Báo cáo đồ án Giám sát nhiệt độ, độ ẩm, điều khiển LED môn Mạng cảm biến | Học viện Công Nghệ Bưu Chính Viễn Thông

HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG
CƠ SỞ TẠI TP. HỒ CHÍ MINH
KHOA KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ 2
--------------------------------
BÁO CÁO ĐỒ ÁN GIÁM SÁT NHIỆT ĐỘ, ĐỘ ẨM, ĐIỀU KHIỂN LED
Giảng viên hướng dẫn: Gv. HỒ NHỰT MINH Lớp: D21CQDT01-N
Sinh viên thực hiện: Nhóm 3 Trương Ngọc Hân : N21DCDT028 Đào Thị Như Quỳnh : N21DCDT079
Thành phố Hồ Chí Minh, tháng 10, năm 2024 lOMoAR cPSD| 58737056 LỜI CAM ĐOAN
Nhóm xin cam đoan đề tài đồ án “BÁO CÁO ĐỒ ÁN GIÁM SÁT NHIỆT
ĐỘ, ĐỘ ẨM, ĐIỂN KHIỂN LED” là công trình nghiên cứu của nhóm cùng với sự
hướng dẫn tận tình của giảng viên bộ môn Mạng cảm biến.
Các nội dung, kết quả nghiên cứu trong đề tài là hoàn toàn trung thực và
không sao chép, nếu phát hiện có sự sao chép kết quả nghiên cứu của người khác
nhóm xin chịu hoàn toàn trách nhiệm. lOMoAR cPSD| 58737056 LỜI CẢM ƠN
Để hoàn thành nghiên cứu đề tài: “Hệ thống giám sát nhiệt độ, độ ẩm, điều
khiển LED” nhóm chúng em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến quý thầy cô đã trực
tiếp và gián tiếp quan tâm, giúp đỡ, và hướng dẫn chúng em trong suốt quá trình
thực hiện đề tài. Đặc biệt, chúng em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến các thầy cô Học
viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông - Cơ sở TP. Hồ Chí Minh, hơn hết là thầy Hồ
Nhựt Minh, người đã tận tình chỉ bảo, hỗ trợ chúng em trong quá trình học tập và
nghiên cứu, giúp nhóm có thể hoàn thành tốt đồ án môn học này.
Với lòng biết ơn sâu sắc nhất, nhóm xin gửi đến giảng viên Hồ Nhựt Minh
đã truyền đạt vốn kinh nghiệm, kỹ năng, kiến thức quý báu liên quan đến thiết kế
mạch điện tử. Nhờ có những lời hướng dẫn, dạy bảo của các thầy nên đề tài nghiên
cứu của nhóm mới có thể hoàn thiện tốt đẹp.
Với những hạn chế nhất định về điều kiện thời gian cũng như vốn kiến thức
có hạn, đề cương nghiên cứu của nhóm chắc chắn không thể tránh khỏi những sai
sót. Nhóm rất mong nhận được sự chỉ bảo và đóng góp ý kiến của thầy để nhóm có
điều kiện nâng cao và bổ sung kiến thức, hoàn thiện hơn nữa trình độ hiểu biết của
mình. Cuối cùng, nhóm xin chúc thầy thật nhiều sức khỏe cùng nhiệt huyết để có
thể truyền đạt nhiều kiến thức bổ ích hơn. Xin chân thành cảm ơn! MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN .............................................................................................................................i
LỜI CẢM ƠN ................................................................................................................................. ii Rubric đánh giá học
phần:.......................................................................................................................iv Chương 1: TỔNG QUAN ĐỒ
ÁN:........................................................................................................1 1.1.Mở
đầu:............................................................................................................................................1 lOMoAR cPSD| 58737056 1.1.1. Lý do chọn đề
tài:...........................................................................................................................1 1.1.2. Muc
đích:........................................................................................................................................1 1.1.3. Phạm vi nghiên
cứu:.......................................................................................................................1 1.1.4. Phương pháp thực
hiện:..................................................................................................................2 Chương 2: THIẾT KẾ
MẠCH................................................................................................................3
2.1. Các linh kiện dùng trong mạch thiết
kế:..........................................................................................3 2.1.1.
