TRƢỜNG ĐH SPKT TP. HỒ CHÍ MINH

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ

ĐỘC LẬP - TỰ DO - HẠNH PHÚC

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH

----o0o---Tp. HCM, ngày 10 tháng 07 năm 2018

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Họ tên sinh viên:

Nguyễn Ngọc Thạch
MSSV: 14141292
Đoàn Quốc Duyệt
MSSV: 14141045
Chuyên ngành: Công nghệ kỹ thuật điện - điện tử truyền thông Mã ngành: 41
Hệ đào tạo:
Đại học chính quy
Mã hệ: 1
Khóa:
2014
Lớp: 14141DT1C
14141DT1B
I. TÊN ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MÔ HÌNH HỆ THỐNG VÀ QUẢN
LÝ TRANG TRẠI HEO.
II. NHIỆM VỤ
Nội dung thực hiện:

KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ

ĐỘC LẬP - TỰ DO - HẠNH PHÚC

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH

----o0o---Tp. HCM, ngày 10 tháng 07 năm 2018

LỊCH TRÌNH THỰC HIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Họ tên sinh viên 1: Nguyễn Ngọc Thạch
Lớp:14141DT1C
Họ tên sinh viên 2: Đoàn Quốc Duyệt
Lớp: 14141DT1B

MSSV: 14141292
MSSV: 14141045

Tên đề tài: Thiết Kế Và Thi Công Mô Hình Hệ Thống Và Quản Lý Trang Trại
Heo.
Tuần/ngày
Tuần 1 (0208/04/2018)
Tuần 2 (0915/04/2018)
Tuần 3 (1622/04/2018)
Tuần 4 (23/4 - 29
/04/2018)

Xác nhận
GVHD

Nội dung



LỜI CAM ĐOAN
Đề tài này là do chúng tôi tự thực hiện dƣới sự hƣớng dẫn của thầy ThS. Nguyễn
Trƣờng Duy, dựa vào một số tài liệu và không sao chép từ tài liệu hay công trình đã có
trƣớc đó. Nếu có bất kỳ sự gian lận nào chúng tôi xin chịu trách nhiệm về nội dung đồ
án của mình.
Ngƣời thực hiện
Nguyễn Ngọc Thạch Đoàn Quốc Duyệt

iv


LỜI CẢM ƠN

Chúng em xin chân thành cảm ơn quý thầy, cô Trƣờng Đại Học Sƣ Phạm Kỹ
Thuật TP.HCM đã tận tình dạy dỗ chúng em trong suốt những năm qua. Trong đó phải
kể đến quý thầy cô trong khoa Điện – Điện Tử đã truyền đạt những kiến thức, kinh
nghiệm cùng với sự đam mê của mình nhƣ đốt lên những ngọn lửa đam mê khám phá
trong mỗi chúng em và rồi từ những kiến thức, đam mê đó chúng em kết lại thành một
đồ án cuối cùng, đồ án tốt nghiệp do chính tay mình tạo ra, nó nhƣ một bàn đạp đầu
tiên để bƣớc vào những cánh cửa lớn hơn.
Đặc biệt, Chúng em xin cảm ơn sâu sắc thầy Nguyễn Trƣờng Duy đã tận tình
giúp đỡ chúng em trong quá trình lựa chọn đề tài và hỗ trợ chúng em trong quá trình
thực hiện đề tài. Trong quá trình thực hiện đồ án cũng xảy ra nhiều khó khăn, thiếu sót
nhƣng đƣợc sự đôn đốc và góp ý của thầy chúng em đã gặt hái đƣợc nhiều kiến thức và
kinh nghiệm. Một lần nữa chúng em xin cảm ơn thầy.

