(Đồ án hcmute) thiết kế chế tạo hệ thống bơm tưới tiêu sử dụng năng lượng mặt trời

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH CNKT CƠ ĐIỆN TỬ THIẾT KẾ CHẾ TẠO HỆ THỐNG BƠM TƯỚI TIÊU SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI GVHD: NGUYỄN VŨ LÂN SVTH: LÊ CAO TRÌNH MSSV: 16146208 SKL 0 7 Tp Hồ Chí Minh, tháng 01/2021 an TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ CHẾ TẠO HỆ THỐNG BƠM TƯỚI TIÊU SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI GVHD: TS NGUYỄN VŨ LÂN SVTH: LÊ CAO TRÌNH MSSV: 16146208 NGÀNH: CƠ ĐIỆN TỬ KHĨA: 2016 Tp Hồ Chí Minh, tháng 01 năm 2021 an TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TP HCM Độc lập - Tự – Hạnh phúc KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Giảng viên hướng dẫn: TS.Nguyễn Vũ Lân Sinh viên thực hiện: Lê Cao Trình………………… MSSV: 16146208…………… …………………………………MSSV: …………………… …………………………………MSSV: …………………… Tên đề tài: Thiết kế, chế tạo hệ thống bơm tưới tiêu sử dụng lượng mặt trời Các số liệu, tài liệu ban đầu: - Tìm hiểu cơng nghệ Internet, báo chí báo khoa học liên quan - Từ yêu cầu công suất tưới tiêu thực tế Nội dung đồ án: Đồ án nghiên cứu thiết kế chế tạo mô hình bơm tưới tiêu chủ động sử dụng lượng mặt trời với khả tận dụng đucợ nguồn lượng tái tạo chỗ giúp giảm phụ thuộc lưới điện Giải pháp hữu ích cho địa phương canh tác nơng nghiệp cịn chưa có có nguồn lưới điện hạn chế Các sản phẩm dự kiến: - Mơ hình thiết kế - Báo cáo thuyết minh Ngày giao đồ án: 05/10/2020 Ngày nộp đồ án: Ngơn ngữ trình bày: Bản báo cáo: Tiếng Anh Trình bày bảo vệ: Tiếng Anh TRƯỞNG KHOA (Ký, ghi rõ họ tên)   Tiếng Việt Tiếng Việt   TRƯỞNG BỘ MÔN GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN (Ký, ghi rõ họ tên) (Ký, ghi rõ họ tên) an LỜI CẢM ƠN Đồ án tốt nghiệp không hội để sinh viên áp dụng kiến thức quý báu tích luỹ sau bốn năm ghế nhà trường mà tạo điều kiện để sinh viên rèn luyện kỹ làm việc nhóm, học cách quản lý thời gian cho hiệu hết trau dồi thêm kiến thức cần thiết để để bước vào đời Để có thành công đồ án tốt nghiệp hôm không nhờ nỗ lực, tâm nhóm mà tất dạy, giúp đỡ thầy cơ, bạn bè Với tình cảm sâu sắc, chân thành cho phép bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật thành phố Hồ Chí Minh, người thầy Khoa Cơ khí chế tạo máy Cảm ơn người bạn bên cạnh quan tâm, giúp đỡ Để hoàn thành đồ án tốt nghiệp này, nhóm chúng em trân trọng gửi lời cảm ơn đến Thầy hướng dẫn Nguyễn Vũ Lân quan tâm, giúp đỡ, trực tiếp bảo, hướng dẫn chúng tơi suốt q trình làm đồ án tốt nghiệp Trong thời gian làm việc với thầy khơng ngừng tiếp thu thêm nhiều kiến thức bổ ích, mà học tập tinh thần làm việc, thái độ nghiên cứu khoa học nghiêm túc, hiệu quả, điều cần thiết cho trình học tập làm việc sau Sau xin gửi lời cảm ơn đến gia đình ln bên tin tưởng, động viên, hỗ trợ suốt qng đường Đại học q trình hồn thành Đồ án tốt nghiệp ngày hôm Trân trọng Lê Cao Trình an TÓM TẮT ĐỀ TÀI Hiện nay, việc phát triển giới khoa học kĩ thuật ngày trở nên đa dạng ứng dụng gần gũi với Cùng với phát triển đa dạng công nghiệp đại nên tài nguyên xử lý nâng cao để đáp ứng ứng dụng khác thực tế Nông nghiệp công nghệ cao ngày ứng dụng rộng rãi lĩnh vực sản xuất đời sống xã hội Cơng nghệ ngày phát triển địi hỏi nhu