Nhiệt kế bể cá có còi báo nước quá nóng/lạnh (Arduino Nano + DS18B20)
Đo nhiệt độ nước bằng đầu dò DS18B20 chống nước (sai số ±0,5°C), hiện lên màn LCD 16×2. Còi kêu và đèn đỏ nháy khi nước vượt ngưỡng cao/thấp; chỉnh ngưỡng bằng 2 nút nhấn, tự nhớ sau khi mất điện. Dùng cho bể cá, bể ươm, bồn nước nóng, thùng ủ.
✅ Đã kiểm thử
Xem chi tiết 12 phép đo
Đang báo động (còi + đèn bật, 2 nút đang nhấn)
- Q1: dẫn 29.2mA, Vce=0.03V (bão hòa tốt).
- LED1: dòng 9.0mA (cho phép 20.0mA).
- Chân D8 cấp 4.1mA (an toàn ≤ 20.0mA).
- Chân D9 cấp 9.0mA (an toàn ≤ 20.0mA).
- Tổng dòng đỉnh từ USB 103.8mA (đủ với cục sạc 5V 1A).
- Dòng chạy qua còi: 29.2mA ✓
- Dòng qua LED đỏ: 9.0mA ✓
- Chân D3 khi nhấn nút CHỌN: 0.00V ✓
- Áp đường tín hiệu DS18B20 (trở kéo lên): 5.00V ✓
Bình thường (còi tắt, không nhấn nút)
- Tổng dòng đỉnh từ USB 61.5mA (đủ với cục sạc 5V 1A).
- Còi im: 0.0mA ✓
- Chân D3 khi thả nút (trở kéo lên trong chip): 4.98V ✓
Nguyên lý hoạt động
DS18B20 truyền nhiệt độ số qua 1 dây (dây vàng) nên dây dài 1–3m vẫn chính xác; trở 4,7kΩ kéo dây này lên 5V là bắt buộc. Arduino đọc mỗi giây, hiện lên LCD qua 2 dây I2C (A4, A5). Khi nhiệt độ vượt ngưỡng, chân D8 mở transistor S8050 cho còi ăn ~30mA (chân Arduino chỉ cấp ~4mA), LED đỏ nháy qua trở 330Ω (~9mA). Ngưỡng lưu trong EEPROM nên mất điện không mất cài đặt.
Sơ đồ đấu dây
Mỗi màu là một dây. Chấm tròn là điểm hàn. Chạm vào tên dây trong bảng để làm nổi bật.
Đây là mô phỏng một chiều (DC) ở trạng thái tĩnh: dùng để kiểm tra mức áp, dòng và công suất. Hiệu ứng nhấp nháy, PWM hay giao tiếp số do code quyết định nên không chạy ở đây.
| # | Dây | Nối các điểm | Áp mô phỏng |
|---|---|---|---|
| 1 | đỏ 5V | U1 5V ⟷ U2 VDD · dây đỏ ⟷ R1 2 ⟷ U3 VCC ⟷ BZ1 + | — |
| 2 | đen GND | U1 GND ⟷ U2 GND · dây đen ⟷ U3 GND ⟷ Q1 E (phát) ⟷ LED1 K · chân ngắn (−) ⟷ SW1 2 ⟷ SW2 2 | — |
| 3 | vàng DQ | U2 DQ · dây vàng ⟷ R1 1 ⟷ U1 D2 | — |
| 4 | xanh lá SDA | U3 SDA ⟷ U1 A4 | — |
| 5 | xanh dương SCL | U3 SCL ⟷ U1 A5 | — |
| 6 | tím BUZ_DRV | U1 D8 ⟷ R2 1 | — |
| 7 | xanh ngọc BUZ_BASE | R2 2 ⟷ Q1 B (gốc) | — |
| 8 | nâu BUZ_NEG | BZ1 - ⟷ Q1 C (góp) | — |
| 9 | hồng LED_DRV | U1 D9 ⟷ R3 1 | — |
| 10 | xám LED_A | R3 2 ⟷ LED1 A · chân dài (+) | — |
| 11 | xanh rêu BTN_SEL | SW1 1 ⟷ U1 D3 | — |
| 12 | tím nhạt BTN_ADJ | SW2 1 ⟷ U1 D4 | — |
Danh sách linh kiện
| Ký hiệu | Linh kiện | Giá tham khảo | |
|---|---|---|---|
| U1 | Arduino Nano V3 (ATmega328P, chip nạp CH340) kèm cáp USB | 85.000đ | Tìm mua |
| U2 | Cảm biến nhiệt độ DS18B20 dạng que inox chống nước, dây 1m (3 dây đỏ-vàng-đen) | 25.000đ | Tìm mua |