Sinh viên thực hiện đồ án
Nguyễn Ngọc Thạch Đoàn Quốc Duyệt

2.2.9 CẢM BIẾN SIÊU ÂM. [7]............................................................................. 17
vi


2.2.10 GIỚI THIỆU FIREBASE. [8] ...................................................................... 18
2.2.11 GIỚI THIỆU MODULE RELAY (RƠ-LE)................................................. 19
2.3 GIỚI THIỆU CÁC CHUẨN GIAO THỨC: ........................................................ 21
2.3.1 SƠ LƢỢC VỀ GIAO TIẾP USART:[10] ...................................................... 21
2.3.2 SƠ LƢỢC VỀ CHUẨN SPI: ......................................................................... 23
2.3.3 SƠ LƢỢC VỀ CHUẨN I2C:[7] .................................................................... 26
CHƢƠNG 3. TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ ............................................................. 27
3.1 GIỚI THIỆU ......................................................................................................... 27
3.2 TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG.......................................................... 27
3.2.1 THIẾT KẾ SƠ ĐỒ KHỐI HỆ THỐNG. ........................................................ 27
3.2.2 TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ MẠCH............................................................ 30
3.2.3 SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ CỦA TOÀN MẠCH ................................................. 37
CHƢƠNG 4. THI CÔNG HỆ THỐNG .................................................................... 38
4.1 THI CÔNG HỆ THỐNG: ..................................................................................... 38
4.2 LƢU ĐỒ GIẢI THUẬT. ...................................................................................... 40
4.2.1 LƢU ĐỒ GIẢI THUẬT ARDUINO MEGA 2560. ...................................... 40
4.2.2 GIỚI THIỆU VỀ ARDUINO IDE ................................................................. 50
4.2.3 LƢU ĐỒ GIẢI THUẬT CỦA ESP. .............................................................. 52
4.2.4 LẬP TRÌNH C# TRÊN PHẦN MỀM VISUAL STUDIO. ........................... 53
4.2.5 CHƢƠNG TRÌNH TRÊN ANDROID STUDIO. .......................................... 56
CHƢƠNG 5: KẾT QUẢ, NHẬN XÉT, ĐÁNH GIÁ ............................................... 64
5.1 SẢN PHẨM SAU KHI HOÀN THÀNH: ............................................................ 64
5.1.1 SẢN PHẨM: .................................................................................................. 64
5.1.2 KIẾN THỨC CÓ ĐƢỢC TRONG THIẾT KẾ SẢN PHẨM: ....................... 64
5.2 KẾT QUẢ CHẠY HỆ THỐNG: .......................................................................... 65
5.2.1 QUÁ TRÌNH CHẠY ỨNG DỤNG TRÊN ĐIỆN THOẠI:........................... 65

Hình 2- 12: Nút nhấn 4 chân. ......................................................................................... 14
Hình 2- 13: Cảm biến mƣa. ............................................................................................ 14
Hình 2-14: Cảm biến DHT11. ........................................................................................ 15
Hình 2-15: Sơ đồ chân Realtime. ................................................................................... 16
Hình 2-16: Module Realtime. ........................................................................................ 17
Hình 2-17: Sơ đồ nguyên lý Realtime. ........................................................................... 17
Hình 2- 18: Cảm biến siêu âm........................................................................................ 18
Hình 2- 19: Giao diện FireBase. .................................................................................... 19
Hình 2-20: Module Relay Mức Cao............................................................................... 20
Hình 2- 21: Module Relay mức thấp.............................................................................. 20
Hình 2-22: Khung truyền UART. .................................................................................. 22
Hình 2-23: Sơ đồ truyền SPI giữa 2 thiết bị. .................................................................. 23
Hình 2-24: Truyền SPI nhiều thiết bị. ............................................................................ 24
Hình 2-25: Chế độ cơ bản của SPI. ................................................................................ 25
Hình 2-26: Truyền gửi dữ liệu song công. ..................................................................... 25
Hình 2-27: Sơ đồ truyền I2C. ......................................................................................... 26
Hình 3-1: Sơ đồ khối. ..................................................................................................... 28
Hình 3-2: Sơ đồ nguyên lý nhiệt độ. .............................................................................. 33
Hình 3-3: Cảm biến siêu âm........................................................................................... 33
Hình 3-4: Sơ đồ nguyên lý Realtime. ............................................................................. 34
Hình 3-5: Sơ đồ nguyên lý LCD 20x4. .......................................................................... 35
Hình 3-6: Sơ đồ nguyên lý Relay. .................................................................................. 35
Hình 3-7: Sơ đồ nguyên lý L298. ................................................................................... 36
vii


Hình 3-8: Sơ đồ nguyên lý RFID. .................................................................................. 36
Hình 3-9: Sơ đồ nguyên lý toàn mạch. .......................................................................... 37
Hình 4-1: Sơ đồ bố trí linh kiện mặt trên. ...................................................................... 39
Hình 4-2: Sơ đồ bố trí linh kiện lớp dƣới. ...................................................................... 40

