Đang tải... (xem toàn văn)
i BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP HỒ CHÍ MINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP TÊN ĐỀ TÀI ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ, THI CÔNG MÔ HÌNH HỆ THỐNG TƢỚI RAU TỰ ĐỘNG DUNG ARDUINO NGÀNH KỸ THUẬT ĐIỆN GIẢNG VIÊN HƢỚNG DẪN Ths Huỳnh Phát Huy Sinh viên thực hiện MSSV Lớp Nguyễn Minh Phúc 1711020039 17DDCA1 Nguyễn Hồng Vinh 1711020082 17DDCA1 Phạm Quang Minh 1711020217 17DDCA1 Tp Hồ Chí Minh, tháng (ghi ngày tháng bảo vệ) iii 1 1 LỜI CẢM ƠN Lời đầu tiên em xin kính gửi đến quý Thầy Cô ở Viện Kỹ.
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP HỒ CHÍ MINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP TÊN ĐỀ TÀI ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ, THI CÔNG MƠ HÌNH HỆ THỐNG TƢỚI RAU TỰ ĐỘNG DUNG ARDUINO NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN GIẢNG VIÊN HƢỚNG DẪN: Ths.Huỳnh Phát Huy Sinh viên thực hiện: MSSV: Lớp: Nguyễn Minh Phúc 1711020039 17DDCA1 Nguyễn Hồng Vinh 1711020082 17DDCA1 Phạm Quang Minh 1711020217 17DDCA1 Tp Hồ Chí Minh, tháng …/… (ghi ngày tháng bảo vệ) i 1.1 LỜI CẢM ƠN ****** Lời em xin kính gửi đến q Thầy Cơ Viện Kỹ Thuật Hutech Trƣờng Đại học Công Nghệ TP Hồ Chí Minh lời cảm ơn sâu sắc chân thành Trong suốt thời gian từ bắt đầu học tập đến nay, Thầy Cô tận tình giảng dạy truyền đạt vốn kiến thức quý báu, giúp chúng em có thêm hiểu biết sâu lĩnh điện công nghiệp dân dụng đời sống Đặc biệt em xin chân thành cảm ơn thầy Huỳnh Phát Huy, ngƣời tận tình hƣớng dẫn, trực tiếp bảo tạo điều kiện giúp đỡ suốt trình làm đồ án tốt nghiệp Em chân thành cảm ơn ban lãnh đạo Trƣờng Đại học Cơng Nghệ TP Hồ Chí Minh cho phép tạo điều kiện thuận lợi để chúng em hoàn thành đồ án tốt nghiệp Với điều kiện thời gian nhƣ kinh nghiệm hạn chế học viên, báo cáo tránh đƣợc thiếu sót Em mong nhận đƣợc bảo, đóng góp ý kiến q thầy để em có điều kiện bổ sung, nâng cao ý thức mình, phục vụ tốt cơng tác thực tế sau Sau cùng, em xin kính chúc q thầy Viện Kỹ Thuật Hutech thật quý thầy cô dồi sức khỏe, niềm tin để tiếp tục thực sứ mệnh cao đẹp truyền đạt kiến thức cho hệ mai sau EM XIN CHÂN THÀNH CẢM ƠN! iii TĨM TẮT Nơng nghiệp ngành kinh tế chủ lực gắn bó với ngƣời Việt Nam từ lâu đời Ngày nay, nhờ áp dụng khoa học kĩ thuật vào trồng trọt chăn nuôi mà nông nghiệp gặt hái đƣợc thành tựu to lớn Tuy nhiên, thiết bị nông nghiệp cịn thơ sơ, chƣa bắt kịp cơng nghệ tiên tiến giới Xu hƣớng phổ biến tạo mạng lƣới vạn vật kết nối thông qua internet