BỘ CÔNG THƯƠNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI
-------------  -------------

BÁO CÁO
ĐỀ ĐỒ ÁN ĐO LƯỜNG VÀ ĐIỀU KHIỂN 2020
ĐỀ TÀI: XÂY DỰNG HỆ THỐNG ĐO VÀ KIỂM SOÁT NHIỆT ĐỘ
VÀ ĐỘ ẨM TRONG ĐẤT

Thành viên tham gia:

DƯƠNG VIẾT NGUYÊN
NGUYỄN ĐỨC MINH
NGUYỄN XUÂN KIÊN

Giáo viên hướng dẫn: NGUYỄN VĂN TRƯỜNG


Mục lục
Chương 1 Tổng quan về hệ thống............................................................. 2
1.1. Giới thiệu chung..................................................................................2
1.2. Các yêu cầu cơ bản............................................................................. 2
1.2.1 Mô tả nhiệm vụ công nghệ..........................................................2
1.2.2 Cấu trúc thiết bị........................................................................... 3
1.2.3. Đặc tính kỹ thuật........................................................................ 3
1.3. Phương pháp, phạm vi và giới hạn nghiên cứu.................................. 3
1.3.1 Phươn pháp nghiên cứu...............................................................3
1.3.2 Phạm vi và giới hạn nghiên cứu..................................................4
1.4 Ý nghĩa thực tiễn..................................................................................4
Chương 2 Xây dựng mơ hình hệ thống..................................................... 5
2.1 Thiết kế sơ đồ khối hệ thống............................................................... 5

2.2 Phân tích và lựa chọn cảm biến........................................................... 6
2.2.1 Các loại cảm biến nhiệt độ.......................................................... 6
2.2.2 Các loại cảm biến độ ẩm............................................................. 9
2.2.3 Lựa chọn cảm biến...................................................................... 9
2.3 Phân tích và lựa chọn bộ điều khiển..................................................11
2.3.1 ARDUINO UNO R3:................................................................ 11
2.3.2 Màn hình LCD:......................................................................... 17
2.3.3 IC logic AND SN74LS11N :.................................................... 19
2.4 Thiết kế mạch đo và xử lý tín hiệu.................................................... 20
Chương 3: Chế tạo và thử nghiệm hệ thống............................................21
3.1 Chế tạo các bộ phận điện - điện tử.................................................... 21
3.2 Xây dựng chương trình điều khiển.................................................... 23
3.3 Thử nghiệm và đánh giá hệ thống..................................................... 25
3.4 Nhận xét và đánh giá......................................................................... 29
PHỤ LỤC.................................................................................................31

1


Chương 1 Tổng quan về hệ thống
1.1. Giới thiệu chung
Trong cuộc sống hiện nay, có rất nhiều yếu tố ảnh hưởng đến q trình sản xuất và
con người. Trong đó, nhiệt độ và độ ẩm cũng là yếu tố được đề cập tới rất nhiều, vì thế
mạch đo nhiệt độ và độ ẩm ra đời là sự tất yếu.Với sự phát triển của công nghệ hiện nay,
cảm biến nhiệt độ và độ ẩm được sử dụng rất phổ biến trong nhiều lĩnh vực như sản xuất
công nghiệp, y tế, … Tùy theo nhu cầu mà mà chúng ta có thể tùy biến thêm ngoài chức
năng của đề tài này để phù hợp với yêu cầu hoạt động ngaoif chức năng chính là hiển thị
nhiệt độ, độ ẩm của khu vực cần khảo sát.
Với đề tài này 1 bộ mạch “Đo nhiệt độ và độ ẩm trong đất” ta có thể đo cùng lúc
nhiệt đô và độ ẩm hiệu quả hơn, nhưng đề tìa chỉ trong phạm vi là một đồ án nên tính

hiệu quả thực tế cũng như tính chính xác của mạch không cao.

