BỘ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HỒ CHÍ MINH
KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH
---------------------------------

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ TRUYỀN THÔNG

ĐỀ TÀI:

THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG HỆ THỐNG
CHĂM SÓC VƯỜN LAN SỬ DỤNG
NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI
GVHD

: ThS. Võ Đức Dũng

SVTH1

: Hàn Văn Hải

MSSV

: 13141078

Tp. Hồ Chí Minh - 01/2019


NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
TRƯỜNG ĐH. SƯ PHẠM KỸ THUẬT

Mã hệ:

1

Khóa:

2013

Lớp:

13141DT3A

I. TÊN ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG HỆ THỐNG CHĂM SÓC
VƯỜN LAN SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI
II. NHIỆM VỤ
1. Các số liệu ban đầu:
[1] Mr Good, “Tổng Quan Về Website”, />[2] Lê Chí Huy, “Học lập trình”, />[3] “Language Reference”, />
[4] Internet Of Things (IoT) với ESP8266 ,
2. Nội dung thực hiện:
Nội dung 1: Tổng quan.
Nội dung 2: Cơ sở lý thuyết.
Nội dung 3: Tính toán và thiết kế hệ thống.
Nội dung 4: Thi công hệ thống.
Nội dung 5: Kết quả-Nhận xét-Đánh giá.
Nội dung 6: Kết luận và hướng phát triển.
III. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ:
01/10/2018
IV. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 07/01/2019
V. HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN:
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN


-

Tuần 2
08/10 – 14/10

-

Nội dung
Gặp giáo viên hướng dẫn,
nhận nhiệm vụ đồ án.
Viết đề cương chi tiết.
Khảo sát hệ thống ngoài thực
tế
Tìm hiểu các linh kiện có thể
phục vụ nghiên cứu đề tài.
Thiết kế sơ đồ khối hệ thống.

Tuần 3
15/10 – 21/10
Tuần 4
22/10 – 28/10

-

Lập trình kết nối Internet với
mạch điều khiển ESP.

Tuần 5
29/10 – 4/11

Thiết kế và lập trình web.

-

Thiết kế giám sát và điều
khiển qua web.
Thiết kế, tính toán mạch, cắm
chạy thử trên test board.
Truyền nhận dữ liệu từ cơ sở
dữ liệu xuống hệ thống.
Thi công mạch.
Viết báo cáo
Chạy thử mạch, kiểm tra tổng
thể hoạt động của sản phẩm so

-

Xác nhận GVHD

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP-Y SINH

ii


LỜI CAM ĐOAN

Tuần 13
24/12 – 30/12

-

Hàn Văn Hải

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP-Y SINH

ii


LỜI CẢM ƠN

LỜI CẢM ƠN
Trong thời gian thực hiện đề tài, những người thực hiện được sự giúp đỡ của gia
đình, quý thầy cô và bạn bè nên đề tài đã được hoàn thành. Những người thực hiện xin
chân thành gửi lời cảm ơn đến:
Thầy Võ Đức Dũng, giảng viên trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Tp.HCM đã
trực tiếp hướng dẫn và tận tình giúp đỡ tạo điều kiện để nhóm có thể hoàn thành tốt đề
tài.
Những người thực hiện cũng xin chân thành cảm ơn đến các thầy cô trong khoa
Điện - Điện tử của trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Tp.HCM đã tận tình dạy dỗ, chỉ
bảo, cung cấp cho những người thực hiện những kiến thức nền, chuyên môn làm cơ sở
để hoàn thành đề tài này.
Cảm ơn gia đình đã động viên và 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
những người thực hiện đề tài để có thể hoàn thành tốt đề tài này.
Xin chân thành cảm ơn!
Người thực hiện đề tài:

Hàn Văn Hải

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP-Y SINH

2.4.3 Cảm biến DHT11 ......................................................................................... 11
2.4.4 Cảm biến độ ẩm đất ..................................................................................... 12
2.4.5 Màn hình LCD 20x4 .................................................................................... 13
2.4.6 Mạch chuyển giao tiếp LCD 20x4 ............................................................... 14
2.4.7 Nút nhấn đơn R13 ........................................................................................ 15
2.4.8 Động cơ bơm nước 5V ................................................................................ 15
2.4.9 Mạch phun sươn 5V .................................................................................... 16
2.4.10 Relay 5V 10A 5 chân ................................................................................ 16
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP-Y SINH

viii


MỤC LỤC
2.4.11 Quạt tản nhiệt 12V .................................................................................... 17
2.5 HỆ THỐNG PIN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI ................................................ 17
2.5.1 Tấm pin năng lượng mặt trời ...................................................................... 17
2.5.2 Bộ điều khiển sạc ....................................................................................... 19
2.5.3

