1

LỜI NĨI ĐẦU
Hàng thập kỷ qua, vật ni đã trở thành yếu tố quan trọng trong cuộc sống
của hàng nghìn người trên thế giới. Việc dành thời gian bên chó, mèo hay nhiều
lồi động vật khác sẽ góp phần cải thiện tâm trạng cũng như sức khỏe.
Như chúng ta đã biết, khoa học càng phát triển thì nhu cầu đáp ứng tâm lý
của con người ngày càng cao. Một trong những lĩnh vực khoa học, công nghệ
mà con người luôn ln coi trọng vì nó cũng góp phần cải thiện năng suất chăm
sóc chu đáo, nâng cao chất lượng dinh dưỡng trong cơ thể thú cưng. Chúng
được tạo ra để cần bằng lượng thức ăn, tránh bệnh tật.
Là một sinh viên khoa Điện tử em mong muốn thiết kế được một hệ
thống chăm sóc thú cưng tự động cho đời sống con người ngày càng đơn giản
hơn. Cùng với sự hướng dẫn nhiệt tình của cơ giáo xxxxxxx em đã chọn đề tài:
“thiết kế hệ thống tự động để chăm sóc thú cưng” làm đề tài đồ án.
Sau đây là các nội dung chính trong báo cáo:
1. Nội dung nghiên cứu:
- Tổng quan về hệ thống tự động chăm sóc thú cưng.
- Tìm hiểu về các hệ thống chăm sóc thú cưng hiện nay.
- Tìm hiệu về loadcell
- Tìm hiểu về vi điều khiển esp8266
- App điều khiển hệ thống
2. Giới hạn phạm vi của đồ án:
- Loadcell có độ sai số tương đối do sụt áp trên vi điều khiển là khá
đáng kể.
- Chế độ cho ăn và thời gian ăn của thú cưng
3. Kết quả đồ án:
- Thiết kế được hệ thống điều khiển tự động chăm sóc thú cưng.
- Thiết kế giám sát hệ thống điều khiển tự động gồm 3 chức năng
chính:
- Hệ thống cho ăn tự động cho pet.

- Hệ thống cấp nước tự động.
- Hệ thống quạt thơng minh.
Trong q trình thực hiện đề tài dù đã cố gắng song cũng không thể tránh


2
khỏi những thiếu xót, sai phạm,… em rất mong nhận được sự góp ý của thầy cơ
và bạn bè để đề tài của em được hoàn thiện hơn.
Em xin chân thành cảm ơn !
Sinh viên thực hiện


3

MỤC LỤC
LỜI NĨI ĐẦU.......................................................................................................I
MỤC LỤC...........................................................................................................III
DANH MỤC HÌNH ẢNH..................................................................................VI
DANH MỤC BẢNG BIỂU..............................................................................VIII
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN HỆ THỐNG CHĂM SÓC THÚ CƯNG TỰ
ĐỘNG
......................................................................................................1
1.1

Lý do chọn đề tài.............................................................................................1

1.2

Một vài sản phẩm có trên thị trường...............................................................2
1.2.1


1.3

1.4

Máy Furrytail Pet Smart Feeder của xiaomi...................................2

Yêu cầu thiết kế...............................................................................................3
1.3.1

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu...................................................3

1.3.2

Giới hạn của đề tài:.........................................................................3

1.3.3

Cấu tạo............................................................................................3

1.3.4

Nguyên lý hoạt động.......................................................................4

Kết luận chương 1...........................................................................................4

CHƯƠNG 2: TÌM HIỂU THIẾT BỊ SỬ DỤNG TRNG ĐỀ TÀI......................5
2.1

2.2


2.3

2.4

Vi điều kiển esp8266.......................................................................................5
2.1.1

Lịch sử phát triển esp8266..............................................................5

2.1.2

Cấu trúc vi điều kiển esp8266.........................................................6

2.1.3

Sơ lược dòng vi điều kiển esp8266.................................................7

2.1.4

Ứng dụng.........................................................................................7

Cảm biến do mực nước uống..........................................................................9
2.2.1

Giới thiệu.........................................................................................9

2.2.2

Nguyên lý hoạt động.....................................................................10


2.2.3

Thông số kĩ thuật...........................................................................10

2.2.4

Ứng Dụng:.....................................................................................10

Cảm biến đo trọng lượng thức ăn..................................................................11
2.3.1