1.2. Các yêu cầu cơ bản
1.2.1 Mơ tả nhiệm vụ cơng nghệ
Hệ thống có khả năng:
- Đo và kiểm soát nhiệt độ, độ ẩm trong đất.
- Hiển thị nhiệt độ, độ ẩm liên tục theo thời gian thực trên màn hình led 7 thanh hoặc
LCD.
- Có chức năng lựa chọn giới hạn nhiệt độ trên và dưới để đưa ra cảnh báo khi giá trị
nhiệt độ vượt ngồi khoảng cho phép.
- Phát đi tín hiệu điều khiển bơm khi thiếu độ ẩm và nhiệt độ cao.
- Hệ thống có khả năng kết nối với điện thoại để lưu trữ và hiển thị dữ liệu.

2


1.2.2 Cấu trúc thiết bị
Thiết bị

Loại sử dụng

Cảm biến đo nhiệt độ trong đất

Cảm biến nhiệt độ

Cảm biến đo độ ẩm trong đất

Cảm biến độ ẩm

Mạch chuyển đổi xử lí tín hiệu


ADC ngồi hoặc trong chíp

Bộ điều khiển

Vi điều khiển/ PLC/PC/Arduino

Hiện thị nhiệt độ tức thời

LCD /LED/Monitor

Phím chức năng nhập dữ liệu

Nút bấm / Màn hình chạm

Tín hiệu cảnh báo

Trên LCD/ Đèn/Cịi

1.2.3. Đặc tính kỹ thuật
Thơng số

Giá trị

Giới hạn đo nhiệt
độ

Giới hạn đo với nhiệt độ từ 0oC - 50oC

Giới hạn đo độ ẩm


Giới hạn đo với độ ẩm 0% - 100% với độ ẩm

Sai số đo nhiệt độ

Sai số 2% với độ C

Sai số đo độ ẩm

Sai số 5% với độ ẩm

1.3. Phương pháp, phạm vi và giới hạn nghiên cứu
1.3.1 Phươn pháp nghiên cứu
Phương pháp nghiên cứu lý thuyết: Tính tốn và mơ phỏng hệ thống đo nhiệt độ và
độ ẩm sử dụng cảm biến phù hợp bằng phần mềm. Khảo sát yêu cầu xem hệ thống có
hoạt động đúng hay không.
Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm: Từ nghiên cứu lý thuyết, bắt đầu thiết kế một
hệ thống đo nhiệt độ và độ ẩm đơn giản rồi tiến hành kiểm tra trong điều kiện thực tế với
3


các yếu tố bên ngồi thay đổi, các tình huống có thể xảy ra, sau đó đánh giá mức độ đáp
ứng của hệ thống từ đó có những cải tiến phù hợp nhằm tạo ra một hệ thống tối ưu, chính
xác và hiệu quả.
Phương pháp nghiên cứu kế thừa: Dựa vào các mơ hình thiết kế thực tế đã được chế
tạo hiện nay và nghiên cứu tài liệu kết hợp tìm kiếm thơng tin…giúp nắm vững kiến thức
cũng như tăng cường khả năng vận dụng trong thực tế.
1.3.2 Phạm vi và giới hạn nghiên cứu
Về khả năng phân tích và đánh giá, nhóm đã đi vào tìm hiểu và chế tạo cảm biến đo
nhiệt độ và độ ẩm sử dụng tín hiệu từ cảm biến kết hợp với vi xử lý ATmega328. Nhóm

hướng tới việc dùng tín hiệu đó đưa vào tính tốn từ đó đưa cho ra thơng số về nhiệt độ
và độ ẩm trong đất.
Về khả năng hiển thị, nhóm đã nghiên cứu và sử dụng màn hình LCD 1602 để hiển
thị dữ liệu về nhiệt đo, độ ẩm và cảnh báo cần thiết.
Để xây dựng chương trình cho vi xử lý, nhóm đã nghiên cứu và sử dụng ngôn ngữ
arduino trên cơ sở ngôn ngữ C/C++ trong mơi trường soạn thảo Arduino IDE, kết hợp với
trình mơ phỏng Proteus 8 để tạo ra mơ hình mơ phỏng trên máy tính, từ đó thử nghiệm và
thiết kế mơ hình thực tế.