ESP32:............................................................................................................................................3 2.1.2.
DHT11:..........................................................................................................................................4 2.2. Sơ đồ
khối:......................................................................................................................................5 2.3. Sơ đồ nguyên
lý:..............................................................................................................................6 Chương 3:
MÔ PHỎNG MẠCH............................................................................................................7 3.1. Phần
cứng:.......................................................................................................................................7 3.2.
Database:............................................................................................................................................ 8 3.3. Giao diện hiển thị
web:....................................................................................................................9 TÀI LIỆU THAM
KHẢO....................................................................................................................10
RUBRIC ĐÁNH GIÁ HỌC PHẦN
Thang đo Rubric đánh giá học phần
Tên giảng viên: ………………………………………… Khoa/Viện: ………………………………..
Họ tên SV: ……………………………………………… Mã SV: …………….. Lớp: ……………….
Học kỳ: ………………………………………………….. Năm học: ………………………………….
Tên đề tài: ………………………………………………………………………………………………. T iêu chí/ Tỷ lệ
Mức độ đạt chuẩn CĐR Bài (%) quy định Điểm Mức F Mức D Mức C Mức B Mức A (0-3.9) (4.0-5.4) (5.5-6.9) (7.0-8.4) (8.5-10)
Đánh giá bài thi kết thúc học phần (100%) lOMoAR cPSD| 58737056 CLO1, Mắc trên Mắc trên
Mắc 10-20 lỗi Mắc dưới 10 Hầu CLO2, 20 lỗi 20
chính tả, ngữ lỗi chính tả, như CLO3, chính tả, lỗi
pháp và định ngữ pháp và không mắc lỗi CLO4, ngữ pháp chính tả,
dạng văn bản định dạng văn chính tả, ngữ CLO5, và định
ngữ pháp và nhưng không bản, sử dụng pháp và định CLO6,
biết cách sử hợp lý văn dạng văn dạng văn bản dụng văn phong khoa CLO7 bản. sử dụng hợp lý địn Không h dạng văn
phong khoa học nhưng còn văn phong
chú thích bản. Nhưng học.
Chú lỗi trong việc khoa học và hình ảnh, không biết thích
hình sử dụng thuật thuật bảng cách ảnh, bảng ngữ chuyên ngữ biểu, đồ sử biểu, đồ thị, ngành. Chú chuyên ngành thị, biểu dụng văn
biểu đồ chưa thích hình ảnh, Chú đồ.
phong khoa đầy đủ, chưa bảng biểu, đồ thích Không học. Chú đúng
quy thị, biểu đồ đầy hình tuân thủ thích hình định. đủ nhưng chưa ảnh, qui định ảnh, bảng Trình
bày đúng quy định. bảng biểu, đồ về biểu,
đúng bố cục Trình bày đúng thị, biểu đồ b nhưng
nội bố cục phần đúng 20% đồ ố ..... thị, biểu đồ
dung của từng lớn nội dung quy cục
chưa đầy đủ, phần được sắp các phần rõ định. Không chưa đúng
xếp chưa hợp ràng và hợp lý. Trình trình bày quy định. lý. Trình bày TLTK bày TLTK Có tuân thủ Trình
