(Đồ án hcmute) hệ thống tưới tự động cho cây cà phê

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ - TRUYỀN THÔNG HỆ THỐNG TƯỚI TỰ ĐỘNG CHO CÂY CÀ PHÊ GVHD: ThS PHẠM TỶ PHÚ SVTH: ĐOÀN VIỆT ĐỨC MSSV: 11141052 SKL 0 4 Tp Hồ Chí Minh, tháng 2/2016 an BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬTTP HỒ CHÍ MINH KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ BỘ MƠN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP HCMUTE Đề tài:HỆ THỐNG TƯỚI TỰ ĐỘNG CHO CÂY CÀ PHÊ NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ TRUYỀN THƠNG Sinh viên: Đồn Việt Đức MSSV:11141052 GVHD: Ths Phạm Tỷ Phú Tp.Hồ Chí Minh, 2/2016 an PHẦN A GIỚI THIỆU i an TRƯỜNG ĐH SƯ PHẠM KỸ THUẬT CỘNG HÒA Xà HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TP HỒ CHÍ MINH ĐỘC LẬP - TỰ DO - HẠNH PHÚC KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ Tp HCM, ngày 23 tháng năm 2016 NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên: Đoàn Việt Đức Chuyên ngành: Kỹ thuật Điện-Điện tử Hệ đào tạo: Đại học quy Khóa: 2011 I TÊN ĐỀ TÀI: MSSV: 11141052 Mã ngành: 141 Lớp: 11141DT2D HỆ THỐNG TƢỚI TỰ ĐỘNG CHO CÂY CÀ PHÊ II NHIỆM VỤ Các số liệu ban đầu: - Tìm hiểu sơ qua Arduino - Tìm hiểu nghiên cứu hệ điều hành Android - Đặc tính cà phê môi trường hoạt động địa phương Nội dung thực hiện: - Tìm hiểu giao thức truyền nhận sóng RF - Tiến hành nghiên cứu đưa giải pháp hoạt động đề tài, thiết kế - Tìm hiều giao tiếp Arduino Module thu phát sóng NRF24l01 - Tìm hiểu giao tiếp Arduino Module Ethernet Shield - Tìm hiểu Mạng Ethernet, Nat Port đưa ngồi Internet - Tìm hiểu giao tiếp Arduino cảm biến độ ẩm đất - Thiết kế thi công mạch công suất điều khiển van điện từ động máy bơm nước - Thiết kế viết ứng dụng Android đơn giản - Kết nối khối với cách hoàn chỉnh - Tiến hành chạy thử cân chỉnh - Tiến hành đưa thực tế vận hành - Viết báo cáo đề tài III NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 10/10/2015 IV NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 23/01/2016 V HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: Ths Phạm Tỷ Phú CÁN BỘ HƯỚNG DẪN BM ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP ThS PHẠM TỶ PHÚ ii an TRƯỜNG ĐH SƯ PHẠM KỸ THUẬT CỘNG HÒA Xà HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TP HỒ CHÍ MINH ĐỘC LẬP - TỰ DO - HẠNH PHÚC KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ Tp HCM, ngày 23 tháng năm 2016 LỊCH TRÌNH THỰC HIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên: Đoàn Việt Đức Lớp: 11141DT2D MSSV: 11141052 Tên đề tài: HỆ THỐNG TƯỚI TỰ ĐỘNG CHO CÂY CÀ PHÊ Tuần/ngày Nội dung Xác nhận GVHD GV HƯỚNG DẪN (Ký ghi rõ họ tên) iii an LỜI MỞ ĐẦU Trong thời đại kỷ 21, với phát triển nhảy vọt trình độ khoa học kỹ thuật, người tạo nên phát triển nhiều cơng trình khoa học mang tính tầm cỡ Với thay dần máy móc cho người nhiệm vụ mang tính xác tập trung cao kết đạt hồn tồn tin cậy đánh giá cao Điều thực có ý nghĩa to lớn góp phần tăng thêm giá trị chất lựợng sống Trong đồ án tốt nghiệp này, Hệ Thống