi chuyển chế độ hoạt động trên web thông qua
Internet thì phần cứng sẽ chuyển đổi chế độ hoạt động theo.
Mô hình sử dụng kit Arduino Nano, NodeMCU làm vi điều khiển trung tâm để điều
khiển các module mở rộng như module relay, cảm biến độ ẩm đất, thiết bị khác…
3.2 TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG
3.2.1 Thiết kế sơ đồ khối hệ thống
Hệ thống gồm 7 khối ghép lại với nhau theo nhiều hướng tạo nên một hệ thống hoạt
động ổn định được trình bày trong sơ đồ khối hình 3.1 như sau:

KHỐI GIAO TIẾP WIFI

KHỐI WEBSERVER

KHỐI TRUNG TÂM XỬ LÍ
KHỐI CẢM BIẾN

KHỐI RELAY

KHỐI NGUỒN

Hình 3. 1 Sơ đồ khối hệ thống


KHỐI CHẤP HÀNH


25

Hình 3. 2 Sơ đồ khối thiết bị thực tế