bày theo quy định. đúng bố cục, theo quy qui định về TLTK theo Trích dẫn nội dung tất cả định. quy định, TLTK hợp lý. bố các phần rõ Không nhưng vẫn cục ràng, hợp lý, Hình còn sai sót. trích dẫn nhưng nội chi tiết thức báo Trích dẫn TLTK dung của Trích dẫn cáo từng phần không đầy đủ TLTK hợp lý, được sắp TLTK. tin cậy Bố cục xếp logic. báo cáo Có trình bày TLTK theo Tài liệu quy định. tham Không trích khảo dẫn (TLTK) TLTK Đáp ứng Đáp ứng
Đáp ứng 50% - Đáp ứng 70% Đáp ứng 80%
Nội dung 50% dưới 30% 30% - dưới dưới 70% yêu dưới 80% yêu ..... 100% yêu cầu báo cáo
yêu cầu 50% yêu cầu cầu cầu
20% Không trả Trả lời đúng Trả lời đúng Trả lời đúng Trả lời đúng ..... Trả lời câu lời đúng
dưới 1/2 số 1/2 số câu hỏi trên 2/3 số câu tất cả các câu hỏi và trao câu hỏi câu hỏi hỏi hỏi đổi trong nào phần thảo luận. Theo câu hỏi của tiểu luận Nhiều lỗi rất Nói rõ, tự Kỹ năng cơ bản Thiếu kỹ Bình thường, tin, thuyết Biết thu hút trình bày trong
năng thuyết không gì đặc phục, giao người nghe kỹ trình biệt lưu người Video năng nghe youtube 10% ..... lOMoAR cPSD| 58737056 trình bày lOMoAR cPSD| 58737056
Chương 1: TỔNG QUAN ĐỒ ÁN: 1.1.Mở đầu:
1.1.1. Lý do chọn đề tài:
Trong thời đại ngày nay, sự bùng nổ của khoa học và công nghệ đang mở ra những
cánh cửa mới cho việc tích hợp thiết bị điện tử vào đời sống hàng ngày, tạo
nên một cuộc cách mạng không ngừng. Các thiết bị nhúng đang trở thành
nhân tố quan trọng, đưa ra những ứng dụng đa dạng, từ những tiện ích cá
nhân đến những hệ thống phức tạp.
Hệ thống giám sát môi trường như giám sát nhiệt độ và độ ẩm đang ngày
càng trở nên phổ biến, giúp quản lý các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng sống và
sản xuất. Việc theo dõi liên tục nhiệt độ và độ ẩm không chỉ giúp bảo vệ sức khỏe
con người mà còn hỗ trợ các ngành công nghiệp nông nghiệp, thực phẩm và dược
phẩm, nơi mà điều kiện bảo quản là cực kỳ quan trọng.
1.1.2. Mục tiêu nghiên cứu:
Hệ thống giám sát nhiệt độ, độ ẩm, điều khiển LED là thiết kế và triển khai
một hệ thống có khả năng theo dõi nhiệt độ và độ ẩm từ môi trường xung quanh,
hiển thị dữ liệu lên giao diện web, và điều khiển LED.
Giám sát nhiệt độ và độ ẩm: Thu thập và ghi nhận dữ liệu nhiệt độ, độ ẩm từ cảm
biến. Dữ liệu này sẽ được lưu trữ và hiển thị với thời gian thực.
Hiển thị dữ liệu trên giao diện web: Tạo một trang web nơi người dùng có thể theo
dõi trực tiếp các giá trị nhiệt độ và độ ẩm từ cảm biến.
Điều khiển LED: Điều khiển LED bật hoặc tắt trên web.
Phân tích và lưu trữ dữ liệu: Tích hợp hệ thống lưu trữ dữ liệu (MySQL) để lưu
trữ lịch sử nhiệt độ, độ ẩm, nhằm phân tích xu hướng hoặc các thay đổi theo thời gian.
1.1.3. Phạm vi nghiên cứu: lOMoAR cPSD| 58737056
Đồ án “Hệ thống giám sát nhiệt độ, độ ẩm và điều khiển LED” tập trung nghiên cứu:
• Thiết kế phần cứng: Sử dụng ESP32, cảm biến nhiệt độ và độ ẩm DHT11, và đèn LED.
• Xây dựng web: ESP32 để nhận dữ liệu từ cảm biến DHT11 và điều khiển LED
bật/tắt. Thiết kế hiển thị giao diện web trên Vscode, Python, ArduinoIDE.
