CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT
NAM
ĐỘC LẬP - TỰ DO - HẠNH PHÚC
----o0o----

TRƯỜNG ĐH SPKT TP. HỒ CHÍ MINH
KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ BỘ MÔN ĐIỆN
TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH

Tp. HCM, ngày 17 tháng 3 năm 2020

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Vũ Viết Quyết

MSSV: 16141249

Nguyễn Minh Trí

MSSV: 16141312

Chuyên ngành:

Kỹ thuật Điện - Điện tử

Mã ngành:

141

Hệ đào tạo:

Đại học chính quy

Mã hệ:

1

Khóa:

2016

Lớp:

16141DT

Họ tên sinh viên:

I. TÊN ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ VÀ THI CƠNG HỆ THỐNG CHĂM SĨC HỒ
THỦY SINH TỰ ĐỘNG VÀ ĐƯỢC GIÁM SÁT TỪ XA.
II. NHIỆM VỤ
Nội dung thực hiện:
- Đọc các tài liệu, đồ án tốt nghiệp, đề tài.
- Tìm hiểu cách thức hoạt động của các cảm biến sử dụng.
- Tìm hiểu các chuẩn truyền thơng như UART, I2C.
- Thiết kế giao diện để giám sát: Web giám sát dữ liệu đo được từ cảm biến.
- Thiết kế và thi cơng mơ hình hồ thủy sinh.
- Tính tốn các thơng số quy đổi cho các cảm biến.
- Viết chương trình điều khiển cho Arduino, ESP8276, nạp code và chạy thử
nghiệm sản phẩm, chỉnh sửa và hoàn thiện hệ thống.
- Thực hiện viết sách luận văn báo cáo.
- Tiến hành báo cáo đề tài tốt nghiệp.
III. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ:


17/03/2020

IV. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 03/08/2020
V. HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN:
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

TS. Trần Vi Đơ

BM. ĐIỆN TỬ CƠNG NGHIỆP – Y SINH
i


TRƯỜNG ĐH SPKT TP. HỒ CHÍ MINH
KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ

CỘNG HỊA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT
NAM

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y

ĐỘC LẬP - TỰ DO - HẠNH PHÚC

SINH

----o0o---Tp. HCM, ngày 17 tháng 3 năm 2020

LỊCH TRÌNH THỰC HIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Họ tên sinh viên 1: Vũ Viết Quyết
Lớp: 16141DT2


MSSV:16141249

Họ tên sinh viên 2: Nguyễn Minh Trí
Lớp: 16141DT1

MSSV: 16141312

Tên đề tài: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG HỆ THỐNG CHĂM SÓC HỒ THỦY SINH
TỰ ĐỘNG VÀ ĐƯỢC GIÁM SÁT TỪ XA.
Tuần/ngày

Nội dung

Tuần 1 (18/02 - 24/02)

Gặp gỡ GVHD và trao đổi về đề tài tốt
nghiệp.

Tuần 2,3 (25/02 10/03)

Tìm hiểu các đề tài nghiên cứu có liên
quan.

Tuần 4 (11/03 - 17/03)

Tìm hiểu các chuẩn giao tiếp sử dụng
trong đề tài

Tuần 5, 6, 7

(11/03 – 07/04)

Xác nhận
GVHD

Viết code arduino và chạy thử nghiệm
một số cảm biến liên quan đến đề tài.
Báo cáo tiến độ với GVHD

Tuần 8 (08/04 - 14/04)

Viết báo cáo chương 1, 2 và báo cáo tiến
độ
với GVHD
ii


Tuần 9 (15/04 – 21/04)
Tuần 10, 11, 12, 13
(22/04 - 19/05)

Giao tiếp với module wifi với Arduino
Thiết kế mạch nguyên lý
Làm mạch thử nghiệm trên test board

Tuần 14
(20/05 - 26/05)

Thiết kế mạch PCB
Báo cáo tiến độ với GVHD


Tuần 15, 16, 17
(27/05 – 16/06)

Tạo cơ sở dữ liệu
Thiết kế website

Tuần 18 (17/06 – 22/06) Giao tiếp module wifi với Internet và tiến
hành gửi dữ liệu lên web.
Báo cáo tiến độ với GVHD
Tuần 19 ,20
(23/06 – 06/07)

Thi cơng mơ hình
Báo cáo tiến độ với GVHD

Tuần 21, 22
(07/07 – 20/07)

Tổng hợp code toàn mạch
Kiểm tra và chỉnh sửa toàn mạch

Tuần 23
(21/07 – 27/07)

Hoàn thành bài báo cáo.
Gặp GVHD để báo cáo tiến độ

Tuần 24
(28/07 – 03/08)


