Hệ thống kích thích cây trồng ban đêm và tưới cây tự động

Hệ thống kích thích cây trồng ban đêm và tưới cây tự động Hệ thống kích thích cây trồng ban đêm và tưới cây tự động Hệ thống kích thích cây trồng ban đêm và tưới cây tự động Hệ thống kích thích cây trồng ban đêm và tưới cây tự động Hệ thống kích thích cây trồng ban đêm và tưới cây tự động Hệ thống kích thích cây trồng ban đêm và tưới cây tự động Hệ thống kích thích cây trồng ban đêm và tưới cây tự động

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP HỆ THỐNG KÍCH THÍCH CÂY TRỒNG BAN ĐÊM VÀ TƯỚI CÂY TỰ ĐỘNG SVTH : PHAN NGUYỄN DUY TRỰC MSSV : 15141082 Khố : 2015 Ngành : CƠNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ - TRUYỀN THÔNG GVHD : ThS THÁI HỒNG LINH Tp Hồ Chí Minh, tháng năm 2020 LỜI CẢM ƠN  Trong thời gian thực đề tài, chúng em giúp đỡ gia đình, q thầy bạn bè nên đề tài hoàn thành Chúng em xin chân thành gửi lời cảm ơn đến: Thầy Thái Hoàng Linh giảng viên trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Tp.HCM trực tiếp hướng dẫn tận tình giúp đỡ tạo điều kiện để nhóm hồn thành tốt đề tài Chúng em xin chân thành cảm ơn đến thầy cô trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Tp.HCM đặc biệt thầy cô khoa Điện - Điện tử trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Tp.HCM tận tình dạy dỗ, bảo, cung cấp cho chúng em kiến thức nền, chuyên môn làm sở để hoàn thành đề tài Cảm ơn gia đình động viên ln ln bên cạnh lúc khó khăn Xin gửi lời cảm ơn đến người bạn sinh viên giúp đỡ chúng em để hồn thành tốt đề tài Cảm ơn toàn thể người! Xin chân thành cảm ơn! iv TÓM TẮT Trên nhu cầu thực tế, đòi hỏi ngày cao thị trường, cộng với phát triển mạnh khoa học công nghệ, đặc biệt công nghệ thông tin, kỹ thuật điện- điện tử Phát triển kỹ thuật điều khiển tự động từ khoảng cách xa nông nghiệp xu phát triển nơng nghiệp cao nói chung Chúng chọn đề tài liên quan đến giám sát trình Từ chúng tơi đề xuất đề tài “HỆ THỐNG KÍCH THÍCH CÂY TRỒNG BAN ĐÊM VÀ TƯỚI CÂY TỰ ĐỘNG” MỤC TIÊU Để thực đề tài nhóm cần xây dựng điều khiển giám sát tưới đề tài điều khiển nhiệt độ, độ ẩm, gửi liệu nhiệt độ, độ ẩm, số lượng sản phẩm lên website v MỤC LỤC NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP i PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN ii PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN iii LỜI CẢM ƠN iv TÓM TẮT v MỤC TIÊU v MỤC LỤC vi DANH SÁCH CÁC HÌNH x DANH SÁCH CÁC BẢNG .xii CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 TỔNG QUAN 1.1.1 Giới thiệu 1.1.2 Tình hình ngoài nước 1.1.3 Tình hình nước 1.2 ĐẶT VẤN ĐỀ 1.3 TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI 1.4 MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU 1.5 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 1.6 ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGUYÊN CỨU 1.7 GIỚI HẠN ĐỀ TÀI 1.8 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU vi 1.9 BỐ CỤC ĐỒ ÁN CHƯƠNG 2: CƠ SƠ LÝ THUYẾT 11 2.1 GIỚI THIỆU VI ĐIỀU KHIỂN STM32F103C8T6 