Giới thiệu về loadcell....................................................................11

2.3.2

Nguyên lý hoạt động.....................................................................11

2.3.3

Thông số kĩ thuật...........................................................................13

Quạt...............................................................................................................15


4

2.5

2.6


2.4.1

Ứng dụng.......................................................................................15

2.4.2

Thông số kỹ thuật..........................................................................15

Cảm biến độ ẩm, nhiệt độ..............................................................................16
2.5.1

Giới thiệu về DHT11.....................................................................16

2.5.2

Nguyên lý hoạt động.....................................................................16

2.5.3

Thông tin kĩ thuật:.........................................................................17

LCD 1602......................................................................................................18
2.6.1

2.7

2.8

2.9


Giới thiệu.......................................................................................18

Động cơ 1 chiều DC......................................................................................20
2.7.1

Giới thiệu động cơ 1 chiều............................................................20

2.7.2

Nguyên tắc hoạt động của động cơ điện 1 chiều...........................21

2.7.3

Ưu, nhược điểm và ứng dụng của động cơ điện 1 chiều...............22

Các chuẩn giao tiếp.......................................................................................22
2.8.1

Giao thức GPIO.............................................................................22

2.8.2

Giao thức giao tiếp I2C.................................................................23

Ứng dụng điêu khiển Blynk..........................................................................24

CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ HỆ THỐNG.............................................................26
3.1


Yêu cầu công nghệ........................................................................................26
3.1.1

3.2

3.3

Sơ đồ khối hệ thống điều khiển:....................................................26

Thiết kế phần cứng hệ thống:........................................................................27
3.2.1

Esp8266 và cảm biến nhiệt độ dht11, cảm biến mực nước...........28

3.2.2

Giao tiếp Esp8266 và loadcell.......................................................29

3.2.3

Khối nguồn....................................................................................30

3.2.4

Khối động cơ DC..........................................................................31

3.2.5

Sơ đồ mạch nguyên lý...................................................................32


3.2.6

Sơ đồ mạch in................................................................................33

Thiết kế phần mềm hệ thống.........................................................................34
3.3.1

Chương trình chính.......................................................................34

3.3.2

Khối cảm biến mực nước..............................................................35

3.3.3

Module DHT11.............................................................................36

3.3.4

Cảm biến load cell và esp8266......................................................37

3.3.5

Ứng dụng Blynk............................................................................38


5
3.4

Kết quả thực nghiệm.....................................................................................39

3.4.1

Mơ hình thực tế.............................................................................39

3.4.2

Ưu nhược điểm của hệ thống........................................................40

3.4.3

Hướng phát triển của đề tài...........................................................40

TỔNG KẾT.........................................................................................................41
TÀI LIỆU THAM KHẢO...................................................................................42
PHỤ LỤC............................................................................................................43


6

DANH MỤC HÌNH Ả
Hinh 1. 1 Giống chó Samoyed trắng...........................................................1
Y
Hình 2.1 Sơ đồ chân vi điều khiển ESP8266..............................................5
Hình 2.2 ESP-12E.......................................................................................8
Hình 2.3 Sơ đồ chân ESP-12E....................................................................9
Hình 2. 4 Cảm biến mực nước..................................................................10
Hình 2. 5: Cấu tạo của loadcell.................................................................11
Hình 2. 6: Loadcell....................................................................................13
Hình 2. 7: Quạt sấy....................................................................................15
Hình 2. 8: Cấu tạo của DHT11..................................................................16

Hình 2. 9: Thành phần cấu tạo..................................................................17
Hình 2. 10: Mối tương quan giữa trở và điện áp.......................................17
Hình 2. 11: Hình dáng của LCD...............................................................18
Hình 2. 12: Sơ đồ chân của LCD..............................................................19
Hình 2. 13 Động cơ 1 chiều......................................................................21
Hình 2. 14. Cấu trúc cơ bản của một GPIO..............................................23
Hình 2. 15. Một khung truyền của giao tiếp I2C......................................23
Hình 3. 1: sơ đồ khối hệ thống..................................................................26
Hình 3. 2 Sơ đồ khối điều khiển trung tâm...............................................27
Hình 3. 3: sơ đồ đấu nối dht11..................................................................28
Hình 3. 4: Sơ đồ kết nối esp8266 và cảm biến mực nước.........................28
Hình 3. 5: sơ đồ chân giao tiếp esp và loadcell.........................................29
Hình 3. 6: sơ đồ chân giao tiếp esp và loadcell +LCD.............................29
Hình 3. 7: Mạch nguồn cung cấp cho hệ thống.........................................30
Hình 3. 8: Kết nối esp8266 với động cơ DC.............................................31
Hình 3. 9 Sơ đồ mạch nguyên lý...............................................................32
Hình 3. 10 Sơ đồ mạch in..........................................................................33
Hình 3. 11 Sơ đồ mạch in 3D....................................................................33
Hình 3. 12 Lưu đồ thuật tốn chương trình chính.....................................34