1.4 Ý nghĩa thực tiễn
Ngồi việc sử dụng đo tốc độ động cơ trong băng chuyền, bộ cảm biến nhiệt độ, độ
ẩm đã nghiên cứu ở trên còn có thể được ứng dụng vào nhiều mơ hình nghiên cứu khác
như:
- Đo và kiểm soát nhiệt độ và độ ẩm trong đất
- Đề tài có hướng phát triển sẽ có thế điều khiển được nhiệt độ trong phịng bằng
cách tự động tắt mở quạt, máy lạnh mở cửa sổ, đặc biệt hơn là báo cháy và tự động dập
lửa.

4


Chương 2 Xây dựng mơ hình hệ thống
2.1 Thiết kế sơ đồ khối hệ thống
Cảm biến

Nguồn

Vi điều khiển

Màn hình LCD


Hình 2.1 Sơ đồ khối hệ thống

biến

Muốn cảm biến gửi tín hiệu, đầu tiên vi điều khiển sẽ gửi tín hiệu muốn đo đến cảm

Sau khi xác nhận được, khối cảm biến sẽ nhận nhiệt độ, độ ẩm từ môi trường bên
ngồi để gửi tín hiệu dạng sóng 5 bytes và nhiệt độ đo được đến vi điều khiển
Sau đó vi điều khiển sẽ đọc dữ liệu và gửi đến bộ mà hình LCD, qua bộ giải mã
được tích hợp trong LCD thì nhiệt độ và độ ẩm sẽ được hiển thị trên màn hình
Nguồn được dùng để cung cấp áp cho vi điều khiển, cảm biến, màn hình LCD hoạt
động ổn định

5


2.2 Phân tích và lựa chọn cảm biến
2.2.1 Các loại cảm biến nhiệt độ
Cặp nhiệt độ (Thermocouples)
Cặp nhiệt độ có tên tiếng anh là Thermocouples được đánh giá cao về độ bền
cũng như khả năng đo chính xác nhiệt độ cao.
Tuy nhiên những nhược điểm của loại này khiến nhiều người phân vân: Độ
nhạy đo khơng cao. Trong q trình vận hành, có rất nhiều yếu tố tác động làm sai
số khi đo.
Cặp nhiệt độ sẽ dùng để đo nhiệt của nhớt trong các loại máy nén, trong các lò
nhiệt, cơng việc có tính chất khắc nghiệt cao. Tầm đo nhiệt độ của Thermocouples
từ âm 100 độ C đến 1400 độ C.
Tùy thuộc vào chất liệu mà việc ổn định cũng như đo được nhiệt độ tại đầu
lạnh sẽ bị ảnh hưởng. Và cũng vì lý do này mà các hãng kỹ thuật cung cấp nhiều

chủng loại cặp nhiệt độ khác nhau như: J, E, K, R, S, T. Mỗi loại cặp này có thơng
số về sức điện động khác nhau

Hình 2.2 Cảm biến cặp nhiệt độ

Nhiệt điện trở (RTD – Resitance temperature detector)
Cảm biến nhiệt độ công nghiệp điện trở có tên gọi tiếng anh là Resitance
temperature detector hay tên gọi tắt là RTD.
Ưu điểm nổi bật của RTD đó là: Chiều dài dây nối kéo dài, khơng hạn chế.
Thiết kế dễ sử dụng. Độ chính xác của thiết bị này cao hơn so với cặp nhiệt điện.
Tuy nhiên, thiết bị vẫn có nhược điểm như: Giá thành cao hơn so với cặp nhiệt
độ nên khách hàng cần cân nhắc. Dải đo của RTD thì hẹp hơn, bé hơn so với cặp
nhiệt.

6


Nếu muốn do nhiệt độ dùng trong công nghiệp môi trường, cơng nghiệp gia
cơng vật liệu, gia cơng hóa chất với khoảng nhiệt từ -200 độ C đến 700 độ C thì lựa
chọn ngay thiết bị nhiệt điện thở.

Hình 2.3 Cảm biến nhiệ điện trở

Thermistor
Khi bạn cần đo nhiệt của thiết bị đang làm việc với mức nhiệt tầm 50 độ C thì
gợi ý mà các chuyên gia đưa ra là sử dụng cảm biến thermistor.
Thermistor cũng có những ưu điểm như: Tuổi thọ cao, dễ sản xuất cũng như
chế tạo, giá thành thấp. Bên cạnh ưu điểm, khi có nhu cầu mua, sử dụng thermistor
thì khách hàng cần cân nhắc nhược điểm như: Dãy tuyến tính hẹp. Vì vậy mà loại
cảm biến thermistor được dùng rất nhiều trong mạch điện tử hay thực hiện chức

năng bảo vệ, ép vào cuộc dây động cơ.