Hình 5-1: Sản phẩm thi công. ........................................................................................ 64
Hình 5-2: Giao diện App Chính. .................................................................................... 65
Hình 5-3: Giao diện web FireBase. ................................................................................ 66
vii


Hình 5-4: Bảng điều khiển hoạt động. ........................................................................... 67
Hình 5-5: Màn hình LCD 20x4 hiển thị. ........................................................................ 67
Hình 5-6: Bảng làm việc khi nết nối Arduino. ............................................................... 68

vii


LIỆT KÊ BẢNG
Bảng 2-1: Chức năng của các chân màn hình LCD 20x4 ................................................ 6
Bảng 2-2: Bảng tần số hoạt động. .................................................................................... 8
Bảng 4-1: Danh sách linh kiện. ...................................................................................... 38

viii


TÓM TẮT
Ngày nay công nghệ trở nên hiện đại, xu hƣớng mọi thứ điều sẽ đƣợc kết nối và
điều khiển thông qua mạng không dây wifi (Wireless Fidelity) và điều khiển các thiết
bị theo tự động hóa. Với ý tƣởng giải quyết những bất cập của điều khiển tự động,
nhóm chúng em xin đƣa ra đề tài: Thiết Kế Và Thi Công Mô Hình Hệ Thống Và Quản
Lý Trang Trại Heo.
Hệ thống có khả năng gửi nhận thông tin, lƣu thông tin vào thẻ Tag RFID, nhận
lệnh từ điện thoại, cảm biến và thời gian để điều khiển các thiết bị trong mô hình trang
trại heo nhƣ đèn, quạt, dọn vệ sinh, tắm cho heo, cho ăn và có thể giám sát các hoạt

trục trặc, sự cố.

1.2 MỤC TIÊU CỦA ĐỀ TÀI
Thiết kế, thi công đƣợc mô hình quản lí trang trại nuôi heo gồm các mục tiêu cụ
thể:
 Thiết kế, thi công đƣợc phần cứng của mạch điều khiển.
 Viết đƣợc phần mềm điều khiển arduino mega 2560, điều khiển hệ thống cho
ăn, uống tự động, điều khiển đƣợc hệ thống tắm, dọn vệ sinh tự động, điều
khiển đƣợc hệ thống làm mát tự động cho heo, mái che cho chuồng trại.
 Viết đƣợc phần mềm giao tiếp giữa arduino mega 2560 và máy tính, điện
thoại.
 Viết đƣợc phần mềm C# quản lí thông tin của heo.
 Viết đƣợc ứng dụng android nhận thông tin và cảnh báo của trang trại heo.
1
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP Y SINH


CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN

1.3 NỘI DUNG THỰC HIỆN
 Nội dung 1: Giao tiếp Module ESP-12 8266 với Arduino Mega 2560.
 Nội dung 2: Lƣu thông tin trên thẻ Tag của Module RFID, thiết lập giao diện
C# trên Visual Studio.
 Nội dung 3: Điều khiển các thiết bị theo cảm biến và thời gian thực.
 Nội dung 4: Thiết kế và lập trình ứng dụng trên Android Studio và điều khiển
thiết bị qua điện thoại.
 Nội dung 5: Hiển thị thông tin trên web FireBase.
 Nội dung 6: Thiết kế mô hình sản phẩm.
 Nội dung 7: Đánh giá kết quả thực hiện.


giao thức.
Chƣơng 3: Tính Toán Và Thiết Kế Hệ Thống.
Tính toán thiết kế, đƣa ra sơ đồ nguyên lí của hệ thống.
Chƣơng 4: Thiết Kế Hệ Thống.
Thiết kế hệ thống, lƣu đồ, đƣa ra giải thuật và chƣơng trình.
Chƣơng 5: Kết Quả, Nhận Xét, Đánh Giá.
Đƣa ra kết quả đạt đƣợc sau một thời gian nghiên cứu, một số hình ảnh của hệ
thống, đƣa ra những nhận xét, đánh giá toàn bộ hệ thống.
Chƣơng 6: Kết Luận và Hƣớng Phát Triển.
Trình bày những kết luận về hệ thống những phần làm rồi và chƣa làm, đồng
thời nếu ra hƣớng phát triển cho hệ thống.

3
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP Y SINH


CHƢƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT

CHƢƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
2.1 QUY TRÌNH HOẠT ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG
Mạch đƣợc điều khiển bởi Module Arduino Mega 2560 đóng vai trò điều khiển
trung tâm, Arduino điều khiển tiếp nhận giao tiếp với các module khác trong đề tài
nhƣ: Module RFID MFRC522, WifiEsp V1, Cảm biến mƣa, Cảm biến siêu âm, Cảm
biến cân nặng, Module L298, Động cơ DC, LCD 20x4, Cảm biến nhiệt độ. Sự kết hợp
của các thiết bị sẽ tạo nên một hệ thống quản lý heo một cách tốt nhất, hiện đại hơn.

2.2 GIỚI THIỆU PHẦN CỨNG
2.2.1 TỔNG QUAN ARDUINO MEGA 2560
a. Giới thiệu Board Arduino Mega. [7]
Arduino Mega2560 là một vi điều khiển bằng cách sử dụng ATmega2560.

 SRAM: 8 KB.
 EEPROM: 4 KB.
 Xung clock: 16 MHz.

2.2.2 GIỚI THIỆU LCD 20x4
a. Giới thiệu về màn hình LCD 20x4. [4]
Ở các phần giao tiếp với led 7 đoạn có hạn chế vì chỉ hiển thị đƣợc các số từ 0
đến 9 hoặc số hex từ 0 đến F – không thể nào hiển thị đƣợc các thông tin kí tự khác
nhƣng chúng sẽ đƣợc hiển thị đầy đủ trên LCD có rất nhiều dạng phân biệt theo kích
thƣớc từ vài kí tự đến hàng chục kí tự từ 1 hàng đến vài chục hàng vì vậy để cho thuận
tiện cho việc hiển thị nên chúng ta sử dụng LCD. Ở đây chúng ta sử dụng LCD 20x4
có nghĩa là có 4 hàng, mỗi hàng có 20 kí tự. Màn hình LCD 20x4 sử dụng IC Driver
HD44780. Hỗ trợ giao tiếp dữ liệu 4bits và 8bit có khả năng hiển thị 4 dòng mỗi dòng
20 ký tự màn hình có độ bền cao màn hình LCD 20x4 bao gồm bộ điểu khiển và các
vùng nhớ.
b. Cấu tạo màn hình LCD 20x4
Đƣợc cấu tạo gồm 14 chân: Các chân cấp nguồn Chân số 1 là chân nối mass(0V),
chân thứ 2 là chân VDD nối với nguồn 5V. Chân thứ 3 thƣờng đƣợc nối với contrast
thƣờng nối với biến trở. Các chân điều khiển chân số 4 là chân RS dùng để điều khiển
lựa chọn thanh ghi Chân RW dùng để quá trình đọc và ghi Chân E là chân cho phép
5
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP Y SINH


CHƢƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT
các chân dữ liệu D7-D0: Chân số 7 đến chân số 14 là 8 chân dùng để trao đổi giữa thiết
bị và LCD.

Hình 2-2: Màn hình LCD 20x4.



VO

analog

Contrast Control

4

RS

Input

RS=0 chọn thanh ghi lệnh
RS=1chọn thanh ghi giữ liệu

5

RW

Input

RW=0 thanh ghi viết
RW=1 thanh ghi đọc

6

E

7


12

D5

13

D6

14

D7

Các thông số hoạt động và giới hạn:
- Có 3 vùng nhớ nội bộ: Bộ nhớ DDRAM Bộ nhớ phát ký tự ROM- CGROM bộ
nhớ phát ký tự RAM-CGRAM
- Khả năng hiển thị 20 ký tự mỗi hàng gồm 4 dòng.
- Giao tiếp 4bits hoặc 8bits.

2.2.3 GIỚI THIỆU MODULE RFID MFRC522
a. Tổng quan về Module MFRC522 [7]
Module RFID MFRC522 với mức giá rẻ và thiết kế nhỏ gọn module này là sự lựa
chọn hàng đầu cho các ứng dụng về đọc ghi thẻ RFID.Module MFRC522 đƣợc sử
dụng trong đồ án với mục đích kiểm soát đóng mở cửa bằng giao thức giữa thẻ Tag và
Module MFRC522, đƣợc kết nối ới Arduino UNO. Thẻ Tag giao tiếp với Module
MFRC522 đƣợc chấp nhận (là thẻ đúng), Module sẽ chuyển thông tin sang Arduino xử
lý thực hiện tác vụ yêu cầu đã lập trình sẵn (ở đây là đóng mở cửa). Đầu đọc
MFRC522 sử dụng IC MFRC522 của Philip dùng để đọc và ghi dữ liệu cho thẻ NFC
tần số 13.56 MHZ.