7
Hình 3. 13 Lưu đồ thuật tốn đọc cảm biến mức nước.............................35
Hình 3. 14 Lưu đồ thuật tốn nhận giá trị DHT11....................................36
Hình 3. 15: lưu đồ thuật tốn đọc cảm biến load cell...............................37
Hình 3.16 Giao diện ứng dụng của hệ thống............................................38
Hình 3. 17 Mơ hình sản phẩm thực tế.......................................................39

DANH MỤC BẢNG BIỂ



8

Bảng 2. 1: chức năng từng chân của LCD................................................19
Bảng 2. 15: Động cơ 1 chiều.....................................................................20


9

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT
STT

Từ viết tắt

Tiếng anh

Tiếng việt

1

RFID

Radio Frequency
Identification

Nhận dạng qua tần số vô
tuyến

2


CPU

Central Processing Unit

Bộ xử lý trung tâm

3

IC

Integrated circuit

Vi mạch tích hợp

4

USB

Universal serial bus

Giao tiếp USB

5

IDE

Integrated Development
Environment

Mơi trường tích hợp

dùng để viết Code và
phát triển ứng dụng

6

SRAM

Static random-access
memory

Bộ nhớ truy cập ngẫu
nhiên tĩnh

EEPROM

Electrically Erasable
Programmable Read-Only
Memory

Bộ nhớ không mất dữ
liệu khi ngừng cung cấp
điện

7


1

CHƯƠNG 1:


TỔNG QUAN HỆ THỐNG CHĂM SÓC THÚ
CƯNG TỰ ĐỘNG

1.1

Lý do chọn đề tài
Trong thời gian gần đây, số lượng thú cảnh đang tăng lên khá nhanh ở cả

thành thị và nông thôn. Đặc biệt là các bạn trẻ hiện nay đang có xu hướng muốn
có cho mình một người bạn là thú cưng. Vật cưng phổ biến nhất
là chó và mèo và thỏ nhà con vật nhỏ nhắn mà con người dành nhiều tình cảm
hơn.

Hinh 1. 1 Giống chó Samoyed trắng
Việc nhận ni một chú chó hoặc mèo mang lại nhiều lợi ích. Theo các
nhà khoa học, khi chúng ta ở bên cạnh thú cưng, não của chúng ta nhả ra nhiều
oxytocin hơn giúp làm hạ huyết áp, giảm stress và sự lo âu. Những chú chó, mèo
khơng đơn giản chỉ là những động vật, nó cịn như một thành viên trong gia
đình, được chăm sóc hết sức chu đáo và cưng chiều. Thú cưng còn thể hiện đẳng
cấp, tính cách, phong cách sống của người chủ sở hữu. Vì vậy những người chủ
rất quan tâm đến việc chăm sóc cho những chú thú cưng của mình.
Tuy nhiên, với những người có thời gian làm việc cố định, cơng việc bận
rộn thì việc bỏ ra nhiều thời gian chăm sóc cho thú cưng là điều bất tiện. Vì vậy,
để thuận tiện, tối ưu hóa cơng việc chăm sóc thú cưng và đảm bảo chất lượng tốt


2
nhất cho những người bận rộn với cơng việc thì nghiên cứu chế tạo hệ thống
nuôi thú cưng tự động là cần thiết.


1.2

Một vài sản phẩm có trên thị trường

1.2.1 Máy Furrytail Pet Smart Feeder của xiaomi

Một chiếc máy cho thú cưng ăn, hoạt động một cách thông minh với ứng
dụng điều khiển trực tiếp từ điện thoại.

