BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM TP HỒ CHÍ MINH KHOA CƠ KHÍ CÔNG NGHỆ BÁO CÁO TIỂU LUẬN TỐT NGHIỆP ĐỀ TÀI Thiết kế chế tạo Dataloger nhiệt ẩm đất giám sát qua Sim Giáo viên hướng dẫn PGS.
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM TP HỒ CHÍ MINH KHOA CƠ KHÍ CƠNG NGHỆ BÁO CÁO TIỂU LUẬN TỐT NGHIỆP ĐỀ TÀI Thiết kế chế tạo Dataloger nhiệt - ẩm đất giám sát qua Sim Giáo viên hướng dẫn: PGS.TS Nguyễn Huy Bích K.S Cao Đức Lợi Họ tên sinh viên: Nguyễn Trọng Thiên MSSV: 18138081 Niên khóa: 2018 - 2022 Chuyên ngành: Kỹ thuật điều khiển tự động hóa TPHCM, Tháng 07/2022 THIẾT KẾ CHẾ TẠO DATALOGER NHIỆT - ẨM ĐẤT GIÁM SÁT QUA SIM Tác giả NGUYỄN TRỌNG THIÊN Khóa luận đệ trình để đáp ứng u cầu cấp Kỹ sư ngành Kỹ thuật Điều khiển Tự động hóa Giáo viên hướng dẫn: KS Cao Đức Lợi CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM ĐỘC LẬP – TỰ DO – HẠNH PHÚC TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM TPHCM KHOA CƠ KHÍ - CƠNG NGHỆ - - Ngày 31 tháng 03 năm 2022 NHIỆM VỤ TIỂU LUẬN TỐT NGHIỆP KHOA: CƠ KHÍ- CƠNG NGHỆ BỘ MƠN: Kỹ Thuật Điều Khiển Và Tự Động Hóa Họ tên sinh viên: NGUYỄN TRỌNG THIÊN Tên đề tài: Thiết kế chế tạo Dataloger nhiệt - ẩm đất giám sát qua Sim Tìm hiểu nguyên lý hoạt động, cấu tạo Dataloger Tìm hiểu nguyên lý loại cảm biến nhiệt - ẩm Thiết kế, chế tạo điều khiển thu thập liệu sử dụng SIM Thiết kế giao diện giám sát, truy xuất liệu Khảo nghiệm, đánh giá thiết bị Đề xuất phương án phát triển Nhiệm vụ giao (ghi rõ nội dung phải thực hiện): Ngày giao: 31 /03/2022 Ngày hoàn thành: Họ tên người hướng dẫn: Nội dung hướng dẫn PGS.TS Nguyễn Huy Bích 50% K.S Cao Đức Lợi 50% Nội dung yêu cầu TL thông qua Bộ môn Ngày tháng … năm 2022 Người hướng dẫn Ký tên, ghi rõ họ tên Trưởng Bộ Mơn PGS.TS Nguyễn Huy Bích K.S Cao Đức Lợi LỜI CẢM ƠN Trong thời gian làm tiểu luận tốt nghiệp, em xin chân thành cảm ơn giúp đỡ, đóng góp ý kiến nhiệt tình thầy cơ, gia đình bạn bè Em xin gửi lời chân thành cảm ơn đến thầy Cao Đức Lợi, giảng viên Bộ mơn khoa Cơ Khí – Cơng Nghệ trường ĐH Nơng Lâm TP.HCM tận tình hướng dẫn, bảo chúng em suốt trình làm tiểu luận Em xin cảm ơn thầy cô trường ĐH Nơng Lâm TP.HCM nói chung, thầy khoa Cơ Khí – Cơng Nghệ nói riêng dạy dỗ cho em kiến thức môn đại cương môn chuyên ngành, giúp cho em có sở lý thuyết vững vàng tạo điều kiện giúp đỡ chúng em suốt trình học tập Do trình độ lý luận kinh nghiệm thực tiễn hạn chế nên tiểu luận em khơng thể tránh khỏi thiếu sót, em mong nhận ý kiến đóng góp quý thầy cô để kiến thức chúng em lĩnh vực hồn thiện Sau cùng, em xin kính chúc 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 trân trọng cảm ơn! Thành phố Hồ Chí Minh, Tháng 07/2022 Sinh viên thực Nguyễn Trọng Thiên MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN iii DANH DÁCH CHỮ VIẾT TẮT .vi DANH SÁCH CÁC HÌNH vii DANH SÁCH CÁC BẢNG viii TÓM TẮT .ix CHƯƠNG I MỞ ĐẦU 1.1.Mục đích nghiên cứu 1.2.Mục tiêu đề tài 1.3.