| R1 | Điện trở 4,7kΩ 1/4W (vàng-tím-đỏ) (4.7k) | 200đ | Tìm mua |
| U3 | Màn hình LCD 1602 xanh dương đã hàn sẵn mạch chuyển I2C (4 chân GND VCC SDA SCL) | 55.000đ | Tìm mua |
| Q1 | Transistor S8050 (TO-92) | 500đ | Tìm mua |
| R2 | Điện trở 1kΩ 1/4W (nâu-đen-đỏ) | 200đ | Tìm mua |
| BZ1 | Còi chip chủ động 5V (loại có dán tem, chân dài là +) | 3.000đ | Tìm mua |
| LED1 | LED đỏ 5mm (red) | 300đ | Tìm mua |
| R3 | Điện trở 330Ω 1/4W (cam-cam-nâu) | 200đ | Tìm mua |
| SW1 | Nút nhấn 4 chân 6×6mm (nút CHỌN) | 500đ | Tìm mua |
| SW2 | Nút nhấn 4 chân 6×6mm (nút CHỈNH) | 500đ | Tìm mua |
| Tổng (chưa gồm board hàn, dây, thiếc) | 170.400đ |
Các bước làm
Code nạp cho mạch
Cài thư viện: OneWire, DallasTemperature, LiquidCrystal I2C (Arduino IDE → Library Manager). Chọn board Arduino Nano.
/*
Mạch Gọn — Nhiệt kế bể cá có còi báo (Arduino Nano)
Thư viện: OneWire, DallasTemperature, LiquidCrystal I2C
Chân : D2 <- DS18B20 (trở 4,7k lên 5V) ; A4/A5 -> LCD1602 I2C
D8 -> 1k -> S8050 -> còi ; D9 -> 330 -> LED đỏ
D3 nút CHỌN, D4 nút CHỈNH (nối GND, dùng INPUT_PULLUP)
*/
#include <Arduino.h>
#include <Wire.h>
#include <EEPROM.h>
#include <OneWire.h>
#include <DallasTemperature.h>
#include <LiquidCrystal_I2C.h>
const uint8_t PIN_DS = 2, PIN_SEL = 3, PIN_ADJ = 4, PIN_BUZ = 8, PIN_LED = 9;
const float DEF_HI = 30.0, DEF_LO = 24.0; // ngưỡng mặc định bể cá nhiệt đới
const float LIM_MIN = 0.0, LIM_MAX = 60.0;
const uint32_t MUTE_MS = 10UL * 60UL * 1000UL;
const uint16_t EE_MAGIC = 0xB3C7;
OneWire ow(PIN_DS);
DallasTemperature ds(&ow);
LiquidCrystal_I2C* lcd = nullptr;
struct Cfg { uint16_t magic; float hi; float lo; } cfg;
float tempC = NAN;
bool sensorOk = false;
enum Mode { M_SHOW, M_HI, M_LO } mode = M_SHOW;
uint32_t convStart = 0, muteUntil = 0, lastDraw = 0;
bool converting = false;
uint8_t findLcdAddr() {
const uint8_t addrs[] = {0x27, 0x3F};
for (uint8_t a : addrs) { Wire.beginTransmission(a); if (Wire.endTransmission() == 0) return a; }
return 0x27;
}
void loadCfg() {
EEPROM.get(0, cfg);
if (cfg.magic != EE_MAGIC || !(cfg.hi > cfg.lo) || cfg.hi > LIM_MAX || cfg.lo < LIM_MIN) {
cfg = {EE_MAGIC, DEF_HI, DEF_LO};
EEPROM.put(0, cfg);
}
}
// Nút: trả về 1 = nhấn nhanh, 2 = giữ (lặp lại mỗi 300ms khi giữ)
struct Btn {
uint8_t pin; bool last; uint32_t downAt, lastRep; bool longFired;
explicit Btn(uint8_t p) : pin(p), last(HIGH), downAt(0), lastRep(0), longFired(false) {}
int poll() {
bool v = digitalRead(pin);
uint32_t now = millis();
int ev = 0;
if (v == LOW && last == HIGH) { downAt = now; longFired = false; }