đƣợc ứng dụng nông nghiệp thơng minh theo mơ hình lớn nói chung mà cịn diện theo dạng mơ hình nhỏ nói riêng hộ gia đình Trong thực trạng kinh doanh không quan tâm đến sức khỏe ngƣời bán đặt lợi ích cá nhân cao lợi ích cộng đồng, nơng sản bẩn có nhiều hội tiếp cận gây nhiều ảnh hƣởng trầm trọng cho sức khỏe cho ngƣời tiêu dùng Đề tài “Thiết kế, thi cơng mơ hình hệ thống tƣới rau tự động dùng Arduino” mơ hình trồng rau đƣợc nhóm sinh viên thực đề tài chọn để tìm hiểu nghiên cứu nhằm giải vấn đề trồng rau an toàn cho ngƣời sử dụng Với hệ thống đƣợc thiết kế, ngƣời dùng lựa chọn loại rau điều khiển tƣới tiêu thông qua điện thoại đƣợc kết nối Internet Kết đồ án mơ hình thi cơng cho hệ thống thủy canh mức độ quy mô nhỏ với khả bật tắt bơm, hệ thống từ xa mà không cần chạm vào, ra, liệu đƣợc hiển thị thời gian thực lên hình oled giúp dễ dàng kiểm sốt thơng số dinh dƣỡng vƣờn rau Ngƣời dùng tự bật tắt thiết bị thủ cơng theo ý muốn điều khiển mình.hoặc nâng cấp, phát triển mở rộng thêm vƣờn rau sau Do thời gian thực đồ án có hạn nên nhóm sinh viên thực đề tài mong nhận đƣợc đóng góp ý kiến từ quý thầy bạn iv MỤC LỤC TĨM TẮT iv MỤC LỤC v DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT ix DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU x DANH MỤC HÌNH ẢNH xi CHƢƠNG 1: GIỚI THIỆU 1.1 TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU TRONG VÀ NGOÀI NƢỚC 1.1.1 Đặt vấn đề: 1.1.2 Tính cấp thiết vấn đề: CHƢƠNG 2: TỔNG QUAN GIẢI PHÁP 2.1 MỤC TIÊU ĐỀ TÀI 2.2 GIỚI HẠN ĐỀ TÀI 2.3 BỐ CỤC ĐỒ ÁN CHƢƠNG 3: PHƢƠNG PHÁP GIẢI QUYẾT 3.1 CÁC CƠ SỞ LÝ THUYẾT 3.1.1 Chuẩn truyền liệu nối tiếp UART 3.1.2 Giao tiếp I2C .5 3.1.3 Web Sever Cơ sở liệu 3.1.4 Lý thuyết sóng Wifi .9 3.1.5 Giao thức TCP 11 3.1.6 Độ dẫn điện dung dịch 12 3.1.6.1 Khái niệm 12 3.1.7 Độ pH .13 v 3.1.8 Kỹ thuật trồng thủy canh 14 3.2 GIỚI THIỆU CÁC LINH KIỆN SỬ DỤNG TRONG HỆ THỐNG: 17 3.2.1 PHẦN MỀM MÔ PHỎNG PROTEUS .17 3.3 ARDUINO IDE VÀ LẬP TRÌNH CHO ARDUINO 19 3.4 MÔ PHỎNG HỆ THỐNG 20 3.4.1 Mô mạch nguyên lý Proteus 20 3.5 Module Wifi ESP8266 Node MCU 26 3.5.1 Giới thiệu 26 3.5.2 Thông số kỹ thuật 26 3.6 Module Cảm biến độ dẫn điện dung dịch 27 3.6.1 Giới thiệu 27 3.6.2 Thông số kỹ thuật 29 3.7 Cảm biến nhiệt độ dung dịch DS18B20 30 3.7.1 Giới thiệu 30 3.7.2 Thông số kỹ thuật 30 3.8 Module cảm biến nồng độ pH 31 3.8.1 Giới thiệu 31 3.8.2 Thông số kỹ thuật .31 3.9 Bơm nhu động 32 3.9.1 Giới thiệu 32 3.9.2 Thông số kỹ thuật .32 3.10 Van điện từ DC 33 3.10.1 Giới thiệu 33 3.10.2 Thông số