Ý nghĩa thực tiễn CHƯƠNG II: TỔNG QUAN 2.1.Tổng quan thiết bị đo đa kênh data logger .3 2.2 Tổng quan Arduino 2.3 Module SIMCOM 7670 10 2.4 Cảm biến nhiệt độ 12 2.5 Cảm biến độ ẩm .14 2.6 Cảm biến nhiệt độ SHT3X .16 2.7 Cảm biến độ ẩm đất Soil Moisture Sensor .18 2.8 Màn hình hiển thị LCD 16x2 19 2.9 Module thẻ nhớ (SD Card) .21 2.10 Mạch Thời Gian Thực RTC DS1307 25 CHƯƠNG III:NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 26 3.1 Đối tượng nghiên cứu .26 3.2 Thiết bị nghiên cứu 26 3.3 Sơ đồ tổng quát 26 CHƯƠNG IV: THỰC HIỆN ĐỀ TÀI - KẾT QỦA NGHIÊN CỨU VÀ KHẢO NGHIỆM 27 4.1 Thực đề tài .27 4.1.1 Sơ đồ tổng quát .27 4.1.2 Lưu đồ giải thuật 28 4.2 Nguyên lí làm việc thiết bị thu thập tín hiệu 29 4.3 Sơ đồ liên kết Arduino với linh kiện 29 4.4 Sơ đồ nguyên lí hệ thống thu thập liệu 30 4.5 Thiết kế mạch 31 4.6 Mạch thực tế .34 4.7 Kết thị lên Web Thingspeak .36 4.8 Kết thu lưu vào Notepad lưu trữ SD Card .37 4.9 Thiết kế mạch 38 4.9.1 Các bước thực 38 4.9.2 Kết khảo nghiệm 38 4.9.3 Nhận xét 38 CHƯƠNG V:KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN .39 5.1 Kết luận 39 5.2 Hướng phát triển 40 TÀI LIỆU THAM KHẢO 41 PHỤ LỤC 42 DANH DÁCH CHỮ VIẾT TẮT LCD: Liquid Crystal Display I2C: Inter-Integrated Circuit SDA: Serial Data SCL: Serial Clock SPI: Serial Periphe SCK: Serial Clock MISO: Master Input Slave Output MOSI: Master Ouput Slave Input DANH SÁCH CÁC HÌNH Hình 2.1:Board mạch Arduino UNO R3 .5 Hình 2.2: Thơng số Kỹ thuật Arduino Uno R3 .7 Hình2.3: Module SIMCOM 7670C 10 Hình 2.4: Cấu tạo cảm biến đo nhiệt độ dùng điốt tranzitor 13 Hình 2.5:Cảm biến SHT3X 16 Hình 2.6: Cảm biến độ ẩm đất Soil Moisture Sensor 18 Hình 2.7: Màn hình LCD 19 Hình 2.8: Module SD Card 22 Hình 2.9: Sơ đồ chân thẻ nhớ SD Card 23 Hình 2.10 : Module thời gian thực RTC DS1307 25 Hình 4.1: Sơ đồ tồn mạch 29 Hình 4.2: Sơ đồ nguyên lý mạch vi điều khiển thiết bị thu thập liệu Proteus 30 Hình 4.3: Thiết kế mạch in 31 Hình 4.4 Mạch in sau gia cơng .32 Hình 4.5: Mạch bên thiết bị Dataloger .33 Hình 4.6: Hình ảnh bên thiết bị 34 Hình 4.7: Thiết bị thực tế 35 Hình 4.8: Hình ảnh hiển thị lên WEB Thingspeak 36 Hình 4.9: Kết thu được lưu vào Notepad lưu trữ SD Card 37 DANH SÁCH CÁC BẢNG Bảng 2.1: Thông số Kỹ thuật Module SIMCOM 7670C 11 Bảng 2.2: Thông số Kỹ thuật SHT3X 17 Bảng 2.3: Sơ đồ chân Cảm biến độ ẩm đất Soil Moisture Sensor 19 Bảng 2.4: Sơ đồ chân LCD 16x2 21 Bảng 2.5: Chân SD Card Module 22 Bảng 2.6: Các chân chế độ SD Card 24 Bảng 4.1: Sơ đồ hệ thống Khối tổng quát thiết bị đo 27 Bảng 4.2: Lưu đồ thuật toán 28 Bảng 4.3: Kết khảo nghiệm 38 TÓM TẮT Mạch in sau gia cơng: Hình 4.4: Mạch in sau gia công 33 Mạch bên Thiết bị Dataloger: Hình 4.5 : Mạch bên thiết bị Dataloger 34 4.6 Thiết bị thực tế Hình 4.6 : Hình ảnh bên thiết bị 35 Hình 4.7: Thiết Bị thực tế 36 4.7 Kết hiển thị lên web Thingspeak Hình 4.8: Hình ảnh hiển thị lên WEB Thingspeak 4.8 Kết thu được lưu vào Notepad lưu trữ SD Card 37 Hình 4.9: Kết thu được lưu vào Notepad lưu trữ SD Card 38 4.9 Khảo nghiệm thiết bị 4.9.1 Các bước thực - Bước 1: Nạp code vào Arduino để chương trình hoạt động Bước 2: Cấp nguồn 9V cho mơ hình hoạt động Bước 3: Chuẩn bị nhiệt kế thủy ngân Bước 4: Tiến hình ghi liệu thiết bị nhiệt kế thủy ngân 4.9.2 Kết khảo nghiệm Lần đo Nhiệt