MÔN học hệ THỐNG NHÚNG đề tài THIẾT k ế hệ THỐNG GIÁM sát AO tôm

  BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM K Ỹ THUẬT TP.HCM KHOA ĐIỆN –  ĐIỆN TỬ   BÁO CÁO MÔN HỌC HỆ THỐNG NHÚNG  ĐỀ  TÀI THIẾT K Ế HỆ THỐNG GIÁM SÁT AO TƠM  Tp.Hồ Chí Minh, tháng 05 năm 2019      MỤC LỤC PHẦN 1: TỔNG QUAN  1.  Giớ i thiệu đề tài  2.  Mục đích nghiên cứ u  3.  Đối tượ ng phạm vi nghiên cứ u  4.  Thông số giớ i hạn  5.  Phương pháp nghiên cứ u  .2 PHẦN 2: NỘI DUNG  CHƯƠNG CƠ SỞ  LÝ THUYẾT.  1.1 Mơ tả q trình ho ạt động 1.2 Board mạch intel galileo 1.3 Cảm biến nhiệt đọ LM35 1.4 Màn hình LCD 16x2 1.5 Module cảm biến mực nướ c 1.6 Relay 1.7 Động Cơ Motor Mini V2 3-9VDC 1.8 Mạch chuyển đổi I2C cho LCD .10 CHƯƠNG 2: THIẾT K Ế PHẦN CỨ NG  12 2.1 Thiết k ế sơ đồ khơí .12 2.2 Sơ đồ k ết nối mạch .12 CHƯƠNG 3: THIẾT K Ế PHẦN MỀM  15 3.1 Code thực chương trình   15 CHƯƠNG 4: K ẾT QUẢ THỰ C HIỆN VÀ HƯỚ NG PHÁT TRIỂN 18 4.1 K ết quả thực 18 4.2 Hướ ng phát triển 22     PHẦN K ẾT LUẬN  .23 TÀI LIỆU THAM KHẢO.  24     THIẾT K Ế HỆ THỐ NG GIÁM SÁT AO TÔM PHẦN 1: TỔNG QUAN Giớ i thiệu đề tài  Ngành nuôi tôm th ủy sản Việt Nam gần có bướ c phát triển vượ t b ậc cả những thông tin đáng mừ ng: Chính phủ đã định tơm nướ c lợ  là sản phẩm quốc gia k ế hoạch đạt 10 tỷ USD xuất kh ẩu tôm vào năm 2025 Tuy nhiên, thờ i gian qua, ở   nước ta xảy s ố sự cố  ảnh hưởng đến môi trường nướ c nuôi thủy sản, gây nhiều thiệt hại Môi trường nướ c ô nhiễm tạo điều kiện thuận lợ i cho dịch bệnh phát sinh Vào năm 2012, cả  nước có 100.000 ni tơm bị  dịch bệnh (gần 15% diện tích ni tơm) Trong năm 2014, 2015, tổng diện tích ni tơm nướ c lợ  bị thiệt hại vào khoảng 50.000 Nguyên nhân th ờ i tiết biến đổi, nắng nóng kéo dài dẫn đến thiếu nướ c, nhiệt độ tăng độ mặn cao làm tôm bị suy yếu, t ạo điều kiện cho mầm b ệnh phát triển gây bệnh; mầm b ệnh lưu hành rộ ng rãi; yếu t ố  đầu vào tôm giố ng, hóa chất dùng xử lý cải tạo mơi trườ ng, chế phẩm sinh học chất lượng không đả m bảo  Nuôi tôm nuôi nước Để nuôi tôm thành công, c ần đảm b ảo hàng loạt ch ỉ tiêu chất lượng nước như: nồng độ  oxy hòa tan, nhi ệt độ, độ pH, TAN, NH3, Nitrit, H2S, độ  kiềm, độ mặn, nồng độ khoáng chất, nồng độ nitrat, nồng độ phốt pho, mật độ vi khuẩn, mật độ  tảo,…phải nằm ngưỡ ng cho phép Chỉ cần số những chỉ tiêu vượ t q khỏi ngưỡ ng tơm s ẽ bị  ảnh hưở ng, chậm l ớ n, giảm s ức đề kháng, nhiễm b ệnh chết Do vậy, việc kiểm soát tất cả các chỉ tiêu chất lượng nước để k ị p thờ i xử lý nhằm đảm  bảo chúng nằm ngưỡ ng cho phép quan tr ọng Chính thế, có nhiều cơng trình nghiên cứu về vấn đề hệ thống giám sát nuôi tôm Vớ i thực tế trên, nhóm em xin tìm hi ểu nghiên c ứu đề tài “Thiết k ế hệ thống giám sát ao tơm.” mang tính ứng dụng cao, nhằm mục đích phát hi ện k ị p thờ i và cảnh báo điều ki ện ao