Mô hình nông trạng thông minh IOT

Mô hình nông trại thông minh sử dụng esp8266. Smart farm là mô hình nông trại thông minh, là cách làm nông nghiệp tuy nhiên có sử dụng hệ thống công nghệ số hỗ trợ. Nó sử dụng cảm biến và lượng data khổng lồ có khả năng dự đoán cũng như đưa ra những nhận xét và các quyết định một cách chính xác nhất để đảm bảo hiệu suất cao hơn cho nông trại.

Đồ án kỹ thuật điều khiển TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT – CÔNG NGHỆ CẦN THƠ KHOA KỸ THUẬT CƠ KHÍ ~~~~~~~~~~  ~~~~~~~~~~ ĐỒ ÁN SCADA THIẾT KẾ MƠ HÌNH ESP8266 ĐỂ ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ QUA BLYNK GVHD: Hồ Thế Anh Sinh viên thực hiện: Lê Tuấn Anh 1800315 Đỗ Minh Đang 1800219 Lê An Lộc 1800072 Phạm Phú Hải 1800255 Bùi Văn Quí 1800428 Cần Thơ, tháng 11 năm 2021 ĐỒ ÁN KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN GVHD: TRẦN HOÀI TÂM LỜI CAM ĐOAN Em xin cam đoan đề tài: “ Thiết kế mơ hình ESP8266 đề điều khiển thiết bị qua Blynk” thân thực hướng dẫn giảng viên Các kết quả, số liệu đề tài trung thực hoàn toàn khách quan Những số liệu bảng biểu phục vụ cho việc phân tích, nhận xét, đánh giá cá nhân thu thập từ nguồn khác có ghi rõ nguồn gốc Nếu phát có gian lận em xin hoàn toàn chịu trách nhiệm nội dung đồ án Sinh viên thực hiện: Lê Tuấn Anh MSSV: 1800315 Đỗ Minh Đang MSSV: 1800219 Lê An Lộc 1800072 Phạm Phú Hải 1800255 Bùi Văn Quí 1800428 LỜI CẢM ƠN Để đề tài hoàn thành theo thời gian yêu cầu nhà trường khoa đạt kết không nỗ lực thân chúng em mà cịn có giúp đỡ gia đình, bảo thầy cô giáo bạn sinh viên Với điều kiện thời gian kinh nghiệm hạn chế,đồ án khơng thể tránh thiếu sót Em mong bảo đóng góp ý kiến thầy để em có điều kiện bổ sung, nâng cao ý thức mình, phục vụ tốt đồ án sau Kính chúc ban giám hiệu, quý thầy cô công tác Trường Đai học Kỹ Thuật – Công Nghệ Cần Thơ thầy Hồ Thế Anh nhiều sức khỏe, thành công sống Em xin chân thành cảm ơn! MỤC LỤC Chương I: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI 1.1 Đặt vấn đề .3 1.2 Mục tiêu phạm vi nghiên cứu .3 1.3 Đối tượng nghiên cứu 1.4 Phương pháp nghiên cứu 1.5 Sơ lược hệ thống sơ đồ khối hệ thống CHƯƠNG II: TỔNG QUA VỀ MƠ HÌNH Giới thiệu chung mơ hình Nơng trại thơng minh gì? .5 Thành phần cấu tạo nên nông trại thông minh CHƯƠNG III: GIỚI THIỆU VỀ MỘT SỐ LINH KIỆN ĐƯỢC SỬ DỤNG TRONG MƠ HÌNH .7 Giới thiệu chung 3.1 Khối cảm biến 3.2 Khối điều khiển .8 3.3 Khối relay 10 3.4 Cảm biến độ ẩm đất .11 3.5 Máy bơm chìm 13 CHƯƠNG IV: SƠ ĐỒ VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG VÀ THI CƠNG MƠ HÌNH “ESP8266 để điều khiển thiết bị qua Blynk” .14 4.1 Giới thiệu chung 14 4.2 Sơ đồ mạch 14 4.3 Nguyên lý hoạt động .14 4.4 Các bước tiến hành 15 CHƯƠNG V: KẾT QUẢ MÔ PHỎNG .23 5.1 Ưu điểm 23 5.2 Nhược điểm 23 5.3 Hướng phát triển 