Chỉnh sửa và hoàn thành toàn bộ bài báo
cáo
GV HƯỚNG DẪN

(Ký và ghi rõ họ và tên)
iii


LỜI CAM ĐOAN
Đề tài này là do tôi tự thực hiện dựa vào một số tài liệu trước đó và
khơng sao chép từ tài liệu hay cơng trình đã có trước đó.
Người thực hiện đề tài
Vũ Viết Quyết
Nguyễn Minh Trí

iv


LỜI CẢM ƠN
Lời đầu tiên, chúng em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới các thầy cô giáo trong
Bộ mơn Điện Tử Cơng Nghiệp – Y Sinh nói riêng và các thầy cô giáo trong Khoa
Điện – Điện Tử nói chung. Các thầy cơ đã nhiệt tình giúp đỡ chúng em về các kiến
thức liên quan tới lĩnh vực nghiên cứu của đề tài trong thời gian thực hiện đề tài,
cũng như các kiến thức mà các thầy cô đã truyền đạt cho chúng em trong suốt thời
gian học tập tại trường.
Xin gửi lời cảm ơn chân thành nhất đến giáo viên hướng dẫn TS. Trần Vi Đô
đã tận tình hướng dẫn, giúp đỡ, cung cấp các kiến thức quan trọng tạo điều kiện
thuận lợi trong thời gian thực hiện đề tài.
Chúng em gửi lời cảm ơn ba mẹ và người thân đã đồng hành và động viên

trong suốt quá trình thực hiện đề tài.
Chúng em cũng gửi lời đồng cảm ơn đến các bạn lớp 16141DT đã chia sẻ
trao đổi kiến thức cũng như những kinh nghiệm quý báu trong quá trình thực hiện
đề tài.
Xin chân thành cảm ơn!

Người thực hiện đề tài
Vũ Viết Quyết
Nguyễn Minh Trí

v


MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN ....................................................................................................
LỜI CẢM ƠN ............................................................................................................

iv
v

MỤC LỤC ................................................................................................................ vi
LIỆT KÊ HÌNH VẼ .............................................................................................. viii
TĨM TẮT ................................................................................................................

xi

Chương 1. TỔNG QUAN ........................................................................................

1


1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ ..................................................................................................... 1
1.2 MỤC TIÊU ......................................................................................................... 1
1.3 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU .............................................................................. 2
1.4 GIỚI HẠN .......................................................................................................... 2
1.5 BỐ CỤC .............................................................................................................. 2
Chương 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT ............................................................................

4

2.1 QUY TRÌNH LÀM MỘT HỒ THỦY SINH .................................................. 4
2.1.1 Giới thiệu hồ thủy sinh ............................................................................... 4
2.1.2 Các bước cơ bản làm một hồ thủy sinh ..................................................... 5
2.1.3 Điều kiện cần và đủ để có những hồ thủy sinh đẹp .................................. 6
2.1.4 Một số loại cây và động vật thủy sinh ni trồng .................................... 6
2.1.5 Mơ tả quy trình chăm sóc tự động ............................................................. 9
2.1.6 Quy trình hoạt động của hệ thống ............................................................. 9
2.2 GIỚI THIỆU PHẦN CỨNG .......................................................................... 10
2.2.1 Cảm biến và hiển thị ................................................................................. 10
2.2.2 Vi điều khiển .............................................................................................. 17
2.2.3 Thiết bị công suất ...................................................................................... 21
2.2.4 Cơ sở dữ liệu ............................................................................................. 27
2.2.5 Các giao thức ............................................................................................ 27
2.2.6 Phần mềm và ngơn ngữ lập trình ........................................................... 31
Chương 3. TÍNH TỐN VÀ THIẾT KẾ .............................................................

34

3.1 GIỚI THIỆU ..................................................................................................... 34
3.2 TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG ................................................... 34
3.2.1 Thiết kế sơ đồ khối hệ thống .................................................................... 34

3.2.2 Tính tốn và thiết kế mạch ....................................................................... 35
3.2.3 Sơ đồ nguyên lý của tồn mạch ................................................................ 45
3.3 Lập trình hệ thống ........................................................................................... 47
3.3.1 Lưu đồ giải thuật vi điều khiển Arduino Mega 2560 ............................. 47
vi


3.3.2 Lưu đồ giải thuật vi điều khiển ESP8266 ................................................ 53
Chương 4. THI CÔNG HỆ THỐNG .................................................................... 60
4.1 GIỚI THIỆU ..................................................................................................... 60
4.2 THI CƠNG HỆ THỐNG ................................................................................. 60
4.2.1 Thi cơng bo mạch ...................................................................................... 60
4.2.2 Lắp ráp và kiểm tra bo mạch ................................................................... 62
4.3 ĐĨNG GĨI VÀ THI CƠNG MƠ HÌNH ....................................................... 63
4.3.1 Đóng gói bộ điều khiển .............................................................................. 64
4.3.2 Thi cơng mơ hình ....................................................................................... 64
4.4 THIẾT KẾ WEBSITE ..................................................................................... 66
4.5 VIẾT TÀI LIỆU HƯỚNG DẪN SỬ DỤNG, THAO TÁC ..........................70
Chương 5. KẾT QUẢ_NHẬN XÉT_ĐÁNH GIÁ ............................................... 72
5.1 KẾT QUẢ THỰC TẾ ...................................................................................... 72
5.2 ĐÁNH GIÁ HOẠT ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG Hệ thống có thể: ................74
Chương 6. KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ......................................... 75
6.1 KẾT LUẬN ....................................................................................................... 75
6.2 HƯỚNG PHÁT TRIỂN ................................................................................... 75
TÀI LIỆU THAM KHẢO ...................................................................................... 76
PHỤ LỤC ................................................................................................................. 77