11 2.1.1 Sơ lược STM32F103C8T6 11 2.1.2 Cấu hình chi tiết STM32F103C8T6 13 2.1.3 Giới thiệu ADC 16 2.1.4 Giới thiệu DMA 16 2.2 TỔNG QUAN VỀ MCU NODE ESP8266 16 2.3 LINH KIỆN DÙNG TRONG MẠCH 20 2.3.1 Cảm biến nhiệt độ - độ ẩm khơng khí 20 2.3.2 Cảm biến độ ẩm đất 21 2.3.3 Cảm biến ánh sáng 24 2.3.4 Module giảm áp LM2596 27 2.3.5 Hệ thống bơm nước 28 2.3.6 Relay kênh 5V -220V/10A 28 2.3.7 LCD 30 2.3.7.1 Giới thiệu LCD 30 2.3.7.2 Sơ đồ chân LCD 30 2.3.8 Đèn LED 31 2.4 CÁC CHUẨN GIAO TIẾP 32 2.4.1 Chuẩn giao tiếp UART [1] 32 2.4.2 Chuẩn giao tiếp ONE-WIRE 33 2.5 TỔNG QUAN VỀ IOT 34 2.6 TỔNG QUAN VỀ WEB [2] 35 2.7 CHUẨN GIAO THỨC TRUYỀN TẢI SIÊU VĂN BẢN – HTTP [3] 36 CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ VÀ XÂY DỰNG HỆ THỐNG 37 3.1 THIẾT KẾ VÀ XÂY DỰNG HỆ THỐNG 37 3.1.1 Sơ đồ hệ thống 37 vii 3.1.2 Chức khối 39 3.2 THIẾT KẾ PHẦN CỨNG 40 3.2.1Khối xử lý trung tâm 40 3.2.2 Khối giao tiếp không dây 41 3.2.3 Khối hiển thị 43 3.3.4 Khối cảm biến 43 3.3.4.1 Cảm biến nhiệt độ và độ ẩm môi trường 43 3.3.4.2 Cảm biến độ ẩm đất 48 3.3.4.3 Cảm biến ánh sáng 48 3.3.4.4 Kết cảm biến với nối khối xử lý trung tâm 49 3.3.4 KHỐI RELAY 50 3.3.4.1 RELAY 51 3.3.4.2 OPTO 52 3.3.5 Khối nguồn 53 3.3 THIẾT KẾ PHẦN MỀM 54 3.3.1 Thiết kế Webserver 54 3.3.1.1 Webserver gì? [4] 54 3.3.1.2 Chức phần mềm 54 3.3.2 Thiết kế giao diện 55 3.3.2.1 Giao diện chế độ tự động 55 3.3.3 Lưu đồ hoạt động 56 3.3.3.1 Lưu đồ điều khiển chế độ hoạt động 56 3.3.3.2 Lưu đồ điều khiển chế độ tự động 58 3.3.3.3 Lưu đồ điều khiển chế độ điều khiển 60 CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ 63 4.1 KẾT QUẢ THI CÔNG 63 4.2 HOẠT ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG 66 CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 69 5.1 KẾT LUẬN 69 viii 5.2 HƯỚNG PHÁT TRIỂN 69 TÀI LIỆU THAM KHẢO 71 PHỤ LỤC 72 ix DANH SÁCH CÁC HÌNH Hình 1: Hệ thống canh tác truyền thống sử dụng nhiều chất hóa học Hình 2: Hệ thống canh tác truyền thống sử dụng nhiều chất hóa học Hình 3: Canh tác thực phẩm nhà Hình 4: Canh tác thực phẩm nhà Hình 5: Hệ thống tưới tự động kỹ sư Vi Toàn Nghĩa Hình 1: Board vi điều khiển STM32F103C8T6 12 Hình 2: Board vi điều khiển STM32F103C8T6 12 Hình 3: MCU NODE ESP8266 thực tế 17 Hình 4: Sơ đồ nguyên lý NodeMCU 18 Hình 5: Sơ đồ chân NodeMCU ESP8266 20 Hình 6: Cảm biến DHT11 21 Hình 7: Cảm biến độ ẩm đất 22 Hình 8: Sơ đồ nguyên lý module chuyển đổi nhà sản xuất cung cấp 23 Hình 9: Sơ đồ mạch thực tế có thêm chân cắm cảm biến 23 Hình 10: Hình ảnh thực tế cảm biến ánh sáng 25 Hình 11: Sơ đồ nguyên lý module cảm biếm ánh sáng 26 Hình 12: Sơ đồ nguyên lý module LM2596 27 Hình 13: Máy bơm mini 28 Hình 14: Relay kênh 29 Hình 15: Hình ảnh LCD 30 Hình 16: Đèn LED 32 Hình 17: Giao tiếp UART 33 Hình 18: Giao tiếp One – Wire 34 Hình 19: Tổng quan hệ thống IoT 35 Hình 20: Sơ đồ hoạt động HTTP 36 Hình 1: Sơ đồ khối 38 Hình 2: Sơ đồ khối thiết bị thực tế 39 Hình 3: Sơ đồ chân khối trung tâm 41 Hình 4: Sơ đồ chân khối giao tiếp không dây 