Tƣới Cây Cà Phê Tự Động khơng nằm ngồi ý nghĩa Đây đề tài ứng dụng thú vị mà nhiều nhà nghiên cứu, cá nhân công ty đã, không ngừng nghiên cứu cho đời sản phẩm khác nhu cầu thực tiễn đa dạng phương pháp tiếp cận Trong đề tài trình bày vấn đề liên quan tới kiến thức tảng xây dựng nên đồ án Người thực báo cáo sử dụng phần mềm lập trình Arduino IDE để lập trình cho phần mềm hệ thống Ngồi người thực báo cáo cịn quan sát trực tiếp lây kinh nghiệm từ người nông dân trồng cà phê để đưa hướng phát triển thực để đạt hiệu tốt giúp nâng suất đạt lợi ích kinh tế cao Trải qua khoảng thời gian nghiên cứu thực hiện, người thực báo cáo xây dựng Hệ thống tƣới cà phê tự động với nguyên tắc hoạt động sau: Khi trời khô hạn thời gian dài, ảnh hướng đến cà phê cảm biến độ ẩm vùng gửi liệu cho vi điểu khiển để vi điều khiển đưa liệu lên website để ngừoi nơng dân nắm rõ tình trạng vườn cà phê, đồng thời hệ thông tự động hoạt động tưới để đảm bảo cho cà phê có lượng nước tốt khơng bị thiếu nước iv an LỜI CAM ĐOAN Đề tài tự thực dựa vào số tài liệu không chép từ tài liệu hay cơng trình có trước LỜI CẢM ƠN Người thực báo cáo xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới thầy Phạm Tỷ Phú thầy Phan Vân Hồn tận tình giúp đỡ, bảo, hướng dẫn người thực báo cáo thực suốt trình thực đề tài Trong thời gian làm việc với thầy, người thực báo cáo khơng tiếp thu thêm nhiều kiến thức bổ ích mà học tập tinh thần làm việc, thái độ nghiên cứu khoa học nghiêm túc, hiệu thầy điều cần thiết cho người thực báo cáo trình học tập công tác sau Đồng thời người thực báo cáo xin cảm ơn thầy cô Khoa Điện Điện Tử tạo điều kiện, cung cấp cho người thực báo cáo kiến thức bản, cần thiết để người thực báo cáo có điều kiện đủ kiến thức để thực trình nghiên cứu Đồng thời, người thực báo cáo xin cảm ơn thành viên lớp 11141DT2D có ý kiến đóng góp, bổ sung, giúp người thực báo cáo hoàn thành tốt đề tài Ngoài ra, người thực báo cáo nhận bảo anh (chị) trước Các anh (chị) hướng dẫn giới thiệu tài liệu tham khảo thêm việc thực nghiên cứu Trân trọng Sinh viên thực đồ án Đoàn Việt Đức v an MỤC LỤC Trang bìa i Phần A i Nhiệm vụ đồ án ii Lịch trình iii Lời mở đầu iv Cam đoan v Lời cảm ơn vi Mục lục vii Liệt kê Hình ảnh xi Liệt kê bảng …………………………………………………………………… xiii Phần B xiv Chƣơng TỔNG QUAN ĐỀ TÀI 1.1.Giới thiệu tình Hình nghiên cứu 1.2.Tính cấp thiết đề tài 1.3.Mục tiêu nghiên cứu 1.4.Nhiệm vụ nghiên cứu 1.5.Đối tượng phạm vi nghiên cứu 1.6.Phương pháp nghiên cứu 1.7.Bố cục đồ án Chƣơng CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1.Kit Arduino Uno R3 2.1.1.Lịch sử đời Arduino 2.1.2.Các loại board mạch Arduino 2.1.3.Một số ứng dụng bật Board Arduino .7 2.1.4.Tổng quan Kit Arduino Uno R3 2.1.4.1.Thông số Arduino Uno R3 10 2.1.5.Tổng quan kit arduino mega 2560 11 2.1.6.Cấu trúc phần mềm lập trình cho Arduino 13 2.1.6.1.Download cài cài đặt Arduino IDE 13 2.1.6.2.Lập trình cho Arduino 13 2.2.Module Internet Shield 14 2.2.1 Hình ảnh thực tế 14 vi an 2.2.2 Tổng quan arduino Ethernet Shield 15 