if (v == LOW && now - downAt > 800 && now - lastRep > 300) { lastRep = now; longFired = true; ev = 2; }
if (v == HIGH && last == LOW && now - downAt > 40 && !longFired) ev = 1;
last = v;
return ev;
}
};
Btn bSel(PIN_SEL), bAdj(PIN_ADJ);
void draw() {
if (!lcd) return;
char l1[17], l2[17];
if (mode == M_SHOW) {
if (sensorOk) snprintf(l1, 17, "Nuoc: %s C", String(tempC, 1).c_str());
else snprintf(l1, 17, "Loi cam bien! ");
bool alarm = sensorOk && (tempC > cfg.hi || tempC < cfg.lo);
if (alarm) snprintf(l2, 17, "%s%s", tempC > cfg.hi ? "QUA NONG " : "QUA LANH ", millis() < muteUntil ? "(tat coi)" : "");
else snprintf(l2, 17, "%s-%s C ", String(cfg.lo, 1).c_str(), String(cfg.hi, 1).c_str());
} else {
snprintf(l1, 17, mode == M_HI ? "Nguong CAO: " : "Nguong THAP: ");
snprintf(l2, 17, " %s C +/- ", String(mode == M_HI ? cfg.hi : cfg.lo, 1).c_str());
}
lcd->setCursor(0, 0); lcd->print(l1); for (int i = strlen(l1); i < 16; i++) lcd->print(' ');
lcd->setCursor(0, 1); lcd->print(l2); for (int i = strlen(l2); i < 16; i++) lcd->print(' ');
}
void readSensor() {
uint32_t now = millis();
if (!converting) { ds.requestTemperatures(); convStart = now; converting = true; return; }
if (now - convStart < 800) return; // 12-bit cần 750ms
converting = false;
float t = ds.getTempCByIndex(0);
sensorOk = t != DEVICE_DISCONNECTED_C && t > -55 && t < 125 && t != 85.0; // 85 = giá trị lúc mới cấp điện
if (sensorOk) tempC = t;
Serial.print("Nhiet do: "); Serial.println(sensorOk ? String(t, 2) : String("loi"));
}
void alarmOutput() {
uint32_t now = millis();
bool alarm = sensorOk && (tempC > cfg.hi || tempC < cfg.lo);
bool muted = now < muteUntil;
if (!sensorOk) { // lỗi cảm biến: LED sáng, bíp ngắn mỗi 10 giây
digitalWrite(PIN_LED, HIGH);
digitalWrite(PIN_BUZ, !muted && (now % 10000) < 80);
} else if (alarm) { // vượt ngưỡng: nháy LED, bíp 2 tiếng/giây
uint16_t ph = now % 1000;
digitalWrite(PIN_LED, ph < 500);
digitalWrite(PIN_BUZ, !muted && (ph < 120 || (ph > 250 && ph < 370)));
} else {
digitalWrite(PIN_LED, LOW);
digitalWrite(PIN_BUZ, LOW);
}
}
void setup() {
pinMode(PIN_BUZ, OUTPUT); digitalWrite(PIN_BUZ, LOW);
pinMode(PIN_LED, OUTPUT);
pinMode(PIN_SEL, INPUT_PULLUP);
pinMode(PIN_ADJ, INPUT_PULLUP);
Serial.begin(115200);
loadCfg();
Wire.begin();
static LiquidCrystal_I2C l(findLcdAddr(), 16, 2);
lcd = &l;
lcd->init(); lcd->backlight();
lcd->setCursor(0, 0); lcd->print("Mach Gon");
lcd->setCursor(0, 1); lcd->print("Nhiet ke be ca");
ds.begin();
ds.setResolution(12);
ds.setWaitForConversion(false);
delay(800);
}
void loop() {
readSensor();
int s = bSel.poll(), a = bAdj.poll();