42 Hình 5: Sơ đồ chân khối hiển thị 43 Hình 6: Sơ đồ kết nối DHT11 45 Hình 7: Gửi tín hiệu Start 46 Hình 8: Tín hiệu bit 47 x Hình 9: Tín hiệu bit 47 Hình 10: Sơ đồ chân khối cảm biến 49 Hình 11: Hình ảnh relay thực tế cấu tạo bên relay 51 Hình 12: Cơ cấu tác động relay 52 Hình 13: OPPTO PC817 53 Hình 14: Giao diện chế độ tự động 55 Hình 15: Giao diện chế độ điều khiển 56 Hình 16: Lưu đồ chọn chế độ hoạt động 57 Hình 17 : Lưu đồ truyền nhận chế độ tự động 59 Hình 18: Lưu đồ truyền nhận chế độ điều khiển 61 Hình 1:Hộp mạch thi cơng 63 Hình 2: Vị trí cảm biến ánh sáng 64 Hình 3: Vị trí cảm biến ánh sáng 64 Hình 4: Vị trí cảm biến DHT11 65 Hình 5: Hoạt động webserver chế độ tự động 66 Hình 6: Tác động cảm biến khơng có ánh sáng 66 Hình Tác động cảm biến có ánh sáng 67 Hình 8: Hình ảnh tác động độ ẩm đất hoạt động bơm 67 Hình 9:Điều khiển webserver tác động đèn led 67 Hình 10:Điều khiển webserver tác động hệ thống bơm 68 xi DANH SÁCH CÁC BẢNG Bảng 1: Một vài thông số STM32F103C8T6 11 Bảng 2: Thông số cấu hình NODEMCU ESP8266 19 Bảng 3: Thông số kỹ thuật cảm biến DHT11 21 Bảng 4: Một số thông số kỹ thuật module cảm biến đất 22 Bảng 5: Thông số kỹ thuật cảm biến ánh sáng 25 Bảng 6: Thông số kỹ thuật Module LM2596 27 Bảng 7: Các chân LCD 31 Bảng 1: Thông số kỹ thuật relay 5v 52 Bảng 2: Thông số PC817 53 xii ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Sau hệ thống đọc liệu từ webserver Hệ thống kiểm tra biến trạng thái chế độ mặc định Sau hệ thống so sánh với chế độ điều khiển web sever Người dùng thay đổi chế độ điều khiển thông qua web sever So sánh nhiệt độ với ngưỡng webserver Sau gửi giá trị cảm biến đọc tín hiệu điều khiển web server để hiển thị 3.3.3.2 Lưu đồ điều khiển chế độ tự động Ở chế độ tự động cho phép hoạt động theo giá trị ngưỡng cài đặt để điều khiển thiết bị Cảm biến đưa giá trị vi điều khiển so sánh giá trị thiết lập thiết thiết bị: bơm, led Lưu đồ giải thuật: 58 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP CHẾ ĐỘ TỰ ĐỘNG ĐỌC CẢM BIẾN S ĐỘ ẨM ĐẤT THỰC TẾ < NGƯỠNG ĐỘ ẨM ĐẤT Đ MỞ MÁY BƠM CẢM BIẾN ÁNH SÁNG THỰC TẾ < NGƯỠNG ÁNH SÁNG TẮT MÁY BƠM s Đ MỞ ĐÈN MỞ ĐÈN RETURN Hình 17 : Lưu đồ truyền nhận chế độ tự động Giải thích lưu đồ: Trong chế độ tự động hệ thống đọc giá trị cảm biến 59 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Khi độ ẩm đất nhỏ ngưỡng cài đặt mở máy bơm Khi độ ẩm đất lớn ngưỡng cài đặt tắt máy bơm Sau hệ thống xét giá trị biến trạng thái cảm biến ánh sáng Nếu giá trị cảm biến ánh sáng nhỏ ngưỡng cài đặt đèn bật Còn giá trị cảm biến ánh sáng lớn ngưỡng cài đặt đèn tắt Thốt chương trình quay lại chương trình hoạt động 3.3.3.3 Lưu đồ điều khiển chế độ điều khiển Ở chế độ điều khiển cho phép người dùng điều khiển thiết bị cách tùy ý Điều khiển thiết bị: bơm, led thông qua việc tác động nút nhấn webserver Lưu đồ giải thuật: 60 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP CHẾ ĐỘ ĐIỀU KHIỂN ĐỌC CẢM BIẾN S BIẾN TRẠNG THÁI ĐỘ ẨM ĐẤT ==0 Đ MỞ MÁY BƠM BIẾN TRẠNG THÁI