Bình ắc-quy ............................................................................................... 20

2.5.4 Mạch giảm áp L2596 ................................................................................. 21
2.6 CÁC CHUẨN GIAO TIẾP ................................................................................ 21
2.6.1 Chuẩn giao tiếp UART ................................................................................ 21
2.6.2 Chuẩn giao tiếp SPI ..................................................................................... 22
2.6.3 Chuẩn giao tiếp I2C ...................................................................................... 22
Chương 3. TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ ................................................................ 23
3.1 THIẾT KẾ SƠ ĐỒ KHỐI .................................................................................. 23
3.2 Tính toán và thiết kế mạch .................................................................................. 24

Chương 6. KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN .............................................. 73
6.1 KẾT LUẬN ......................................................................................................... 73
6.2 HƯỚNG PHÁT TRIỂN ...................................................................................... 74
TÀI LIỆU THAM KHẢO .......................................................................................... 75
PHỤ LỤC .........................................................................................................................

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP-Y SINH

x


DANH MỤC HÌNH ẢNH

DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 2.1: Các loại Board Arduino. ................................................................................. 8
Hình 2. 2: Hình ảnh board Aduino Uno R3. .................................................................. 9
Hình 2.3: Module wifi ESP8266 V1. ........................................................................... 10
Hình 2.4: Sơ đồ kết nối Arduino với ESP 8266. .......................................................... 11
Hình 2.5: Cảm biến DHT11. ........................................................................................ 11
Hình 2.6: Sơ đồ kết nối vi điều khiển với DHT11. ...................................................... 12
Hình 2.7: Cảm biến độ ẩm đất...................................................................................... 12
Hình 2.8: Sơ đồ kết nối vi điều khiển với cảm biến độ ẩm đất. ................................... 13
Hình 2.9: Màn hình LCD 20x4..................................................................................... 13
Hình 2.10: Mạch chuyển giao tiếp LCD 20x4. ............................................................ 14
Hình 2.11: Màn hình LCD 20x4 voi I2C. .................................................................... 14
Hình 2.12: Sơ đồ kết nối vi xử lý với I2C. ................................................................... 14
Hình 2.13: Nút nhấn R13.............................................................................................. 15
Hình 2.14: Sơ đồ nút nhấn. ........................................................................................... 15
Hình 2.15: Động cơ tạo hơi nước 5 VDC.................................................................... 15
Hình 2.16: Động cơ bơm nước 5V ............................................................................... 15

Hình 3.14: Sơ đồ nguyên lý kết nối Arduino UNO với nút nhấn. ............................... 32
Hình 3.15. Sơ đồ nguyên lý kết nối Arduino UNO với led. ......................................... 32
Hình 3.16: Relay 5V 10A 5 chân ................................................................................. 33
Hình 3.17: Sơ đồ nguyên lý hoạt động khối Relay. ..................................................... 34
Hình 3.18: Bình ắc-quy 12V-5Ah. ............................................................................... 35
Hình 3.19: Tấm pin năng lượng mặt trời. .................................................................... 35
Hình 3.20: Nguồn tổ ong 12V 3A. ............................................................................... 37
Hình 3.21: Mạch giảm áp LM2596 . ............................................................................ 37
Hình 4.1: Sơ đồ bố trí linh kiện mạch hệ thống điều khiển. ........................................ 39
Hình 4.2. Tủ điện thực tế 20x20x10 cm. ...................................................................... 41
Hình 4.3: Sơ đồ bố trí linh kiện hiển thị ra bên ngoài mặt trước tủ điều khiển. .......... 41
Hình 4.4: Sơ đồ bố trí mặt trước hệ thống. ................................................................... 42
Hình 4.5: Sơ đồ bố trí mặt phía trên hệ thống. ............................................................. 42
Hình 4.6: Giao diện mặt trước tủ điều khiển. ................................................................. 43
Hình 4.7: Hình dạng bên trong tủ. ................................................................................ 43
Hình 4.8: Bộ điều khiển sạc pin năng lượng mặt trời. ................................................. 44
Hình 4.9: Hình dạng mặt trước mô hình ...................................................................... 44
Hình 4.10: Hình dạng mặt trên mô hình. ..................................................................... 44
Hình 4.11: Vị trí các ống dẫn. ...................................................................................... 45
Hình 4.12: Vị trí các khối trong mô hình. .................................................................... 45
Hình 4.12: Vị trí chậu lan . ........................................................................................... 45
Hình 4.13: Vị trí treo chậu lan...................................................................................... 45
Hình 4.13: Lưu đồ hệ thống điều khiển hệ thống tưới lan. .......................................... 47
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP-Y SINH

xii


DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 4.14: Lưu đồ chế độ AUTO. ............................................................................... 49

