Mô hình vườn thông minh

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP HỒ CHÍ MINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP MÔ HÌNH VƯỜN THÔNG MINH NGÀNH Kỹ thuật điện, điện tử GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN PGS TS Nguyễn Hùng Sinh viên thực hiện MSSV Lớp Tăng Đức Hòa An 11711020168 17DDCA1 Nguyễn Hữu Phước Điền 11711020123 17DDCA1 Nguyễn Văn Hải 11711020068 17DDCA1 TP Hồ Chí Minh, Ngày 29 tháng 8 năm 2021 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD PGS TS NGUYỄN HÙNG LỜI CẢM ƠN Với lòng biết ơn sâu sắc nhất, nhóm chúng em xin cảm ơn Quý thầy cô ngành Điện Điện tử đã tậ.

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP HỒ CHÍ MINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP MƠ HÌNH VƯỜN THƠNG MINH NGÀNH: Kỹ thuật điện, điện tử GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN: PGS.TS.Nguyễn Hùng Sinh viên thực MSSV Lớp Tăng Đức Hòa An 11711020168 17DDCA1 Nguyễn Hữu Phước Điền 11711020123 17DDCA1 Nguyễn Văn Hải 11711020068 17DDCA1 TP.Hồ Chí Minh, Ngày 29 tháng năm 2021 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: PGS.TS NGUYỄN HÙNG LỜI CẢM ƠN Với lịng biết ơn sâu sắc nhất, nhóm chúng em xin cảm ơn Quý thầy cô ngành Điện-Điện tử tận tình truyền đạt kiến thức giúp đỡ em trình học tập trường Đặc biệt, em xin ghi nhớ nhiệt tình Thầy PGS.TS.Nguyễn Hùng, người trực tiếp hướng dẫn giúp chúng em hồn thành đề tài Sau cùng, nhóm chúng em xin cảm ơn người bạn đóng góp ý kiến hỗ trợ thơng tin để hồn thiện đề tài Tuy nhiên, trình làm đồ án kiến thức chun ngành nhóm cịn hạn chế nên khơng thể tránh khỏi vài thiếu sót trình bày đánh giá vấn đề.Rất mong nhận góp ý, đánh giá thầy mơn để đề tài nhóm em thêm hồn thiện ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: PGS.TS NGUYỄN HÙNG MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN I LỜI CẢM ƠN .II MỤC LỤC III DANH MỤC CÁC HÌNH VII LỜI MỞ ĐẦU CHƯƠNG GIỚI THIỆU 1.1 Tính cấp thiết đề tài 1.2 Nhiệm vụ nghiên cứu 1.3 Mục đích nghiên cứu 1.4 Phương pháp nghiên cứu 1.5 Phạm vi nghiên cứu 1.6 Kết cấu đồ án Kết cấu đồ án gồm có chương cụ thể sau: Chương 1: Giới thiệu mơ hình vườn thơng minh Chương 2: Tổng quan giải pháp Chương 3: Phương pháp giải Chương 4: Quy trình thiết kế mơ hình Chương 5: Thi công mô mơ hình Chương 6: Kết luận hướng phát triển CHƯƠNG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: PGS.TS NGUYỄN HÙNG TỔNG QUAN GIẢI PHÁP 2.1 Tổng quan IoT 2.2 Lịch sử IoT 2.3 Các tính chất hệ thống IoT 10 2.4 Ứng dụng IoT 13 2.5 Lợi ích việc ứng dụng IoT nông nghiệp 16 2.6 Các giải pháp vườn thơng minh có Việt Nam 17 CHƯƠNG 21 PHƯƠNG PHÁP GIẢI QUYẾT 21 3.1 Các phương pháp đặc tính thiết kế 21 3.1.1 Giám sát tự động hệ thống trồng thủy canh 21 3.1.2 Giám sát hệ thống tưới nhỏ giọt 22 3.1.3 Giám sát tự động kết hệ thống tưới phun sương 23 3.1.4 Phương pháp vườn đứng 24 3.1.5 Kết luận đặc tính thiết kế 24 3.2 Các phương pháp điều khiển 24 3.3 Các phương pháp hiển thị giám sát 28 3.4 Chọn giải pháp cuối 32 CHƯƠNG 33 QUY TRÌNH THIẾT KẾ VƯỜN THƠNG MINH 33 4.1 Bo mạch ESP8266 NodeMCU 33 4.2.Cảm biến nhiệt độ, độ ẩm DHT11 43 4.3 Cảm biến độ ẩm đất 46 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: PGS.TS NGUYỄN HÙNG 4.4 Màn hình