Hệ thống trang trại thông minh sử dụng raspberry PI4.pdf

ĐẠI HỌC CƠNG NGHIỆP TP.HCM KHOA CƠNG NGHỆ ĐIỆN KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP HỆ THỐNG TRANG TRẠI THÔNG MINH SỬ DỤNG RASPBERRY PI4 SINH VIÊN ĐOÀN QUỐC THÁI 16024171 TRƯỜNG HỒNG KHƠI 16024191 NGƠ THANH MINH 16010111 LỚP DHDI12A GVHD THS.DƯƠNG HỮU PHƯỚC TP HCM, NĂM 2020 NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… Điểm số: Điểm chữ: TP Hồ Chí Minh, ngày … tháng … năm 2020 Giáo viên hướng dẫn đồ án (Ký ghi họ tên) MỤC LỤC DANH SÁCH CÁC HÌNH VẼ iv DANH SÁCH CÁC BẢNG vi CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU VỀ ĐỀ TÀI 1.1 Đặt vấn đề 1.2 Ý nghĩa đề tài 1.3 Mục đích nghiên cứu 1.4 Kết nghiên cứu CHƯƠNG 2: MÔ HÌNH CHUỒNG TRẠI THEO HƯỚNG TỰ ĐỘNG 2.1 Nâng hạ máng ăn 2.2 Chiếu sáng chuồng trại 2.3 Nâng hạ che 2.4 Quạt thông gió làm mát 2.5 Bơm nước uống vệ sinh ống nước 2.6 Điều khiển từ xa với giao diện đồ họa VNC Viewer 2.6.1 Kích hoạt VNC Viewer Raspberry Pi 2.6.2 Kiểm tra mã IP Raspberry Pi CHƯƠNG 3: GIỚI THỆU RASPBERY PI VÀ CÁC THIẾT BỊ NGOẠI VI 10 3.1 Giới thiệu Raspberry Pi4 10 3.1.1 Sơ đồ chân Raspberry Pi 10 3.1.2 Cấu trúc phần cứng 11 3.1.3 Hệ điều hành phần mềm 12 3.2 Màn hình Waveshare 7inch HDMI Capacitive Touch Screen LCD 13 3.2.1 Thông số kỹ thuật 14 ii 3.3 Giới thiệu module IC L928N điều khiển động 14 3.3.1 Mạch điều khiển động bước động chiều L298N 14 3.3.2 Thông số kỹ thuật mạch điều khiển động L298N 15 3.3.3 Sơ đồ chân tín hiệu Module L298N 16 3.4 Giới thiệu module Relay 5v kích High/Low 17 3.5 Cảm biến cường độ ánh sáng BH1750 17 3.6 Cảm biến mưa 18 3.7 Cảm biến nhiệt độ - độ ẩm DHT11 20 CHƯƠNG 4: LẬP TRÌNH THEO QUY TRÌNH CHUỒNG GÀ THƠNG MINH VÀ THI CÔNG MẠCH ĐIỆN 22 4.1 Ngơn ngữ lập trình python 22 4.1.1 Giới thiệu python 22 4.1.2 Tính python 22 4.1.3 Code lập trình hệ thống python 23 4.2 Thiết kế tủ điều khiển mơ hình hiển thị 51 4.2.1 Thiết kế tủ điều khiển 51 4.2.2 Bảng mô phòng thiết bị 56 4.2.3 Tủ điều khiển mô hình hiển thị hồn thiện 58 4.2.4 Màn hình hiển thị chế độ điều khiển 59 CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN 62 5.1 Kết luận 62 iii DANH SÁCH CÁC HÌNH VẼ Hình 2.1: Nâng hạ máng cho gà ăn Hình 2.2: Đèn chiếu sáng Hình 2.3: Động che Hình 2.4: Quạt thơng gió Hình 2.5: Máng uống cho gà Hình 2.6: Bơm áp suất Hình 2.7: Ứng dụng VNC Viewer Hình 2.8: Hướng dẫn bật VNC Hình 2.9: Raspberry Configuration Hình 2.10: Advanced Options Hình 2.11: Kiểm tra kết nối wifi hình pi Hình 2.12: Biểu tượng VNC xuất Hình 2.13: IP raspbery pi Hình 3.1: Board Raspberry Pi 10 Hình 3.2: Sơ đồ chân GPIO Raspberry Pi4 11 Hình3.3: Chi tiết ngõ Raspberry Pi4 11 Hình3.4: Hệ điều hành NOOBS Raspbian 13 Hình 3.5: Màn hình Waveshare 7inch HDMI Capacitive Touch Screen LCD 13 Hình 3.6: Mặt sau Màn hình Waveshare 7inch HDMI Capacitive Touch Screen LCD 14 Hình 3.7: Module IC L928N điều khiển động 15 Hình 3.8: Sơ đồ chân tín hiệu Module L298N 16 Hình 3.9: Module Relay 5v kích High/Low 17 Hình 3.10: Cảm biến cường độ ánh sáng BH1750 18 Hình 3.11: Cảm biến mưa 19 Hình 3.12: Sơ đồ kết nối cảm biến mưa với Raspberry Pi4 20 Hình 3.13: Cảm biến nhiệt độ - độ ẩm DHT11 20 iv Hình 3.14: Sơ đồ kết nối DHT11 với Raspberry Pi4 21 Hình 4.1: Ngơn ngữ lập trình python 22 Hình 4.2: Thiết kế tủ điều khiển AutoCad 51 Hình 4.3: Tủ điều khiển sau cắt ghép kết nối thiết bị 52 Hình 4.4: Đấu nối thiết bị ngoại vi 53 Hình 4.5: Hồn thành sơ tủ điều khiển 54 Hình 4.6: Cấp nguồn kiểm tra 54 Hình 4.7: Hồn thiện tủ điều khiển 55 Hình 4.8: Thiết kế mơ hình hiển thị AutoCad 56 Hình 4.9: Bảng mơ thiết bị thực tế 56 Hình4.10: Đấu nối dây với thiết bị 57 Hình 4.11: Tủ điều khiển mơ hình hiển thị hoàn thiện 58 Hình 4.12: Màn hình điều khiển, hiển thị trạng thái hoạt động thiết bị cảm biến 59 Hình 4.13: Màn hình hiển thị điều khiển chiếu sáng, che, bơm nước, máng ăn quạt thông gió 60 Hình 4.15: Màn hình điều khiển che chế độ tự động tay 61 Hình 4.16: Màn hình điều khiển máy bơm, máng ăn quạt thơng gió 61 v DANH SÁCH CÁC BẢNG Bảng 3.1: Sơ đồ kêt nối chân cảm biến cường độ ánh sáng BH1750 với Raspberry Pi4 18 Bảng 3.2: Sơ đồ kết nối chân cảm biến mưa với Raspberry Pi4 19 Bảng 3.3: Sơ đồ kết nối chân DHT11 với Raspberry Pi4 21 vi Khóa luận tốt nghiệp CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU VỀ ĐỀ TÀI 1.1 Đặt vấn đề Trong 10 năm qua từ 2010 đến 2020 tốc độ phát triển chăn nuôi gia cầm nước ta tăng nhanh đạt thành tựu đáng khích lệ Tổng đàn gia cầm từ 100 triệu đến đạt gần 467 triệu con, sản lượng thịt đạt 1,2 triệu tấn, sản lượng trứng đạt 13 tỷ Tỷ trọng chăn nuôi gia cầm năm 2019 (25,3%) tăng mạnh so với năm 2018 (20,6%) Những yếu tố làm cho chăn ni gia cầm khơng cịn nghề phụ mà nhiều nơi trở thành nghề sản xuất sản xuất Nơng nghiệp Về mặt xã hội chăn ni gia cầm có vị mới, góp phần làm thay đổi nhanh chóng cấu ngành sản xuất nông nghiệp xố đói giảm nghèo Việt Nam Từ chăn ni phân tán, quy mô nhỏ, tự phát, chuyển thành chăn nuôi tập trung với quy mô lớn Năng suất chất lượng ngày tăng Vì vậy, hầu hết sở chăn nuôi muốn đầu tư công công nghệ hệ thống thiết bị tiên tiến vào chuồng trại chăn nuôi để giảm nhẹ sức lao động nặng nhọc, nâng cao suất lao động, tạo sản phẩm chăn ni có chất lượng cao ổn định, đáp ứng nhu cầu