Hinh 1. 2 Máy Furrytail Pet Smart Feeder
Thiết bị này sẽ bao gồm 2 thành phần là một ngăn lưu trữ đồ ăn và một
cái máng để chứa đồ ăn mỗi khi thú cưng đến bữa.
Thiết bị cũng sẽ đi kèm với một ứng dụng điều khiển trực tiếp
từ smartphone của người dùng, được dùng để lên lịch hẹn giờ ăn cho thú cưng
và điều chỉnh lượng đồ ăn cho từng bữa. Bất kể bạn đi đâu khơng có nhà, chỉ
cần mở ứng dụng và thú cưng của bạn sẽ vẫn có một ngày 3 bữa ăn (cho tới khi
hết đồ ăn). Sau khi hết đồ ăn thì đèn LED trên thân máy cũng sẽ báo đỏ nhấp
nháy và gửi thông báo tới smartphone của người dùng.
Khu vực ngăn được đồ ăn của Pet Smart Feeder được Xiaomi thiết kế
sáng tạo với 6 khay đựng cùng cao su mềm giúp thức ăn không bị tắc nghẽn
trong quá trình hoạt động. Phần nắp trên của ngăn đựng cũng được trang bị một
vòng silicon để tránh khơng khí lọt vào làm hỏng đồ ăn. Dung tích của ngăn


3
đựng này lên tới 4L, có thể đựng được tối đa 2kg thức ăn cho chó hoặc mèo.
Ngăn đựng này được làm từ nhựa ABS, phần bát ăn cũng được làm từ INOX
304 giúp giảm thiểu tối đa sự phát triển của vi khuẩn, tránh gây bệnh cho thú
cưng.
Mỗi khi hết đồ ăn trong ngăn đựng, thiết bị sẽ tự động thơng báo tới

smartphone của người dùng. Thậm chí Furrytail Pet Smart Feeder cũng tích hợp
cả mơ-đun cân thơng minh giúp theo dõi khối lượng đồ ăn mỗi ngày của thú
cưng. Tất cả các thông số sẽ được thống kê và đồng bộ hóa sang ứng dụng trên
smartphone để người dùng biết được tình trạng sức khỏe của thú cưng.

1.3

Yêu cầu thiết kế

1.3.1 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

Đối tượng:
- Vi điều khiển esp8266.
- App điều khiển hệ thống.
- Loadcell và module hx741.
Phạm vi nghiên cứu:
- Nghiên cứu trong lĩnh vực lập trình nhúng trên ESP8266.
- Nghiên cứu phát triển trên server Blink.
- Xử lý dữ liệu của các cảm biến để hiển thị lên LCD 16x02.
1.3.2 Giới hạn của đề tài:

- Đè tài chỉ tìm hiểu trong phạm vi như sau:
 Tìm hiểu cách hoạt động của kit NODEMCU NUA V3
 Tìm hiểu các đọc các cảm biến dht11, cảm biến mực nước và
hiển thị lên LCD 16x02.
 Theo dõi và điều khiển hệ thống trực tiếp, hỗ trợ điều khiển
và theo dõi từ xa qua app blink
1.3.3 Cấu tạo.

- Hệ thống đo giá trị cân nặng của thức ăn và tính tốn lượng thức ăn

vừa đủ cho pet.


4
- Quạt tản nhiệt và quạt sấy cho pet, phù hợp sự thích nghi của thú
cưng ở các nước khác nhau trên thế giới.
- Khay chứa nước, và máy bơm nước.
1.3.4 Nguyên lý hoạt động

- Khi khay hết nước, nước tự động bơm vào khay đến mực nước đã
được cài đặt sẵn.
- Khi thức ăn hết, máy tự động bóc tách dữ liệu của lượng thức ăn.
Thức ăn đạt được một trạng thái xác định thì ngưng cấp thức ăn.
- Hệ thống đọc nhiệt độ nếu nhiệt độ cao thì khởi động quạt sấy.
- App điều khiển chế độ tự động hoặc chế độ bằng tay tác động.

1.4

Kết luận chương 1
Hiện giờ đề tài hệ thống chăm sóc thú cưng tự động giúp bảo vệ nguồn

nước, nguồn thức ăn được thay mới liên tục giúp cho chúng ta có được sự thuận
tiện và sự an nhàn.
Việc giải tỏa khối lượng công việc hàng ngày cho phép chủ nhân chỉnh thời
gian ăn từ xa. Bảo vệ chúng khói những bệnh nguy hiểm về tiêu hóa, chế độ ăn
uống chuẩn khoa học, không để cho vật luôn ăn quá nhiều hay ăn q ít.
Là một sản phẩm có tầm nhìn trong một vài năm tới.
Phù hợp với những người nuôi thú cưng nhỏ như mèo, chó dưới 4kg.