tôm không đả m b ảo giúp người nuôi đạt suấ t cao h ạn ch ế các r ủi ro Trang   THIẾT K Ế HỆ THỐ NG GIÁM SÁT AO TÔM Mục đích nghiên cứ u  Tạo thiết bị giám sát mực nướ c ao tơm  Thiết bị có khả năng bơm nướ c ao cạn hút nước ao đầ y  Đo nhiệt độ ao tơm  Cấ p khí oxy cho ao tôm Đối tượ ng phạm vi nghiên cứ u Đối tượ ng nghiên cứ u:  Hoạt động cảm biến nhiệt độ LM35, Module cảm biến mực nướ c  Hoạt đơng đóng ngắ t relay  Gửi dữ liệu hiển thị lên LCD  Cách lậ p trình Intel galileo  Cách điều khiển động cơ   Phạm vi nghiên cứ u:  sử dụng Arduino để lậ p trình cho Galileo  Khơng k ết nối đượ c vớ i thi ết bị ngoại vi  Đề tài chỉ thực mơ hình ni tơm gi ả định Thông số giớ i hạn  Cấ p nguồn pin 9V cho board m ạch intel galileo  Không k ết nối đượ c vớ i thi ết bị ngoại vi điệ n thoại, remote Phương pháp nghiên cứ u Phương pháp nghiên cứu lý luận: thơng qua việc đọc phân tích tài li ệu c ần thiết ph ục v ụ  cho đề tài… thu thậ p tài liệu liên quan hệ thống hóa sở  lý luận, đưa quan điểm nghiên cứu cụ thể, rõ ràng, thuyết phục Trang   THIẾT K Ế HỆ THỐ NG GIÁM SÁT AO TƠM Phương pháp tiế p cận mơi trườ ng: qua khảo sát thực tiễn, nghiên cứu ứng dụng nhằm mang lại lợ i ích thiết thực, có tính ứng dụng cao có khả năng phát triển mở   r ộng Trang   THIẾT K Ế HỆ THỐ NG GIÁM SÁT AO TÔM PHẦN 2: NỘI DUNG  CHƯƠNG CƠ SỞ  LÝ THUYẾT 1.1 Mô tả q trình hoạt động Hệ thống sẽ giám sát thơng s ố về nhiệt độ, mực nướ c, cung cấ p Oxy cho ao tơm Dữ liệu sẽ đượ c hiển thị trên LCD Hệ thống có chức bơm thêm nướ c vào ao mực nướ c thấp hơm quy định hút nướ c m ực nướ c cao 1.2 Board mạch intel galileo Intel Galileo bo m ạch vi điều khiển mang ki ến trúc Intel, đượ c thiết k ế để phần cứng phần mềm có thể tương thích với Arduino shields đượ c thiết k ế cho Arduino UNO R3 Intel Galileo có thể đượ c lậ p trình Arduino IDE  Hình 1.1 Board mạch intel galileo  1.3 Cảm biến nhiệt đọ LM35 Cảm biến LM35 bộ cảm biến nhiệt mạch tích hợp xác cao mà điện áp đầ u c tỷ lệ tuy ến tính vớ i nhiệt độ  theo thang độ Celsius Chúng không yêu cầu Trang   THIẾT K Ế HỆ THỐ NG GIÁM SÁT AO TÔM cân chỉnh ngồi v ốn chúng đượ c cân chỉnh Cảm biến LM35 hoạt động cách cho giá tr ị hiệu điện thế nhất định chân Vout (chân gi ữa) ứng vớ i mức nhiệt độ  Hình 1.2 C ảm biế n LM35 Thông số k ỹ thuật: Điện áp đầu vào từ 4V đến 30V Điện áp ra: -1V đến 6V Công suất tiêu thụ là 60uA Độ phân giải điện áp đầu 10mV/oC Độ chính xác cao ở  25 C 0.5 C Tr ở kháng đầu thấ p 0.1 cho 1mA tải Độ chính xác thực tế: 1/4°C ở  nhiệt độ phịng 3/4°C ngồi kho ảng -55°C tớ i 150°C 1.4 Màn hình LCD 16x2 LCD (Liquid Crystal Display) đượ c sử dụng r ất nhiều ứng dụng Vi Điều Khiển LCD có r ất nhiều ưu điểm so vớ i dạng hiển thị khác Nó có kh ả năng hiển thị kí tự đa dạng, tr ực quan (chữ, số và kí t ự đồ họa), dễ dàng đưa vào