Đang tải... (xem toàn văn)
Vận dụng kiến thức đã học để nghiên cứu thiết kế và chế tạo mô hình hệ thống tưới tự động, từ đó đưa vào ứng dụng thực tiễn giúp cho việc tưới tiêu rau trồng ở nước ta có những phương án mới và đạt được hiệu quả cao. Giảm giá thành sản phẩm giúp người nông dân dễ tiếp cận tới hệ thống hơn Nâng cao năng suất của sản phẩm Đơn giản hóa khâu sản xuất và thiết kế 1.4. Phương pháp nghiên cứu Để thực hiện nội dung đề tài nghiên cứu, em tiến hành phương pháp nghiên cứu sau: • Các kết quả kế thừa Kế thừa công trình nghiên cứu của các thế hệ trước về cơ sở lý thuyết của các phần mềm lập trình và mô phỏng Kế thừa các nghiên cứu có trong thực tiễn • Định hướng nghiên cứu Nghiên cứu phần mềm lập trình arduino và mô phỏng trên máy tính Tìm ra phương pháp lập trình đơn giản, dễ sử dụng, hiệu quả • Kiểm chứng Chạy thử mô phỏng và mô hình nhiều lần, kiểm tra phát hiện lỗi và từ đó hoàn thiện hệ thống
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP KHOA ĐIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế, tích hợp hệ thống pha dung dịch phân bón tưới tự động cho vườn rau Giáo viên hướng dẫn: Nhóm sinh viên thực hiện: HÀ NỘI 05–2020 Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội Khoa Điện MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH ẢNH DANH MỤC BẢNG BIỂU LỜI NÓI ĐẦU CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ TRONG CHĂM SÓC VƯỜN RAU .7 1.1 Đặt vấn đề 1.2 Lí chọn đề tài .9 1.3 Mục tiêu đề tài 10 1.4 Phương pháp nghiên cứu 10 CHƯƠNG 2: 2.1 PHÂN TÍCH VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG .11 Cơ sở lý thuyết .11 2.1.1 Tìm hiểu vi điều khiển ARDUINO 11 2.1.2 Module wifi node MCU ESP8266 18 2.1.3 Cảm biến độ ẩm đất YL38 .25 2.1.4 Cảm biến nhiệt độ độ ẩm DHT11 .29 2.1.5 Cảm biến khối lượng Loadcell .31 2.1.6 Module ADC 24bit HX711 32 2.1.7 Một số linh kiện khác .33 2.2 Phân tích chức hệ thống .39 2.2.1 Sơ đồ khối tổng quát hệ thống .40 2.2.2 Lựa chọn linh kiện cho hệ thống 41 2.3 Thiết kế hệ thống 43 2.3.1 Yêu cầu thiết kế .43 2.3.2 Thiết kế phần cứng 44 2.3.3 Thiết kế sơ đồ nguyên lý 44 2.3.4 Giới thiệu phần mềm lập trình Arduino IDE 48 2.3.5 Giới thiệu Altium Designer .51 2.3.6 Thiết kế mạch in 53 Đồ án tốt nghiệp Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội CHƯƠNG 3: 3.1 Khoa Điện THI CÔNG VÀ CHẠY THỬ 54 Mô hệ thống .54 3.1.1 Giới thiệu phần mềm mô 54 3.1.2 Các bước tạo chương trình mơ .54 3.1.3 Một số khối lệnh sử dụng hệ thống .57 3.1.4 Chương trình hệ thống mơ 59 3.1.5 Kết mô 64 3.2 Thi cơng mơ hình 64 3.2.1 Thi công mạch .64 3.2.2 Lắp đặt mô hình .65 3.3 Lập trình hệ thống 66 3.4 Cơ chế hoạt động hệ thống 71 3.5 Hình ảnh sản phẩm hoàn thiện 71 3.5.1 Sản phẩm phần cứng 71 3.5.2 Giao diện điện thoại 72 3.5.3 Thử nghiệm sản phẩm 73 KẾT LUẬN .74 TÀI LIỆU THAM KHẢO 75 PHỤ LỤC 76 Đồ án tốt nghiệp Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội Khoa Điện DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1: Mơ hình tưới rau nhà Hình 1.2: Hệ thống tưới tiêu cơng nghệ Mĩ Hình 2.1: Sơ đồ cấu trúc vi điều khiển 11 Hình 2.2: Họ vi điều khiển intel 15 Hình 2.3: Họ vi điều khiển microchip .15 Hình 2.4: Họ vi điều khiển atmel 16 Hình 2.5: Họ vi điều khiển AMCC 16 Hình 2.6: Hình ảnh kit ESP8266 .18 Hình 2.7: Hình ảnh chân kết nối ESP8266 19 Hình 2.8: Sơ đồ nguyên lý ESP8266 20 Hình 2.9: Mơ hình cấu trúc chương trình Arduino 23 Hình 2.10: Cảm biến