5

CHƯƠNG 2:
2.1

TÌM HIỂU THIẾT BỊ SỬ DỤNG TRNG ĐỀ TÀI

Vi điều kiển esp8266

2.1.1 Lịch sử phát triển esp8266

ESP8266 là một vi mạch Wi-Fi giá rẻ, với khả năng vi điều khiển và ngăn
xếp TCP / IP đầy đủ, được sản xuất bởi Espressif Systems ở Thượng Hải, Trung
Quốc.
Con chip lần đầu tiên được các nhà sản xuất phương Tây chú ý vào tháng 8
năm 2014 với mô-đun ESP-01, do nhà sản xuất bên thứ ba Ai-Thinker sản xuất.
Mô-đun nhỏ này cho phép các bộ vi điều khiển kết nối với mạng Wi-Fi và thực
hiện các kết nối TCP / IP đơn giản bằng cách sử dụng các lệnh kiểu Hayes. Tuy
nhiên, lúc đầu hầu như khơng có tài liệu tiếng Anh về chip và các lệnh mà nó
chấp nhận. Mức giá rất thấp và thực tế là có rất ít thành phần bên ngồi trên mơđun, điều này cho thấy rằng cuối cùng nó có thể rất rẻ về khối lượng, đã thu hút
nhiều tin tặc khám phá mô-đun, chip và phần mềm trên đó, cũng như để dịch tài
liệu tiếng Trung.

Hình 2.1 Sơ đồ chân vi điều khiển ESP8266


6
ESP8285 là một ESP8266 với 1 MiB flash tích hợp, cho phép xây dựng các
thiết bị chip đơn có khả năng kết nối với Wi-Fi. [4]
Các chip vi điều khiển này đã được thành cơng bởi dịng thiết bị ESP32,

bao gồm cả ESP32-C3 tương thích với chân.
2.1.2 Cấu trúc vi điều kiển esp8266

Bộ xử lý: L106 lõi vi xử lý RISC 32-bit dựa trên Tiêu chuẩn kim cương
Tensilica Xtensa 106Micro chạy ở 80 MHz [5]:
 Memory:
- RAM hướng dẫn 32 KiB
- RAM bộ nhớ đệm lệnh 32 KiB
- RAM dữ liệu người dùng 80 KiB
- RAM dữ liệu hệ thống 16 KiB ETS
 Đèn flash QSPI bên ngoài: hỗ trợ tối đa 16 MiB (thường bao gồm 512
KiB đến 4 MiB)
 IEEE 802.11 b / g / n Wi-Fi
- Tích hợp công tắc TR, balun, LNA, bộ khuếch đại công suất và
mạng kết hợp
- Xác thực WEP hoặc WPA / WPA2 hoặc các mạng mở
• 16 chân GPIO
• SPI
• I²C (triển khai phần mềm) [6]
• Giao diện I²S với DMA (chia sẻ chân với GPIO)
• UART trên các chân chuyên dụng, cộng với một UART
chỉ truyền có thể được bật trên GPIO2


7
• ADC 10 bit (ADC xấp xỉ kế tiếp)
Sơ đồ chân:
-

Cho mô-đun ESP-01 chung:

GND, mặt đất (0 V)
GPIO 2, đầu vào / đầu ra mục đích chung số 2
GPIO 0, Đầu vào / đầu ra mục đích chung Số 0
RX, Nhận dữ liệu trong, cả GPIO3
VCC, Điện áp (+3.3 V; có thể xử lý lên đến 3.6 V)
RST, Đặt lại
CH_PD, Chip tắt nguồn
TX, Truyền dữ liệu ra ngoài, cũng là GPIO1

