Xây dựng giải pháp IOT cho vườn hoa mini

MỤC LỤC Trang bìa i Nhiệm vụ đồ án ii Lịch trình đồ án iii Lời cam đoan iv Lời cảm ơn v Mục lục vi Liệt kê hình vẽ ix Liệt kê bảng vẽ x Tóm tắt xi CHƢƠNG : TỔNG QUAN 1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ 1.2 MỤC TIÊU ĐỀ TÀI 1.3 GIỚI HẠN ĐỀ TÀI 1.4 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 1.5 BỐ CỤC CHƢƠNG : CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1.QUY TRÌNH TRỒNG HOA MƢỜI GIỜ 2.1.1 Mơ Tả quy trình trồng Hoa mƣời 2.1.2 Mơ Tả quy trình tƣới Hoa mƣời 2.2 NỀN TẢNG LÝ THUYẾT 2.2.1 Cảm biến chuyển đổi ADC 2.2.2 Khối xử lý trung tâm 11 2.2.3 Giao tiếp wifi 12 CHƢƠNG : TÍNH TỐN VÀ THIẾT KẾ 21 3.1 GIỚI THIỆU 21 3.2 TÍNH TỐN VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỆN TỬ GIÁM SÁT 21 3.2.1 Sơ đồ khối chức khối 21 3.2.2 Thiết kế khối cảm biến 22 3.2.3 Thiết kế khối giao tiếp công suất 25 vi 3.2.4 Thiết kế khối module Wifi 28 3.2.5 Khối xử lý trung tâm 29 3.2.6 Thiết kế nguồn 31 3.2.7 Sơ đồ nguyên lý toàn mạch 33 3.3.TÍNH TỐN VÀ THIẾT KẾ MƠ HÌNH CƠ KHÍ 33 3.4.TÍNH TỐN VÀ THIẾT KẾ HỆ ỨNG DỤNG ANDROID 38 3.4.1 Giới thiệu tổng quan Android mơi trƣờng lập trình Android Studio 38 3.4.2 Chức nhiệm vụ ứng dụng Android đề tài 39 3.4.3 Thiết kế giao diện Android 39 CHƢƠNG : THI CÔNG HỆ THỐNG 42 4.1 GIỚI THIỆU 42 4.2 THI CÔNG HỆ THỐNG 42 4.2.1.Thi công bo mạch 42 4.2.2.Lắp ráp kiểm tra 43 4.3.ĐÓNG GÓI VÀ THI CƠNG MƠ HÌNH 45 4.3.1.Đóng gói điều khiển 45 4.3.2.Thi cơng mơ hình 46 4.4 LẬP TRÌNH HỆ THỐNG 48 4.4.1 Phần mềm lập trình cho vi điều khiển board 48 4.4.2 Phần mềm lập trình cho điện thoại 53 4.5 TÀI LIỆU HƢỚNG DẪN SỬ DỤNG, THAO TÁC 72 CHƢƠNG : KẾT QUẢ_NHẬN XÉT_ĐÁNH GIÁ 75 5.1 KẾT QUẢ 75 5.1.1 Giai đoạn kiểm tra hiệu chỉnh hệ thống 75 5.1.2 Giai đoạn hoàn thiện hệ thống 77 5.2 NHẬN XÉT VÀ ĐÁNH GIÁ 79 5.2.1 Cảm biến độ ẩm đất FC-28 79 5.2.2 Cảm biến nhiệt độ LM35 80 5.2.3 Module wifi ESP826 80 5.2.4 KIT nhúng Arduino UNO R3 80 5.2.5 Ứng dụng ANDROID 80 vii CHƢƠNG : KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN .84 6.1 KẾT LUẬN 84 6.2 HƢỚNG PHÁT TRIỂN 84 TÀI LIỆU THAM KHẢO .86 PHỤ LỤC .87 LIỆT KÊ HÌNH ẢNH Hình 2.1 Mạch flash ADC với so sánh Hình 2.2 Analog digital hàm sin 10 Hình 2.3 Sơ đồ khối hệ thống nhúng 11 Hình 2.4 Vi điều khiển 12 Hình 2.5 The Internet of Things 15 Hình 2.6 ThingSpeak 15 Hình 3.1 Cảm biến nhiệt độ LM35 23 Hình 3.2 Cảm biến độ ẩm đất FC28 23 Hình 3.3 Sơ đồ nối dây LM35 Arduino 24 Hình 3.4 Sơ đồ nối dây FC28 Arduino 25 Hình 3.5 Relay 25 Hình 3.6 Triac 26 Hình 3.7 Bơm nƣớc Brushless Ogihara 12V-24V 26 Hình 3.8 Valve điện từ 27 Hình 3.9 Sơ đồ nối dây module Relay Arduino 27 Hình 3.10 Module Wifi ESP8266 28 Hình 3.11 IC giảm áp 3V3 AMS1117 29 Hình 3.12 Sơ đồ kết nối AMS1117 ESP8266 29 Hình 3.13 Vi điều khiển 30 Hình 3.14 Các chân kit Arduino 31 Hình 3.15 Các phận mạch SMPS thực tế 32 viii Hình 3.16 Sơ đồ ngun lý tồn mạch 33 Hình 3.17 Tủ điện