if (s == 1) {
if (mode == M_SHOW) mode = M_HI;
else if (mode == M_HI) mode = M_LO;
else { mode = M_SHOW; EEPROM.put(0, cfg); Serial.println("Da luu nguong"); }
draw();
}
if (a) {
if (mode == M_SHOW) { if (a == 1) muteUntil = millis() + MUTE_MS; }
else {
float step = a == 1 ? 0.5 : -0.5;
if (mode == M_HI) cfg.hi = constrain(cfg.hi + step, cfg.lo + 0.5, LIM_MAX);
else cfg.lo = constrain(cfg.lo + step, LIM_MIN, cfg.hi - 0.5);
}
draw();
}
alarmOutput();
if (millis() - lastDraw > 500) { lastDraw = millis(); draw(); }
}
🔌 Cắm thử trên breadboard
Cắm nháp trên board cắm trước cho chắc, chạy đúng rồi hãy làm mạch in. Sơ đồ này do máy tự xếp từ chính netlist ở trên và đã đối chiếu lại: hai chân cùng một cột (cùng nửa board) là thông nhau, không có net nào bị chập.
- Mỗi cột 5 lỗ trong cùng một nửa board thông nhau; hai nửa cách nhau bởi rãnh giữa.
- Hai đường kẻ dọc mép board là đường nguồn: hàng + (vạch đỏ) và hàng − (vạch xanh). Nhớ bắc dây nối đường nguồn trên với đường nguồn dưới nếu dùng cả hai nửa.
- Màu dây trên hình trùng với màu trong bảng nối dây ở mục Sơ đồ, cắm theo màu cho dễ dò.
🧲 Mạch in để ủi (PCB 1 mặt)
Bản mạch in một mặt đồng, tự xếp linh kiện và tự đi dây, đã kiểm quy tắc khoảng cách và đối chiếu đúng 100% với sơ đồ nguyên lý ở trên. In tỉ lệ 1:1 rồi ủi lên tấm đồng.
Hướng dẫn ủi – ăn mòn – khoan – hàn (đầy đủ)
Hướng dẫn làm mạch in bằng phương pháp ủi
Mạch: Nhiệt kế bể cá có còi báo nước quá nóng/lạnh (Arduino Nano + DS18B20)
Kích thước board: 73,7×68,6 mm · 58 lỗ khoan (mũi 0,8, 0,9 và 1 mm) · 29 đoạn mạch, tổng 558,7 mm · 0 cầu nhảy.
Quy tắc đã kiểm: đường mạch rộng 0,8mm (nguồn và GND 1mm), khe cách tối thiểu 0,5mm. Mạch in đã được máy đối chiếu đúng 100% với sơ đồ nguyên lý.
1. In đúng tỉ lệ 1:1
- In trang "MẶT ĐỒNG" bằng máy in LASER, đặt tỉ lệ 100%, KHÔNG chọn "Fit to page" hay "Scale to fit".
- Dùng thước trên bản in đo lại đoạn 100mm: phải đúng 100mm mới dùng được.
- In trên giấy in ảnh bóng, giấy decal bóc, hoặc giấy tạp chí láng. Mực càng dày càng tốt.
- Trang "MẶT ĐỒNG" đã được LẬT GƯƠNG sẵn: úp mặt có mực vào tấm đồng là đúng chiều.
2. Chuẩn bị tấm đồng
- Cắt phíp đồng (board đồng một mặt) lớn hơn kích thước mạch mỗi bề khoảng 5mm.
- Chà mặt đồng bằng giấy nhám mịn (P800–P1200) rồi rửa sạch, lau khô. Mặt đồng phải sáng, không vết dầu mỡ, không chạm tay vào.
3. Ủi mực sang đồng
- Úp mặt có mực vào tấm đồng, dùng băng keo giấy dán cố định một cạnh.
- Bàn ủi để mức nóng nhất (cotton/linen), KHÔNG dùng chế độ phun hơi nước.
- Ủi đè mạnh và đều 3–5 phút, tập trung từng vùng nhỏ, chú ý các góc và mép.