• Kiểm tra độ chính xác, độ ổn định và khả năng phản hồi của hệ thống trong các
điều kiện môi trường khác nhau.
1.1.4. Phương pháp thực hiện:
Bước 1: Nghiên cứu, tìm hiểu đề tài:
+ Xác định lý do chọn đề tài.
+ Tổng quan về đề tài.
Bước 2:Thực hiện dự án:
+ Nghiên cứu cơ sở lý thuyết.
+ Lựa chọn phần mềm: ArduinoIDE, VSCode, Python. + Cấu hình chân ESP32.
+ Code đọc nhiệt độ, độ ẩm, hiển thị ESP32 terminal. + Code điều khiển LED.
+ Truyền dữ liệu Database (MySQL). + Lập trình Web. + Demo phần cứng.
Bước 3: Kiểm tra lỗi, độ ổn định hệ thống.
1.2. Cấu trúc hệ thống:
Bao gồm các thành phần chính:
ESP32: xử lý trung tâm và kết nối mạng
Cảm biến DHT11: đo nhiệt độ và độ ẩm
LED: điều khiển bật/tắt bằng web
Giao diện web: hiển thị thông tin và điều khiển từ xa
1.3. Giao thức giao tiếp: lOMoAR cPSD| 58737056
+ Thu thập dữ liệu từ cảm biến DHT11
+ Truyền dữ liệu đến web bằng phương thức HTTP, và Flask-Mysqldb sử
dụng giao thức SQL để giao tiếp với cơ sở dữ liệu MySQL.
1.3.1. Tại sao chọn HTTP ?
HTTP (Hypertext Transfer Protocol); là một giao thức (quy tắc truyền tin)
để trao đổi thông tin giữa máy chủ Web và trình duyệt Web. Khi chúng ta thu
thập thông tin trên trang chủ của Web hoặc đọc các blog, HTTP được sử dụng để
giao tiếp giữa máy chủ và máy khách (người dùng).
HTTP là giao thức tiêu chuẩn, hỗ trợ rộng rãi trên các trình duyệt, ứng
dụng và API, hoạt động đa nền tảng và dễ tích hợp với các dịch vụ web,
RESTful API. Hỗ trợ nhiều loại dữ liệu (JSON, XML, HTML, hình ảnh) và cả
đồng bộ hoặc không đồng bộ, phù hợp với các hệ thống lớn, tích hợp dễ dàng
với cơ sở dữ liệu và dịch vụ đám mây.
Chương 2: Thiết kế hệ thống
Phần cứng bao gồm: ESP32, DHT11, LED 2.1. ESP32:
Là một series các vi điều khiển trên vi mạch, năng lượng thấp có hỗ trợ
WiFi và dual-mode Bluetooth. Dòng ESP32 sử dụng bộ vi xử lý Tensilica
Xtensa LX6 ở cả hai biến thể lõi kép và lõi đơn, và bao gồm các công tắc
antenna tích hợp, RF balun, bộ khuếch đại công suất, bộ khuếch đại thu nhiễu
thấp, bộ lọc và module quản lý năng lượng.
Thông số kỹ thuật: Điện áp cung cấp:
5VDC từ cổng micro usb hoặc chân VCC 3.3VDC từ chân 3.3V lOMoAR cPSD| 58737056 IC chính: ESP32-Wroom-32 Wifi 802.11 b/g/n Sơ đồ chân ESP32 2.2. DHT11:
Là một cảm biến nhiệt độ và độ ẩm thường được sử dụng đi kèm với một
NTC chuyên dụng để đo nhiệt độ và một bộ vi điều khiển 8 bit để xuất ra các giá
trị nhiệt độ và độ ẩm dưới dạng dữ liệu nối tiếp.
