Giám sát nhà kính: nhiệt độ/độ ẩm/ánh sáng tự động điều chỉnh quạt/mái che

1. Giới thiệu

Nhà kính giúp kiểm soát tiểu khí hậu cho cây trồng, nhưng nếu phải canh nhiệt độ, độ ẩm và ánh sáng bằng tay thì rất tốn công và dễ sai lệch vào lúc trời thay đổi đột ngột. Dự án này dùng ESP32 kết hợp cảm biến DHT22 (nhiệt độ/độ ẩm) và module quang trở LDR (ánh sáng) để giám sát liên tục điều kiện bên trong nhà kính, sau đó tự động bật quạt làm mát khi nhiệt độ vượt ngưỡng và kéo mái che khi ánh nắng quá gắt, thông qua 2 relay độc lập điều khiển 2 tải khác nhau (quạt và motor/mái che).

Hệ thống dùng cơ chế hysteresis (ngưỡng bật khác ngưỡng tắt) để tránh đóng/tắt relay liên tục khi giá trị cảm biến dao động quanh ngưỡng — giúp quạt và mái che vận hành bền hơn, ít hao mòn tiếp điểm relay.

2. Linh kiện cần có

Lưu ý an toàn:

• Quạt/motor mái che thường dùng nguồn AC hoặc DC riêng qua tiếp điểm NO/COM của relay, không cấp trực tiếp điện lưới vào ESP32.

• Nếu điều khiển tải AC, cần thợ điện có kinh nghiệm đấu nối và cách ly tốt.

3. Sơ đồ kết nối

Lưu ý quan trọng:

• Relay module dùng cuộn dây 5V — phải cấp nguồn VCC từ chân VIN (5V) của ESP32, KHÔNG dùng chân 3V3 vì relay sẽ không đủ điện áp để đóng tiếp điểm ổn định (đây là lỗi wiring rất phổ biến).

• Relay IN là active-low: mức LOW kích hoạt đóng tiếp điểm.

4. Code ví dụ #1 – Đọc cảm biến và in dữ liệu JSON qua Serial

#include <DHT.h>

#define DHTPIN     27
#define DHTTYPE    DHT22
#define LDR_PIN    34

DHT dht(DHTPIN, DHTTYPE);

void setup() {
  Serial.begin(115200);
  dht.begin();
}

void loop() {
  float humidity = dht.readHumidity();
  float tempC = dht.readTemperature();
  int lightRaw = analogRead(LDR_PIN);

  if (isnan(humidity) || isnan(tempC)) {
    Serial.println("Loi doc DHT22!");
  } else {
    Serial.print("Nhiet do: "); Serial.print(tempC); Serial.println(" *C");
    Serial.print("Do am: "); Serial.print(humidity); Serial.println(" %");
    Serial.print("Anh sang (raw ADC): "); Serial.println(lightRaw);
  }

  delay(2000); // DHT22 can toi thieu 2s giua 2 lan doc
}

5. Code ví dụ #2 – Điều khiển relay theo ngưỡng cố định (không hysteresis)

#define RELAY_FAN_PIN 26
#define RELAY_ON  LOW
#define RELAY_OFF HIGH

const float TEMP_THRESHOLD = 32.0;

void setup() {
  pinMode(RELAY_FAN_PIN, OUTPUT);
  digitalWrite(RELAY_FAN_PIN, RELAY_OFF);
}

void loop() {
  float tempC = 33.5; // thay bang gia tri doc tu DHT22 thuc te
  if (tempC > TEMP_THRESHOLD) {
    digitalWrite(RELAY_FAN_PIN, RELAY_ON); // bat quat
  } else {
    digitalWrite(RELAY_FAN_PIN, RELAY_OFF); // tat quat
  }
  delay(2000);
}

6. Code ví dụ #3 – Ứng dụng thực tế: giám sát nhà kính đầy đủ với hysteresis

/*
  Giam sat nha kinh: nhiet do / do am / anh sang tu dong dieu chinh quat/mai che
  Board: ESP32 DevKit V1 (30 pins)
  Cam bien: DHT22 (nhiet do/do am), LDR module (anh sang)
  Co cau chap hanh: Relay 1 kenh x2 (quat lam mat, mai che/motor bong)

  Wiring (khop voi diagram tren IoTLabs Maker):
    DHT22   DATA -> GPIO27      VCC -> 3V3   GND -> GND
    LDR     AO   -> GPIO34 (ADC1_CH6, input-only)   VCC -> 3V3   GND -> GND
    Relay1 (quat)     IN -> GPIO26   VCC -> VIN(5V)  GND -> GND
    Relay2 (mai che)  IN -> GPIO25   VCC -> VIN(5V)  GND -> GND

  Nguong dieu khien (co the tuy chinh qua Serial hoac hard-code):
    - Bat quat khi nhiet do > TEMP_FAN_ON
    - Bat mai che (che nang) khi anh sang (LDR) > LIGHT_SHADE_ON (sang gat)
*/