2.2.3 Cấu Hình phần cứng .16 2.2.4 Mô tả Chức Năng 16 2.3 Giới thiệu module truyền phát NRF24l01 17 2.3.1 Thông số kỹ thuật 17 2.3.2 Phân tích 18 2.4 Opto Moc3020 Triac Bta16 .18 2.4.1 Opto Moc3020 19 2.4.2 Triac Bta16 .19 2.5 Cảm biến độ ẩm đất .19 2.6.Van điện từ 20 2.6.1 Giới thiệu 20 2.6.2 Cấu tạo 21 2.7 Giao diện SPI 22 2.7.1 Giới thiệu 22 2.7.2 Chuẩn truyền thông SPI 23 2.7.2.1 Cấu trúc SPI 23 2.8 Tổng quan Ethernet 25 2.8.1 Cấu trúc khung tin Ethernet .25 2.8.2 Cấu trúc địa Ethernet 27 2.8.3 Đặc tính điện 27 2.8.4 Các loại khung Ethernet 28 2.8.4.1 Các loại khung Uniscat .28 2.8.4.2 Các loại khung Boardcast 29 2.8.4.3 Các khung Multicast 29 2.8.5 Truy cập bus .29 2.8.6 Các loại Ethernet 31 2.8.6.1 Các hệ thống Ethernet 10Mb/s 31 2.8.6.2 Các hệ thống Ethernet tốc độ 100Mb/s- Ethernet cao tốc(fast Ethernet) 31 2.8.6.3 Các hệ thống Giga Ethernet 32 2.8.6.4 Chuẩn IEEE 802 32 2.9 Kỹ thuật mở mạng NAT PORT 33 2.9.1 Nat Port cho modem Gpon sử dụng đề tài 34 2.10 Hệ điều hành Android 35 2.10.1 Giới thiệu hệ điều hành Android .35 2.10.2 Thiết kế ứng dụng Android 37 Chƣơng THIẾT KẾ HỆ THỐNG .41 vii an 3.1 Cơ sở thiết kế 41 3.2 Thiết kế phần cứng 41 3.2.1 Yêu cầu thiết kế 40 3.2.2 Phương án thiết kế 42 3.2.3 Chức khối 43 3.2.3.1 Khối nguồn 43 3.2.3.2 Khối thu thập liệu 43 a sơ đồ nguyên lí .44 b Kết nối với module thu phát sóng NRF24L01 45 c Kết nối với cảm biến độ ẩm đất .45 d Kết nối với pin 46 3.2.3.3 Khối điều khiển trung tâm 46 a sơ đồ nguyên lí 47 b Kết nối với module Ethernet Shiled 48 c Kết nối với module thu phát song nrf-24l01 48 d Kết nối với khối công suất 48 3.2.3.4 Khối công suất 49 3.2.3.5 Khối ngoại vi 49 3.3 THIẾT KẾ PHẦN MỀM 50 3.3.1 Mục tiêu thiết kế 50 3.3.2 Thiết kế chương trình .50 3.3.2.1 Lưu đồ cho chương trình đề tài 50 a Lưu đồ xử lí tín hiệu nhận khối thu thập liệu gửi 50 b Lưu đồ đề tài khối điều khiển trung tâm 51 c Lưu đồ chế độ điều khiển tự động 52 d Lưu đồ chế độ điều khiển tay 53 e Lưu đồ ứng dụng Android đề tài 54 Chƣơng KẾT QUẢ 55 4.1 Kết nghiên cứu 55 4.1.1 Kết đạt 55 Chƣơng KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN 59 5.1 Kết luận 59 5.2 Kết đạt .59 5.2.1 ý nghĩa 59 5.3 Hạn chế hướng phát triển 59 Tài liệu tham khảo 61 Phụ Lục 63 viii an Đồ án tốt nghiệp 3.3 THIẾT KẾ PHẦN MỀM 3.3.1 Mục tiêu thiết kế Tạo Website(phần mềm) dễ dàng kết nối với hệ thống có sẵn, Website dễ dàng quan sát điều khiển hệ thống Người nơng dân có thểthơng qua Website(phầm mềm ) thực việc xử lí các cơng việc quản lí vườn cách dễ dàng 3.3.2 Thiết kế chƣơng trình 3.3.2.1 Lƣu đồ cho chƣơng trình đề tài a Lƣu đồ xử lí tín hiệu nhận khối thu thập liệu gửi Hình 3.6 Lưu đờ xử lí tín hiệu từ NRF24L01 CHƯƠNG III: THIẾT KẾ HỆ THỐNG an 50 Đồ án tốt nghiệp Giá trị độ ẩm khu cảm biến độ ẩm đo, giá trị thay đổi giá trị từ 01023 giá trị, giá trị cao khu vực khơ Dữ liệu độ ẩm đất truyền từ khối thu thập liệu truyền lúc khối điều khiển trung tâm, để nhận biết liệu vùng khối cộng thêm số vào sau giá trị thu được, khối điều khiển trung tâm dựa