Hình 2.4 Thermistor

7


Bán dẫn
Nếu bạn cần một loại cảm biến nhiệt độ trong cơng nghiệp có mức đo nhiệt độ
từ -50 độ C đến 150 độ C thì lựa chọn cảm biến bán dẫn rất thích hợp.
Thiết bị này có ưu điểm nổi bật như: Mạch xử lý được thiết kế đơn giản. Loại
cảm biến này có khả năng chống nhiễu trong môi trường làm việc tốt, độ nhạy được
đánh giá cao. Việc chế tạo, sản xuất thiết bị dễ dàng và cũng vì lý do này mà giá
thành của thiết bị phải chăng, phù hợp với đa số khách hàng.
Song song với những ưu điểm trên thì thiết bị này vẫn có những khuyết điểm
mà chúng ta cần phải khắc phục như: Thiết bị khơng thích hợp nhiệt độ rất cao. So
sánh độ bền bỉ với các thiết bị cảm biến khác thì loại này kém bền hơn.
Loại cảm biến bán dẫn này thường dùng để lắp trong các thiết bị đo, thiết bị
bảo vệ các mạch điện tử, đo nhiệt độ của khơng khí.

Hình 2.5 Cảm biến nhiệt bán dẫn

Nhiệt kế bức xạ (Hỏa kế – Pyrometer)
Ngoài các loại cảm biến trên thì khách hàng có thêm một sự lựa chọn khác đó
là các hỏa kế hay gọi là nhiệt kế bức xạ, có tên tiếng anh là Pyrometer.
Ưu điểm nổi bật của thiết bị đo này là: Có thể sử dụng tốt trong những mơi
trường có tính chất khắc nghiệt mà không cần đo trực tiếp. Tuy nhiên, thiết bị này
vẫn có nhược điểm đó là: Giá thành đầu tư cao, độ chính xác khơng tuyệt đối.

8



Hình 2.6 Hỏa kế

2.2.2 Các loại cảm biến độ ẩm
STT
Loại cảm biến
1 Cảm biến độ ẩm điện
dung

Đặc điểm
+ Hằng số điện môi thay đổi tỷ lệ thuận với độ
ẩm tương đối trong môi trường
+ Hiệu ứng nhiệt không đáng kể. + Điện dung
thay đổi từ 0,2-0,5pF cho mỗi 1% RH thay đổi

2

Cảm biến điện trở

+ Đo sự thay đổi trở kháng
+ Quan hệ với độ ẩm theo hàm mũ nghịch đảo
+ Chủ yếu dùng Polymer dẫn điện, muối
+ Vỏ ceramic để tránh hiện tượng ngưng tụ

3

Cảm biến độ ẩm dựa vào + Đo độ ẩm tuyệt đối.
độ dẫn nhiệt
+ Gồm 1 điện trở đặt trong Nito khô và một đặt

trong môi trường, sai lệch nhiệt độ tỷ lệ với độ
ẩm

2.2.3 Lựa chọn cảm biến
Cảm biến độ ẩm và nhiệt độ DHT11 Temperature Humidity Sensor 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

9


trong cảm biến giúp bạn có được dữ liệu chính xác mà khơng phải qua bất kỳ tính
tốn nào. So với cảm biến đời mới hơn là DHT22 thì DHT11 cho khoảng đo và độ
chính xác kém hơn rất nhiều.