vii



LIỆT KÊ HÌNH VẼ
Hình 2-1. Hồ thủy sinh..................................................................................................................... 5
Hình 2-2. Mơ hình lắp đặt hồ thủy sinh.................................................................................. 6
Hình 2-3. Dương sỉ Thors Hammer........................................................................................... 7
Hình 2-4. Rong tiểu bảo tháp........................................................................................................ 7
Hình 2-5. Cá Tỳ Bà Bướm.............................................................................................................. 8
Hình 2-6. Tép đỏ SRC...................................................................................................................... 9
Hình 2-7. Cảm biến nhiệt độ DS18B20.................................................................................. 10
Hình 2-8. Cảm Biến độ đục của nước Water Turbidity Sensor DFRobot............12
Hình 2-9. Máy Đo Độ Đục Tiêu Chuẩn ISO HI98703-2................................................ 13
Hình 2-10. Mẫu thử độ đục......................................................................................................... 13
Hình 2-11. Cảm biến mực nước XKC-Y26-NPN.............................................................. 14
Hình 2-12: Ảnh minh họa LCD20x4....................................................................................... 15
Hình 2-13. Sơ đồ giao tiếp I2C................................................................................................... 16
Hình 2-14. Kết nối I2C với LCD............................................................................................... 16
Hình 2-15. Sơ đồ chân cảu ESP8266 Node MCU............................................................. 18
Hình 2-16. Board Arduino Mega 2560 R3........................................................................... 20
Hình 2-17. Sơ đồ chân Arduino Mega 2560 R3................................................................. 21
Hình 2-18. Máy lọc thác ZY-003............................................................................................... 21
Hình 2-19. Đèn led kẹp.................................................................................................................. 22
Hình 2-20. Máy bơm MB-AC25CD........................................................................................ 23
Hình 2-21. Quạt tản nhiệt nước................................................................................................ 23
Hình 2-22. Động cơ Servo............................................................................................................ 24
Hình 2-23. Module 4 Relay.......................................................................................................... 25
Hình 2-24. Module Dimmer DR20........................................................................................... 26
Hình 2-25. Sơ đồ nguyên lý Module Dimmer DR20........................................................ 26
Hình 2-26. Nút nhấn nhả 12mm................................................................................................ 27
Hình 2-27. Cơ sở dữ liệu MySQL hiển thị trên công cụ phpMyAdmin................27
Hình 2-28. Sơ đồ truyền UART................................................................................................. 28
Hình 2-29. Kết nối UART............................................................................................................. 29

Hình 2-30. Wifi kết nối................................................................................................................... 29
viii


Hình 2-31: Mơ hình 4 tầng của TCP / IP.............................................................................. 30
Hình 2-32. Cửa sổ làm việc phần mềm Arduino IDE..................................................... 31
Hình 2-33. Trang chủ download phần mềm Xampp....................................................... 32
Hình 3-1. Sơ đồ khối hệ thống.................................................................................................... 34
Hình 3-2. Sơ đồ chân Arduino Mega 2560........................................................................... 36
Hình 3-3. Sơ đồ chân ESP8266.................................................................................................. 36
Hình 3-4. Trình quản lý hosting................................................................................................ 37
Hình 3-5. Tạo Database mới, bảng mới và tùy chỉnh thơng số.................................. 37
Hình 3-6. Bảng đăng nhập sau khi tạo.................................................................................. 38
Hình 3-7. Bảng data sau khi tạo................................................................................................ 38
Hình 3-8. Cửa sổ SQL để thực hiện các lệnh trong Database.................................... 39
Hình 3-9. Sơ đồ kết nối của 3 module cảm biến với Arduino Mega 2560.............41
Hình 3-10. Sơ đồ nguyên lý của Dimer.................................................................................. 41
Hình 3-11. Sơ đồ chân Opto........................................................................................................ 42
Hình 3-12: Sơ đồ nguyên lý của module 4 Relay có opto cách ly.............................43
Hình 3-13. Adapter 5VDC – 4A................................................................................................. 44
Hình 3-14. Sơ đồ nguyên lý của hệ thống............................................................................. 45
Hình 3-15. Lưu đồ giải thuật chương trình chính Arduino Mega 2560................47
Hình 3-16. Lưu đồ giải thuật chương trình con nhận dữ liệu từ ESP.................... 48
Hình 3-17. Lưu đồ giải thuật chương trình con cảm biến nhiệt độ, độ đục........49
Hình 3-18. Lưu đồ giải thuật chương trình con gửi dữ liệu ESP.............................. 49
Hình 3-19. Lưu đồ giải thuật chương trình con điều khiển cho ăn......................... 50
Hình 3-20. Lưu đồ giải thuật chương trình con điều khiển thay nước..................51
Hình 3-21. Lưu đồ giải thuật chương trình con điều khiển bật tắt đèn................52
Hình 3-22. Lưu đồ giải thuật chương trình con điều khiển bật tắt quạt..............53
Hình 3-23. Lưu đồ giải thuật chương trình chính ESP8266....................................... 54

Hình 3-24. Lưu đồ giải thuật chương trình con kết nối Wifi...................................... 54
Hình 3-25. Lưu đồ giải thuật chương trình con cập nhật thời gian........................55
Hình 3-26. Lưu đồ giải thuật chương trình con chỉnh thời gian cài đặt...............56
Hình 3-27. Lưu đồ giải thuật chương trình con nhận dữ liệu.................................... 57
Hình 3-28. Lưu đồ giải thuật chương trình con gửi dữ liệu tới Arduino..............58
ix