Nextion 3.5 inch NX4832T035 47 4.5 Module relay Opto cách ly 5VDC 52 4.6 Đầu phun sương siêu âm 24VDC 53 4.7 Động bơm 12VDC 54 4.8 Đèn led 5050 màu trắng 55 4.9 Mạch giảm áp LM2596 56 4.10 Nguồn tổ ong 24VDC 2A 57 4.11 Arduino IDE 58 4.12 Blynk 66 CHƯƠNG 69 THỰC HIỆN MƠ HÌNH VƯỜN THƠNG MINH 69 5.1 Nguyên lý hoạt động 69 5.2 Chế tạo khung trục 70 5.3 Gắn khung Mica 71 5.4 Thi công bo mạch 72 5.5 Lập trình code cho mơ hình thơng qua chương trình adruino IDE 74 5.8 Lưu đồ thuật toán 77 Lưu đồ kiểm tra kết nối WiFi 77 5.9 Sơ đồ mạch proteus 80 5.10 Giao diện hình 81 CHƯƠNG 6: 82 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 82 6.1 Kết đạt 82 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 6.2 GVHD: PGS.TS NGUYỄN HÙNG Hướng phát triển đề tài 82 Tài liệu tham khảo 83 Phụ Lục 85 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: PGS.TS NGUYỄN HÙNG DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 2.1.Mơ hình tổng quan IoT Hình 2.2.Quản lý hạ tầng IoT 13 Hình 2.3.Ứng dụng IoT vào y tế 14 Hình 2.4.Ứng dụng IoT nhà 15 Hình 2.5.Mơ hình trồng rau Hachi 17 Hình 2.6.Mơ hình trồng rau Hachi 18 Hình 2.7.Mơ hình trồng rau công nghệ cao Đà Nẵng 19 Hình 3.1 Giao thức HTTP 29 Hình 3.2 Giao diện trang chủ 000webhost 30 Hình 3.3 App Blynk [10] 30 Hình 4.1.Esp8266 NodeMCU 33 Hình 4.2.Sơ đồ Esp8266 36 Hình 4.3.Cảm biến DHT11 43 Hình 4.5.Nguyên lý đo nhiệt độ 45 Hình 4.6.Cảm biến độ ẩm đất 46 Hình 4.7.Mặt trước hình Nextion 47 Hình 4.8.Mặt sau hình Nextion 47 Hình 4.9.Thơng tin loại hình 49 Hình 4.10.Thơng số kỹ thuật hình 49 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: PGS.TS NGUYỄN HÙNG Hình 4.11.Mơi trường làm việc hình 50 Hình 4.12.Hiệu suất giao diện hình 51 Hình 4.13.Bộ nhớ hình 51 Hình 4.14.Module relay 52 Hình 4.15.Đầu phun sương siêu âm 53 Hình 4.16.Bơm 12V 54 Hình 4.17 Led 12V 55 Hình 4.18.Mạch giảm áp LM2596 56 Hình 4.19.Nguồn tổ ong 24V 2A 57 Hình 4.20 Giao diện phần mềm Arduino IDE 58 Hình 4.21.Phần mềm bắt đầu mở 59 Hình 4.22 Thực code phần mềm 61 Hình 4.23 Lưu chương trình 62 Hình 4.24.Compile chương trình 62 Hình 4.25 Chọn board 63 Hình 4.26 Chọn cổng port 64 Hình 4.27 Nạp chương trình thành cơng 65 Hình 4.28.Phần mềm Blynk 66 Hình 5.1 Khung trục 70 Hình 5.2 Khung gắn mica 71 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: PGS.TS NGUYỄN HÙNG Hình 5.3 Bo mạch 72 Hình 5.4 Mặt sau bo mạch 73 Hình 5.5 Giao diện phần mềm 74 Hình 5.6 Hình ảnh thị thơng số app Blynk 75 Hình 5.7 Hồn thiện mơ hình 76 Hình 5.8 Sơ đồ nối dây 80 Hình 5.9 Giao diện giám sát hình 81 Hình 5.10 Giao diện điều khiển hình 81 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: PGS.TS NGUYỄN HÙNG LỜI MỞ ĐẦU Ngày giới với phát triển mạnh mẽ khoa học-cơng nghệ góp phần giúp chất lượng sống người không ngừng nâng cao Thêm vào xâm nhập trực tiếp internet vào sống ngày nhiều Nhu cầu người ngày cao đưa đến thách thức liên quan đến việc quan sát, nhận biết, xử lý tự động liệu online cách hiệu Từ thực tiễn đó, kích thích tị mị, tìm hiểu người, nguồn cảm hứng cho ứng dụng thông minh đời Là sinh viên viện kỹ thuật Trường đại học Cơng nghệ thành phố Hồ Chí Minh, với kiến thức học với mong muốn tìm hiểu thử sức thiết kế đề tài hay thú vị việc thực thi nhu cầu người thông qua