Hình 2.7 Cảm biến DHT11

Thông số kỹ thuật:
Item

Measurement
Range

Humidity
Accuracy

Temperature
Accuracy

Resolution


Package

DHT11

20-90%RH
0-50 ℃

± 5％RH

± 2℃

1

4 Pin Single
Row

Thông số kỹ thuật chi tiết:
Parameters
Humidity
Resolution
8 Bit
Repeatability
Accuracy
0-50℃
Interchangeability
Measurement
Range
25℃
50℃

Response Time
(Seconds)

Conditions

Minimum

Typical

1%RH

1%RH

1%RH

± 1%RH
25℃
± 5%RH
Fully Interchangeable

± 4%RH

0℃

30%RH

20%RH
20%RH

90%RH

80%RH

1/e(63%)25℃，
1m/s Air

6S

10

Maximum

90%RH

10 S

15 S


Hysteresis
Long-Term
Stability
Temperature
Resolution
8 Bit
Repeatability
Accuracy
Measurement
Range
Response Time
(Seconds)


± 1%RH

±
1%RH/year

Typical
1℃
8 Bit
± 1℃
± 1℃

1℃
8 Bit

0℃

50℃

1/e(63%)

6S

1℃

± 2℃

30 S

2.3 Phân tích và lựa chọn bộ điều khiển

2.3.1 ARDUINO UNO R3:
(a) Các loại vi điều khiển
- Vi điều khiển 8051: Intel 8051 - là vi điều khiển đơn tinh thể kiến trúc Harvard.
Tên gọi chính thức của họ vi điều khiển Intel 8051 - MCS 51. Những vi điều khiển Intel
8051 được sản xuất với việc dùng công nghệ MOSFET, những những bản sau, chứa kí
hiệu “C” trong tên, như 80C51, dùng công nghệ CMOS và yêu cầu công suất thấp, hơn
những cái MOSFET trước (điều này cho phép trang bị cho các thiết bị với nguồn là pin).
Các thông số kỹ thuật: 8 bit ALU, 8 bit thanh ghi. 8 bit dữ liệu bus 16 bit địa chỉ bus vì
vậy khơng gian bộ nhớ tối đa cho ROM và RAM lên tới 64 kb Bộ nhớ dữ liệu SRAM
128 bytes Bộ nhớ chương trình ROM 4 kb. 32 chân vào/ra đa hướng. Giao tiếp nối tiếp
UART. Hai bộ timer/counter 16 bit. Hai ngắt ngoài. Sơ đồ chân của 8051: Sơ đồ khối
điều khiển: Lập trình cho 8051: Các nhà sản xuất 8051 đều hỗ trợ ngơn ngữ lập trình
Assembler tuy nhiên ngơn ngữ này thường ít được dùng cho những ứng dụng lớn do tính
phù hợp của nó, vì vậy trong các ứng dụng thực tế hay sử dụng ngơn ngữ C. Ngồi ra cịn
một số ngơn ngữ khác được phát triển cho 8051 như Pascal, Basic, Forth.

11


Hình 2.8 Module vi điều khiển 8051

- Vi điều khiển AVR: Là dòng vi điều khiển do hãng Atmel sản xuất có nhiều loại
AVR như:


32-bit AVR UC3.



8/16-bit AVR XMEGA.




8-bit mega AVR.



8-bit tiny AVR.

Vi điều khiển Atmega 16: Là vi điều khiển 8 bit với tiêu thụ điện năng thấp dựa trên
kiến trúc RISC (Reduced Instruction Set Computer). Vào ra Analog – digital và ngược lại.
Với công nghệ này cho phép các lệnh thực thi chỉ trong một chu kì xung nhịp, vì thế tốc
độ xử lý dữ liệu có thể đạt đến 1 triệu lệnh trên giây ở tần số 1Mhz. Vi điều khiển này
cho phép người thiết kế có thể tối ưu hoá chế độ tiêu thụ năng lượng mà vẫn đảm bảo tốc
độ xử lý. Lõi AVR có tập lệnh phong phú với số lượng với 32 thanh ghi làm việc chung
với nhau. Tất cả 32 thanh ghi đều được nối trực tiếp với ALU (Arithmetic Logic Unit),
cho phép 2 thanh ghi truy cập độc lập trong một chỉ lệnh đơn trong một chu kỳ xung nhịp.
Kiến trúc đạt được có tốc độ xử lý nhanh gấp 10 lần vi điều khiển dạng CISC (Complex
Instruction Set Computer) thông thường. Atmega 16 được hỗ trợ đầy đủ phần mềm và
12