Hình 3-29. Lưu đồ giải thuật chương trình con gửi dữ liệu lên web...................... 59
Hình 4-1. Lớp dưới PCB tồn mạch....................................................................................... 61
Hình 4-2. Lớp trên PCB sau khi hàn mạch......................................................................... 62
Hình 4-3. Lắp đặt linh kiên sau khi hàn mạch.................................................................. 63
Hình 4-4. Mặt trước, mất sau của hộp điều khiển........................................................... 63
Hình 4-5. Mặt trước của hộp điều khiển thực tế.............................................................. 64
Hình 4-6. Mặt trước của mơ hình thực tế............................................................................ 64
Hình 4-7. Mặt sau của mơ hình thực tế................................................................................. 65
Hình 4-8. Mặt trên của mơ hình thực tế............................................................................... 65
Hình 4-9. Cửa sổ đăng nhập....................................................................................................... 66
Hình 4-10. Cửa sổ đăng ký tài khoản mới........................................................................... 67
Hình 4-11. Cửa sổ sau khi đăng nhập với quyền Admin............................................... 67
Hình 4-12: Cửa sổ hiển thị dữ liệu với quyền Admin..................................................... 68
Hình 4-13. Cửa sổ xóa dữ liệu với quyền Admin.............................................................. 68
Hình 4-14. Cửa sổ hiển thị dữ liệu với quyền Admin sau khi xóa dữ liệu............69
Hình 4-15. Cửa sổ sau khi đăng nhập với quyền bình thường.................................. 69
Hình 4-16. Cửa sổ hiển thị dữ liệu với quyền bình thường......................................... 70
Hình 4-17. Cửa sổ làm việc phần mềm Xampp................................................................. 71
Hình 4-18. Khởi chạy chương trình Apache và MySQL.............................................. 71
Hình 5-1. Kết quả sau khi thi cơng.......................................................................................... 72
Hình 5-2. Kết quả hiển thị trên LCD trên mơ hình......................................................... 72
Hình 5-3. Kết quả hiển thị trên Website............................................................................... 73

Hình 5-4. Kết quả thực hiện điều chỉnh chế độ và cài đặt thời gian.......................73

LIỆT KÊ BẢNG
Bảng 2.1: So sánh thông số ESP-01, ESP-12E Node MCU, Wemos D1 Mini.....18
Bảng 2.2: Chức năng chi tiết từng chân của Board ESP-12E Node MCU:.........19
Bảng 3.1: Dòng điện và điện áp làm việc của các linh kiện......................................... 44
Bảng 4.1: Danh sách các linh kiện........................................................................................... 60
x


TÓM TẮT
Xã hội ngày càng phát triển, khoa học - kỹ thuật ngày càng tiên tiến và sự
phát triển không ngừng của kinh tế. Tất cả những điều trên, tác động không
nhỏ đến nhu cầu về vật chất và tinh thần của con người. Điều đó được chứng
minh qua: Ăn uống phải an tồn, ngon miệng; giáo dục có chất lượng phải đạt
chuẩn của khu vực, quốc tế; sức khỏe phải được chăm sóc nhưng điều kiện tốt
nhất và đặc biệt là tinh thần phải được thoải mái, an lành.
Hiện nay, sự phát triển của internet, mạng xã hội đã làm thay đổi thói quen
sinh hoạt, làm việc và giải trí của con người. Thế giới và cả việt nam có rất nhiều
người đã và đang thư giản, giảm căng thẳng bằng cách lên internet xem tin tức,
đọc báo, tham gia vào mạng xã hội, nhưng đôi khi lại gây ra các mâu thuẫn khơng
cần thiết. Nhưng cũng khơng ít người chọn sở thích tránh xa cơng nghệ để hịa
mình vào thiên nhiên như trồng rau, nuôi cá cảnh, câu cá, trồng lan, …
Nội dung của đề tài là áp dụng những kiến thức điện tử đã học để thiết kế
mạch đo các chỉ số môi trường. Mạch gồm các cảm biến nhiệt độ, độ đục của
nước, cảm biến mực nước giao tiếp với bộ điều khiển trung tâm là Aduino Mega
2560. Aduino Mega 2560 xử dụng các dữ liệu, tín hiệu nhận được để tiến hành
điều khiển servo, relay đóng tắt các thiết bị. Hệ thống cịn cho phép cài đặt thời
gian vận hành bằng các nút nhấn có trên mạch điều khiển. Mặt khác, Hệ thống
không chỉ hiển thị các dữ liệu thơng qua LCD 20x4, mạch cịn giám sát dữ liệu

qua Web nhờ module ESP8266. Mơ hình cũng được thiết kế dạng một hồ thủy
sinh nhỏ, trên hồ lắp đặt mạch điều kiển và các thiết bị hỗ trợ cho việc chăm sóc
hồ. Số liệu hiển thị trên trên LCD và Web trực quan, dễ nhìn.