Hình 5.11: Nhấn phím phun sương. ............................................................................. 69
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP-Y SINH

xiii


DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 5.12: Hệ thống bắt đầu tọa hơi sương. ................................................................... 69
Hình 5.13. Điều khiển trên web.................................................................................... 69
Hình 5.14. Gía trị tại hệ thống. ..................................................................................... 69
Hình 5.15: Bật quạt. ..................................................................................................... 70
Hình 5.16: Quạt chạy. .................................................................................................. 70
Hình 5.17: Hiển thị dung lượng ắc-quy. ...................................................................... 70
Hình 5.18: Hiển thị dung lượng ắc-quy. ...................................................................... 71

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP-Y SINH

xiv


DANH MỤC BẢNG BIỂU

DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 2.1. Các chân của LCD. ....................................................................................... 13
Bảng 2.2: Thông số kỹ thuật pin năng lượng mặt trời 10w.......................................... 18
Bảng 2.3: Thông số kỹ thuật Bộ Điều Khiển Sạc Solar 12V/24V 5A ......................... 19
Bảng 4.1. Danh sách các linh kiện. ............................................................................... 40

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP-Y SINH



BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP-Y SINH

xvi


CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN

Chương 1. TỔNG QUAN
1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ
Cuộc cách mạng công nghiệp 4.0 đang dần lan rộng ra nhiều lĩnh vực trong sản
xuất. Cụ thể là ứng dụng của IoTs đang được phổ biến khá rộng rãi trong lĩnh vực nông
nghiệp. Nhiều mô hình trồng trọt chăn nuôi đang được xây dựng theo xu hướng thông
minh hơn, nhằm giảm kinh phí cũng như nhân lực, tăng năng suất cho sản phẩm.
Song song với đó là sự phát triển các công nghệ năng lượng mặt trời, trong đó
công nghệ điện Pin năng lượng mặt trời có vai trò quan trọng nhất. Việt Nam được đánh
giá là có nguồn tài nguyên năng lượng mặt trời vào loại tốt trên thế giới. Nguồn năng
lượng sạch và tiềm năng lớn này hoàn toàn có thể tham gia đóng góp vào các lĩnh vực
khác nhau, đặc biệt là ngành trồng trọt.
Hiện nay mô hình vườn lan đang đem lại hiệu quả kinh tế cao. Tiêu biểu như
vườn lan tại trung tâm nông nghiệp công nghệ cao Khánh Hòa, vườn lan nhiệt đới tại
trung tâm kỹ thuật Tiền Giang...Những mô hình trên sử dụng công nghệ tưới nhỏ giọt
và phun sương Isarel được nhập từ nước ngoài với chi phí cao. Công nghệ trên hoạt
động theo chế độ bán tự động cần mở van. Hạn chế của công nghệ này là chăm sóc vườn
lan tốn nhiều chi phí do tốn nhiều nhân công chăm sóc.
Để khắc phục hạn chế trên nhóm chọn đề tài Thiết kế và thi công hệ thống chăm
sóc vườn lan sử dụng năng lượng mặt trời, đồng thời áp dụng công nghệ IOTs trong việc
giám sát vườn lan để giảm chi phí chăm sóc. Giúp vườn lan phát triển tốt, tránh được
sâu bệnh.