cầu ứng dụng vào ngành nông nghiệp nhằm giảm lao động, đảm bảo sưc khỏe nhân công để không ảnh hưởng xấu đến chất lượng sản phẩm…đem lại hiệu cao ngày phát triển Ở đồ án tốt nghiệp nhóm em thiết kế mơ hình bơm tưới tiêu chủ động sử dụng lượng mặt trời Hệ thống có khả tự động bơm tưới tiêu tự động thơng qua cài đặt timer Người điều khiển điều khiển thiết bị khoảng cách xa, nơi có Internet, 3G /4G Website thiêt ké Các giá trị đo nhiệt độ, độ ẩm camera quan sat trình tưới hiển thị giao diện an MỤC LỤC NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP…………………………………… …… ii LỜI CẢM ƠN………………………………………………………………………… iii TÓM TẮT ĐỀ TÀI…………………………………………………………… iv MỤC LỤC……………………………………………………………………… v DANH MỤC HÌNH…………………………………………………………… vi DANH MỤC BẢNG BIỂU……………………………………………………………viii MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài Lý chọn đề tài Mục đích nghiên cứu Kết cấu Phương pháp nghiên cứu CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CHUNG 1.1 Tổng quan…………………………………………………………………… .9 1.2 Đặt vấn đề 1.3 Giới hạn đề tài 1.4 Nội dung trình bày chương CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 11 2.1 Cơ sở lý thuyết công nghệ 11 2.2 Cơ sở lý thuyết khí 11 2.2.1 Nguyên lí hoạt động hệ thống: 12 2.2.2 Chọn cấu nhà trồng: 12 2.2.3 Cơ sở lý thuyết điện tử: sử dụng rasberry 12 CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ 15 3.1 Khảo sát thực tế 15 3.2 Thông số kỹ thuật mơ hình mn phát triển 15 3.2.1 Các thông số kĩ thuật: 15 3.2.2 Các yêu cầu kĩ thuật: 16 3.3 Yêu cầu chung: 17 an 3.3.1 Tính tốn u cầu cấp nước cho giai đoạn sinh trưởng trồng ………………………… … ……………………………………………………… 17 3.3.2 Cơng thức tính tốn ………………………………………………………….17 3.4 Thiết kế khung khí ……………………………………………………………….18 3.4.1 Hình ảnh miêu tả vật liệu ……………………………………………………18 3.4.2 Hình khung vẽ ………………………………………………………19 3.5 Tính động máy bơm nước: 20 3.5.1 Tính đường ống nước áp lực nước cho điểm tưới: 20 3.6 Cách triển khai hệ thống thiết bj sử dụng …………………………………………21 3.6.1 Thiết kế kĩ thuật điện tử: 21 3.6.2 Lưu đồ giải thuật: 21 3.6.3 Các thiết bị sử dụng………………………………………………… 22 CHƯƠNG 4: THIẾT KẾ PHẦN ĐIỀU KHIỂN………………………………………35 4.1 Sắp xếp thiết bị điều khiển……………………………………………………….35 4.1.1 Nguyên lí hoat dộng hệ thống ……………………………………………36 4.1.2 Lượng điện tiêu thụ…………………………………………………… 36 4.2 Điều khiển thông qua giám sát camera thiết bị điện thoại…………………………36 4.2.1 Hiển thị camera Raspberry …………………………………………36 4.2.2 Điều khiển máy bơm web điện thoại di động…………………………38 CHƯƠNG 5: THỰC NGHIỆM, THU THẬP KẾT QUẢ……………………………39 5.1 Thi cơng mơ hình…………………………………………………………………… 39 5.2 Thực nghiệm …………………………………………………………………………39 5.3 Kết chạy thực nghiệm……………………………………………………………40 CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN……………………… …………………………… 41 6.1 Những kết đạt được………………………………………………………… 41 6.2 Những mặt tồn định hướng phát triển…………………………………… 41 PHỤ LỤC 1:TÀI LIỆU THAM KHẢO……………………… ……………………….43 PHỤ LỤC 2: BẢN VẼ THIẾT KẾ………………… ………………………………… 44 an DANH MỤC HÌNH Hình 2.1: Giao diện officecủa raspberry …………………………………………………13 Hình 2.2: Hình ảnh qua camera raspberry……………………………………………13 Hình 2.3: Xây dựng hệ thống mạng raspberry………………………………………13 Hình 2.4: Chế độ bảo mật raspberry thơng qua quản lí liệu……………………….14 Hình 2.5: Hỗ trợ việc quản lí trang mạng…………………………………………….14 Hình 2.6: Có hệ thống Smart TV …………………………………………………………14 Hình 3.1: Sắt mạ kẽm………………………………………… ……………….