xi


Chương 1. TỔNG QUAN

Chương 1. TỔNG QUAN
1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ
Xã hội ngày càng phát triển, khoa học - kỹ thuật ngày càng tiên tiến và sự phát
triển không ngừng của kinh tế. Tất cả những điều trên, tác động không nhỏ đến nhu
cầu về vật chất và tinh thần của con người. Điều đó được chứng minh qua: Ăn uống
phải an tồn, ngon miệng; giáo dục có chất lượng phải đạt chuẩn của khu vực, quốc
tế; sức khỏe phải được chăm sóc nhưng điều kiện tốt nhất và đặc biệt là tinh thần
phải được thoải mái, an lành.
Hiện nay, sự phát triển của internet, mạng xã hội đã làm thay đổi thói quen
sinh hoạt, làm việc và giải trí của con người. Thế giới và cả việt nam có rất nhiều
người đã và đang thư giản, giảm căng thẳng bằng cách lên internet xem tin tức, đọc
báo, tham gia vào mạng xã hội, nhưng đôi khi lại gây ra các mâu thuẫn khơng cần
thiết. Nhưng cũng khơng ít người chọn sở thích tránh xa cơng nghệ để hịa mình
vào thiên nhiên như trồng rau, nuôi cá cảnh, câu cá, trồng lan, …
Từ hướng tiên phong đó, cùng với kinh nghiệm và các kiến thức đã tích lũy
được, nhóm làm đề tài kiến nghị thực hiện việc thiết kế và thi cơng một hệ thống
liên quan đến sở thích thư giãn của con người. Hệ thống có tên là: “Thiết kế và thi
cơng hệ thống chăm sóc hồ thủy sinh tự động và được giám sát từ xa”, có khả năng
thơng báo tình trạng hồ thủy sinh đến với người chăm sóc thơng qua màn hình LCD
và website.


1.2 MỤC TIÊU
Thiết kế và thi cơng hệ thống chăm sóc hồ thủy sinh gồm các mục tiêu cụ thể:
• Tìm hiểu được về sự sinh trưởng của các loại cây cảnh thủy sinh, các lồi
động vật thủy sinh mong muốn ni trồng để từ đó nắm bắt được những
điều kiện nhiệt độ, ánh sáng, mơi trường nước, … thích hợp với sự phát
triển của chúng sau này.
• Viết được chương trình giao tiếp giữa module NodeMCU ESP8266 và
Arduino Mega 2560.

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH

1


Chương 1. TỔNG QUAN

• Thiết kế được hệ thống tự động chăm sóc hồ thủy sinh thơng qua việc giám
sát các thông số nhiệt độ, độ đục của nước và cho động vật thủy sinh ăn.
• Cập nhật được dữ liệu lên database để người dùng có thể giám sát trạng thái
nhiệt độ, độ đục môi trường nước trong hồ thơng qua mạng Internet.

1.3 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU
Trong q trình thực hiện Đồ án tốt nghiệp với đề tài: “Thiết kế và thi cơng hệ
thống chăm sóc hồ thủy sinh tự động và được giám sát từ xa”, nhóm chúng em đã
tập trung giải quyết và hoàn thành được những nội dung sau:
• NỘI DUNG 1: Kết nối Arduino Mega 2560 với ESP8266.
• NỘI DUNG 2: Kết nối Node MCU ESP8266 với Database để cập nhật dữ liệu
lên Internet, dùng cho việc hiển thị thông số nhiệt độ, độ đục trên website.

• NỘI DUNG 3: Nghiên cứu xây dựng webserver giám sát hệ thống.

• NỘI DUNG 4: Thiết kế mơ hình hệ thống.
• NỘI DUNG 5: Ngun cứu, lập trình Arduino Mega 2560 thu thập dữ liệu
cảm biến và điều khiển các thiết bị hỗ trợ.
• NỘI DUNG 6: Thi công phần cứng, chạy thử nghiệm và hiệu chỉnh hệ thống.
• NỘI DUNG 7: Đánh giá kết quả thực hiện.

1.4 GIỚI HẠN
Các giới hạn của đề tài bao gồm:
• Kích thước phần mơ hình hồ thủy sinh nhỏ: 25cm x 35cm x 25cm được làm
bằng thủy tinh.
• Hệ thống dùng điện dân dụng 220VAC khơng dùng pin.
• Một số yếu tố môi trường khác chưa được xử lý như: độ hịa tan của khí
cacbon dioxit, độ pH của nước, …

1.5 BỐ CỤC
Đề tài: “Thiết kế và thi công hệ thống chăm sóc hồ thủy sinh tự động và được
giám sát từ xa” có bố cục gồm các chương:

• Chương 1: Tổng Quan
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH

2


Chương 1. TỔNG QUAN
• Chương 2: Cơ Sở Lý Thuyết.
• Chương 3: Thiết Kế và Tính Tốn
• Chương 4: Kết Quả, Nhận Xét và Đánh Giá
• Chương 5: Thiết Kế Hệ Thống
• Chương 6: Kết Luận và Hướng Phát Triển