2.1.3 Sơ lược dòng vi điều kiển esp8266

Ai-thinker module, Đây là loạt mô-đun đầu tiên do nhà sản xuất AiThinker của bên thứ ba sản xuất với ESP8266 và vẫn là mơ-đun có sẵn rộng rãi
nhất. [18] Chúng được gọi chung là "mô-đun ESP-xx". Để tạo thành một hệ
thống phát triển khả thi, chúng yêu cầu các thành phần bổ sung, đặc biệt là bộ
chuyển đổi TTL-to-USB nối tiếp (đôi khi được gọi là cầu nối USB-to-UART) và
nguồn điện 3,3 volt bên ngoài.
Các nhà phát triển ESP8266 mới làm quen được khuyến khích xem xét
các bo mạch phát triển Wi-Fi ESP8266 lớn hơn như NodeMCU bao gồm cầu nối
USB-to-UART và đầu nối Micro-USB cùng với bộ điều chỉnh nguồn 3,3 volt đã
được tích hợp sẵn trên bo mạch.
Khi q trình phát triển dự án hồn tất, các thành phần đó không cần thiết
và các mô-đun ESP-xx rẻ hơn này là một lựa chọn công suất thấp hơn, dấu chân
nhỏ hơn cho các hoạt động sản xuất.
2.1.4 Ứng dụng

- Ứng dụng rộng rãi trong các hệ thống iot.
- Hệ thống realtime.
- Là bước đệm để con người hướng tới thế giới vạn vật.



8
- Điều kiển các thiết bị từ xa.
ESP-12E:

Hình 2.2 ESP-12E
Tính năng
- Sử dụng nguồn 3.3v
- Tích hợp anten PCB trace trên module
- 4MB flash
- Tiêu chuẩn wifi : 802.11b/g/n, với tần số 2.4GHz và hổ trợ bảo mật
WPA/WPA2
- Khoảng cách giữa các chân 2mm
Mạch phát triển NodeMCU có bán rộng rãi trên thị trường, tiện lợi khi
phát triển, và được cung cấp đầy đủ mạch nguyên lý, mở về phần cứng. Chip
USB-TTL cho phép phần mềm nạp có thể điều khiển ESP8266 vào chế độ nạp
luôn mà không cần thao tác phần cứng nào.
Sơ đồ chân:


9

Hình 2.3 Sơ đồ chân ESP-12E

2.2

Cảm biến do mực nước uống

2.2.1 Giới thiệu

Module cảm biến mực nước dùng để tính tốn nhận biết mực nước cịn lại



10
trong thùng chứa. Dùng trong các ứng dụng cần giám sát mực nước. Bơm nước
tự động.
2.2.2 Nguyên lý hoạt động

Module cảm biến mực nước có nhiều đường cảm biến song song với
nhau, tùy vào mức nước trong thùng sẽ làm thay đổi giá trị analog ở đầu ra của
cảm biến. Từ đó ta có thể tính tốn lượng nước cịn lại trong thùng chứa.
2.2.3 Thông số kĩ thuật

-

Điện áp làm việc: DC3-5V
Hoạt động hiện tại: ít hơn 20mA
Loại cảm biến: Analog
Phát Diện tích: 40mm x 16mm
Quy trình sản xuất: FR4 hai mặt HASL
Nhiệt độ hoạt động: 10 ℃ -30 ℃
Độ ẩm: 10% -90% khơng ngưng tụ
Trọng lượng: 3.5g
Kích thước: 62mm x 20mm x 8mm

2.2.4 Ứng Dụng:

Cảm biến sử dụng để nhận diện mực nước, được áp dung rộng rãi trong
thí nghiệm, dự án phát triển, công nghiệp, sinh hoạt đời sống,...

Hình 2. 4 Cảm biến mực nước



11

2.3 Cảm biến đo trọng lượng thức ăn
2.3.1 Giới thiệu về loadcell

Loadcell là thiết bị cảm biến dùng để chuyển đổi lực hoặc trọng lượng
thành tín hiệu điện.
Giá trị lực tác dụng tỉ lệ với sự thay đổi điện trở cảm ứng trong cầu điện
trở, do đó trả về tín hiệu điện áp tỉ lệ. Ưu điểm chính của cơng nghệ này là xuất
phát từ yêu cầu thực tế, với những tham số xác định trước, sẽ có các sản phẩm
thiết kế phù hợp cho từng ứng dụng của người dùng. Ở đó các phần tử cảm ứng
có kích thước và hình dạng khác nhau phù hợp với yêu cầu của ứng dụng. Các
dạng phổ biến: cảm biến tải dạng kéo (shear), dạng uốn (bending) và cảm biến
tải dạng nén (compression)…