tĩnh điện kín nƣớc 34 Hình 3.18 Chậu hoa 34 Hình 3.19 Khung giàn hoa 35 Hình 3.20 Khung phụ giá đỡ chậu hoa 36 Hình 3.21 Giá đỡ hệ thống bơm nƣớc điều khiển 36 Hình 3.22 Các đầu chuyển đổi đƣờng nƣớc 37 Hình 4.1 Sơ đồ bố trí linh kiện 42 Hình 4.2 Layout mạch 43 Hình 4.3 Lắp ráp chân bus kết nối 43 Hình 4.4 Mặt sau board 44 Hình 4.5 Kết nối dây chạy kiểm tra 44 Hình 4.6 Bố trí mặt hộp điều khiển 45 Hình 4.7 Hệ thống giàn hoa sau thi công 46 Hình 4.8 Bố trí hệ thống bơm nƣớc điều khiển 47 Hình 4.9 Thi cơng đƣờng ống dẫn nƣớc 47 Hình 4.10 Hình ảnh mặt trƣớc sau hoàn thành lắp đặt hệ thống tƣới tự động hoàn chỉnh 48 Hình 5.1 Giao diện ứng dụng Android 76 LIỆT KÊ BẢNG Bảng 2.1 Chọn kiểm tra parity 18 Bảng 2.2 Độ dài liệu truyền 18 Bảng 3.1 So sánh LM35 DS18B20 22 Bảng 3.2 Thông số Arduino UNO R3 29 Bảng 5.1 Kết mô giai đoạn hiệu chỉnh hệ thống 75 Bảng 5.2 Kết mơ giai đoạn hồn thiện hệ thống 77 Bảng 5.3 Chạy thử nghiệm 82 ix LIỆT KÊ SƠ ĐỒ Sơ đồ 3.1 Sơ đồ khối 21 Sơ đồ 3.2 Sơ đồ chân ATMEGA32 30 Sơ đồ 3.3 Sơ đồ khối mạch SMPS đơn giản 31 Sơ đồ 4.1 Lƣu đồ 50 x TÓM TẮT Để nông nghiệp thực mạnh Việt Nam bối cảnh hội nhập, có thƣơng hiệu mạnh đủ sức cạnh tranh thị trƣờng nƣớc quốc tế cần phải tiến hành đầu tƣ mạnh mẽ cho sản xuất nông nghiệp, mở rộng phát triển khu, vùng nông nghiệp ứng dụng công nghệ cao Hơn với thời đại công nghệ thông tin phát triển vƣợt bậc nhƣ nay, sóng wifi phủ gần nhƣ 100% thành phố lớn nhƣ Hồ Chí Minh điều kiện thuận lợi cho Internet of Things kết nối vạn vật qua Internet phát triển mạnh mẽ Do nhóm chúng em bao gồm sinh viên: Lƣ An Chiêu Nguyễn Tƣờng Hân dƣới hƣớng dẫn thầy Nguyễn Văn Hiệp tiến hành thi công thiết kế mơ hình vƣờn hoa mini thơng có khả hoạt động đƣợc ngƣời dùng giám sát trực tiếp nơi đâu lúc thơng qua sóng wifi Và thiết bị mà nhóm dùng để giao tiếp với mơ hình thiết bị mà hầu nhƣ có smartphone Nhƣ với smartphone có kết nối Internet, biết đƣợc vƣờn hoa hoạt động nhƣ nào, độ ẩm đất chúng ẩm hay khô, nhiệt độ nóng hay lạnh dù khơng có nhà Và qua điều khiển tƣới cách linh hoạt cho vƣờn hoa đƣợc phát triển cách tốt xi CHƢƠNG 1: TÍNH TỐN VÀ THIẾT KẾ Chƣơng TỔNG QUAN 1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ Hiện nƣớc ta giai đoạn công nghiệp hóa, đại hóa thiết bị máy móc tự động đƣợc đƣa vào phục vụ thay sức lao động ngƣời Vì thiết bị tƣới đƣợc nghiên cứu, thiết kế, chế tạo đƣa vào thực tiễn ngày đƣợc áp dụng nhiều Thiết bị tƣới đa dạng chủng loại (vòi phun mƣa, phun sƣơng, vịi nhỏ giọt bù áp, vịi khơng bù áp, dây tƣới nhỏ giọt… ) có thơng số khác phục vụ cho loại khác đƣợc chế tạo từ nhiều nƣớc nhƣ Israel, Hàn Quốc, Đài Loan, Trung Quốc, thuận tiện cho ngƣời sử dụng lựa chọn phù hợp với nhu cầu sử dụng Hơn nữa, với việc thiết kế hệ thống tƣới tự động giúp cho ngƣời tƣới nƣớc, giám sát độ ẩm nhiệt độ vƣờn hoa nơi đâu Đồ án “Xây dựng giải pháp IoT cho vƣờn hoa mini” đƣợc xây dựng hệ thống nhúng tiêu tốn lƣợng