kỹ thuật 33 3.11 Động bơm nƣớc LifetTech AP3100 33 3.11.1 Giới thiệu 34 vi 3.11.2 Thông số kỹ thuật 34 3.12 SSD1306 OLED 128X64 0.96 Inch – I2C 35 3.12.1 Giới thiệu 35 3.12.2 Thông số kỹ thuật 35 3.13 Module cảm biến mực nƣớc 36 3.13.1 Giới thiệu 36 3.12.2 Thông số kỹ thuật 36 3.13 Nguồn tổ ong 36 3.13.1 Giới thiệu 36 3.13.2 Thông số kỹ thuật 37 CHƢƠNG 4: QUY TRÌNH THIẾT KẾ ( SẢN PHẨM, MƠ HÌH VẬT LÝ, MƠ HÌNH MÔ PHỎNG) 38 4.1 YÊU CẦU VÀ SƠ ĐỒ KHỐI HỆ THỐNG 38 4.1.1 Yêu cầu hệ thống .38 4.1.2 Sơ đồ khối chức khối 38 4.1.3 Chức module hệ thống 39 4.1.4 Sơ đồ chi tiết module điều khiển module thu thập liệu 40 4.1.5 Hoạt động hệ thống 41 4.2 TÍNH TỐN THIẾT KẾ HỆ THỐNG 43 4.2.1 Khối thu thập hiển thị liệu: 43 4.2.2 Khối điều khiển: .49 4.2.3 Khối Web server: 55 4.3 PHẦN MỀM SỬ DỤNG 56 4.3.1 Tóm tắt cơng đoạn thực 56 4.3.2 Chương trình Google Assistant Phần mềm Blynk 56 4.3.3 IFTTT dịch vụ web trung gian .59 vii 4.3.4 Các giai đoạn chăm sóc rau Xà lách .60 4.4 KẾT NỐI PHẦN CỨNG VÀ XÂY DỰNG CHƢƠNG TRÌNH 64 CHƢƠNG 5: THI CƠNG SẢN PHẨM ( MƠ HÌNH VẬT LÝ, CHẠY THỬ MƠ PHỎNG) .68 5.1 KẾT QUẢ: 68 5.1.1 Thi công mạch in .68 5.1.2 Mạch thực tế thi cơng mơ hình 69 5.1.2.1 Mạch thực tế 69 5.1.2.2 Thiết kế mơ hình 70 5.2 THỰC NGHIỆM: 72 5.2.1 Hoạt động khối hệ thống 72 5.2.2 Nhận xét 74 CHƢƠNG 6: ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ, KẾT LUẬN 75 6.1 Kết luận: 75 6.2 Hƣớng phát triển: 75 TÀI LIỆU THAM KHẢO 76 PHỤ LỤC 76 PHỤ LỤC 76 viii DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT PHP Hypertext Preprocessor IoTs Internet of Things UART Universal Asynchronous Receiver – Transmitter I2C Inter-Intergrated Circuit Wifi Wireless Fidelity TCP Transmission Control Protocol SRAM Static Random Access Memory EEPROM Electrically Eraseble Programmable Read Only Memory OLED Organic Light Emitting Diode EC Electrical Conductivity TDS Total Dissolved Solids PH Hydrogen Power HTTP Hyper Text Transfer Protocol HTML Hyper Text Markup Language CSS Cascading Style Sheets MCU Microprocessor Control Unit I/O Input/Output IC Integrated Circuit ix DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Bảng 3.1: Chế độ dinh dƣỡng rau theo độ dẫn điện pH 18 Bảng 4.1: Chân sử dụng chức chân khối thu thập liệu .64 Bảng 4.2: Chân sử dụng chức chân khối điều khiển 65 x DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 3.1: Chuẩn giao tiếp I2C Hình 3.2: PHP đƣợc nhúng vào trang HTML Hình 3.3: Mơ hình tƣơng tác giữ client - server: PHP MySQL Hình 3.4: Ví dụ kết nối thiết