Thông số kỹ thuật:
Điện áp hoạt động: 3.5V đến 5.5V
Dòng hoạt động: 0,3mA (đo) 60uA (chế độ chờ)
Đầu ra: Dữ liệu nối tiếp
Phạm vi nhiệt độ: 0 ° C đến 50 ° C
Phạm vi độ ẩm: 20% đến 90%
Độ phân giải: Nhiệt độ và Độ ẩm đều là 16-bit lOMoAR cPSD| 58737056
Độ chính xác: ± 1 ° C và ± 1% Sơ đồ chân DHT11 2.3. Sơ đồ khối:
Khối nguồn: Đây là khối chịu trách nhiệm cung cấp nguồn điện cho toàn
bộ hệ thống hoạt động. Đảm bảo điện áp ổn định và phù hợp cho các khối còn lại. lOMoAR cPSD| 58737056
Khối trung tâm xử lý: ESP32 bộ não của hệ thống. Xử lý các tín hiệu
đầu vào, điều khiển và phối hợp hoạt động giữa các khối khác, thực hiện các
thuật toán và logic điều khiển.
Khối cảm biến: DHT11 sẽ thu thập dữ liệu từ môi trường, chuyển đổi các
đại lượng vật lý thành tín hiệu điện. gửi thông tin đến khối xử lý trung tâm.
Khối điều khiển LED: Hiển thị thông tin lên giao diện web, cho phép
người dùng theo dõi và điều khiển LED. Hiển thị dữ liệu từ cảm biến, cung cấp giao diện người dùng.
2.4. Sơ đồ nguyên lý:
Trong sơ đồ nguyên lý của Hệ thống giám sát nhiệt độ, độ ẩm và điều khiển
LED với ESP32, DHT11 và đèn LED, các thành phần được kết nối như sau:
ESP32: Đây là vi điều khiển chính, đóng vai trò xử lý và giám sát toàn bộ
hệ thống. Nó nhận dữ liệu từ cảm biến DHT11 và điều khiển bật/tắt đèn LED và
nhận yêu cầu bật tắt led từ web thông qua API_Flask. lOMoAR cPSD| 58737056
Cảm biến DHT11: Trong sơ đồ, chân VCC được kết nối với nguồn 3.3V
(đỏ), chân GND kết nối với đất (đen), và chân Data kết nối với một chân GPIO4
của ESP32 để gửi dữ liệu nhiệt độ và độ ẩm đến vi điều khiển.
LED: Đèn LED được nối với một chân GPIO5 của ESP32.
2.5. Thiết kế phần mềm:
Cấu hình cho ESP32 đọc cảm biến DHT11: void loop() { humidity =
dht11_sensor.readHumidity(); temperature =
dht11_sensor.readTemperature(); if
(isnan(humidity) || isnan(temperature)) {
Serial.println("Không thể đọc dữ liệu từ cảm biến DHT11!"); } else { send_data(); }
Cấu hình ESP32 điều khiển LED: JsonArray nodes = doc["nodes"].as(); for
(JsonObject node : nodes) { int led = node["led"]; if (led == 0) { Serial.println("LED tắt");
digitalWrite(led_pin, LOW); // Tắt LED } else { Serial.println("LED bật");
digitalWrite(led_pin, HIGH); // Bật LED } } lOMoAR cPSD| 58737056
Chương 3: MÔ PHỎNG MẠCH 3.1. Phần cứng: 3.2. Database: lOMoAR cPSD| 58737056
3.3. Giao diện hiển thị web: lOMoAR cPSD| 58737056
TÀI LIỆU THAM KHẢO
Trần Thị Cầm, Giáo trình “Cấu kiện điện tử và quang điện tử”, Học viện CNBCVT, 2003.
Robert F.Coughlin, Frederick F. Driscoll,“Operational amplifiers and linear
integrated circuits”, 4th ed, Englewood Cliffs: Prentice Hall Clareer & Technology, 1991.
Eric Matthes, "Python Crash Course, 3rd Edition: A Hands-On, Project-
Based Introduction to Programming", 3rd ed, San Francisco: No Starch Press, 2022.