cơng cụ phát triển hệ thống bao gồm: Trình dịch Assembly như AVR studio của Atmel,
Trình dịch C như win AVR, CodeVisionAVR C, ICCAVR. C - CMPPILER của GNU…
Trình dịch C đã được nhiều người dùng và đánh giá tương đối mạnh, dễ tiếp cận đối với
những người bắt đầu tìm hiểu AVR, đó là trình dịch CodeVisionAVR C. Phần mềm này
hỗ trợ nhiều ứng dụng và có nhiều hàm có sẵn nên việc lập trình tốt hơn. - Bộ nhớ: Flash
16KB EEPROM 512 Byte SRAM 1KB. - Ngoại vi: Hai timer 8 bit Một timer 16 bit Bộ
counter với tần số riêng Bốn bộ điều chế độ rộng xung PWM. Tám kênh ADC 10 bit.
USART. Giao tiếp SPI, Giao diện I2C. Watchdog timer. Bộ so sánh tương tự trên chip. Tính năng: Tập lệnh gồm 131 lệnh, hầu hết thực hiện trong một chu kỳ máy. Xử lý 16

triệu lệnh ở tần số 16 MHZ. 32 chân vào/ra có thể lập trình được. Sáu chế độ sleep . 40
pin kiểu PDIP, 44 pin kiểu TQFP và kiểu QFL/MLF. 32 thanh ghi 8 bit đa dụng. Ngắt
trong và ngắt ngoài. Điện áp hoạt động từ 2,7-5,5V cho Atmega 16A.

Hình 2.9 KIT AVR V4

- Vi điều khiển PIC: PIC là một họ vi điều khiển RISC được sản xuất bởi công ty
Microchip Technology. Dòng PIC đầu tiên là PIC1650 được phát triển bởi
Microelectronics Division thuộc General Instrument . PIC bắt nguồn là chữ viết tắt của
"Programmable Intelligent Computer" (Máy tính khả trình thơng minh). Là vi điều khiển
với kiến trúc RISC thực thi một lệnh với một chu kỳ máy (bằng bốn chu kỳ của bộ dao
13


động). Ngày nay có nhiều dịng PIC được sản xuất với hàng loạt các mơ đun ngoại vi tích
hợp sẵn như ADC, PWM, USART, SPI…với bộ nhớ chương trình từ 512 word đến 32
Kword. Các họ vi điều khiển PIC: - Họ 8 bit: PIC 10/ PIC 12/ PIC 16/ PIC 18 - Họ 16 bit:
PIC 24F/ PIC 24H/ dsPIC 30/ dsPIC 33 - Họ 32 bit: PIC 32.
Lập trình cho PIC: Hãng Microchip cung cấp mơi trường lập trình MPLAB nó bao
gồm phần mềm mơ phỏng, trình dịch ASM, liên kết và gỡ rối. Ngoài ra hãng này cũng
bán trình biên dịch C cho các dịng PIC18 và dsPIC tích hợp trong MPLAB. Ngồi ra cịn
một số cơng ty khác cung cấp trình biên dịch C, PASCAL, BASIC cho PIC đó có thể là
phần mềm thương mại hoặc phần mềm mã nguồn mở.

Hình 2.10 Vi điều khiển PIC 16F877A

- Vi điều khiển ARM: Cấu trúc ARM (viết tắt từ tên gốc là Acorn RISC Machine)
là một loại cấu trúc vi xử lý 32-bit kiểu RISC được sử dụng rộng rãi trong các thiết kế
nhúng. Được phát triển lần đầu trong một dự án của cơng ty máy tính Acorn. Do có đặc
điểm tiết kiệm năng lượng, các bộ CPU ARM chiếm ưu thế trong các sản phẩm điện tử di

động, mà với các sản phẩm này việc tiêu tán công suất thấp là một mục tiêu thiết kế quan
trọng hàng đầu. Ngày nay, hơn 75% CPU nhúng 32-bit là thuộc họ ARM, điều này khiến
ARM trở thành cấu trúc 32-bit được sản xuất nhiều nhất trên thế giới. CPU ARM được
tìm thấy khắp nơi trong các sản phẩm thương mại điện tử, từ thiết bị cầm tay (PDA, điện
thoại di động, máy đa phương tiện, máy trò chơi cầm tay, và máy tính cầm tay) cho đến
các thiết bị ngoại vi máy tính (ổ đĩa cứng, bộ định tuyến để bàn.). Một nhánh nổi tiếng
của họ ARM là các vi xử lý Xscale của Intel. Giới thiệu về vi điều khiển LPC2148: Là
dòng vi điều khiển ARM được sản xuất bởi hãng Philips