bị trơng qua wifi 10 Hình 3.5: Cấu trúc gói tin giao thức TCP 11 Hình 3.6: Hệ thống thủy canh dạng hồi lƣu 11 Hình 3.7: a) Thủy canh tầng, b) Thủy canh nhiều tầng 15 Hình 3.8: Giao diện phần mềm Proteus 8.7 18 Hình 3.9: Các linh kiện thƣ viện Arduino cho Proteus 19 Hình 3.10: Giao diện phần mềm Arduino IDE .26 Hình 3.11: Mạch nguyên lý vẽ Proteus 21 Hình 3.12: Viết code Arduino IDE .22 Hình 3.13: Module Wifi ESP8226 Node MCU 26 Hình 3.14: Pinout Module ESP8226 Node MCU 27 Hình 3.15: Đồ thị hiển thị mối quan hệ độ dẫn điện giá trị điện áp 29 Hình 3.16: Module cảm biến đo độ dẫn điện que đo 29 Hình 3.17: Cảm biến nhiệt độ DS 18B20 30 Hình 3.18: Module cảm biến đo độ pH que đo 31 Hình 3.19: Bơm nhu động 12 VDC .32 Hình 3.20: Van điện tử 12 VDC – Phi 21 .33 Hình 3.21: Máy bơm Lifet Tech AP3100 34 Hình 3.22: Oled SSD 1306 35 Hình 3.23: Module Cảm biến mực nƣớc .36 Hình 3.24: Nguồn tổ ong 12V-5A 41 Hình 4.1: sơ đồ khối tổng quát toàn hệ thống 44 xi 4.4 KẾT NỐI PHẦN CỨNG VÀ XÂY DỰNG CHƢƠNG TRÌNH a Phần cứng Thơng qua việc thiết kế hệ thống, kết nối phần cứng đƣợc thể dƣới bảng 4.1 và4.2 sau Bảng 4.1: Chân sử dụng chức chân khối thu thập liệu Pin Loại Chức Kết nối DC Power 5V Nguồn Nguồn Nguồn dƣơng +5V Ground Nguồn GND Nguồn 0V D2 TX UART D4 (RX-ESP8266) A0 INPUT Ngõ vào cảm biến Chân Signal cảm biến Ec A1 INPUT Ngõ vào cảm biến Chân Data cảm biến DS18B20 A2 INPUT Ngõ vào cảm biến Chân Signal cảm biến PH A3 INPUT Ngõ vào cảm biến Chân Signal cảm biến mực nƣớc 64 Bảng 4.2: Chân sử dụng chức chân khối điều khiển Pin Loại Chức Kết nối DC Power 3.3V Nguồn Nguồn Nguồn dƣơng +3.3V Ground Nguồn GND Nguồn 0V D3 OUTPUT Bật/tắt Relay (bơm PH IN_1 (RELAY) UP) D4 OUTPUT Bật/tắt Relay (bơm PH IN_2 (RELAY) DW) D5 OUTPUT Bật/tắt Relay (bơm H2o IN_3 (RELAY) up) D6 OUTPUT Bật/tắt Relay (bơm dung IN_4 (RELAY) dịch) D7 OUTPUT Bật/tắt Relay (Bơm trộn IN_5 (RELAY) dung dịch) D8 OUTPUT Bật/tắt Relay (Bơm phun IN_6 (RELAY) sƣơng) 65 b sơ đồ mạch điện tổng quan 66 67 CHƢƠNG 5: THI CƠNG SẢN PHẨM ( MƠ HÌNH VẬT LÝ, CHẠY THỬ MƠ PHỎNG) 5.1 KẾT QUẢ: Trong q trình thực đề tài nhóm sinh viên hồn thành đƣợc khối hệ thống nhƣ: Module Thu thập liệu Module điều khiển Khối động lực Và hồn thành việc thi cơng mạch thu thập liệu mạch nhận tín hiệu điều khiển gồm khối phụ liên quan đến khối 5.1.1 Thi công mạch in Từ sơ đồ mạch nguyên lí, sử dụng phần mềm Proteus vẽ mạch nhóm đƣợc sơ đồ mạch in PCB mạch khối thu thập liệu PCB mạch điều khiển thể hình 5.1, 5.2 Hình 5.1: PCB mạch thu thập liệu 68 Hình 5.2: PCB mạch điều khiển nhận tín hiệu 5.1.2 Mạch thực tế thi cơng mơ hình 5.1.2.1 Mạch thực tế PCB mạch thu thập liệu sau thi công thể hình 4.3: Hình 5.3: Mạch thu thập liệu sau thi công 69 Mạch Điều khiển gồm vi điều khiển điều khiển ngõ OLED hiển thị thơng số.Ngồi cịn có relay phụ trợ giúp điều khiển hệ thống tay Hình 5.4: Mạch điều khiểnsau thi cơng 5.1.2.2 Thiết kế mơ hình Sau tiến hành thiết kế khối hệ thống, nhóm tiến hành thiết kế thi cơng mơ hình cho hệ thống, hệ thống gồm khung để làm giàn trồng thủy canh khối thu thập liệu điều khiển đƣợc thiết kế thành hai hộp riêng để bảo vệ dễ quản lí hoạt động, khắc phục cố Mơ hình hệ thống sau thi cơng đƣợc mơ tả hình 5.6(a) 5.6(b): 70 (a) (b) Hình 5.5: (a), (b) Mặt trƣớc sau mơ hình sau thi cơng 71 5.2 THỰC NGHIỆM: 5.2.1 Hoạt động khối hệ thống 5.2.1.1 Khối nguồn Thơng qua tính tốn lựa chọn khối nguồn cho hệ thống, gồm nguồn tổ ong 12VDC 5VDC cấp cho hệ thống Bên dƣới hình 4.7(a) 4.7(b) mơ tả việc kiểm tra nguồn cung cấp 3.3V cho MCU khối điều khiển 5V cho khối thu thập liệu sau qua mạch giảm áp (a) (b) Hình 5.6: (a), (b) Kết kiếm tra hoạt động mạch nguồn 5.2.1.3 Khối cảm biến hiển thị Màn hình OLED hiển thị thông số cảm biến nhận đƣợc từ sở liệu đƣợc chuyển trang thông qua nút nhấn, hình ảnh 4.10 khung hiển thị thông số lần lƣợt là: Độ dinh dƣỡng Ec, nhiệt độ, độ pH mực nƣớc thùng chứa dung dịch 72 (a) (b) (c) (d) Hình 5.7: (a), (b), (c), (d) Màn hình OLED hiển thị thông số dinh dƣỡng, nhiệt độ, pH mực nƣớc 5.2.1.4 Khối điều khiển Khối điều khiển sau thi công gồm hai mạch ghép đƣợc cấp nguồn hai nguồn tổ ong 5VDC 12VDC, 5VDC cấp nguồn cho khối relay; nguồn 12VDC qua mạch chuyển áp 5VDC cấp cho mạch thu thập liệu chuyển áp thành 3.3VDC cấp cho Node MCU đƣợc thể hình 4.11(a) 4.11(b) Mạch relay 73 Node MCU đáp ứng nhanh việc nhận liệu gửi xuống trình hoạt động (a) (b) Hình 5.8: (a), (b) Mạch điều khiển sau thi công tủ điện 5.2.2 Nhận xét Các khối hệ thống sau thiết kế thi công hoạt động ổn định thông qua việc kiểm tra hoạt động khối Thời gian đáp ứng node tƣơng đối nhanh xác Hạn chế hệ thống trình hoạt động yêu cầu phải có Wifi để điều khiển từ xa 74 CHƢƠNG 6: ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ, KẾT LUẬN 6.1 Kết luận: Sau trình tìm hiểu thực với thời gian kiến thức giới hạn, nhóm thực đề tài hồn thành nội dung sau: Nghiên cứu tổng quát ứng dụng IoTs việc điều khiển thiết bị nơng nghiệp Trình bày đƣợc lý thuyết tổng quan hệ thống kỹ thuật trồng thủy canh Tìm hiểu mơ hình hệ thống