độ ẩm đất 26 Hình 2.11: Mạch ngun lí cảm biến độ ẩm đất 27 Hình 2.12: Đường đặc tính CB độ ẩm đất đầu analog 28 Hình 2.13: IC so sánh LM353 29 Hình 2.14: Cảm biến DHT11 29 Hình 2.15:Sơ đồ kết nối với vi điều khiển 30 Hình 2.16: Cấu trúc strain gauges .32 Hình 2.17: Module ADC HX711 33 Hình 2.18: Sơ đồ chân kết nối cảm biến lực với MCU 33 Hình 2.19: Module Rơ-le 34 Hình 2.20:Mạch ngun lí Rơ le 34 Hình 2.21: Bơm mini 5V 35 Hình 2.22: Màn hình LCD 16*2 chân kết nối 35 Hình 2.23: Module I2C .38 Hình 2.24:Van điện từ .39 Hình 2.25: Sơ đồ khối tổng quát 40 Hình 2.26: Sơ đồ khối hệ thống 44 Đồ án tốt nghiệp Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội Khoa Điện Hình 2.27:Mạch ngun lí hệ thống 45 Hình 2.28:Sơ đồ nối chân từ Esp8266 tới cảm biến 46 Hình 2.29:Mạch ngun lí rơ le 46 Hình 2.30: Sơ đồ đấu nối chân cảm biến độ ẩm đất với vi điều khiển 47 Hình 2.31: Sơ đồ nối chân cảm biến DHT11 với vi điều khiển 47 Hình 2.32: Sơ đồ nối chân cảm biến khối lượng với vi điều khiển .48 Hình 2.33: Giao diện arduino IDE 48 Hình 2.34:Menu example arduino IDE 50 Hình 2.35: Menu tools arduino IDE 50 Hình 2.36: Menu chọn board làm việc 51 Hình 2.37: Giao diện phần mềm Atilum designer .52 Hình 2.38: Mạch in 2D hệ thống .53 Hình 2.39: Mạch in 3D hệ thống .53 Hình 3.1: Giao diện phần mềm tia portalV15 54 Hình 3.2: Timer TON 58 Hình 3.3: Counter đếm lên 58 Hình 3.4: Counter đếm xuống 58 Hình 3.5:Lệnh chuyển liệu 59 Hình 3.6: Lệnh cộng tốn học 59 Hình 3.7: Hình ảnh mơ winCC 64 Hình 3.8:In mạch lên phíp đồng tẩy dung dịch muối ăn mòn 65 Hình 3.9: Hàn linh kiện lên mạch 65 Hình 3.10: Làm đế cho mơ hình 66 Hình 3.11: Lắp đặt linh kiện lên mạch gán lên mơ hình 66 Hình 3.12: Lưu đồ thuật tốn q trình trộn 68 Hình 3.13: Sơ đồ thuật tốn q trình tưới 70 Hình 3.14:Hình ảnh phần cứng sản phẩm 71 Hình 3.15: Giao diện app Blynk 72 Hình 3.16: Cấp nguồn thử nghiệm mơ hình 73 Đồ án tốt nghiệp Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội Khoa Điện DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 2-1: Chức chân RS R/W LCD 16x2 .36 Bảng 2-2: Bảng so sánh số nhu cầu đồ án module thông dụng làm khối điều khiển trung tâm 41 Bảng 2-3:Bảng so sánh số nhu cầu tính cảm biến phù hợp với đồ án 42 Đồ án tốt nghiệp Trường Đại học Cơng nghiệp Hà Nội Khoa Điện LỜI NĨI ĐẦU Như biết, nước ta nước nông lâu đời nên việc canh tác trồng trọt phổ biến Việc tưới tiêu hợp lý góp phần lớn định đến chất lượng nơng sản Ngày nay, cơng nghiệp hóa – đại hóa nước nhà ngày phát triển với biến đổi khí hậu việc áp dụng tự động hóa cho q trình sản xuất trở nên cần thiết hết Chính thế, dựa vào kiến thức thầy cô mài dũa suốt năm đại học, em định thực nghiên cứu đề tài “Thiết kế, tích hợp hệ thống pha dung dịch phân bón tưới tự động cho vườn rau” Lời đầu tiên, em xin chân thành cảm ơn tất thầy cô trường Đại học Cơng Nghiệp nói chung thầy môn Đo lường điều khiển - Trường Đại học Cơng Nghiệp Hà Nội nói riêng, suốt năm tháng em ngồi ghế nhà trường giúp đỡ em nhiều Đặc biệt, em xin gửi tới thầy Nguyễn Bá Khá thầy Hà Văn Phương lời cảm ơn sâu sắc hỗ trợ chúng em nhiều trình thực nghiên cứu đề tài Trong trình nghiên cứu, kiến thức em cịn nhiều hạn chế nên khơng thể tránh khỏi sai sót Rất mong thầy đóng góp để giúp em nhóm em hồn thiện để vững bước đường tương lai Chúng em xin chân thành cảm ơn! Đồ án tốt nghiệp Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội Khoa Điện CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ TRONG CHĂM SĨC VƯỜN RAU 1.1 Đặt vấn đề Nơng nghiệp nước ta ngành đóng vai trò quan trọng kinh tế nước nhà Thế nơng nghiệp cịn lạc hậu chưa có nhiều ứng dụng khoa học kĩ thuật áp dụng vào thực tiễn Rất nhiều quy trình kĩ thuật trồng trọt, chăm sóc tiến hành cách chủ quan không đảm bảo yêu cầu, kĩ thuật dẫn đến việc đạt suất hiệu khơng cao Có thể nói nơng nghiệp ngồi kĩ thuật trồng trọt, chăm sóc tưới nước khâu quan trọng để đảm bảo rau trồng sinh trưởng phát triển bình thường, tưới mà tùy vào loại trồng, tùy vào khí hậu, nhiệt độ, độ ẩm,… tưới tưới đủ theo yêu cầu nông học rau trồng giúp rau trồng không sinh sâu bệnh, đạt suất cao, an toàn cho sức khỏe người tiêu dùng Hiện thiết bị tưới tự động nghiên cứu, thiết kế, chế tạo đưa vào thực tiễn ngày áp dụng nhiều Thiết bị tưới đa dạng chủng loại (vòi phun mưa, phun sương, vòi nhỏ giọt bù áp, vịi khơng bù áp, dây tưới nhỏ giọt) có thông số khác phục vụ cho loại rau khác chế tạo từ nhiều nước Israel, Hàn Quốc, Đài Loan, Trung Quốc, thuận tiện cho người sử dụng lựa chọn phù hợp với nhu cầu sử dụng Nhưng chi phí giá thành cao điều đáng băn khoăn Vậy vấn đề đặt nghiên cứu thiết kế thiết bị hệ thống tưới sản xuất nước đáp ứng nhu cầu tưới theo nông học rau trồng phù hợp điều kiện kinh tế, kỹ thuật cho hiệu cao việc cần thiết cho việc phát triển diện rộng hệ thống tưới Hệ thống tưới đáp ứng độ ẩm gốc, độ ẩm khơng khí cho rau trồng phát triển tốt, hệ thống tiết kiệm nước tạo điều kiện cho rau trồng hấp thu dinh dưỡng không gây rửa trôi, thối hóa đất, khơng gây nhiễm mơi trường Đồ án tốt nghiệp Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội Khoa Điện Hình 1.2: Hệ thống tưới tiêu cơng nghệ Mĩ Hệ thống tưới nước tự động kết hợp trộn phân bón với nước tạo nên dung dịch tưới Điều giải việc không dư thừa phân bón cách truyền thống, đạt suất hiệu cao bảo vệ môi trường Cùng với việc thiết kế hệ thống tưới rau tự động giúp cho người tốn chi phí nhân cơng tưới nước giám sát thời gian tưới rau Chính nỗi lo chăm sóc rau trồng du lịch xa, cơng tác… khơng cịn hữu Với hệ thống này, việc tưới rau tự động tùy theo nhiệt độ thời tiết nắng hay mưa, độ ẩm cao hay thấp, mùa năm trở nên dễ dàng hơn… Tất điều kiện đưa vào hệ thống tính tốn đưa thời gian xác để bơm nước Người lao động phải quan tâm đến việc tưới rau, rau sinh trưởng phát triển tốt nhờ việc tưới rau phù hợp xác 1.2 Lí chọn đề tài Trộn phân bón tưới dung dịch tự động hệ thống thiết bị tưới tốt nhất, giải yêu cầu sinh trưởng rau trồng ứng dụng rộng nước phát triển Hệ thống hình thức tưới nước hợp lý, tiết kiệm sức lao động chi phí nhân cơng vốn phổ biến từ nhiều nước giới Tuy nhiên, Việt Nam vài ba năm trở lại đây, việc vận dụng hệ thống trở thành xu hướng Hệ thống Đồ án tốt nghiệp ... tài: ? ?Thiết kế, chế tạo hệ thống pha dung dịch phân bón tưới tự động cho vườn rau? ?? 1.3 Mục tiêu đề tài - Vận dụng kiến thức học để nghiên cứu thiết kế chế tạo mơ hình hệ thống tưới tự động, từ... nên cần thiết hết Chính thế, dựa vào kiến thức thầy mài dũa suốt năm đại học, em định thực nghiên cứu đề tài ? ?Thiết kế, tích hợp hệ thống pha dung dịch phân bón tưới tự động cho vườn rau? ?? Lời... trường Đồ án tốt nghiệp Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội Khoa Điện Hình 1.2: Hệ thống tưới tiêu công nghệ Mĩ Hệ thống tưới nước tự động kết hợp trộn phân bón với nước tạo nên dung dịch tưới Điều