độ thiết bị (0C) 34.7 29.6 28.8 24.3 30.4 Nhiệt kế thủy ngân (0C) 34.0 30.0 29.0 25.0 30.0 Sai số trung bình Sai số 2.05% 1.33% 0.68% 1.20% 1.33% 1.318% Bảng 4.3: Kết khảo nghiệm 4.9.3 Nhận xét - Đo lúc giá trị loại cảm biến nhiệt độ độ ẩm đất thời - điểm khác Hiền thị lúc LCD Web Hệ thống hoạt động tương đối ồn định Mơ hình nhỏ, gọn gàng, dễ sử dụng Mạch hoạt động ổn nhiều trường hợp đôi lúc xảy lỗi kết nối liệu từ mơ hình lên web yếu tổ mạng liệu không ổn định Thời gian cập nhật đữ liệu đo từ cảm biến tối thiểu 15 giây CHƯƠNG V: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 5.1 Kết luận 39 Sau nhiều tháng tìm hiểu nghiên cứu, em hoàn thành đề tài “THIẾT KẾ CHẾ TẠO THIẾT BỊ THU THẬP DỮ LIỆU DATA LOGGER nhiệt - ẩm đất giám sát qua Sim” thời gian quy định Về giải vấn đề đặt nội dung hình thức Đây đề tài mang tính tổng hợp bao gồm thiết kế thi cơng mạch kỹ thuật lập trình Về phần cứng, em tổng quan arduino, module SIMCOM 7670C, module SD Card, linh kiện khác, Về phần mềm, em dùng phần mềm Arduino IDE để viết chương trình cho Arduino để đọc giá trị nhận tín hiệu từ cảm biến thơng qua module SIMCOM 7670C - Ưu điểm: + Có thể đo, hiển thị giá trị nhiệt độ độ ẩm nhiều điểm đồng thời + Hiền thị lúc LCD 16x2 Web + Hệ thống hoạt động tương đối ồn định + Mơ hình nhỏ, gọn gàng, dễ sử dụng + Giao diện WEB Thingspeak đẹp, dễ truy cập cho điện thoại máy tính có kết nối mạng + Lưu liệu cảm biến vào thẻ nhớ SD file Notepad + Hình thức tương đối tốt dễ dàng sử dụng - Nhược điểm: + Tín hiệu Module Sim phụ thuộc vài chất lượng sóng + Bộ điều khiển chưa sử dụng thời gian dài nên chưa đánh giá ổn định điều khiển 5.2 Hướng phát triển Nhìn chung em chưa thiết kế điều khiển hoàn hảo ý điều khiển hoạt động tương đối tốt 40 Do vấn đề kinh tế nên đề tài sử dụng loại cảm biến nhiệt độ, độ ẩm cịn xác Để thương mại hóa thiết bị rộng rãi cần thay đổi loại cảm biến có độ xác cao Vì em có vài ý kiến riêng mơ hình sau để đại hơn: Hệ thống giám sát có thê phát triển thêm chức giám sát điều khiển thông qua điện thoại thơng minh Chúng ta có thê lẫy liệu cập nhật lên Web để tạo App đề giám sát liệu mà cần thay đối chương trình Arduino 41 TÀI LIỆU THAM KHẢO https://advancecad.edu.vn/tai-lieu-huong-dan-arduino-free/ https://www.simcom.com/product/A7670X.html https://123docz.net//document/333214-dong-ho-thoi-gian-thuc-dung-ds1307.htm http://linhkienagv.com/lap-trinh-arduino-sd-card/ https://epcb.vn/blogs/news/cam-bien-nhiet-do-do-am-so-sht3x http://arduino.vn/bai-viet/917-cam-bien-dat-va-nhung-ung-dung-hay-cua-no https://www.youtube.com/watch?v=ob4-WuTBH_Y 42 PHỤ LỤC CODE ARDUINO #include #include #include #include "RTClib.h" RTC_DS1307 rtc; #include #include File myFile; #include // i2c #include // i2c LCD LiquidCrystal_I2C lcd(0x27, 16, 2); // địa LCD #include // thư viện uart mềm SoftwareSerial gprsSerial(2, 3); // RX TX SIM #include "SHT31.h" // thư viện STH31 #define SHT31_ADDRESS 0x44 // địa SHT SHT31 sht; // dat tên cho SHT 31 unsigned long timewait; #define DEBUG true int sensorValue; void setup() { Serial.begin(115200); gprsSerial.begin(115200); SD.begin(10);// chân