CẢM BIẾN ÁNH SÁNG ==0 TẮT MÁY BƠM s Đ MỞ ĐÈN MỞ ĐÈN RETURN Hình 18: Lưu đồ truyền nhận chế độ điều khiển Giải thích lưu đồ: 61 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trong chế độ diều khiển hệ thống đọc giá trị cảm biến Sau hệ thống xét giá trị biến điều khiển máy bơm Nếu giá trị biến trạng thái máy bơm “0” mở máy bơm giá trị biến trạng thái máy bơm “1” tắt máy bơm Tiếp theo hệ thống xét giá trị trạng thái đèn “0” mở đèn giá trị biến trạng thái đèn “1” tắt đèn Thốt chương trình quay lại chương trình 62 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ 4.1 KẾT QUẢ THI CÔNG Các khối lắp hộp điện Hình 1:Hộp mạch thi cơng  Vị trí cảm biến mơ hình Cảm biến quang: đặt thù cảm biến nên đặt cảm biến nơi ánh sáng trực tiếp chiếu vào ban ngày ban đêm đảm bảo độ sáng tối cần thiết để hoạt động tốt 63 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Hình 2: Vị trí cảm biến ánh sáng Cảm biến độ ẩm đất: Cảm biến độ ẩm đất đặt hộp điện nhiên chân tín hiệu đem ngồi cắm trực tiếp xuống đất Hình 3: Vị trí cảm biến ánh sáng 64 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Cảm biến nhiệt độ DHT11: Hình 4: Vị trí cảm biến DHT11 Nhận xét: Qua nhiều nghiên cứu đạt vấn đề sau: - - - Đã hiểu ứng dụng cảm biến nhiệt độ, độ ẩm đất ánh sáng Xây dựng Webserver Thiết kế thi công mạch nhận liệu từ cảm biến, điều khiển máy bơm với vi điều khiển, truyền nhận liệu UART, mạng ESP, liệu cập nhật lưu trữ Webserver Mạch thi công thực khoảng từ 20% đến 80%, máy bơm tự động hoạt theo ngưỡng thiết lập Dữ liệu lên Webserver thời gian ngắn Có thể chọn chế độ hoạt động điều khiển máy bơm qua website Các yếu tố ảnh hưởng đến hệ thống: Mạch hoạt động tốt điều kiện nhiệt độ trung bình Mạch phải đặt nơi khô ráo, nơi cần đo Mạch phải cấp nguồn hoạt động liên tục Hệ thống khởi độngban đầu phải có internet để đồng liệu web 65 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 4.2 HOẠT ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG Dưới kết đặt hoạt động đưa vào áp dụng chế độ điều khiển chế độ tự động:  Chế độ tự động: Hình 5: Hoạt động webserver chế độ tự động Hình 6: Tác động cảm biến khơng có ánh sáng 66 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Hình Tác động cảm biến có ánh sáng Hình 8: Hình ảnh tác động độ ẩm đất hoạt động bơm  Chế độ điều khiển: Hình 9:Điều khiển webserver tác động đèn led 67 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Hình 10:Điều khiển webserver tác động hệ thống bơm 68 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 5.1 KẾT LUẬN  Ưu điểm Hệ thống đáp ứng tính năng, nội dung mục tiêu ban đầu đề ra:  Tham khảo mơ hình thực tế  Thiết kế thi cơng mơ hình trồng tự động điều khiển tùy thuộc vào thông số môi trường  Thiết kế webserver điều khiển khu vườn cách gián tiếp thơng qua Internet  Tồn hệ thống chạy thời gian dài, tương đối ổn định, đạt kết tốt  Khả đáp ứng phần cứng với web tương đối ổn định xác  Nhược điểm  Do đề tài có người kiến thức hiểu sâu phần mềm nên làm giới hạn mơ hình  