tiêu dùng nước xuất Từ tình hình thực tế trên, việc nghiên cứu thiết kế hồn thiện kiểu mẫu chuồng ni gia cầm theo hướng cơng nghiệp hố, đại hóa ngày cần thiết Nội dung báo cáo trình bày kết nghiên cứu thiết kế hệ thống trang trại thông minh sử dụng board mạch Raspberry pi4 1.2 Ý nghĩa đề tài Cùng với tiến khoa học kỹ thuật ngày hệ thống tự động đời ngày nhiều, nhiều người nghe qua biết Đối với hộ chăn ni vừa nhỏ hệ thống trang trại tự động xa lạ chi phí cho hệ thống cao Từ đó, chúng em muốn đưa hệ thống trang trại thông minh điều khiển tự động từ thiết bị động cơ,…bằng việc sử dụng board mạch Raspberry pi4 Nhằm tiết kiệm chi phí dễ tiếp xúc làm quen cho hộ chăn nuôi mơ hình tự động Khóa luận tốt nghiệp 1.3 Mục đích nghiên cứu Mục đích nghiên cứu chúng em nhằm áp dụng kiến thức học thực tế để tạo hệ thống trang trại thơng minh chạy tự động hẹn tùy chọn khác Nghiên cứu sử dụng board mạch Raspberry pi4, ngồi cịn có số thiết bị khác như:  Màn Hình Waveshare 7inch HDMI Capacitive Touch Screen LCD  Module IC L928N điều khiển động  Cảm biến nhiệt độ độ ẩm DHT11  Cảm biến mưa  Cảm biến cường độ ánh sáng BH1750 1.4 Kết nghiên cứu Từ mục tiêu, kế hoạch đặt nổ lực thành viên nhóm Chúng em đạt kết định sau:  Giao tiếp Raspberry pi4 với module như: hình HDMI, IC L928N, DHT11, BH1750 cảm biến mưa  Thiết kế giao diện điều khiển hình cảm ứng  Hẹn thời gian hoạt động cho thiết bị  Điều khiển độ sáng đèn  Lập trình điều khiển thiết bị động hoạt động theo quy trình cho trước Khóa luận tốt nghiệp CHƯƠNG 2: MƠ HÌNH CHUỒNG TRẠI THEO HƯỚNG TỰ ĐỘNG 2.1 Nâng hạ máng ăn Dùng motor nâng hạ máng ăn theo thời gian cài đặt trước điều khiển chế độ tay Hình 2.1: Nâng hạ máng cho gà ăn Ưu điểm gà ăn, ngừng cho ăn theo thời gian định trước Khi cho ăn tất gà ăn đồng loạt hết, gà không bị xô sát vào Tiết kiệm nhân công thời gian 2.2 Chiếu sáng chuồng trại Đèn chiếu sáng hoạt động dựa cảm biến ánh sáng điều khiển chế độ tay với nhiều chế độ sáng khác phù hợp với điều kiện môi trường phát triển gà ... nhỏ hệ thống trang trại tự động cịn xa lạ chi phí cho hệ thống cao Từ đó, chúng em muốn đưa hệ thống trang trại thông minh điều khiển tự động từ thiết bị động cơ,…bằng việc sử dụng board mạch Raspberry. .. trình bày kết nghiên cứu thiết kế hệ thống trang trại thông minh sử dụng board mạch Raspberry pi4 1.2 Ý nghĩa đề tài Cùng với tiến khoa học kỹ thuật ngày hệ thống tự động đời ngày nhiều, nhiều... đích nghiên cứu chúng em nhằm áp dụng kiến thức học thực tế để tạo hệ thống trang trại thơng minh chạy tự động hẹn tùy chọn khác Nghiên cứu sử dụng board mạch Raspberry pi4, ngồi cịn có số thiết