14


On-chip Flash Memory: LPC 2148 có 512K bộ nhớ Flash có thể được dùng để lưu trữ
code và dữ liệu. Trong khi thực thi ứng dụng, vẫn có thể xóa hoặc lập trình Flash thơng
qua IAP (In Application Programming). Khi đó trình loader trên chip được sử dụng, bộ
nhớ trống cịn lại là 500K. Bộ nhớ Flash có thể ghi xóa được ít nhất 100000 lần, lưu trữ
dữ liệu đến 20 năm. On-chip Static RAM: LPC 2148 có 32K RAM tĩnh, có thể được truy
xuất theo đơn vị byte, half word & word. Bộ điều khiển SRAM sử dụng phương thức
write-back buffer để ngăn chặn tình trạng treo CPU khi có thao tác ghi. Bộ đệm ln giữ
dữ liệu cuối cùng từ chương trình gửi tới bộ nhớ. Dữ liệu chỉ được ghi vào SRAM khi có
1 thao tác ghi khác từ chương trình. Lập trình cho ARM: Ngơn ngữ lập trình chính cho
ARM hiện nay là ngơn ngữ C.

Hình 2.11 Chip ARM

(b) Arduino UNO R3
Arduino board có rất nhiều phiên bản với hiệu năng và mục đích sử dụng khác nhau
như: Arduino Mega, Arduino Nano, Arduino LilyPad, ... Trong số đó, Arduino Uno R3 là
một trong những phiên bản được sử dụng rộng rãi nhất bởi chi phí và tính linh động của
nó.


15


Arduino UNO R3 là kit Arduino UNO thế hệ thứ 3, với khả năng lập trình cho các
ứng dụng điều khiển phức tạp do được trang bị cấu hình mạnh cho các loại bộ nhớ ROM,
RAM và Flash, các ngõ vào ra digital I/O trong đó có nhiều ngõ có khả năng xuất tín hiệu
PWM, các ngõ đọc tín hiệu analog và các chuẩn giao tiếp đa dạng như UART, SPI, TWI
(I2C).

Hình 2.12 ARDUINO UNO R3

Bảng thơng số kỹ thuật của arduino UNO R3
Vi điều khiển

ATmega328P

Điện áp hoạt động

5V

Điện áp vào khuyên dùng

7-12V

Điện áp vào giới hạn

6-20V
14 (trong đó 6 pin có khả
năng băm xung)


Digital I/O pin

16


Vi điều khiển

ATmega328P

PWM Digital I/O Pins

6

Analog Input Pins

6

Cường độ dòng điện trên mỗi I/O pin

20 mA

Cường độ dòng điện trên mỗi 3.3V pin

50 mA
32 KB (ATmega328P)0.5 KB
được sử dụng bởi bootloader

Flash Memory
SRAM


2 KB (ATmega328P)

EEPROM

1 KB (ATmega328P)

Tốc độ

16 MHz

Chiều dài

68.6 mm

Chiều rộng

53.4 mm

Trọng lượng

25 g

2.3.2 Màn hình LCD:
Mạch điều khiển màn hình 16x02 giao tiếp I2C sử dụng IC điều khiển màn hình kí
tự gồm 16 cột và 2 dịng giúp tiết kiệm dây nối với vi điều khiển (hoặc Arduino) cho khả
năng hiển thị nhanh với nhiều chức năng.