Thiết kế giao diện webserver cịn đơn sơ khơng có tính thẩm mỹ  Mơ hình thực khoảng thời gian ngắn nên hạn chế áp dụng chu trình dài cho việc thực so sánh cho hai mơ hình có thiết bị tác động khơng tác động  Chưa có khả tận dụng hết cảm biến nhiệt độ độ ẩm khơng khí cho thiết bị khác  Thời gian nhận truyền liệu mạng cịn chậm nhận tín hiệu 5.2 HƯỚNG PHÁT TRIỂN  Thiết kế, lập trình ứng dụng Android di động để giám sát, điều khiển  Thiết kế hệ thống gieo hạt, bón phân, thu hoạch tự động qua tiền tới tự động hóa hồn tồn cho khu vườn  Thêm tính hẹn tưới nước  Thêm tính thơng báo đến người sử dụng sử dụng vượt ngưỡng mà không cần phần mềm hoạt động 69 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP  Đặt hộp điện phòng để phòng có nhiệt độ thích hợp tránh ảnh hưởng xấu mơi trường  Thêm hệ thống phun sương có độ ẩm cao  Tích hợp thêm thơng tin trồng để người dùng có lựa chọn thơng số ngưỡng cần thiết thiết cho trồng 70 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Trần Thu Hà (chủ biên), Trương Thị Bích Ngà, Nguyễn Thị Lưỡng, Bùi Thị Tuyết Đan, Phù Thị Ngọc Hiếu, Dương thị Cẩm Tú - “Giáo trình Điện tử bản”, NXB Đại học Quốc gia TP.HCM [2] Nguyễn Đình Phú – “Giáo trình thực tập Vi xử lí”, Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM [3] D.-H Park, B.-J Kang, K.-R Cho, C.-S Shin, S.-E Cho, J.-W Park and W.-M Yang, "A study on greenhouse automatic control system based on wireless sensor network," Wireless Personal Communications, vol 56, no 1, pp 117 130, 2011 [4] Dhumal, Y.R and Chitode, J.S., 2013 Green House Automation using Zigbee and Smart Phone International Journal of Advanced Research in Computer Science and Software Engineering Research Paper, 3(5) [5] Trang chủ Ardunio: arduino.cc [6] Tra cứu linh kiện: Google [7] Datasheet linh kiện: Website alldatasheet.com [8] Phát triển web: 000webhost.com [9] Hướng dẫn tạo hosting: https://www.youtube.com/watch?v=P-nShJjLWfQ [10] Hướng dẫn html bản:https://www.youtube.com/watch?v=GArJ0EPu77w [11] Trang học lập trình web bản: w3schools.com 71 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP PHỤ LỤC Trích dẫn [1] Giao tiếp chuẩn UART (nguồn: http://icviet.vn) [2] CHUẨN GIAO THỨC TRUYỀN TẢI SIÊU VĂN BẢN – HTTP(nguồn: http://www.ducanhlus.com) [3] TỔNG QUAN VỀ WEB (nguồn: http://hocwebchuan.com) [4] Webserver gì? (nguồn: http://www.codehub.vn) 72 ... cao với cơng nghệ chăm sóc trồng vơ độc đáo hệ thống tưới nhỏ giọt, hệ thống tưới phun sương, hệ thống tưới phun mưa, hệ thống tưới cảnh quan hệ thống thủy canh trồng không dùng đất Và gần hướng... trình Từ chúng tơi đề xuất đề tài “HỆ THỐNG KÍCH THÍCH CÂY TRỒNG BAN ĐÊM VÀ TƯỚI CÂY TỰ ĐỘNG” MỤC TIÊU Để thực đề tài nhóm cần xây dựng điều khiển giám sát tưới đề tài điều khiển nhiệt độ, độ... hệ thống kiểm sốt, điều chỉnh khí CO2 hệ thống gia nhiệt thổi nóng qua hệ thống ống ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Hình 5: Hệ thống tưới tự động kỹ sư Vi Tồn Nghĩa Trong nước có nhiều nghiên cứu hệ thống tưới