mạng internet Đề tài mà em chọn cho đồ án tốt nghiệp giúp ích cho người việc quan sát, kiểm tra từ đưa cảnh báo thực thi nhu cầu người sử dụng cụ thể áp dụng nông nghiệp có tính quy mơ lớn Trong q trình thực báo cáo, em cố gắng để hoàn thành tốt Nhưng với kiến thức non nớt thực nên khó trách khỏi sai sót mong thầy đóng góp để đề tài em hoàn thiện Em xin gửi lời cảm ơn đến thầy PGS.TS.Nguyễn Hùng để nhiệt tình quan sát, giúp đỡ hướng dẫn em qua yêu cầu đề tài Em xin chân thành cảm ơn! ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Lưu đồ chương trình tự động MƠ HÌNH VƯỜN THƠNG MINH Bắt đầu Cập nhật giá trị cài đặt từ app S Độ ẩm giá trị cài đặt Đ Đ Bơm nước mở Quạt mở, phun sương mở Bơm nước tắt Quạt tắt,phun sương tắt Kết thúc 79 S ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP MƠ HÌNH VƯỜN THƠNG MINH 5.9 Sơ đồ mạch proteus Hình 5.8 Sơ đồ nối dây 80 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP MƠ HÌNH VƯỜN THƠNG MINH 5.10 Giao diện hình Hình 5.9 Giao diện giám sát hình Hình 5.10 Giao diện điều khiển hình Hồn thành giao diện trình chiếu hiển thị thơng số điều chỉnh phần mềm Nextion 81 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP MƠ HÌNH VƯỜN THƠNG MINH CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 6.1 Kết đạt -Xây dựng nguyên lý hoạt động thuật toán phù hợp cho mơ hình -Xây dựng chương trình phần mềm Arduino IDE -Thiết kế giao diện giám sát, điều khiển cho hình phần mềm Nextion Editor -Thiết kế giao diện giám sát, điều khiển app blynk -Hồn thiện mơ hình với đầy đủ chức đề 6.2 Hướng phát triển đề tài Sau hoàn thành đề tài, với nội dung đạt được, bên cạnh đề tài cịn nhiều điểm cần cải thiện tương lai: -Mơ hình dạng mô phỏng, chưa vào giai đoạn thực nghiệm thực tế, chưa có sản phẩm cụ thể đầu hướng tới rau -Tối ưu phần khung để tăng tính thẩm mỹ hiệu việc áp dụng vào thực tế -Test cảm biến mơi trường thực để đưa số xác -Mở rộng theo dõi, giám sát điều khiển tảng website, tích hợp thêm chức khác truy xuất liệu bất kì, tổng hợp liệu, 82 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP MƠ HÌNH VƯỜN THƠNG MINH Tài liệu tham khảo [1] Vũ Quang Hồi, Trang bị điện- điện tử, Nhà xuất giáo dục Việt Nam, 2011 [2] Cơ sở truyền động điện, Nhà xuất khoa học kỹ thuật, 2007 [3] MQTT - Tài liệu Lập trình IoT với ESP8266 Arduino (https://arduino.esp8266.vn/) [4] Bi Văn Minh, Giáo trình lập trình điều khiển xa với ESP8266-ESP32 Arduino, nhà xuất Thanh Niên [5] Nguyễn Thanh Phương, Giáo trình điều khiển tự động, Đại học cơng nghệ TP.Hồ Chí Minh (Hutech) [6] http://arduino.vn/bai-viet/893-cach-dung-module-dieu-khien-dong-co-l298ncau-h-de-dieu-khien-dong-co-dc [7] https://arduinokit.vn/cai-dat-esp8266-voi-blynk/?amp=1 [8] https://teky.edu.vn/blog/cong-nghe-iot-la-gi/ [9] https://truetech.com.vn/internet-of-things-iot-internet-van-vat-trong-doi-songva-doanh-nghiep/ [10] http://viryatechnologies.com/iot-trong-cham-soc-suc-khoe-y-te/ [11] https://www.vnecotec.com/6-ung-dung-iot-trong-toa-nha-va-nha-o-thongminh/ [12] https://hachi.com.vn/ [13] https://hachi.com.vn/ [14] https://danviet.vn/da-nang-bo-chon-phon-hoa-8x-ve-que-trong-vuon-rauthong-minh-40-dau-tien-tai-viet-nam-20210412155420233.htm [15] https://resources.cystack.net/http-va-https-la-gi [16] https://taowebsite.com.vn/danh-gia-000webhost-cho-thiet-ke-web-wordpress/ [17] https://dientu360.com/nodemcu-lua-wifi-esp8266 [18] https://tapit.vn/chuc-nang-nhap-xuat-tin-hieu-gpio-tren-nodemcu-esp32-devkit-va-nhung-luu-y-khi-su-dung/ [19] https://storelinhkien.com/san-pham/dht11/ 83 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP MƠ HÌNH VƯỜN THƠNG MINH [20] https://howtomechatronics.com/projects/arduino-radar-project/ [21] https://vietmachine.com.vn/huong-dan-su-dung-cam-bien-nhiet-do-va-do-amcua-dht11-dht22-bang-arduino.html [22] https://nshopvn.com/product/man-hinh-cam-ung-nextion-nx4024t032-3-2inch/ [23] https://nshopvn.com/product/man-hinh-cam-ung-nextion-nx4024t032-3-2-inch/ [24] https://banlinhkien.shop/man-hinh-cam-ung-hmi-uart-nextion-5-inchnx8048k050 [25] https://banlinhkien.shop/man-hinh-cam-ung-hmi-uart-nextion-5-inchnx8048k050 [26] https://banlinhkien.shop/man-hinh-cam-ung-hmi-uart-nextion-5-inchnx8048k050 [27] https://banlinhkien.shop/man-hinh-cam-ung-hmi-uart-nextion-5-inchnx8048k050 [28] https://banlinhkien.shop/man-hinh-cam-ung-hmi-uart-nextion-5-inchnx8048k050 [29] https://nshopvn.com/product/module-4-relay-voi-opto-cach-ly-5vdc/ [30] https://shopee.vn/%C4%90%E1%BA%A7u-phun-s%C6%B0%C6%A1ngsi%C3%AAu-%C3%A2m-350ml-h-c%C3%B3-%C4%91%C3%A8n-LEDi.83243015.2296002345 [31] https://nshopvn.com/product/dong-co-bom-365-12vdc/ [32] https://chieusangphilips.com.vn/den-led-thanh-5050-12v-sieu-sang/ [33] https://nshopvn.com/product/mach-giam-ap-dc-lm2596-3a/ [34] https://nguonled.vn/nguon-tong-24v2a 84 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP MƠ HÌNH VƯỜN THƠNG MINH Phụ Lục Chương trình hoạt động hệ thống: #include "DHTesp.h" #ifdef ESP32 #pragma message(THIS EXAMPLE IS FOR ESP8266 ONLY!) #error Select ESP8266 board #endif #include "Nextion.h" DHTesp dht; #define BLYNK_PRINT Serial #include #include char auth[] = "5srvxI5c5a_J4iE61oJqozQXyHPnll3U"; // PASTE YOUR AUTHENTICATION CODE HERE // Your WiFi credentials char ssid[] = "Quang Dinh"; //WIFI NAME char pass[] = "888888889"; //PASSWORD uint32_t statepump; uint32_t statefan; uint32_t statehumi; uint32_t stateled; 85 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP MƠ HÌNH VƯỜN THƠNG MINH uint32_t stateauto; int vpump=1; int vfan=1; int vhumi=1; int vled=1; float tempset,humiset; void setup() { Serial.begin(9600); nexInit(); // Blynk.begin(auth, ssid, pass); WiFi.begin(ssid,pass); Blynk.config(auth); if (WiFi.status() == WL_CONNECTED) { Blynk.connect(5); } Serial.println(); Serial.println("Status\tHumidity (%)\tTemperature (C)\t(F)\tHeatIndex (C)\t(F)"); String thisBoard= ARDUINO_BOARD; Serial.println(thisBoard); dht.setup(16, DHTesp::DHT11); // D0-DHT22 pinMode(A0,INPUT);//độ ẩm đất pinMode(5,OUTPUT);//pump-D1-IN1 pinMode(4,OUTPUT);//fan-D2 IN2 pinMode(12,OUTPUT);//humi-D6-IN3 86 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP MƠ HÌNH VƯỜN THƠNG MINH pinMode(13,OUTPUT);//led-D7-IN4 digitalWrite(5,HIGH); digitalWrite(4,HIGH); digitalWrite(12,HIGH); digitalWrite(13,HIGH); } BLYNK_WRITE(V0) { vpump = param.asInt(); //0-on } BLYNK_WRITE(V1) { vfan = param.asInt(); } BLYNK_WRITE(V2) { vhumi = param.asInt(); } BLYNK_WRITE(V3) { vled = param.asInt(); } 87 