- Để nguội hẳn rồi ngâm cả tấm vào nước ấm 5–10 phút, bóc giấy thật nhẹ. Giấy decal thì bóc khi còn ấm.
- Soi kỹ: chỗ nào mực bị thiếu hoặc đứt đường thì tô lại bằng bút lông dầu (bút CD) rồi để khô.
4. Ăn mòn (etching)
- Pha dung dịch sắt(III) clorua FeCl3 theo hướng dẫn trên bao bì, hoặc dung dịch oxy già + muối ăn + a-xít; dùng hộp nhựa, KHÔNG dùng đồ kim loại.
- Nhiệt độ dung dịch khoảng 40–50°C thì ăn nhanh hơn. Lắc nhẹ hộp cho đều, thường 10–25 phút là xong.
- An toàn: đeo găng tay cao su và kính bảo hộ, làm ở nơi thoáng. Dung dịch ăn mòn làm hỏng quần áo, bồn rửa và gây bỏng rát da.
- Xong thì rửa board bằng nước sạch, lau khô, dùng xăng thơm hoặc axeton lau sạch lớp mực.
- Dung dịch đã dùng KHÔNG đổ xuống bồn rửa hay cống; đựng vào can kín và bỏ đúng nơi thu gom chất thải.
5. Khoan lỗ
- Đối chiếu trang "BẢN VẼ LỖ KHOAN" để biết lỗ nào dùng mũi nào.
- Dùng mũi khoan 0,8mm, 0,9mm và 1mm, khoan từ MẶT ĐỒNG vào để mũi tự định tâm giữa pad.
- Khoan tốc độ cao, đẩy nhẹ; mũi nhỏ rất dễ gãy. Khoan xong chà nhẹ bavia hai mặt.
6. Hàn linh kiện
- Linh kiện cắm ở MẶT KHÔNG CÓ ĐỒNG, hàn ở mặt đồng. Theo trang "MẶT LINH KIỆN" để đặt đúng vị trí và đúng chiều.
- Hàn linh kiện thấp trước (điện trở, đi-ốt), cao sau (tụ, hàng chân, board vi điều khiển).
- Chú ý chiều: LED chân dài là (+); đi-ốt có vạch trắng là K; tụ hoá có vạch là (−); transistor theo mặt chữ như nét vẽ đỏ.
- Trước khi cấp điện: đo thông mạch giữa chân nguồn và GND — KHÔNG được kêu (không được chập).
Lưu ý với board vi điều khiển
- Board nhái có thể khác thứ tự chân. Đối chiếu tên chân in cạnh từng lỗ trên trang "MẶT LINH KIỆN" với chữ in trên board thật TRƯỚC KHI ăn mòn. Nếu khác, đừng hàn mà báo lại để sửa bản vẽ.
Bản vẽ lỗ khoan
Đo kiểm bằng đồng hồ vạn năng
| Giữa dây vàng (D2) và GND | 4,8 – 5,0V |
| Giữa VCC và GND của LCD | 4,6 – 5,1V |
| Nắm đầu dò trong tay 1 phút | Nhiệt độ tăng lên 30–34°C |
| Giữa chân C và E của S8050 khi còi kêu | dưới 0,2V |
Sửa lỗi thường gặp
LCD báo "Loi cam bien" hoặc -127
Thiếu trở 4,7kΩ hoặc nối sai dây vàng/đỏ/đen; kiểm tra mối hàn đầu dò.
LCD sáng nhưng không có chữ
Vặn biến trở tương phản sau LCD; code tự dò địa chỉ 0x27 và 0x3F.
Còi không kêu khi vượt ngưỡng
Kiểm tra chiều còi (chân dài vào 5V) và chân E-B-C của S8050; có thể đang ở chế độ tắt còi 10 phút.
Không nạp được code
Cài driver CH340, thử Processor "ATmega328P (Old Bootloader)", đổi cáp USB có dây dữ liệu.
⚠️ An toàn
- Mạch chạy 5V từ USB, an toàn.
- Chỉ que inox của DS18B20 được nhúng nước; đặt Arduino và LCD ở nơi khô ráo, xa bể.