 NỘI DUNG 9: Bảo vệ đề tài tốt nghiệp

1.4 GIỚI HẠN
 Thiết kế mô hình cửa có kích thước dài, rộng, cao là 60 x 60 x 60 cm bằng
mica và khung nhôm.
 Cảm biến nhiệt độ và độ ẩm sai số
Các pin năng lượng Mặt trời có nhiều ứng dụng trong thực tế, đặc biệt thích
hợp cho các vùng mà điện lưới khó vươn tới như núi cao, ngoài đảo xa, hoặc phục
vụ các hoạt động trên không gian; Cụ thể như các vệ tinh quay xung quanh quỹ
đạo trái đất, máy tính cầm tay, các máy điện thoại cầm tay từ xa, thiết bị bơm nước...
Các Pin năng lượng Mặt trời được thiết kế như những modul thành phần, được ghép
lại với nhau tạo thành các tấm năng lượng Mặt trời có diện tích lớn, thường được đặt
trên nóc các tòa nhà nơi chúng có thể có thể đó ánh sáng nhiều nhất, và kết nối với
bộ chuyển đổi của mạng lưới điện. Các tấm pin Mặt Trời lớn ngày nay được lắp thêm
bộ phận tự động điều khiển để có thể xoay theo hướng ánh sáng, giống như loài hoa
hướng dương hướng về ánh sáng Mặt Trời.
Pin năng lượng mặt trời công suất 10W có kích thước nhỏ gọn. Phù hợp để sạc
cho bình ắc quy 12V/4.5Ah hoặc 12V/7.2Ah – loại bình ắc quy rất phổ biến hiện nay.
Công suất mỗi tấm pin là 10W và có thể ghép nối các tấm lại với nhau để tăng
điện áp hoặc công suất lên trong những trường hợp cần thiết. Pin năng lượng mặt
trời được sản xuất tại Việt Nam với công nghệ tiên tiến, hiệu suất cao lên đến 98%
giúp cho hệ thống vận hành luôn luôn ổn định.
Bộ điều khiển sạc (Solar Regulator) là thiết bị thực hiện chức năng điều tiết sạc
cho ắc-quy, bảo vệ cho ắc-quy chống nạp quá tải và xả quá sâu nhằm nâng cao tuổi thọ
của bình ắc-quy, và giúp hệ thống pin mặt trời sử dụng hiệu quả và lâu dài. Bộ điều
khiển còn cho biết tình trạng nạp điện của Panel mặt trời vào ắc-quy giúp cho người sử
dụng kiểm soát được các phụ tải. Bộ điều khiển còn thực hiện việc bảo vệ nạp quá điện
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP-Y SINH

4


CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT
thế (>13,8V) hoặc điện thế thấp (
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP-Y SINH

5


CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT
cùng là nước cấu tạo dự phần mật thiết trong sinh thái của cây. Mất lượng nước này thì
cây sẽ chết.
Việc chọn địa điểm thích hợp cho việc lập vườn lan sẽ giúp ta giảm được rất
nhiều công sức chăm sóc cho lan, trong đó yếu tố độ ẩm là yếu tố quan trọng bậc nhất
vì trong thiên nhiên chính yếu tố độ ẩm chi phối việc xuất hiện các vùng có lan. Về
phương diện này, cần lưu ý 3 loại độ ẩm:
 Độ ẩm của vùng là độ ẩm của khu vực rộng lớn, nơi mà ta sẽ thiết lập vườn
lan. Ẩm độ của vùng do điều kiện địa hình, địa lý ở nơi ấy định đoạt. Ví dụ độ ẩm của
vùng cạnh sông rạch cao hơn độ ẩm của vùng đồng trống nhiều gió, độ ẩm của vùng đồi
trọc sẽ thấp hơn ẩm được của vùng có vườn cây ăn trái …
 Độ ẩm của vườn là độ ẩm chính ngay trong vườn lan, độ ẩm này có thể cải tạo
theo ý muốn bằng cách đào ao, làm mương rãnh, trồng cây, rải cát, làm giàn che, tưới
nước …
 Độ ẩm trong chậu còn gọi là độ ẩm cục bộ, tuỳ thuộc cấy tạo giá thể (chất
trồng), thể tích của chậu, loại chậu, vị trí đặt chậu, cách tưới nước, nghĩa là hoàn toàn
tuỳ thuộc vào kỹ thuật của người trồng lan.
b. Ảnh hưởng của nhiệt độ đối với hoa lan.
Nhiệt độ còn ảnh hưởng đến sự ra hoa của một số loài hoa lan: hoa lan Bạch câu
Dendrobium crumenatum đòi hỏi giảm nhiệt độ đột ngột khoảng 5-6 đô C trong vài giây
đồng hồ thì khoảng 9 ngày sau chúng sẽ nở hoa đồng loạt. Ở 18,5 độ C Paphiopedilum
insigne và Dendrobium nobile chỉ tiếp tục tăng trưởng mà không ra hoa nhưng chúng sẽ
ra hoa khi nhiệt độ hạ xuống 13 độ C hay thấp hơn.
Tuy nhiên, nếu nhiệt độ quá thấp thì sẽ làm cho nước trong tế bào của cây kết
tinh thành nước đá, làm gia tăng thể tích, phá vỡ các cấu trúc tế bào. Ngược lại, nhiệt độ