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP MƠ HÌNH VƯỜN THƠNG MINH BLYNK_WRITE(V8) { tempset = param.asInt(); } BLYNK_WRITE(V9) { humiset = param.asInt(); } NexDSButton btpump = NexDSButton(1,12, "btpump"); NexDSButton btfan = NexDSButton(1,13, "btfan"); NexDSButton bthumi = NexDSButton(1,14, "bthumi"); NexDSButton btled = NexDSButton(1,15, "btled"); NexDSButton btauto = NexDSButton(1,17, "btauto"); void loop() { //Blynk.run(); if (WiFi.status() == WL_CONNECTED) { if (Blynk.connected() == true) { Blynk.run(); } else { Blynk.connect(5); Blynk.run(); 88 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP MƠ HÌNH VƯỜN THƠNG MINH } } delay(20); float humidity = dht.getHumidity(); float temperature = dht.getTemperature(); int value=analogRead(A0); int value1=100-map(value,0,1023,0,100); delay(20); Blynk.run(); delay(20); btauto.getValue(&stateauto); delay(5); btpump.getValue(&statepump); delay(5); btfan.getValue(&statefan); delay(5); bthumi.getValue(&statehumi); delay(5); btled.getValue(&stateled); delay(5); if(!stateauto)// manual { if(statepump||vpump==0) { digitalWrite(5,LOW); } 89 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP MƠ HÌNH VƯỜN THÔNG MINH else { digitalWrite(5,HIGH); } if(statefan||vfan==0) { digitalWrite(4,LOW); } else { digitalWrite(4,HIGH); } if(statehumi||vhumi==0) { digitalWrite(12,LOW); } else { digitalWrite(12,HIGH); } if(stateled||vled==0) { digitalWrite(13,LOW); } 90 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP MƠ HÌNH VƯỜN THƠNG MINH else { digitalWrite(13,HIGH); } } else//auto { if(value1tempset) { digitalWrite(4,LOW); digitalWrite(12,LOW); } else { digitalWrite(4,HIGH); digitalWrite(12,HIGH); } } 91 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP MƠ HÌNH VƯỜN THÔNG MINH delay(20); Blynk.virtualWrite(V4, temperature); Blynk.virtualWrite(V5,humidity); Blynk.virtualWrite(V6,value1); String command1 ="tempe.txt=\""+String(temperature,1)+"\""; Serial.print(command1 ); Serial.write(0xff); Serial.write(0xff); Serial.write(0xff); String command2 ="humie.txt=\""+String(humidity,1)+"\""; Serial.print(command2); Serial.write(0xff); Serial.write(0xff); Serial.write(0xff); String command3 ="humis.txt=\""+String(value1)+"\""; Serial.print(command3); Serial.write(0xff); Serial.write(0xff); Serial.write(0xff); 92 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP MƠ HÌNH VƯỜN THƠNG MINH String command4 ="vtempset.txt=\""+String(tempset)+"\""; Serial.print(command4); Serial.write(0xff); Serial.write(0xff); Serial.write(0xff); String command5 ="vhumiset.txt=\""+String(humiset)+"\""; Serial.print(command5); Serial.write(0xff); Serial.write(0xff); Serial.write(0xff); } 93 ... HÌNH VƯỜN THƠNG MINH 2.6 Các giải pháp vườn thơng minh có Việt Nam -Công ty cổ phần công nghệ cao Hachi Việt Nam Hình 2.5 Mơ hình trồng rau Hachi [11] 17 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP MƠ HÌNH VƯỜN THƠNG MINH. .. ẩm đất 46 Hình 4.7.Mặt trước hình Nextion 47 Hình 4.8.Mặt sau hình Nextion 47 Hình 4.9.Thơng tin loại hình 49 Hình 4.10.Thơng số kỹ thuật hình 49 ĐỒ ÁN... PGS.TS NGUYỄN HÙNG Hình 4.11.Mơi trường làm việc hình 50 Hình 4.12.Hiệu suất giao diện hình 51 Hình 4.13.Bộ nhớ hình 51 Hình 4.14.Module relay 52 Hình 4.15.Đầu phun