vào để xác định độ ẩm khu tương ứng b Lƣu đồ đề tài khối điều khiển trung tâm Hình 3.7 Lưu đờ đề tài Khi hệ thống hoạt động, để đảm bảo cho hệ thống hoạt động, hệ thống kiểm tra xem có nước khơng, hệ thơng phát hiệu khơng có nước máy bơm CHƯƠNG III: THIẾT KẾ HỆ THỐNG an 51 Đồ án tốt nghiệp không hoạt động Trong lưu đồ gồm nút nhấn button tự động, button tay dùng để điều khiển chế độ Button đóng dùng để đóng động c Lƣu đồ chế độ điều khiển tự động Hình 3.8 Lưu đờ điều khiển tự động Khi người dùng lựa chọn chế độ điều khiển tự động sau nhận giá trị độ ẩm từ khu vực vườn, từ so sánh giá trị khu Trước tiên hệ thống CHƯƠNG III: THIẾT KẾ HỆ THỐNG an 52 Đồ án tốt nghiệp kiểm tra độ ẩm khu,nếu lượng độ ẩm không đạt yêu cầu tưới,và so sánh giá trị khu vực khơ ưu tiên tưới khu vực trước, xong sẽ,khi với số quy định timer ngừng lại d Lƣu đồ chế độ điều khiển tay Hình 3.9 Lưu đồ điều khiển tay CHƯƠNG III: THIẾT KẾ HỆ THỐNG an 53 Đồ án tốt nghiệp Khi chế độ tay ta điều khiển dễ dàng hệ thống nút nhấn, nêu hệ thống hoạt động van mà bấm vào van2 chuyển qua van2 ngược lại,còn hệ thống chạy van1 mà bấm tiếp van1 hệ thống tiếp tục chạy tiếp chương trình chạy sẵn e Lƣu đồ ứng dụng Android sử dụng đề tài Hình 3.10 Lưu đờ ứng dụng Android sử dụng đề tài Khi ta bấm vào nút nhấn ứng dụng Android giống bấm vào nút nhấn websever, thực lệnh chức mà lập trình sẵn CHƯƠNG III: THIẾT KẾ HỆ THỐNG an 54 Đồ án tốt nghiệp CHƢƠNG IV KẾT QUẢ 4.1 Kết nghiên cứu Sau thực đề tài “HỆ THỐNG TƢỚI TIÊU TỰ ĐỘNG CHO CÂY CÀ PHÊ” đề tài hoàn thành các nội dung sau : Về nội dung lý thuyết :  Nắm cấu trúc Arduino UNO R3,Arduino Mega2560  Tìm hiểu phân tích các đặc tính kỹ thuật Arduino  Trình bày giao tiếp Arduino UNO R3 với thiết bị ngoại vi  Tìm hiểu cảm biến độ ẩm,mạch thu phát sóng NRF24l01,Contacter,mạch Opto-Triac,Module Arduino Ethernet Shield …vv Về nội dung đề tài :  Tìm hiểu đặc tính linh kiện sử dụng  Hệ thống tưới tiêu tự dộng :cơ đạt kết khả quan,hệ thống chạy tương đối ổn định,chính xác Các chế độ điều khiển tay tự động hoạt đông với yêu cầu giaovà giao diện Webserver ứng dụng android hoạt độngđảm bảo yêu cầu xác điều khiển từ qua mạng Internet 4.1.1 Kết đạt đƣợc Về phần cứng :hệ thống thiết kế vận hành theo yêu cầu đưa ra,các khối điều khiển điều khiển động máy bơm nước pha các van điện từ hoạt động cách hiệu ổn định.hệ thống ống nước thiết kế cho béc cung câp lượng nước tất khu vực vườn Dưới số hình ảnh thực tế sản phẩm : CHƯƠNG IV: KẾT QUẢ 55 an Đờ án tốt nghiệp Hình 4.1 Van điện từ ngồi thực tế Hình 4.2 Béc tưới CHƯƠNG IV: KẾT QUẢ 56 an Đồ án tốt nghiệp Hình 4.3 Khối vi điều khiển trung tâm Hình 4.4 Khối thu thập liệu CHƯƠNG IV: KẾT QUẢ 57 an Đồ án tốt nghiệp Về phần mềm : Thiết kế giao diện Webserver đơn giản,ứng dụng android,dễ sử dụng với người sử dụng Dưới giao diện các tính  Để truy cập địa giao diện điều khiển Webserver,ta cần mở trình duyệt web phổbiến Google Chrome,Cốc Cốc,Internet, Explorer,Firefox…v.v  Sau gõ địa IP thiết đặt từ trước cho Arduino vào địa Address