Hình 2. 5: Cấu tạo của loadcell
2.3.2 Nguyên lý hoạt động

Thành phần cấu tạo cơ bản của loadcell bao gồm hai bộ phận chính. Bộ
phận thứ nhất là địn cân và bộ phận thứ hai là mạch xử lý tín hiệu điện tử. Ở
đây, ta phân tích cấu tạo của địn cân và khơng đi sâu vào phần mạch điện tử.
Đòn cân tên tiếng anh là “Strain Gauge Load Cell” hay gọi tắt là “ Load
Cell”

cảm biến tải. Như tên gọi phản ánh, đòn cân được cấu tạo bởi hai thành

phần, thành phần thứ nhất là “Strain Gauge” và thành phần còn lại là “Load”.
Strain Gauge là một điện trở đặc biệt chỉ nhỏ bằng móng tay, có điện trở thay



12
đổi khi bị nén hay kéo dãn và được nuôi bằng một nguồn điện ổn định, chỉ nhỏ
bằng móng tay, được dán chết lên Load, nghĩa là một thanh kim loại chịu tải.
Thanh kim loại này một đầu được gắn cố định, đầu còn lại tự do và gắn
với mặt bàn cân (Đĩa cân). Khi ta bỏ một khối lượng lên đĩa, thanh kim loại này
sẽ bị uốn cong do trọng lượng của khối lượng cân gây ra. Khi thanh kim loại bị
uốn, điện trở Strain Gauge sẽ bị kéo dãn ra và thay đổi điện trở. Như vậy, khi đặt
vật cân lên bàn cân, tùy theo khối lượng vật mà Load, thanh kim loại sẽ bị uốn
đi một lượng tương ứng và lượng này được đo lường qua sự thay đổi điện trở
của Strain Gauge. Thông thường, thanh kim loại sẽ được cấu tạo sao cho bất
chấp vị trí ta đặt vật cân lên bàn/ đĩa, nó đều cho cùng một mức độ bị uốn như
nhau.
Cấu tạo chính của loadcell gồm các điện trở strain gauges R1, R2, R3, R4
kết nối thành 1 cầu điện trở Wheatstone như hình dưới và được dán vào bề mặt
của thân load cell. Một điện áp kích thích được cung cấp cho ngõ vào loadcell (2
góc (1) và (4) của cầu điện trở Wheatstone) và điện áp tín hiệu ra được đo giữa
hai góc khác.
Tại trạng thái cân bằng (trạng thái khơng tải), điện áp tín hiệu ra là số
khơng hoặc gần bằng không khi bốn điện trở được gắn phù hợp về giá trị. Đó
chính là lý do tại sao cầu điện trở Wheatstone còn được gọi là một mạch cầu cân
bằng.
Khi có tải trọng hoặc lực tác động lên thân loadcell làm cho thân loadcell
bị biến dạng (giãn hoặc nén), điều đó dẫn tới sự thay đổi chiều dài và tiết diện
của các sợi kim loại của điện trở strain gauges dán trên thân loadcell dẫn đến
một sự thay đổi giá trị của các điện trở strain gauges. Sự thay đổi này dẫn tới sự
thay đổi trong điện áp đầu ra.



13

Hình 2. 6: Loadcell
Như đã nói, cân điện tử sẽ đo lường mức độ bị uốn của thanh kim loại
bởi trọng lực do vật cân gây ra nên cân điện tử chỉ cho chúng ta giá trị trọng
lượng của vật. Để tìm khối lượng của vật, ta cần phải chia cho gia tốc trọng
trường, mà gia tốc này thì khơng phải là một hằng số ở mọi nơi trên trái đất. Do
đó, khi sản xuất cân, nhà sản xuất xây dựng một bộ hiệu chỉnh bên trong cân
điện tử để hiệu chỉnh lại cân tại nơi cần sử dụng.
Khoảng uốn cong của thanh kim loại vào khoảng 1/500 cm. Tuy giá trị
uốn cong rất nhỏ nhưng đủ để Strain Gauge phát hiện và đo lường khối lượng
trong khoảng nhất định tùy theo loại cân điện tử. Thông thường Strain Gauge chỉ
phát hiện và đo lường trên một khoảng nhỏ, hẹp, cân điện tử nào đo khối lượng
càng lớn và càng chính xác địi hỏi khoảng Strain Gauge phát hiện càng rộng và
độ nhạy càng lớn. Hành động như đặt đột ngột hay thảy vật cân có khối lượng
cân nặng lên bàn cân rất dễ làm cho thanh kim loại bị biến dạng đột ngột làm
cân sẽ khơng chính xác và mau hỏng Strain Gauge. không nên cân một khối
lượng lớn vượt qua khỏi thang đo của cân.
2.3.3 Thông số kĩ thuật