giao tiếp với ngƣời thông qua ứng dụng điện thoại thông minh 1.2 MỤC TIÊU ĐỀ TÀI Đồ án “Xây dựng giải pháp IoT cho vƣờn hoa mini” hƣớng đến mục tiêu thiết kế vƣờn hoa, vƣờn rau cho nhà, chung cƣ, văn phịng có diện tích khơng gian nhỏ hẹp nhƣ ban công, sân, vƣờn Hệ thống đƣợc động tự động theo điều kiện thời gian, nhiệt độ độ ẩm đất trồng, đồng thời hệ thống hoạt động cách điều khiển tay Các thông số môi trƣờng trạng thái hoạt động bơm valve đƣợc thể điện thoại thông minh 1.3 GIỚI HẠN ĐỀ TÀI  Sóng wifi phải ln đƣợc phủ sóng hệ thống hoạt động  Số lƣợng tầng tầng BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP CHƢƠNG 1: TÍNH TỐN VÀ THIẾT KẾ  Cơng suất máy bơm nƣớc 24V/26W, hệ thống dùng máy bơm  Công suất valve điện từ 12V/5W, hệ thống dùng valve, valve để đóng ngắt nguồn nƣớc, valve để đóng ngắt tầng  Hệ thống sử dụng cảm biến độ ẩm đất cảm biến nhiệt độ  Hệ thống sử dụng kênh relay kênh module relay Làm lãng phí kênh  Hệ thống cần đƣợc set up mạng wifi trƣớc giao tiếp với điện thoại  Cảm biến độ ẩm đất dễ bị ăn mòn sử dụng lâu ngày  Truyền nhận liệu điện thoại kit nhúng phụ thuộc vào thingspeak 1.4 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU:  NỘI DUNG 1: Các giải pháp thiết kế hệ thống, mô hình tƣới hoa  NỘI DUNG 2: Thiết kế mơ hình  NỘI DUNG 3: Thiết kế hệ thống điều khiển  NỘI DUNG 4: Thiết kế hệ thống thu thập liệu  NỘI DUNG 5: Thiết kế ứng dụng android  NỘI DUNG 6: Đánh giá kết thực 1.5 BỐ CỤC:  Chƣơng 1: Tổng Quan Chƣơng nói vấn đề nhóm chọn đề tài, giới hạn đề tài, mục tiêu đề tài, nội dung nghiên cứu bố cục luận văn  Chƣơng 2: Cơ Sở Lý Thuyết Chƣơng nói tảng lý thuyết chuẩn giao tiếp, nguyên lý hoạt động linh kiện điện tử nhƣ khái niệm có liên quan mà nhóm liệt kệ dựa mục tiêu đề tài  Chƣơng 3: Thiết Kế Tính Tóan Chƣơng nói bái tốn thiết kế, lựa chọn linh kiện dựa so sánh linh kiện phổ biến có khả đáp ứng đƣợc yêu cầu đề tài BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CƠNG NGHIỆP CHƢƠNG 1: TÍNH TỐN VÀ THIẾT KẾ  Chƣơng 4: Thi công hệ thống Chƣơng nói quy trình thi cơng hệ thống dựa tiêu chí linh kiện đƣợc chọn chƣơng  Chƣơng 5: Kết quả, nhận xét, đánh giá Chƣơng nói q trình chạy thực nghiệm đề tài qua nhóm nhận xét, đánh giá khắc phục  Chƣơng 6: Kết luận hƣớng phát triển Chƣơng nói kết luận nhóm sau khắc phục lỗi đề tài chƣơng hƣớng phát triển đề tài tƣơng lai BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP CHƢƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT Chƣơng CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 QUY TRÌNH TRỒNG HOA MƢỜI GIỜ 2.1.1 Mơ Tả quy trình trồng Hoa mƣời [1] Hoa 10 có tên tiếng Anh Portulaca hay cịn gọi Moss Roses hoa trơng nhƣ đóa hồng nhỏ xinh xinh Những phiến mƣời nhiều, nhỏ mọng nƣớc Tên gọi hoa mƣời xuất phát từ đặc tính nở hoa Hàng ngày, hoa nở nắng đứng bóng khoảng lúc 'mƣời giờ' lại nhanh chóng khép lại chiều vừa chớm Cây hoa mƣời đƣợc đánh giá lồi dễ trồng, khơng tốn cơng chăm sóc thích hợp với ngƣời bắt đầu trồng hoa Đơn giản nhƣng mƣời đem lại nhiều thú vị với hoa sặc sỡ nhiều màu sắc nhƣ đỏ, cam, hồng, vàng, trắng Chọn đất: Hoa mƣời ƣa hạn nên cần chọn loại đất thoát nƣớc tốt nhƣ không trữ nƣớc Thông thƣờng chọn đất cát theo tỉ lệ 2/5 đất, 2/5 cát phần cịn lại pha thêm phân mùn để cung cấp thêm chút dinh dƣỡng cho hoa Tuy vậy, có đất cát theo tỉ lệ 1:1 mƣời phát triển tốt Chăm cây: Hoa mƣời cần nhiều ánh sáng để quang hợp phát triển nên cần để hƣớng đón đƣợc nhiều nắng Nếu trồng vƣờn nên chọn góc quang đãng để mƣời đón trọn đƣợc nắng ngày; trồng giị treo nhƣ Là lồi ƣa hạn nên mƣời không cần tƣới nhiều, tuần lần vừa đủ Trong điều kiện Việt Nam có mƣa mùa hè thấy đất thật khô bắt đầu tƣới Quá nhiều nƣớc khiến mƣời dễ bị úng mà chết BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP PHỤ LỤC Bƣớc 2: Sau download xong, bấm chuột phải vào file vừa download arduino-1.6.4-windows.zip chọn “Extract here” để giải nén Bƣớc 3: Copy thƣ mục arduino-1.6.4 vừa giải nén đến nơi lƣu trữ Bƣớc 4: Chạy file thƣ mục arduino-1.6.4\ để khởi động Arduino IDE BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP 97 PHỤ LỤC b Cài đặt Driver Đầu tiên, chạy file arduino-1.6.4\drivers\dpinst-x86.exe (Windows arduino-1.6.4\drivers\dpinst-amd64.exe (Windows x64) Cửa sổ x86) “Device Driver Installation Wizard” ra, chọn Next để tiếp tục Khi có yêu cầu xác nhận cài đặt driver, chọn “Install” BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP 98 PHỤ LỤC Đợi khoảng 10 giây lúc trình cài đặt diễn … Quá trình cài đặt hồn tất Bấm “Finish” để BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP 99 PHỤ LỤC (A) Toolbar :  Arduino Toolbar: có số button chức chúng nhƣ sau :  Verify : kiểm tra code có lỗi hay khơng  Upload: nạp code soạn thảo vào Arduino  New, Open, Save : Tạo mới, mở Save sketch  Serial Monitor : Đây hình hiển thị liệu từ Arduino gửi lên máy tính tổ hợp phìm CTRL + SHIFT + M  Arduino Menu : BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP 100 PHỤ LỤC  File menu : Trong file menu quan tâm tới mục Examples nơi chứa code mẫu ví dụ nhƣ: cách sử dụng chân digital, analog, sensor  Sketch menu :  Verify/ Compile : chức kiểm tra lỗi code  Show Sketch Folder : hiển thị nơi code đƣợc lƣu  Add File : thêm vào Tap code  Import Library : thêm thƣ viện cho IDE (B) Nạp code (C) Vùng debug c Cấu hình Arduino IDE Bƣớc : Vào menu Tools → Board → chọn Arduino bạn sử dụng Bƣớc : Vào menu Tools → Serial Port → chọn cổng Arduino kết nối với BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CƠNG NGHIỆP 101 PHỤ LỤC máy tính Ở máy COM3 Bƣớc : Vào menu Tools → Programmer → chọn AVRISP mkll BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP 102 PHỤ LỤC Hƣớng dẫn cài đặt sử dụng phần mềm  Cài đặt phần mềm: Download file cài đặt phần mềm trang web thức: https://developer.android.com/studio/index.html Sau download thành