23 CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI 1.1 Đặt vấn đề Trong sống có nhiều yếu tố ảnh hưởng đến trình sản xuất người Trong nhiệt độ độ ẩm yếu tố đề cập tới nhiều, mạch đo nhiệt độ độ ẩm đời tất yếu Với phát triển công nghệ việc sản xuất mạch đo độ ẩm đơn giản mà độ xác cao điều đơn giản Việc áp dụng thực tế phổ biến độ ẩm đóng vai lớn cho kết sản lượng trồng Về việc phát triển công nghệ đại ngày nay, internet phát triển mạnh mẽ, việc áp dụng ứng dụng internet vào nông nghiệp tất nhiên Với đề tài “ESP8266 để điều khiển thiết bị sử dụng Blynk” ta đo lúc nhiệt độ độ ẩm gửi thông tin qua wifi lên ứng dụng Blynk, từ ứng dụng điều khiển xuống hệ thống tưới nước, đề tài nằm phạm vi Đồ Án nên nhiều hạn chế độ xác mạch khơng cao 1.2 Mục tiêu phạm vi nghiên cứu: Mục tiêu: - Làm quen với linh kiện cảm biến dùng thiết kế mạch - Ứng dụng kiến thức học vào thực tiễn - Thiết kế mô hình - Vận hành mơ hình ổn định Phạm vi nghiên cứu: - Phạm vi nghiên cứu chủ yếu Đồng Sông Cửu Long, tập trung chủ yếu vùng trồng trọt chăn nuôi 1.3 Đối tượng nghiên cứu: - Đối tương nghiên cứu đồ án thiết kế mơ hình nơng trại thơng minh sử dụng cảm biến nhiệt độ độ ẩm, độ ẩm đất relay để điều khiển động đèn 1.4 Phương pháp nghiên cứu 1.4.1 Nội dung nghiên cứu: - Tìm hiểu tài liệu liên quan - Xây dựng u cầu, thiết kế cho mơ hình nơng trại thơng minh - Tìm hiểu linh kiện sử dụng mơ hình - Tìm hiểu thiết kế mạch - Chạy thử nghiệm trước làm mơ hình 1.4.2 Cách thức nghiên cứu: Về phương pháp nghiên cứu sử dụng phương pháp phân tích tổng hợp lý thuyết kết hợp với phương pháp thực nghiệm khoa học Trên sở khảo sát thực tế nhu cầu sử dụng thực trạng hệ thống để đưa phương án thiết kế mơ hình nông trại thông minh Kết thiết kế tảng để lựa chọn thiết bị phương án chế tạo Áp dụng kết thực nghiệm vào hệ thống thực tế đồng thời sử dụng để hoàn thiện kết nghiên cứu Tìm hiểu thơng tin loại cảm biến, module wifi Esp8266 qua diễn đàn, sách, báo tạp chí Thiết kế chế tạo mơ hình mẫu, vận hành thử để tối ưu kết đạt 1.5 Sơ lược hệ thống sơ đồ khối hệ thống 1.5.1 Sơ lược hệ thống: Bộ mạch điều khiển Kit ESP8266 NodeMCU đóng vai trị điều khiển nhập xuất liệu từ thiết bị giao tiếp với Như đề tài cảm biến nhiệt độ độ ẩm giao tiếp với Kit ESP8266 NodeMCU xuất nhập liệu đọc độ ẩm từ cảm biến sau giao tiếp với wifi truyên lên web Phần cứng sau thi cơng hồn thành Kit nạp chương trình qua lệnh thiết kế ngơn ngữ C tập lệnh điều khiển vi điều khiển để mạch hoạt động cách trơn tru 1.5.2 Sơ đồ khối: Cảm biến nhiệt Nguồn Relay độ, độ ẩm NodeMCU Blynk CHƯƠNG II: TỔNG QUAN VỀ MƠ HÌNH I Giới thiệu chung mơ hình: Ứng dụng vào nơng trại thơng minh gì? Nơng trại thơng minh cách làm nông nghiệp sử dụng cảm biến big data để dự đoán đưa định xác để giúp nơng trại trở nên hiệu