CS SD card 43 Wire.begin();// bắt đầu I2C rtc.begin(); sht.begin(SHT31_ADDRESS); lcd.init(); lcd.backlight();// bat den LCD sht.read(); lcd.setCursor(1, 0); lcd.print("TL TOT NGHIEP "); lcd.setCursor(3, 1); lcd.print("DATALOGGER "); Serial.println("WAIT"); sendData("AT+CRESET", 3000, DEBUG);// RESET SIM delay(25000); lcd.clear(); Serial.println("Test Begin!"); sendData("AT", 1000, DEBUG); // test nhận module SIM sendData("AT+CPIN?", 1000, DEBUG); sendData("AT+NETOPEN", 1000, DEBUG);// bật 4G sendData("AT+HTTPINIT", 1000, DEBUG);// bật chế độ HTTP Serial.println("4G HTTP Test Begin!"); lcd.clear();// xóa hình LCD delay(1000); sht.read(); sensorValue = map(analogRead(A0), 1024, 350, 0, 100); timewait = millis(); } void mainscreen() { 44 lcd.setCursor(0, 0); lcd.print("NHIET DO: "); lcd.setCursor(10, 0); lcd.print(sht.getTemperature(), 1); lcd.setCursor(14, 0); lcd.print("*C"); lcd.setCursor(0, 1); lcd.print("AM DAT: "); lcd.setCursor(8, 1); lcd.print(" "); lcd.setCursor(8, 1); lcd.print(sensorValue); lcd.print("%"); } void loop() { int Year; int Month; int Date; int Hour; int Minute; int Second; DateTime now = rtc.now(); Year = now.year(); Month = now.month(); Date = now.day(); Hour = now.hour(); Minute = now.minute(); 45 Second = now.second(); sht.read();// đọc nhiệt độ sensorValue = map(analogRead(A0), 1024, 350, 0, 100); // chuyển đổi sang % mainscreen(); myFile = SD.open("data.txt", FILE_WRITE);// mở file if (myFile) { myFile.print(Year); myFile.print("/"); myFile.print(Month); myFile.print("/"); myFile.print(Date); myFile.print(" "); myFile.print(Hour); myFile.print(":"); myFile.print(Minute); myFile.print(":"); myFile.print(Second); myFile.print("_Nhiet do_"); myFile.print(sht.getTemperature()); myFile.print(" "); myFile.print("_Do am_"); myFile.println(sensorValue); myFile.close(); } String http_str = "AT+HTTPPARA=\"URL\",\"https://api.thingspeak.com/update? api_key=QRR8MPG3NDZO4BI6&field1=" + String(sht.getTemperature(), 1) + "&field2=" + String(sensorValue) + "\""; // protocol dư liệu sendData(http_str, 100, DEBUG);// tạo liệu chờ gửi sendData("AT+HTTPACTION=0", 1000, DEBUG);// lệnh gửi data lên server 46 } String sendData(String command, const int timeout, boolean debug) { String response = ""; gprsSerial.println(command); long int time = millis(); while ( (time + timeout) > millis()) { while (gprsSerial.available()) { char c = gprsSerial.read(); response += c; } } if (debug) { Serial.print(response); } return response; } 47 ... đo độ ẩm Loại thứ nhất: dựa tượng vật lý cho phép xác định độ ẩm (ẩm kế ngưng tụ, ẩm kế điện ly) Loại thứ hai: dựa tính chất vật có liên quan đến độ ẩm (ẩm kế trở kháng) - Các loại ẩm kế: + Ẩm. .. Từ nhiệt độ xác định áp suất nhiệt độ hóa sương Thường người ta chọn dung dịch muối bão hòa cho nhiệt độ cho trước, áp suất bão hòa nhỏ tốt Ẩm kế quang: Như biết nhiệt độ hóa sương Ts nhiệt độ. .. nguyên lý hoạt động ẩm kế quang sử dụng gương phản chiếu mà nhiệt độ bề mặt điều chỉnh xác nhờ thiết bị điện cung cấp nhiệt độ Nhiệt độ gương điều chỉnh ngưỡng (Ts) Khơng khí cần đo độ ẩm dẫn qua