IoTs lập trình thiết kế web Xây dựng phần cứng đề tài, thiết kế mạch giao tiếp cảm biến để thu thập liệu từ mơi trƣờng, từ đƣa hƣớng điều khiển hệ thống Có khả điều khiển bật tắt qua điện thoại, lệnh giọng nói Hạn chế hệ thống khơng điều khiển từ xa đƣợc khơng có wifi, nguồn cung cấp cho hoạt động phải đƣợc trì 6.2 Hướng phát triển: Đề tài “Thiết kế, thi cơng mơ hình hệ thống tƣới rau tự động dùng Arduino” đƣợc nhóm nghiên cứu thi cơng dƣới dạng mơ hình hoạt động mức độ hộ gia đình Trong tƣơng lai ứng dụng, tự động hoá chức web, lƣu trữ liệu tự động trồng nhiều loại Kết hợp thiết kế ứng dụng riêng điện thoại để thuận tiện giám sát điều khiển Phần cứng hệ thống đƣợc thiết kế phát triển dƣới dạng module để ngƣời dùng tháo lắp dễ dàng Qua hệ thống thƣơng mại hóa tƣơng lai Hƣớng tới mở rộng mơ hình thành nhiều Node để xây dựng hệ thống trồng thủy canh phạm vi lớn mà kiểm sốt đƣợc việc thu thập liệu điều khiển, đồng thời mở rộng việc quản lí sở liệu 75 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt Lập trình CSS Khai thác từ: [1] Cộng đồng Arduino Việt Nam (18/5/2016), Lập trình ESP8266 Arduino IDE Khai thác từ: http://arduino.vn/bai-viet/1172-lap-trinh-esp8266-bang-arduino-ide [2] Giới thiệu Arduino Uno R3 : http://arduino.vn/bai-viet/42-arduino-uno-r3-la-gi [3] Datasheet SSD1306 OLED 128X64 Tiếng Anh Tài liệu loại cảm biến Khai thác từ: [11]https://www.dfrobot.com/wiki/index.php/Analog_EC_Meter_SKU:DFR0300 [12]https://www.dfrobot.com/wiki/index.php/Gravity:_Analog_Electrical_Conductivi ty_Sensor_/_Meter_V2_(K%3D1)_SKU:DFR0300 [13]https://www.dfrobot.com/wiki/index.php/PH_meter(SKU:_SEN0161) PHỤ LỤC Hƣớng dẫn sử dụng thiết lập hệ thống google assistant, IFTTT, Webhook việc bật điều khiển từ xa Blynk điện thoại PHỤ LỤC Sơ đồ nguyên lý cảm biến độ dinh dƣỡng Ec hãng DF Robot: 76 77 Sơ đồ nguyên lý cảm biến nồng độ pH hãng DF Robot: 78 ... nghiệp là: ? ?Thi? ??t kế, thi cơng mơ hình hệ thống tƣới rau tự động dùng Arduino? ?? Dƣới nhóm xin trình bày tồn nội dung đồ án: ? ?Thi? ??t kế, thi cơng mơ hình hệ thống tƣới rau tự động dùng Arduino? ?? thầy... tiêu dùng Đề tài ? ?Thi? ??t kế, thi cơng mơ hình hệ thống tƣới rau tự động dùng Arduino? ?? mô hình trồng rau đƣợc nhóm sinh viên thực đề tài chọn để tìm hiểu nghiên cứu nhằm giải vấn đề trồng rau an... Phát Huy, giảng viên Trƣờng ĐH Cơng nghệ TP.HCM hƣớng dẫn 1.1.2 Tính cấp thi? ??t vấn đề: Đề tài ? ?Thi? ??t kế, thi cơng mơ hình hệ thống tƣới rau tự động dùng Arduino? ?? nhóm chọn cho đồ án tốt nghiệp