xuống. Như vậy sự chênh lệch nhiệt độ giữa ngày và đêm (biên độ nhiệt) có ảnh hưởng
đến sự phát triển của cây lan.
2.2.2 Mô tả quy trình chăm sóc hoa lan
Áp dụng quy trình tưới tự động với các giá trị đã được cài đặt trước như:
 Nhiệt độ trên – nhiệt độ dưới, đảm bảo biên độ nhiệt cho hoa lan phát triển tốt.
 Độ ẩm không khí trên – độ ẩm không khí dưới, đảm bảo sự thông thoáng và
nhiệt độ cho hao lan quang hợp.
 Độ ẩm đất trên - độ ẩm đất dưới, cung nước cho hoa lan sinh trưởng tốt và ra
cây con.
Đồng thời chế độ tay cho phép trực tiếp tác động đến quá trình chăm sóc lan
thông qua việc bật tắt các thiết bị như: Bơm tưới, độ ẩm không khí, quạt.
Người trồng lan có thể trực tiếp giám sát các thông số giá trị thông qua web.
Toàn hệ thống trên hoạt động ứng dụng pin năng lượng mặt trời làm nguồn
cung cấp.

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP-Y SINH

7


CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT

2.3 TỔNG QUAN VỀ ARDUINO

Hình 2.1: Các loại Board Arduino.
Arduino[3] thật ra là một bo mạch vi xử lý được dùng để lập trình tương tác với
các thiết bị phần cứng như cảm biến, động cơ, đèn hoặc các thiết bị khác. Đặc điểm nổi
bật của Arduino là môi trường phát triển ứng dụng cực kỳ dễ sử dụng, với một ngôn
ngữ lập trình có thể học một cách nhanh chóng ngay cả với người ít am hiểu về điện tử
và lập trình. Và điều làm nên hiện tượng Arduino chính là mức giá rất thấp và tính chất

 Jack nguồn: nguồn từ 9V - 12V.
 Có 14 chân vào/ra số đánh số thứ tự từ 0-13, ngoài ra có một chân nối đất
(GND) và một chân điện áp tham chiếu (AREF).
 Vi điều khiển AVR: sử dụng ATMega328.
 2 chân Serial: 0 (RX) và 1 (TX): dùng để gửi (transmit – TX) và nhận (receive
– RX) dữ liệu TTL Serial. Arduino Uno có thể giao tiếp với thiết bị khác thông qua 2
chân này. Kết nối bluetooth thường thấy nói nôm na chính là kết nối Serial không dây.
 Chân giao tiếp SPI:10 (SS), 11 (MOSI), 12 (MISO), 13(SCK). Ngoài các chức
năng thông thường, 4 chân này còn dùng để truyền phát dữ liệu bằng giao thức SPI với
các thiết bị khác.
 Led 13: trên Arduino UNO có 1 đèn led màu cam (kí hiệu chữ L). Khi bấm
nút Reset, sẽ thấy đèn này nhấp nháy để báo hiệu. Nó được nối với chân số 13. Khi chân
này được người dùng sử dụng, Led sẽ sáng.
 Chân PWM (~): 3, 5, 6, 9, 10, và 11: cho phép xuất ra xung PWM với độ phân
giải 8bit (giá trị từ 0 → 28-1 tương ứng với 0V → 5V) . Nói một cách đơn giản, có thể
điều chỉnh được điện áp ra ở chân này từ mức 0V đến 5V .

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP-Y SINH

9


CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT
o Hàm analogWrite() trong Arduino giúp việc tạo 1 xung dễ dàng hơn. Hàm
này truyền vào tham số cho phép thay đổi chu kì xung, bạn có thể tính toán ra được chu
kì xung như ở bảng trên. Tần số xung được Arduino thiết lập mặc định.
o Đối với board Arduino UNO, xung trên các chân 3,9,10,11 có tần số là
490Hz, xung trên chân 5,6 có tần số 980Hz.
 Arduino UNO còn có 6 chân analog (A0 → A5): cung cấp độ phân giải tín
hiệu 10bit (0 → 210-1) để đọc giá trị điện áp trong khoảng 0V → 5V. Với chân AREF trên