suất G.s Hirafuji cho biết: “Cùng với phát triển kỹ thuật cảm biến truyền thông, chúng tơi thu thập nhiều loại liệu hơn, từ giúp giảm bớt lãng phí” Trong tương lai, trí tuệ nhân tạo (AI) tận dụng để tính tốn nhanh chóng xác, kết hợp với sử dụng robot thay công nhân bình thường Thành phần cấu tạo nên nơng trại thông minh: - Iot sensors (Cảm biến kết nối vạn vật): Các thiết bị thông minh thiết bị cảm biến kết nối điều khiển tự động suốt q trình sản xuất giúp ứng phó với biến đổi khí hậu cải thiện khí hậu nhà kính - Robot (Người máy): Người máy thay làm việc mà người nông dân thường làm, giúp giảm chi phí nhân lực cách đáng kể Các phận phân tích phần mềm trợ giúp đưa xu hướng trang trại ứng dụng nơng nghiệp thơng minh cách nhanh chóng - Drones (Thiết bị không người lái) Satellites (Các vệ tinh): Hai thiết bị giúp khảo sát thực trạng thu thập liệu trang trại từ phân tích khuyến nghị sở cập nhập nhằm quản lý xác trang trại - Solar cells (Tế bào quang điện): Các trang thiết bị doanh trại phần lớn cấp điện mặt trời pin điện mặt trời để giảm chi phí lượng sử dụng không gian hiệu - Công nghệ đèn LED: Đèn LED giúp tối ưu hóa trình sinh trưởng cho suất tối ưu, ứng dụng nơi có quỹ đất nông nghiệp đô thị - Trồng trọt cách ly: Canh tác nhà kính, nhà lưới, sử dụng cơng nghệ khí canh, thủy canh, hệ thống trồng cây, ni cá tích hợp giúp chủ động ứng dụng đồng công nghệ - Farm fintech (Công nghệ tài phục vụ trang trại): Phục vụ trang trại ứng dụng nông nghiệp thông minh tất hoạt động kết nối bên ngồi nhằm đưa cơng thức quản trị có hiệu cao Farm Fintech bao gồm dịch vụ cho vay, toán, bảo hiểm CHƯƠNG III: GIỚI THIỆU VỀ MỘT SỐ LINH KIỆN ĐƯỢC SỬ DỤNG TRONG MƠ HÌNH Giới thiệu chung: Để có mơ hình “ESP8266 để điều khiển thiết bị qua blynk” ta cần hai khối khối cảm biến khối điều khiển Trong khối gồm linh kiện sau: Module wifi ESP8266, cảm biến nhiệt độ độ ẩm (DHT11), cảm biến độ ẩm đất, module relay kênh, máy bơm chìm, đèn LED Đầu tiên vào phần tìm hiểu linh kiện sử dụng mơ hình 3.1 Khối cảm biến: Cảm biến nhiệt độ độ ẩm (DHT11): Cảm biến nhiệt độ độ ẩm DHT11 đời sau sử dụng thay cho dòng SHT1x nơi khơng cần độ xác cao nhiệt độ độ ẩm Cảm biến sử dụng giao tiếp số theo chuẩn dây Hình 3.1 : DHT11 3.1.1 Thơng số kỹ thuật cảm biến: • Điện áp hoạt động: 3V – 5V (DC) • Dãi độ ẩm hoạt động: 20% – 90% RH • Sai số độ ẩm ±5%RH • Dãi nhiệt độ hoạt động: 0°C ~ 50°C • Sai số nhiệt độ ±2°C • Khoảng cách truyển tối đa: 20m Nguyên lý hoạt động: Để giao tiếp với DHT11 theo chuẩn chân vi xử lý thực theo bước: • Gửi tín hiệu muốn đo (Start) tới DHT11 xác nhận lại • Khi giao tiếp với DHT11, Cảm biến gửi lại byte liệu nhiệt độ đo 3.2 Khối điều khiển: 3.2.1 Sơ lược NodeMCU Phần cứng : Hình : NodeMCU ESP8266 Sơ ESP8266 NodeMCU: Khả hoạt động modem wifi: • Có thể