mạch ứng dụng theo nhiều giao thức giao tiế p khác nhau, tốn r ất tài nguyên h ệ thống giá thành r ẻ…  Trang   THIẾT K Ế HỆ THỐ NG GIÁM SÁT AO TƠM  Hình 1.3 Màn hình LCD  Thơng số k ỹ thuật  Điện áp hoạt động: 5V  Hiển thị tối đa 16 ký tự  trên dòng Chức chân LCD - Chân 1: (Vss) Chân nối đất cho LCD, thi ết k ế m ạch ta nối chân v ớ i GND  mạch điều khiển  - Chân 2: VDD Là chân c ấ p nguồn cho LCD, thiết k ế m ạch ta nối chân v ớ i VCC = 5V mạch điều khiển  - Chân 3: VEE chân điều chỉnh độ tương phản LCD - Chân 4: RS Là chân ch ọn ghi (Register select) N ối chân RS v ới logic “0” (GND) logic “1” (VCC) để chọn ghi.bLogic “0”: Bus DB0-DB7 sẽ nối vớ i ghi lệnh IR LCD (ở  chế độ “ghi” - write) nối vớ i bộ đếm địa chỉ của LCD (ở  chế  độ “đọc” - read) Logic “1”: Bus DB0-DB7 sẽ nối vớ i ghi dữ liệu DR bên LCD - Chân 5: R/W chân ch ọn chế độ đọc/ghi (Read/Write) N ối chân R/W v ới logic “0” để  LCD hoạt động ở   chế  độ  ghi, nối với logic “1” để  LCD ở   chế  độ  đọc - Chân 6: E Là chân cho phép (Enable) Sau tín hi ệu đặt lên bus DB0DB7, lệnh chỉ đượ c chấ p nhận có xung cho phép c chân E - Chân - 14: DB0 - DB7 - Tám đườ ng c bus dữ li ệu dùng để  trao đổi thơng tin vớ i MPU Có chế độ sử dụng đườ ng bus này: - Chân 15: Nguồn dương cho đèn - Chân 16: GND cho đèn Trang   THIẾT K Ế HỆ THỐ NG GIÁM SÁT AO TÔM 1.5 Module cảm biến mực nướ c Modle cảm biến m ức nước đơn giản, dễ sử dụng, đo giá trị  chính xác cảm  biến đo mức nướ c khác cách có loạt đườ ng thẳng song song tiế p xúc vớ i mức nước đo để xác định kích thướ c mực nướ c Dễ dàng để chuyển giá tr ị nướ c sang analog, đầu có thể đưa trực tiế p vào board Arduino Hình 1.4 Cảm biến mực nướ c Thông số k ỹ thuật - Điện áp hoạt động: DC 3-5V - Dịng hoạt động: 20mA - Tín hiệu ngõ ra: Analog -  Nhiệt độ làm việc: 10-30 độ C - Độ ẩm làm việc: 10 - 90%Kích thướ c: 62 x 20 x 8mm 1.6 Relay Rơle (relay) chuyển mạch hoạt động điện Dòng điện chạy qua cuộn dây rơle tạo từ trườ ng hút lõi sắt non làm thay đổi cơng tắc chuyển mạch Dịng điện qua cuộn dây có th ể  đượ c b ật tắt thế  rơle có hai vị trí chuyển mạch qua lại Nó cơng tắc có tr ạng thái ON OFF Rơ le ở  tr ạng thái ON hay OFF phụ thuộc vào có dịng điện chạy qua rơ le hay khơng.  Trang   THIẾT K Ế HỆ THỐ NG GIÁM SÁT AO TÔM - Động chạy ổn định ở  3V - Tốc độ: 3V 12.000r/Min - Dòng tiêu thụ: 0.3-0.4A 1.8 Mạch chuyển đổi I2C cho LCD LCD có nhi ều chân gây khó khăn trình kế t nối chiếm dụng nhiều chân vi điều khiển? Module chuyển đổi I2C cho LCD s ẽ giải vấn đề này cho bạn, thay sử dụng tối thiểu chân c vi điều khiển để k ết nối vớ i LCD (RS, EN, D7, D6, D5 D4) v ớ i module chuyển đổi bạn chỉ cần sử dụng chân (SCL, SDA) để k ết nối Module chuyển đổi I2C hỗ tr ợ  loại LCD sử dụng driver HD44780(LCD 1602, LCD 2004, … ), kết nối với vi điề u khiển