#include <DHT.h>

#define DHTPIN     27
#define DHTTYPE    DHT22
#define LDR_PIN    34
#define RELAY_FAN_PIN   26
#define RELAY_SHADE_PIN 25

// Relay module active-low: LOW = kich hoat (dong tiep diem)
#define RELAY_ON  LOW
#define RELAY_OFF HIGH

const float TEMP_FAN_ON   = 32.0;  // *C - bat quat khi vuot nguong
const float TEMP_FAN_OFF  = 29.0;  // *C - tat quat (hysteresis tranh dong tat lien tuc)
const int   LIGHT_SHADE_ON  = 2800; // ADC raw (0-4095), cang lon = cang toi -> tuy module
const int   LIGHT_SHADE_OFF = 1800;

DHT dht(DHTPIN, DHTTYPE);

bool fanState = false;
bool shadeState = false;

unsigned long lastRead = 0;
const unsigned long READ_INTERVAL_MS = 2000; // DHT22 lay mau toi thieu 2s/lan

void applyRelay(int pin, bool on) {
  digitalWrite(pin, on ? RELAY_ON : RELAY_OFF);
}

void setup() {
  Serial.begin(115200);
  delay(300);
  Serial.println();
  Serial.println(F("=== Giam sat nha kinh IoTLabs - Boot OK ==="));

  pinMode(RELAY_FAN_PIN, OUTPUT);
  pinMode(RELAY_SHADE_PIN, OUTPUT);
  applyRelay(RELAY_FAN_PIN, false);
  applyRelay(RELAY_SHADE_PIN, false);

  dht.begin();
  Serial.println(F("DHT22 + LDR + 2 Relay san sang. Bat dau vong lap giam sat."));
}

void loop() {
  unsigned long now = millis();
  if (now - lastRead < READ_INTERVAL_MS) {
    return;
  }
  lastRead = now;

  float humidity = dht.readHumidity();
  float tempC = dht.readTemperature();
  int lightRaw = analogRead(LDR_PIN);

  bool dhtOk = !(isnan(humidity) || isnan(tempC));

  if (!dhtOk) {
    // Cam bien loi/chua on dinh -> bao cao degrade, khong dieu khien mu quang theo du lieu rac
    Serial.print(F("{\"temp_c\":null,\"humidity\":null,\"light_raw\":"));
    Serial.print(lightRaw);
    Serial.print(F(",\"fan\":"));
    Serial.print(fanState ? "true" : "false");
    Serial.print(F(",\"shade\":"));
    Serial.print(shadeState ? "true" : "false");
    Serial.println(F(",\"status\":\"dht_error\"}"));
    return;
  }

  // Hysteresis dieu khien quat theo nhiet do
  if (!fanState && tempC > TEMP_FAN_ON) {
    fanState = true;
    applyRelay(RELAY_FAN_PIN, true);
  } else if (fanState && tempC < TEMP_FAN_OFF) {
    fanState = false;
    applyRelay(RELAY_FAN_PIN, false);
  }

  // Hysteresis dieu khien mai che theo anh sang (raw ADC cang cao = cang toi tuy module)
  if (!shadeState && lightRaw > LIGHT_SHADE_ON) {
    shadeState = true;
    applyRelay(RELAY_SHADE_PIN, true);
  } else if (shadeState && lightRaw < LIGHT_SHADE_OFF) {
    shadeState = false;
    applyRelay(RELAY_SHADE_PIN, false);
  }

  Serial.print(F("{\"temp_c\":"));
  Serial.print(tempC, 1);
  Serial.print(F(",\"humidity\":"));
  Serial.print(humidity, 1);
  Serial.print(F(",\"light_raw\":"));
  Serial.print(lightRaw);
  Serial.print(F(",\"fan\":"));
  Serial.print(fanState ? "true" : "false");
  Serial.print(F(",\"shade\":"));
  Serial.print(shadeState ? "true" : "false");
  Serial.println(F(",\"status\":\"ok\"}"));
}

7. Lỗi thường gặp

8. Tổng kết

Hệ thống giám sát nhà kính này cho phép tự động hóa 2 phản ứng quan trọng nhất trong nông nghiệp nhà kính: làm mát khi quá nóng và che nắng khi ánh sáng quá gắt, mà không cần người trực theo dõi liên tục. Cơ chế hysteresis giúp bảo vệ tuổi thọ relay và tránh dao động điều khiển không cần thiết.

Người dùng có thể mở rộng thêm bằng cách gửi dữ liệu JSON qua MQTT/WiFi lên dashboard để theo dõi từ xa, hoặc thêm cảm biến độ ẩm đất để tưới tự động, biến đây thành một hệ thống nhà kính thông minh hoàn chỉnh.