Chương 1: Tổng Quan
Chương này trình bày đặt vấn đề dẫn nhập lý do chọn đề tài, mục tiêu, nôi
dung nghiên cứu, các giới hạn thông số và bố cục đồ án.
Chương 2: Cơ Sở Lý Thuyết
Giới thiệu các kiến thức liên quan tới đề tài, giới thiệu các linh kiện, thiết bị sử
dụng để thiết kế hệ thống, các loại giao thức sử dụng.
Chương 3: Thiết kế Và Tính Tốn
Tính tốn các thơng số điện áp, dịng điện, cơng suất tiêu thụ các linh kiện để
đưa ra sơ đồ nguyên lý.
Chương 4: Thiết Kế Hệ Thống
Thiết kế hệ thống phần cứng, lưu đồ giải thuật và chương trình.
Chương 5: Kết Quả, Nhận Xét, Đánh Giá
Đưa ra các kết quả đạt được của hệ thống sau một thời gian hoạt động, các
hình ảnh về mơ hình hệ thống, đưa ra các nhận xét, đánh giá các số liệu đạt được.
Chương 6: Kết Luận Và Hướng Phát Triển
Trình bày các kết luận về hệ thống những gì đã làm được, chưa làm được và
hướng cải tiến, phát triển hệ thống.

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH

3


Chương 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT

Chương 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT
2.1 QUY TRÌNH LÀM MỘT HỒ THỦY SINH
2.1.1 Giới thiệu hồ thủy sinh
Hồ thủy sinh là hồ độc đáo bằng kính được thiết kế để ni trồng các loại
cây cây thủy sinh và đông vật thủy sinh. Phụ kiện hồ thủy sinh bao gồm hệ thống

lọc nước, đèn chiếu sáng, đất nền thủy sinh có dưỡng chất để trồng các loại cây
sống trong nước (phân nền thủy sinh - chỗ mua hồ thủy sinh có bán nền hồ thủy
sinh), bố cục hồ thủy sinh thường được trang trí thêm đá, lũa và các loại cá cho
sinh động, (màu nền hồ cá thường làm màu đen hoặc để trống) [1].
• Cây thủy sinh là những loại cây sống ngập trong nước hoàn toàn, bao
gồm các loại cây, cỏ, rong, rêu, dương sĩ sống ngoài thiên nhiên ở những
vùng ngập nước quanh năm. Một số loại chỉ có một phần than ngập nước
người ta gọi là cây thủy sinh bán cạn, loại này thường sống những vùng
có thủy triều lên xuống. Hiện nay những nơi bán hồ thủy sinh thường có
bán khoảng 20 loại cây thủy sinh dễ trồng.
• Chọn cá cảnh trong hồ thủy sinh cho phù hợp về chủng loại và số lượng,
hiện trên thị trường có khoảng gần 100 loại cá cảnh cho hồ thủy sinh,
phổ biến là các loại cá cảnh hồ thủy sinh đi theo đàn như neon, tam giác,
hồng nhung, hồng kỳ, … cá vệ sinh hồ cá cảnh cho đá, lũa như nơ lệ, bút
chì, chuột thái, người u thích cá cảnh ni trong hồ thủy sinh loại lớn
có thể ni cá dĩa, hỏa tiển, nàng hai trong hồ thủy sinh (xem thêm ở các
web thủy sinh và diễn đàn hồ thủy sinh).

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH

4


Chương 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT

Hình 2-1. Hồ thủy sinh

2.1.2 Các bước cơ bản làm một hồ thủy sinh
Để làm hồ thủy sinh bạn chỉ cần nắm các bước cơ bản sau:
• Chọn khơng gian, chủng loại và kích thước để đặt hồ thủy sinh.

• Chuẩn bị hồ kính: Có thể đặt mua hồ cá cảnh thủy sinh hoặc tự làm hồ,
yêu cầu sao cho hồ kiếng nuôi cá cảnh có bộ lọc và đèn phù hợp để đảm
bảo an tồn, kỹ thuật và thẩm mỹ.
• Lọc nước cho hồ thủy sinh thường làm lọc tràn, vì ngồi chức năng lọc
nước hồ thủy sinh thì lọc tràn cịn có nhiệm vụ lọc những lá cây mục.
• Cho nước và cắm cây thủy sinh vào hồ: thường thì cho nước vào khoảng
2/3 hồ rồi cắm cây thủy sinh, dùng cái nhíp (dụng cụ y tế) để cắm cây
theo bố cục mình thích, sau đó thêm đầy nước vào hồ.
• Cho máy lọc nước hồ cá cảnh chạy (24/24)
• Mở đèn cho hồ thủy sinh bình quân khoảng 10 giờ mỗi ngày (tốt nhất mở
5 giờ buổi sáng, tắt 2 giờ nghỉ buổi trưa, mở thêm 5 giờ buổi chiều tối),
hạn chế mở ban đêm vì có một số loại cây cần được “ngủ”.

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH

5


Chương 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT

Hình 2-2. Mơ hình lắp đặt hồ thủy sinh

2.1.3 Điều kiện cần và đủ để có những hồ thủy sinh đẹp
Một hồ thủy sinh đẹp và khỏe cần chú ý:
• Độ pH của nước ổn định (pH trung tính: từ 6,5 đến 7,5 là tốt)
• Nhiệt độ nước bình quân khoảng 25 đến 30 độ C.
• Bố trí ánh sáng (đèn trắng) phù hợp cho các loại cây.
• Thả lượng động vậy thủy sinh phù hợp và cho thức ăn vừa đủ (nên thả thêm cá
dọn hồ thủy sinh).
• Nước trong hồ ln ln chuyển (lọc 24/24).