thơng qua giao ti ếp I2C, tương thích vớ i hầu hết vi điều khiển  Hình 1.8 M ạch chuyển đổ i I2C cho LCD Ưu điểm Tiết kiệm chân cho vi điều khiển Dễ dàng k ết nối vớ i LCD Thông số kĩ  thuật Điện áp hoạt động: 2.5-6V DC Hỗ tr ợ màn hình: LCD1602,1604,2004 (driver HD44780) Giao tiế p: I2C Trang 10   THIẾT K Ế HỆ THỐ NG GIÁM SÁT AO TƠM Địa chỉ mặc định: 0X27 (có thể điều chỉnh ngắn mạch chân A0/A1/A2) Kích thướ c: 41.5mm(L)x19mm(W)x15.3mm(H) Tr ọng lượ ng: 5g Tích hợ  p Jump chốt để cung cấp đèn cho LCD ngắt Tích hợ  p biến tr ở xoay điều chỉnh độ tương phản cho LCD Trang 11   THIẾT K Ế HỆ THỐ NG GIÁM SÁT AO TÔM CHƯƠNG 2: THIẾT K Ế PHẦN CỨ NG  2.1 Thiết k ế sơ đồ khơí  Hình 2.1 Sơ đồ khố i Giải thích chức khối: - Khối nguồn: Cung cấ p nguồn điện 9V cho board intel galileo - Khối cảm biến: Cảm biến mực nướ c nhiệt độ từ môi trườ ng gửi cho khối xử lý - Khối xử lý: Nhận tín hiệu t ừ c ảm biến đem xử  lý hi ển th ị l ại LCD t ừ  điều khiển động bơm hút nướ c - Khối hiển thị  điều khiển: Hiển thị giá tr ị nhiệt độ và mực nước lên LCD, điều khiển quạt quay cấp oxy cho nước điều khiển việc điều chỉnh lượng nướ c ao cho phù hợ  p 2.2 Sơ đồ k ết nối mạch K ết nối board intel galileo v ới relay động cơ   Trang 12   THIẾT K Ế HỆ THỐ NG GIÁM SÁT AO TƠM  Hình 2.2 K ết  nối relay động cơ   Sơ đồ k ết nối vớ i cảm biến LM35  Hình 2.3 k ế t nố i vớ i cảm biế n LM35 So đồ k ết nối vớ i LCD mạch chuyển đổi I2C Trang 13   THIẾT K Ế HỆ THỐ NG GIÁM SÁT AO TƠM  Hình 2.4 k ế t nố i vớ i LCD mạch chuyển đổ i I2C Chân S cảm biến mực nướ c nối vớ i chân A2 Trang 14   THIẾT K Ế HỆ THỐ NG GIÁM SÁT AO TÔM CHƯƠNG 3: THIẾT K Ế PHẦN MỀM 3.1 Code thự c chương trình  #include ; #include ; int level; int nhietdo = 0; const int Mucnuoc = A2; int sensorPin = A0;  /* cam bien muc nuoc*/  LiquidCrystal_I2C lcd(0x27,16,2); void setup() { Serial.begin(9600);  pinMode(9,OUTPUT);  pinMode(10,OUTPUT);  pinMode(11,OUTPUT);  // lcd: chon che lcd.init(); lcd.clear(); lcd.backlight(); lcd.setCursor(0, 0); Trang 15   THIẾT K Ế HỆ THỐ NG GIÁM SÁT AO TÔM lcd.print("AO TOM 2019"); lcd.setCursor(0, 1); lcd.print("Nhom READY "); delay(2000); lcd.clear();  } void loop() { level = analogRead(Mucnuoc); level = 786; lcd.setCursor(0, 1); lcd.print("Muc nuoc:"); lcd.setCursor(10,1); lcd.print(level); delay(1000); int reading = analogRead(sensorPin);  float voltage = reading * 5.0 / 1024.0;  float temp = voltage * 100.0+25; nhietdo = temp/100; lcd.setCursor(0,0); lcd.print("Nhiet do:"); lcd.setCursor(10,0); lcd.print(nhietdo); lcd.setCursor(12,0); Trang 16   THIẾT K Ế HỆ THỐ NG GIÁM SÁT AO TÔM lcd.print("do C"); digitalWrite(11,1); delay(5000); digitalWrite(11,0); if (level500&&level 700) { digitalWrite(9,0); digitalWrite(10,1); delay(3000);  }  }  Trang 17   THIẾT K Ế HỆ THỐ NG GIÁM SÁT AO