Độ chính xác: cho biết phần trăm chính xác trong phép đo. Độ chính xác
phụ thuộc tính chất phi tuyến tính, độ trễ, độ lặp.
Cơng suất định mức: giá trị khối lượng lớn nhất mà Loadcell có thể đo


14
được.
Dải bù nhiệt độ: là khoảng nhiệt độ mà đầu ra Loadcell được bù vào, nếu
nằm ngoài khoảng này, đầu ra không được đảm bảo thực hiện theo đúng chi tiết
kĩ thuật được đưa ra.

Cấp bảo vệ: được đánh giá theo thang đo IP, (ví dụ: IP65: chống được độ
ẩm và bụi).
Điện áp: giá trị điện áp làm việc của Loadcell (thông thường đưa ra giá trị
lớn nhất và giá trị nhỏ nhất 5 – 15 V).
Độ trễ: hiện tượng trễ khi hiển thị kết quả dẫn tới sai số trong kết quả.
Thường được đưa ra dưới dạng % của tải trọng.
Trở kháng đầu vào: trở kháng được xác định thông qua S- và S+
khi Loadcell chưa kết nối vào hệ thống hoặc ở chế độ không tải.
Điện trở cách điện: thơng thường đo tại dịng DC 50V. Giá trị cách điện
giữa lớp vỏ kim loại của Loadcell và thiết bị kết nối dòng điện.
Phá hủy cơ học: giá trị tải trọng mà Loadcell có thể bị phá vỡ hoặc biến
dạng.
Giá trị ra: kết quả đo được (đơn vị: mV).
Trở kháng đầu ra: cho dưới dạng trở kháng được đo giữa Ex+ và EXtrong điều kiện load cell chưa kết nối hoặc hoạt động ở chế độ không tải.
Quá tải an tồn: là cơng suất mà Loadcell có thể vượt q (ví dụ: 125%
cơng suất).
Hệ số tác động của nhiệt độ: Đại lượng được đo ở chế độ có tải, là sự thay
đổi công suất của Load cell dưới sự thay đổi nhiệt độ, (ví dụ: 0.01%/10°C nghĩa
là nếu nhiệt dộ tăng thêm 10°C thì cơng suất đầy tải của Loadcell tăng thêm
0.01%).
Hệ số tác động của nhiệt độ tại điểm 0: giống như trên nhưng đo ở chế độ
không tải.


15

2.4

Quạt


Hình 2. 7: Quạt sấy
2.4.1 Ứng dụng

Quạt tản nhiệt được dùng để tản nhiệt cho chip cầu bắc của mainboard
máy tính, hoặc để tản nhiệt cho các IC khác trong q trình sử dụng.
2.4.2 Thơng số kỹ thuật

-

2.5

Nguồn DC5V
Dịng định mức : 0.1A
Cơng suất : 0.5W
Số vịng quay : 7000 ± 10% (vịng/phút)
Tiếng ồn : 20DBA
Tốc độ gió : 1.5M/S
Tuổi thọ : 30.000 giờ.
Kích thước : 3x3x1CM

Cảm biến độ ẩm, nhiệt độ

2.5.1 Giới thiệu về DHT11

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


16
tiếp 1 wire (giao tiếp digital 1 dây truyền dữ liệu duy nhất). Bộ tiền xử lý tín

hiệu tích hợp trong cảm biến giúp bạn có được dữ liệu chính xác mà khơng phải
qua bất kỳ tính tốn nào.
2.5.2 Ngun lý hoạt động

Hình 2. 8: Cấu tạo của DHT11
Để đo độ ẩm, họ sử dụng thành phần cảm biến độ ẩm có hai điện cực với
chất giữ ẩm giữa chúng. Vì vậy, khi độ ẩm thay đổi, độ dẫn của chất nền thay
đổi hoặc điện trở giữa các điện cực này thay đổi. Sự thay đổi điện trở này được
đo và xử lý bởi IC khiến cho vi điều khiển ln sẵn sàng để đọc.

Hình 2. 9: Thành phần cấu tạo