• Thay nước 1/3 hồ/tuần/tháng đầu tiên và thay 1/3 hồ/mỗi tháng tiếp theo, mục
đích nhằm thay đổi độ cứng của nước cho cây và cá khỏe hơn.
2.1.4 Một số loại cây và động vật thủy sinh nuôi trồng
a. Dương xỉ Thors Hammer
Dương xỉ Thors Hammer là dòng cây thủy sinh được trồng nhiều ở vị trí trung
cảnh, và thường được dùng làm trang trí các gốc lũa, đá rất đẹp. Cây thủy sinh dương
xỉ Thors Hammer còn thường xuyên xuất hiện trong các bố cục hồ thủy sinh bán cạn,
với những tán lá rậm rạp tạo nên một cảnh thiên nhiên sống động.

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH

6


Chương 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT

Hình 2-3. Dương sỉ Thors Hammer
Thơng số hồ ni trồng:

• Ánh sáng: trung bình
• PH: 5.8-7.5
• Nhiệt độ: 22-29 độ C
• Chiều cao khi trưởng thành: 15-20cm
• Thuộc: cây thân lá
b. Rong Tiểu Bảo Tháp
Với hình dáng và vẻ đẹp tuyệt vời, Cây Tiểu Bảo Tháp là một cây hậu cảnh phổ
biến trong hồ thủy sinh hiện nay.

Hình 2-4. Rong tiểu bảo tháp
BỘ MƠN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH


7


Chương 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT
Thơng số hồ ni trồng:
• Nhu cầu ánh sáng: trung bình
• Nhiệt độ: 18 - 30 độ C
• pH: 5.0 – 8.0
• Thuộc: cây thân lá
c. Cá tỳ bà bướm
Tỳ bà bướm là dòng cá cảnh dễ ni, dễ chăm sóc, chúng là dịng cá cảnh ăn tạp
có thể ăn các loại lá rau luộc, rêu và nhớt bám kính thành hồ. Khi trường thành tỳ bà
bướm có thể đạt kích thước tối đa lên tới 10cm.

Hình 2-5. Cá Tỳ Bà
Bướm Thơng số hồ ni trồng:
• Kích thước: 5.5 – 7cm
• Nhiệt độ: 20 – 24 độ C
• pH: 6.5 – 7.5
d. Tép SRC
Tép SRC là từ viết tắt của Super Red Cherry, là dòng tép cảnh có màu đỏ phủ tồn
thân vơ cùng bắt mắt, đặc biệt đối với những người mới chơi dòng tép này có một sức hút
lạ kì. Dịng tép đỏ có nhiều loại tuy nhiên dịng tép SRC là một trong những dịng phổ biến
bởi chúng dễ ni, tỉ lệ các chú tép con khi sinh ra dữ được gen bố mẹ khá cao.

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH

8



Chương 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT

Hình 2-6. Tép đỏ SRC
Thơng số hồ ni trồng:
• Thơng số PH: 6.0-7.0
• Thơng số nhiệt độ hồ nuôi: 24-29 độ C
2.1.5 Mô tả quy trình chăm sóc tự động
Quy trình chăm sóc hồ thủy sinh như sau:
• Khi nhiệt độ hồ thủy sinh cao hơn mức sống bình thường của sinh vật trong
hồ, thì quạt tản nhiệt sẽ bật để làm giảm nhiệt độ của nước.
• Khi mức nước trong hồ thấp hơn mức quy định thì bật bơm, bơm nước vào hồ.
• Khi độ đục của nước tăng cao quá mức cho phép thì tiến hành bật bơm xả nước và
bật bơm hút nước để trung hòa độ đục của nước trong hồ về mức cho phép.

• Hệ thống sẽ cập nhật thời gian để cho cá ăn 1 lần trong ngày và có thể cho ăn 1
lần bất kì thời gian nào trong tuần thơng qua cài đặt bằng các nút nhấn.
• Tồn bộ thơng số nhiệt độ, độ đục của nước trong hồ sẽ được cập nhật liên tục
trên màn hình LCD gắn trên hồ và cập nhật trên website.
2.1.6 Quy trình hoạt động của hệ thống
Hệ thống được điều khiển bởi Arduino Mega 2560 đóng vai trị trung tâm xử lý.
Arduino Mega sẽ nhận các dữ liệu từ các cảm biến và tín hiệu từ ESP8266 gửi về để
điều khiển các thiết bị như đèn, quạt, bơm, servo. Đồng thời, Arduino Mega sẽ gửi dữ
liệu nhiệt độ, độ đục của nước trong hồ qua ESP8266.

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH

9



Chương 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT
ESP8266 có vai trị lấy giá trị thời gian thực trên Internet. ESP8266 sử dụng các
nút nhấn để gửi các tín hiệu điều khiển về Arduino Mega. Đồng thời, ESP8266 sẽ đưa
các dữ liệu nhận được từ Arduino Mega lên Web server và hiển thị ra màn hình LCD
20x4.