hình,chúng ta truy cập tới giao diện điều khiển Webserver hình sau Hình 4.5 Website điêu khiển hệ thống Hình 4.6 Ứng dụng điện thoại di động Androi CHƯƠNG IV: KẾT QUẢ 58 an Đồ án tốt nghiệp CHƢƠNG V KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN 5.1 Kết luận Qua trình nghiên cứu, thử nghiệm, thực đề tài thời gian cho phép với công cụ lập trình hỗ trợ, nhóm thực đề tài hoàn thành đề tài “HỆ THỐNG TƯỚI TIÊU CHO CÂY CÀ PHÊ”với kết cụ thể: 5.2 Kết đạt đƣợc Là hội tốt mà qua nhóm thực đề tài có hội tìm hiểu thêm cảm biến độ ẩm đất, Ethernet Shield, Module truyền phát NRF24l01, Arduino…vv ứng dụng vào thực tế Học hỏi nhiều kinh nghiệm thực tế chuyên môn các kỹ mềm thực đề tài 5.2.1 Ý nghĩa Đã tạo hệ thống chạy ổn đinh, đưa áp dụng thực tế khu vườn nhà dựa vào kiến thức học nghiên cứu Hệ thống phát triển thêm cấp độ cao với bố trí hợp lý nhằm tăng tốc độ cho hệ thống, bên cạnh cần phải đảm bảo độ tin cậy xác cho hệ thống, nhằng đáp ứng nhu cầu nghiên cứu học tập quan trọng hết áp dụng hệ thống thực tế đạt kết tốt 5.3 Hạn chết hƣớng phát triển Phát triển thêm : ● Đưa nhân rộng đề tài với diện tích lớn hơn, ứng dụng cho nhiều loại trồng khác ● Áp dụng với khu vực lớn,phát triền thành sản phẩm thương mại ● Phát triển thêm chức khác hệ thống phun thuốc ● Phát triển thêm phần mềm nhằm giúp cho hệ thống hoàn thiện ● Phát triển thêm nhiều chức ứng với nhiều loại trồng khác CHƯƠNG V: KẾT LUẠ N VÀ HƯỚNG PHÁ T TRIỂ N an 59 Đờ án tốt nghiệp Hạn chế: ● Cịn nhiều thiếu sót q trình làm việc ● Chi phí ban đầu phát triển lớn ● Websever dễ bị tải với lượt truy cập lớn, khả tương tác chưa cao ●Tín hiệu truyền nhận giá trị độ ẩm khối truyền không xa mong muốn CHƯƠNG V: KẾT LUẠ N VÀ HƯỚNG PHÁ T TRIỂ N an 60 Đồ án tốt nghiệp PHẦN C Phụ Lục PHÀ N C: PHỤ LỤC 61 an Đồ án tốt nghiệp TÀI LIỆU THAM KHẢO Sách : [1] Nguyễn Việt Hùng-Nguyễn Ngô Lâm, Kỹ thuật truyền số liệu , NXB ĐHQG Tp HCM [2] Nguyễn Văn Hiệp-Phạm Quang Huy, Công nghệ RFID, NXB Khoa học kỹ thuật năm 2014 [3] Võ Minh Chính(chủ biên)-Phạm Quốc Hải, Điện tử công suất, NXB Khoa học Kỹ thuật Địa web : [1]http://ai2.appinventor.mit.edu/ [2] http://arduino.vn [3]http://www.instructables.com/ [4]https://www.youtube.com/ [5] http://arduino.cc [6] http://www.hocmangcoban.tk/ CHƢƠNG TRÌNH PHÀ N C: PHỤ LỤC 62 an Đồ án tốt nghiệp Code chương trình sử dụng đề tài đính kèm CD PHÀ N C: PHỤ LỤC 63 an S an K L 0 ... 11141DT2D HỆ THỐNG TƢỚI TỰ ĐỘNG CHO CÂY CÀ PHÊ II NHIỆM VỤ Các số liệu ban đầu: - Tìm hiểu sơ qua Arduino - Tìm hiểu nghiên cứu hệ điều hành Android - Đặc tính cà phê môi trường hoạt động địa... CHÍ MINH KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP HCMUTE Đề tài:HỆ THỐNG TƯỚI TỰ ĐỘNG CHO CÂY CÀ PHÊ NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ TRUYỀN THÔNG Sinh viên: Đoàn Việt Đức... Tp HCM, ngày 23 tháng năm 2016 LỊCH TRÌNH THỰC HIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên: Đoàn Việt Đức Lớp: 11141DT2D MSSV: 11141052 Tên đề tài: HỆ THỐNG TƯỚI TỰ ĐỘNG CHO CÂY CÀ PHÊ Tuần/ngày Nội