TÔM CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ THỰ C HIỆN VÀ HƯỚ NG PHÁT TRIỂN 4.1 K ết quả thự c  Hình 4.1 S ản phẩ m hồn thành Khi khởi động LCD sẽ hiển thị “ AO TOM 2019’’ "Nhom READY "  Trang 18   THIẾT K Ế HỆ THỐ NG GIÁM SÁT AO TƠM  Hình 4.2 Khi khởi động hệ thố ng Trườ ng hợ  p mực nước đo đượ c 500 động  bơm nướ c vào ao tôm Trang 19   THIẾT K Ế HỆ THỐ NG GIÁM SÁT AO TƠM  Hình 4.3 mực nước đo dướ i 500 Trườ ng hợ  p mực nước đo 500 700 động  khơng thực mực nướ c phù hợ  p Trang 20   THIẾT K Ế HỆ THỐ NG GIÁM SÁT AO TƠM  Hình 4.4 Trườ ng hợ  p mực nước đo 500 dướ i 700 Trườ ng hợ  p mực nước đo 700 động sẽ hút nướ c khỏi vào ao tôm Trang 21   THIẾT K Ế HỆ THỐ NG GIÁM SÁT AO TƠM  Hình 4.5 mực nước đo đượ c 700 4.2 Hướ ng phát triển - K ết hợp đo thêm đượ c nhiều thông số khác như: nồng độ khí oxy, đo độ ẩm, đo độ phèn nướ c - K ết nối đượ c vớ i thiết bị ngoại vi gửi dữ liệu đo đượ c về điện thoại, ngườ i ni tơm có thể điều khiển thông số từ xa Trang 22   THIẾT K Ế HỆ THỐ NG GIÁM SÁT AO TÔM PHẦN K ẾT LUẬN Trong thời gian làm đề tài vớ i sự hạn chế về thờ i gian, tài li ệu, sở  vật chất hạn chế về kiến thức đòi hỏi thân chúng em ph ải cố gắng tìm tịi nhi ệt tình cơng việc nghiên cứu đề  tài Đó kết quả của thờ i gian dài n ỗ lực nghiên cứu chúng em dướ i sự hướ ng dẫn tận tình giáo viên hướ ng dẫn Với đồ án này, kiến thức học, chúng em tìm hiể u ứng dụng tạo sản phẩm phục vụ cho sống Từ đó dẫn dắt chúng em làm quen v ớ i việc ứng dụng kiến th ức học vào thực tế, tạo khả năng tự l ậ p nghiên cứu m ột v ấn đề nào Tuy nhiên q trình làm vi ệc chúng em khơng th ể tránh khỏi sai sót R ất mong quý thầy cô thông c ảm chỉ bảo Trang 23   THIẾT K Ế HỆ THỐ NG GIÁM SÁT AO TÔM TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Nguyễn Đình Phú, Trương Ngọc Anh , Giáo Trình Vi Điề u Khiể n, khoa Điện-Điện Tử, trường ĐHSPKT, Tp.HCM, 2013  [2] Lê Mỹ Hà, Phạm Quang Huy, Lậ p trình IOT vớ i Arduino, nhà xuất niên [3] Tr ần Thu Hà, Trương Thị Bích Ngà, Nguyễn Th ị  Lưỡ ng, Bùi Thị Tuy ết Đan, Phù Thị  Ngọc Hiếu, Dương Thị  Cẩm Tú, Giáo Trình Điện T ử  Cơ Bản, khoa Điện-Điện tử, trường ĐHSPKT, Tp.HCM, 2013 Trang 24 ... điều ki ện ao tôm không đả m b ảo giúp người nuôi đạt suấ t cao h ạn ch ế? ?các r ủi ro Trang   THIẾT K? ?Ế? ?HỆ THỐ NG GIÁM SÁT AO TƠM Mục đích nghiên cứ u  Tạo thiết bị? ?giám sát mực nướ c ao tôm  Thiết. .. biến tr ở xoay điều chỉnh độ tương phản cho LCD Trang 11   THIẾT K? ?Ế? ?HỆ THỐ NG GIÁM SÁT AO TÔM CHƯƠNG 2: THIẾT K? ?Ế? ?PHẦN CỨ NG  2.1 Thiết k? ?ế? ?sơ đồ khơí  Hình 2.1 Sơ đồ khố i Giải thích chức khối:... Trang 18   THIẾT K? ?Ế? ?HỆ THỐ NG GIÁM SÁT AO TƠM  Hình 4.2 Khi khởi động hệ? ?thố ng Trườ ng hợ  p mực nước đo đượ c 500 động  bơm nướ c vào ao tơm Trang 19   THIẾT K? ?Ế? ?HỆ THỐ NG GIÁM SÁT AO TƠM  Hình