2.2 GIỚI THIỆU PHẦN CỨNG
2.2.1 Cảm biến và hiển thị
a. Cảm biến nhiệt độ:
Nhiệt độ quá nóng cũng gây ra nhiều vấn đề tác hại cho hồ cá thủy sinh như sẽ
làm cây và cá chậm phát triển gây ra nhiều loại bệnh và rêu hại. Ngoài ra nhiệt độ rất
ảnh hưởng đến cây thủy sinh nhất là lồi rêu chúng địi hỏi nhiệt độ thật mát mới phát
triển được, nhưng có một số lồi cá khơng chịu được với nhiệt độ quá nóng cũng như
quá lạnh. Hầu hết các hồ thủy sinh, nhiệt độ sẽ dao động trong khoảng 24°C-29°C.
Cảm biến nhiệt độ DS18B20 là cảm biến nhiệt bán dẫn, được thiết kế ở dạng dây
chống nước với đầu dò thép bảo vệ chắc chắn dài 1 mét, được sử dụng để đo nhiệt độ
môi trường chẳng hạn như phát hiện nhiệt độ đất, kiểm soát nhiệt độ hồ nước nóng rất
dễ kết nối và lập trình, cảm biến có chất lượng tốt, độ bền cao (cần nối chân Data của
cảm biến lên mức cao VCC qua điện trở kéo 4k7 Ohm hoặc 10k Ohm trước khi kết nối
với Vi điều khiển).

Hình 2-7. Cảm biến nhiệt độ DS18B20
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH

10


Chương 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT
Thơng số kỹ thuật:
• Điện áp sử dụng: 3~5.5VDC

• Dịng tiêu thụ: 1~1.5mA
• Khoảng nhiệt độ đo được: -55~125°C
• Độ chính xác (sai số): ± 0.5°C
• Độ phân giải: 9~12 bit (có thể thiết đặt)
• Thời gian phản hồi nhỏ hơn 750ms
• Thiết kế dạng dây chống nước dài 1 mét với vỏ thép bảo vệ chắc chắn.
Sơ đồ chân:
• Dây vàng: chân dữ liệu
• Dây đỏ: chân VCC
• Dây đen: chân GND
Nguyên lý hoạt động: dựa trên mức độ phân cực của các lớp P-N tuyến tính với
nhiệt độ mơi trường. Nhiệt độ càng cao thì điện trở suất giảm và ngược lại.
b. Cảm biến độ đục của nước
Độ đục gây ra bởi sự hiện diện của chất hòa tan và huyền phù như đất sét, bùn,
chất vô cơ, sinh vật phù du, các vi sinh vật khác, axít hữu cơ, chất màu trong chất lỏng.
Độ đục cũng ảnh hưởng đến sự tăng trưởng của thực vật ngập nước. Khi độ đục
tăng, lượng ánh sáng cho thực vật thủy sinh ngập nước (KTNN) giảm. Nếu khơng có
đủ ánh sáng, quang hợp sẽ dừng lại, và sẽ khơng cịn sản xuất oxy hịa tan.
Cảm biến đo độ đục của nước Water Turbidity Sensor DFRobot được sử dụng để
đo độ đục của nước, hoạt động dựa vào nguyên lý quang học, nó có thể phát hiện các
hạt lơ lửng trong nước cho độ bền và độ chính xác cao, thích hợp cho các ứng dụng
cảm biến môi trường nước, đo độ ô nhiễm, thủy sinh, ...

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH

11


Chương 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT


Đơn vị đo [2]:
• NTU: Đơn vị đo độ đục khuếch tán (Nephelometric Turbidity
Units).
• FNU: Đơn vị đo độ đục Formazin khuếch tán (Formazin
Nephelometric Units).

• FTU: Đơn vị đo độ đục Formazin (Formazin Turbidity Units).
• FAU: Đơn vị pha lỗng Formazin (Formazin Attenuation Units).
• 1NTU=1FNU=1FTU=1FAU.

Hình 2-8. Cảm Biến độ đục của nước Water Turbidity Sensor DFRobot
Thơng số kỹ thuật:
• Điện áp sử dụng: 5 VDC
• Dịng tiêu thụ: 40mA (MAX)
• Thời gian phản hồi: nhỏ hơn 500ms
• Dải đo độ đục: 0-1000 NTU, 1NTU = 1 mg/L.
• Dạng tín hiệu Output: Analog
• Điện áp ngõ ra: từ 0V đến 4.5V (có thể lập trình điện áp ngõ ra dạng
High/Low)

• Nhiệt độ hoạt động: 5℃ ~ 90 ℃


BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH

12


Chương 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT


Hình 2-9. Máy Đo Độ Đục Tiêu Chuẩn ISO HI98703-2
(Thang đo rộng từ 0.00 đến 1000 NTU)

Hình 2-10. Mẫu thử độ đục
Sử dụng máy đo độ đục và cảm biến, ta có:
• NTU 500 tương ứng 3.27V
• NTU 50 tương ứng 4.1V
• NTU 0.5 tương ứng 4.21V
 Phương trình có hình parabol, thay các thơng số vừa thu được vào phương trình:
2

Y= aX +bX +c
 Phương trình mối liên hệ giữa NTU và điện áp ngõ ra cảm biến là:
2

Y= 98X - 1264.8X + 3587.5
Thông số:

Y: chỉ số NTU
X: điện áp ngõ ra cảm biến.

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH

13