công, tiến hành cài đặt phần mềm Bƣớc 1: Chọn Next để tiếp tục BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP 103 PHỤ LỤC Bƣớc 2: Chọn cài Ở phần bạn nên chọn thêm Android SDK ta sử dụng Genymotion sử dụng trực tiếp thiết bị điện thoại để mơ chƣơng trình Chọn Next để tiếp tục Bƣớc 3: Chọn Agree để đồng ý với điều khoản tiếp tục BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP 104 PHỤ LỤC Bƣớc 4: Chọn nơi cài đặt Android Android SDK (nên để mặc định) Chọn Next để tiếp tục Bƣớc 5: Chọn Install để cài đặt Quá trình cài đặt diễn lâu BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP 105 PHỤ LỤC Bƣớc 6: Sau cài đặt xong, chọn Next Bƣớc 7: Kết thúc cài đặt khởi chạy ứng dụng chọn Finish BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP 106 PHỤ LỤC  Tạo project tiến hành chạy mô Genymotion Ở lần khởi chạy ứng dụng đầu tiên, chƣơng trình tiến hành cài đặt vài cơng cụ chọn kiểu giao diện Sau hồn tất trình Bƣớc 1: Tiến hành tạo Project Bạn chọn File / New / New Project Bƣớc 2: Chọn tên nơi lƣu trữ Project Chọn Next để tiếp tục BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP 107 PHỤ LỤC Bƣớc 3: Chọn loại thiết bị lập trình, chọn số API (giao diện lập trình ứng dụng) Chọn Next để tiếp tục Bƣớc 4: Chọn loại giao diện Chọn Next để tiếp tục BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP 108 PHỤ LỤC Bƣớc 5: Thiết lập lại tên giao diện tiêu đề Chọn Finish để kết thúc trình tạo Project  Thiết kế, viết chƣơng trình chạy mơ BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP 109 PHỤ LỤC Sau tạo đƣợc Project, tiến hành thiết kế giao diện viết chƣơng trình Ở đây, ta sử dụng widget mà Android Studio cung cấp cột bên trái để thiết kế giao diện cho phù hợp với ứng dụng muốn viết, thiết lập thơng số đối tƣợng widget dựa vào bảng Properties bên phải Click Run tổ hợp phím Shift + F10 Để biên dịch chạy ứng dụng - Nếu sử dụng điện thoại để chạy thử ứng dụng Cần mở Explorer truy cập vào địa lƣu trữ Project copy file *.apk ứng dụng vào điện thoại để sử dụng BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP 110 PHỤ LỤC - Nếu sử dụng Genymotion cần khởi động Genymotion trƣớc chọn thiết bị mô sau chạy ứng dụng Click OK để mơ Và kết BỘ MƠN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP 111 ... thiết kế hệ thống tƣới tự động giúp cho ngƣời tƣới nƣớc, giám sát độ ẩm nhiệt độ vƣờn hoa nơi đâu Đồ án ? ?Xây dựng giải pháp IoT cho vƣờn hoa mini? ?? đƣợc xây dựng hệ thống nhúng tiêu tốn lƣợng giao... dụng điện thoại thông minh 1.2 MỤC TIÊU ĐỀ TÀI Đồ án ? ?Xây dựng giải pháp IoT cho vƣờn hoa mini? ?? hƣớng đến mục tiêu thiết kế vƣờn hoa, vƣờn rau cho nhà, chung cƣ, văn phịng có diện tích khơng gian... Chƣơng CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 QUY TRÌNH TRỒNG HOA MƢỜI GIỜ 2.1.1 Mơ Tả quy trình trồng Hoa mƣời [1] Hoa 10 có tên tiếng Anh Portulaca hay cịn gọi Moss Roses hoa trơng nhƣ đóa hồng nhỏ xinh xinh Những