17



Hình 2.13 Màn hình LCD + module I2C

Thơng thường, để điều khiển và hiển thị được kí tự từ vi điều khiển xuất ra màn
hình 16x02 cần tới 7-8 dây nối đến chân vi điều khiển. Điều này gây ra rất nhiều phiền
tối: đi sai dây, mạch rườm ra, khó viết code...
Những điều này được mạch điều khiển màn hình khắc phục hồn tồn vì số lượng
dây tín hiệu giảm còn duy nhất: 2 dây. Bằng việc sử dụng giao tiếp I2C, việc điều khiển
trực tiếp màn hình được chuyển sang cho IC xử lý nằm trên mạch, chỉ việc gửi các mã
lệnh cùng nội dung hiển thị, do vậy giúp vi điều khiển có nhiều thời gian để xử lý các tiến
trình phức tạp khác.
-Ưu điểm của việc sử dụng giao tiếp I2C
 Giao tiếp I2C chỉ sử dụng duy nhất 2 dây tín hiệu: SDA và SCL giúp tiết
kiệm chân trên vi điều khiển.
 Tốc độ truyền dữ liệu lên đến 400Kbps.
 Dữ liệu truyền nhận đảm bảo tính tồn vẹn vì sử dụng cơ chế phản hồi (ACK)
trên mỗi byte dữ liệu.
 Có khả năng kết nối nhiều thiết bị với nhau: trên mạch có sẵn các mối hàn
A0, A1, A2 để thay đổi địa chỉ của module.
 Địa chỉ mặc định: 0x27, có thể mắc vào I2C bus tối đa 8 module (3bit
address set)
 Điện áp hoạt động: 3V-6V

18


2.3.3 IC logic AND SN74LS11N :
- Cổng Logic tiêu chuẩn của Texas Instruments từ dịng IC cơng suất thấp 74LS Schottky.
Dịng 74LS sử dụng cơng nghệ mối nối lưỡng cực kết hợp với kẹp diode Schottky để đạt
được tốc độ hoạt động ngang với dòng 74TTL ban đầu nhưng tiêu thụ điện năng thấp hơn

nhiều.

Hình 2.14 IC SN74LS11N

Hình 2.15 Sơ đồ chân

Bảng thơng số kỹ thuật của IC SN74LS11N

Đặc tính Sản phẩm

Thuộc tính giá trị

Nhà sản xuất:

Texas Instruments

Danh mục Sản phẩm:

Cổng Logic

Chức năng logic:

AND

Họ Logic:

LS

Số cực cổng:


3 Gate

Số dòng đầu vào:

3 Input

Số lượng đường cửa ra:

1 Output

Dòng đầu ra mức cao:

- 0.4 mA

Dòng đầu ra mức thấp:

8 mA

19


Thời gian trễ lan truyền:

15 ns

Điện áp cấp nguồn - Tối đa:

5.25 V

Điện áp cấp nguồn - Tối thiểu:


4.75 V

Nhiệt độ làm việc tối thiểu:

0C

Nhiệt độ làm việc tối đa:

+ 70 C

Kiểu gắn:

Through Hole

Chiều cao:

4.57 mm

Chiều dài:

19.3 mm

Chiều rộng:

6.35 mm

2.4 Thiết kế mạch đo và xử lý tín hiệu

Hình 2.16 Mạch đo và xử lý tín hiệu


20


Chương 3: Chế tạo và thử nghiệm hệ thống
3.1 Chế tạo các bộ phận điện - điện tử

Hình 3.1 Bộ phận báo hiệu trạng thái

Hình 3.2 Bộ phận điều trình giới hạn nhiệt độ - độ ẩm

21


Hình 3.3. LCD, I2c

Hình 3.4. Board arduino Uno R3 và cảm biến DHT11

22


Hình 3.5. Module relay và motor máy bơm
3.2 Xây dựng chương trình điều khiển

Bắt đầu

Khởi tạo LCD, Arduino,
Nhiệt độ t, độ ẩm h
Tmax,Tmin,Hmin


Cảm biến DHT11 đo nhiệt độ - độ ẩm
Đọc giá trị và hiển thị trên LCD

23


S
t > Tmax

Đ

S

S

tLCD hiển thị cảnh
báo, bật máy bơm

Đ

h
Bật chuông
LCD hiển thị cảnh báo
Bật máy bơm
S

Đ

Bật chuông

LCD hiển thị cảnh báo

t < Tmax

Bật máy bơm
Bật chuông
Đ

Tắt máy bơm

S
t > Tmin

Đọc giá trị và hiển
thị trên LCD

S
Đ

h>Hmin

Tắt máy bơm
Đọc giá trị và hiển
thị trên LCD

Đ
Tắt máy bơm
Đọc giá trị và hiển

thị trên LCD

Kết thúc

24