< 135 kHz

HF

330 MHz

6.78 MHz, 13.56 MHz, 27.125 MHz,
40.680 MHz

UHF

300 MHz-3 GHz

433.920 MHz, 869 MHz, 915 MHz

Vi
sóng > 3 GHz
(Microwave)

2.45 Hz, 5.8 GHz, 24.125 GHz

Chức năng chân:
-

SDA (CS): Chân lựa chọn chip khi giao tiếp SPI (kích hoạt mức thấp).
SCK: Chân xung trong chế độ SPI.
MOSI (SDI): Master data out - slave in trong chế độ giao tiếp SPI.
MISO (SDO): Master data in – slave out trong chế độ giao tiếp SPI.
8


từ database. Ngày nay có nhiều module có thể thực hiện việc này nhƣ Esp8266 v1,
Esp8266 v12, Esp32, Esp8266 NodeMCU…. Esp8266v1, Esp8266 v12, Esp8266
Node MCU thì tƣơng tự nhau về mặt lập trình. Điểm khác giữa Esp8266 v12, Esp8266
Node MCU và Esp8266 v1 là Esp8266 v12, Esp8266 Node MCU có thêm nhiều chân
GPIO để mở rộng việc điều khiển.
b. Các thông số kỹ thuật
- Wifi 802.11 b/g/n.
- Wi-Fi Direct (P2P), soft-AP.
-

Tích hợp giao thức TCP / IP stack.
Tích hợp TR chuyển đổi, balun, LNA, bộ khuếch đại và phù hợp với mạng.
PLLs tích hợp, quản lý, DCXO và các đơn vị quản lý điện năng.
Công suất đầu ra 19.5dBm ở chế độ 802.11b.
Tích hợp công suất thấp 32-bit CPU có thể đƣợc sử dụng nhƣ là bộ vi xử lý

ứng dụng.
- SDIO 1.1 / 2.0, SPI, UART.
- Điện áp sử dụng: 3.3V ~ 3.6V.
- Dòng làm việc : 80mA (170mA max).

Hình 2-6: Module NodeMCU 8266.
c. Sơ đồ chân và sơ đồ kết nối

10
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP Y SINH


CHƢƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT


a. Giới thiệu Module L298. [7]

11
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP Y SINH


CHƢƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT
Module cầu H sử dụng IC L298 là một Module phổ biến và thông dụng, đƣợc
ứng dụng rất nhiều vào các sản phẩm: điều khiển xe robot, điều khiển cánh tay robot,
điều khiển động cơ bƣớc động cơ DC. Cung cấp điện áp cho hoạt động của động cơ
DC hay động cơ bƣớc loại vừa. Trong đề tài này Module L298 đƣợc Arduino điều
khiển cho việc đóng mở cửa sử dụng động cơ DC.

Hình 2-8: Module L298.

 Nguyên lý hoạt động
- Bốn chân INPUT: IN1, IN2, IN3, IN4 đƣợc nối lần lƣợt với các chân 5, 7, 10,
12 của IC L298. Đây là các chân nhận tín hiệu điều khiển.

Hình 2-9: Sơ đồ chân Module L298.
- Bốn chân OUTUT: OUT1, OUT2, OUT3, OUT4 (tƣơng ứng với các chân
INPUT) đƣợc nối với các chân 2, 3, 13, 14 của IC L298.
- Hai chân ENA và ENB dùng để điều khiển mạch cầu H trong IC L298. Nếu ở
mức logic “1” (nối với nguồn 5V) cho phép mạch cầu H hoạt động, nếu ở mức
logic “0” thì mạch cầu H không hoạt động.
- Khi ENA = 0: Động cơ không quay với mọi đầu vào.
- Khi ENA = 1:
12
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP Y SINH


Để phù hợp với mô hình nên nhóm chọn động cơ DC (3.7V-12V). Động cơ DC
này đƣợc điều khiển trực tiếp bởi Module L298 để điều khiển mái che đóng mở.

Hình 2-10: Động cơ DC.

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP Y SINH

13