qt kết nối đến mạng wifi (Wifi Client) để thực tác vụ lưu trữ, truy cập liệu từ server • Tạo điểm truy cập wifi (Wifi Access Point) cho phép thiết bị khác kết nối, giao tiếp điều khiển • Là server để xử lý liệu từ thiết bị sử dụng internet khác Nguồn vào nguồn ESP8266 NodeMCU nhận nguồn từ cổng micro USB tích hợp sẵn mạch, giúp việc nạp code trở nên dễ dàng Bên cạnh đó, việc cấp nguồn cho module linh động bạn sử dụng sạc dự phịng thay cho nguồn từ USB máy tính (nguồn cấp tối đa 5V) ESP8266 NodeMCU cung cấp nguồn cho tối đa thiết bị: nguồn 3.3V nguồn từ chân Vin (điện điện từ cổng micro USB) Khi sử dụng chân cấp nguồn này, kiểm tra để chắn không cắm nhầm chân dương (trên mạch in 3v3 Vin) chân âm (GND) Tuy nhiên, chân 3.3V bảo vệ, cắm ngược cực, module nóng lên dừng hoạt động Chân Vin KHƠNG, cắm ngược cực chân module bốc khói có mùi lạ Truyền nhận tín hiệu ESP8266 NodeMCU có tổng cộng 13 chân GPIO(General-purpose input/output) chân truyền/nhận tín hiệu (trên mạch in từ D0 đến D8 RX, TX, SD2, SD3) (Hình 3.3) Hình 3 : Sơ đồ chân NodeMCU Hình 3.4: Hình thực tế esp8266 3.3 Khối relay Hình 3.5: Module Relay kênh Thơng số kỹ thuật: • Led báo đóng ngắt relay • Điện áp ni 5v DC • Đầu điện ngắt tối đa 30v DC/10A, 250v AC/10A • + IN1, IN2: Tín hiệu đầu vào, hoạt động mức thấp • +NO1, NO2: Cơng tắc thường mở 10 Cách thức sử dụng: • Kết nối điện áp đầu vào 5v DC nuôi Mudole vị trí VCC (+) GND (-) • Kết nối tín hiệu đầu vào qua chân tín hiệu IN1, IN2, IN3, IN4 • Kết nối đầu điều khiển vị trí NC1-COM1, NO1-COM1, NC2COM2,NO2-COM2 3.4 Cảm biến độ ẩm đất (Hình 3.6): Bộ sản phẩm gồm cảm biến độ ẩm đất module chuyển đổi với ngõ Analog - Digital Cảm biến độ ẩm đất hoạt động với chế độ ngõ (Analog & Digital), trạng thái đầu mức thấp (0V), đất thiếu nước đầu mức cao (5V) - Cảm biến độ ẩm: Hai đầu đo cảm biến cắm vào đất để phát độ ẩm Dùng dây nối cảm biến module chuyển đổi Thông tin độ ẩm đất đọc gởi tới module chuyển đổi Hình 3.6: Cảm biến độ ẩm - Module chuyển đổi: Module chuyển đổi có cấu tạo gồm IC so sánh LM393, biến trở, điện trở dán 100 ohm tụ dán Biến trở có chức định ngưỡng so sánh với tín hiệu độ ẩm đất đọc từ cảm biến Ngưỡng so sánh tín hiệu cảm biến đầu vào IC so sánh LM393 Khi độ ẩm thấp ngưỡng định trước, ngõ IC mức cao (1), ngược lại mức thấp (0) 11 Hình 3.7: Module chuyển đổi Thơng số kỹ thuật: • Điện áp hoạt động: 3.3V-5V • Led báo hiệu: + Led đỏ báo nguồn + Led xanh báo mức độ ẩm pin DO • Nguồn vào (VCC): 3.3V-5V • DO: Đầu tín hiệu số (0 1) • A0: Đầu analog (tín hiệu tương tự) Cách kết nối (Bảng 1): Bảng ESP8266 Module chuyển đổi 5V Vcc GND GND ADC A0 12 3.5 Máy bơm chìm (Hình 3.8): Hình 3.8: Máy bơm chìm Thơng số kỹ thuật - Điện áp hoạt động: 3v-5v DC - Lưu lượng: 1.2-1.6 lít/phút 13 CHƯƠNG IV: SƠ ĐỒ VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG VÀ THI CÔNG MƠ HÌNH “NƠNG TRẠI THƠNG MINH” 4.1 Giới thiệu chung: - Sơ đồ nguyên lý hoạt động : - Thi công mạch gồm: - Lựa chọn tiến hành mua linh kiện - Thiết kế vẽ sơ đồ mạch - Mạch hồn thiện - Kết 4.2 Sơ đồ mạch (Hình 4.1): Hình : Mạch mơ 4.3 Ngun lý hoạt động: - Thu thập liệu từ cảm biến, liệu chuyển lên phần mềm Blynk hiển thị điện thoại thông minh - Điều khiển động bơm, đèn điều khiển qua module kênh thông qua điện thoại thông minh =>> Thông báo điện thoại động bơm, đèn chế độ bật tắt 14 4.4 Các bước tiến hành: - Bước đầu tải phần mềm Blynk điện thoại (Smart Phone), cài đặt số thông số cụ thể sau: + Đầu tiên ta lấy khối Gauge Settings, sau đặt tên nhiệt độ, độ ẩm cài đầu vào cho chúng V10, V11 Giá trị dao động từ ~ 100 Đối với nhiệt độ ta chọn nhãn ℃, cịn độ ẩm ta chọn % (Hình 4.2) Hình 4.2: Thiết lập nhiệt độ độ ẩm (DHT11) 15 + Tiếp theo ta cài đặt giá trị cho độ ẩm đất Tương tự giống với nhiệt độ độ ẩm, ta cài độ ẩm đất đầu vào V12 giá trị dao động từ ~ 100, nhãn lấy % (Hình 4.3) Hình 4.3: Thiết lập độ ẩm đất + Tiếp đến ta cài đặt cho relay để điều khiển máy bơm đèn Chúng ta lấy khối Button Settings thư viện để cài đặt Đặt tên Bơm Đèn, thiết lập đầu chân V3, V4, tác động (Hình 4.4) Hình 4.4: Thiết lập cho động bơm đèn 16 + Ta cài LED Settings để báo hiệu động bơm đèn hoạt động Thiết lập đầu vào vào V0, V1 (Hình 4.5) Hình 4.5: Thiết lập đèn LED hiển thị trạng thái hoạt động - Tiếp đến ta làm việc với phần mềm Arduino IDE: + Việc chúng tải thư viện liên quan tới cảm biến DHT11, cảm biến độ ẩm đất, ESP8266, Blynk,… 17 18 19 20 21 22 CHƯƠNG V: KẾT QUẢ MÔ PHỎNG 5.1 Ưu Điểm: - Hoạt động tốt, thời gian sử dụng lâu dài Có thể điều khiển lúc nơi 5.2 Nhược Điểm: - Mạch đo chưa xác - Cảm biến nhiệt độ gặp sai sót mơi trường ngồi tác động lên cảm biến, cần có xử lý tín hiệu từ cảm biến 5.3 Hướng phát triển: - ESP8266 NodeMCU phát triển việt nam mạnh ứng dụng IoT ( Internet of Thing) - ESP8266 NodeMCU làm Nhà Thơng Minh, Đồng Hồ Thông Minh, - Về đề tài nông trại thơng em phát triển ứng dụng thực tế cao, thêm cảm biến cảm biến ánh sáng, cảm biến độ ẩm đất, thêm nhiều relay để điều khiển nhiều thứ nông nghiệp, Hình 5.1: Mơ hình thực tế 23 ... thống CHƯƠNG II: TỔNG QUA VỀ MÔ HÌNH Giới thiệu chung mơ hình Nông trại thông minh gì? .5 Thành phần cấu tạo nên nông trại thông minh CHƯƠNG III: GIỚI THIỆU... QUAN VỀ MƠ HÌNH I Giới thiệu chung mơ hình: Ứng dụng vào nơng trại thơng minh gì? Nơng trại thơng minh cách làm nông nghiệp sử dụng cảm biến big data để dự đốn đưa định xác để giúp nông trại trở... robot thay cơng nhân bình thường Thành phần cấu tạo nên nông trại thông minh: - Iot sensors (Cảm biến kết nối vạn vật): Các thiết bị thông minh thiết bị cảm biến kết nối điều khiển tự động suốt