……… 19 Hình 3.2: Bản vẽ hồn chỉnh…………………………………….……………………….20 Hình 3.3: Sơ đồ điều khiển điện tử…………………………… ……………………… 22 Hình 3.4: Lưu đồ giải thuật……………………………………………………………….22 Hình 3.5: Máy bơm 12V………………………………… …………………………… 23 Hình 3.6: Module Raspberry kết nối với điện thoại………………………………………24 Hình 3.7: Bảng mạch điều khiển raspberry…………… ……………………………… 24 Hình 3.8: Màn hình LCD 1602………………………………………………………… 25 Hình 3.9: Cảm biến ht11 hực tế………………………………………………………… 26 Hình 3.10: Mạch giao tiếp I2C………………………….……………………………… 27 Hình 3.11: Sơ đồ nối chân mạch giao tiếp I2C……………….………………………….28 Hình 3.12: Sơ dồ liên kết raspberry LCD……………………………………… 28 Hình 3.13: Mạch hạ áp…………………………………….…………………………… 29 Hình 3.14: Camera sử dụng cho raspberry……………… …………………………… 29 Hình 3.15: Pin mặt trời thực tế……………………… ………………………………….29 Hình 3.16: Thơng số kĩ thuật pin………………… ……………………………… 33 Hình 3.17: Bộ điều khiển sạc pin mặt trời………………… …………………………….33 Hình 3.18: Acquy tích lũy điện cho hệ thống từ lượng mặt trời………………35 Hình 3.19: Béc phun…………………………………………….…………….………….35 Hình 4.1:Sơ đồ thiết kế ban đầu……… …………………………………….……….…36 Hình 4.2: Hiển thị nhiệt dộ, độ ẩm LCD…………………………………………….36 Hình 4.3: Hệ thống điều khiển hồn chỉnh……………………………………………….37 Hình 4.4: Hình ảnh camera ghi web……………… ……………………………… 38 an Hình 4.5: Hình ảnh camera điện thoại…………… ……………………………… 38 Hình 4.6: Điều khiển qua điện thoại…………………………………………………… 39 Hình 4.7: Điều khiển qua web……………………… ………………………………….39 Hình 5.1: Mơ hình khí thực tế…………………… ………………………………… 40 Hình 5.2: Mơ hình hệ thống hồn thiện………………………………………………… 40 Hình 6.1: Hệ thống điều khiển hoàn chỉnh……………………………………………… 42 an DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1: Thông số kĩ thuật hình LCD1602………………………………………26 Bảng 2: Kết chạy thực nghiệm…………………………………………………… 41 an *4.2.2 Điều khiển máy bơm web điện thoại di động: Hình 4.6: Điều khiển qua điện thoại Hình 4.7: Điều khiển qua web 38 an CHƯƠNG THỰC NGHIỆM, THU THẬP KẾT QUẢ 5.1 Thi cơng mơ hình Chọn vật liệu sắt tráng kẽm lựa chọn Chương 3, khung làm theo thiết kế khí: Hình 5.1: Mơ hình khí thực tế 5.2 Thực nghiệm: Hình 5.2: Mơ hình hệ thống hồn thiện Mơ hình ghép hồn chỉnh, nhóm kiểm tra lượng nước bơm lên ống, cách xử lí hệ thống web: 39 an 5.3 Kết chạy thực nghiệm: Thời gian(s) Nhiệt độ (oC) Độ ẩm (%) Lưu lượng (l/s) 30 41 10 30 41 1,5 20 29,5 42 2,9 30 29 44 4,5 40 29 46 6,0 50 28 47 7,3 60 28 47 8,8 70 28 48 10,2 80 27 49 11,7 90 27 50 13,6 Bảng 2: Kết tính thực tế Biểu Đồ 60 50 40 30 20 10 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 Thời gian Nhiệt độ (0C) Độ ẩm (%) 40 an CHƯƠNG KẾT LUẬN 6.1 Những kết đạt - Hồn thành khung khí hồn chỉnh - Chuẩn bị thiết bị điện tử - Xử lí số liệu hệ thống - Đưa liệu lên web truyền qua điện thoại - Kết nối thiết bị lại với - Các ưu điểm hệ thống: + Tiết kiệm thời gian tưới sức lao động người + Có thể kiểm tra đucợ độ ẩm đất cho trồng + Có thể gắn cho nhiều địa hình khác Mơ hình hồn chỉnh: Hình 6.1 : Hệ thống điều khiển hồn chỉnh 6.2 Những mặt cịn tồn - Khi cho chạy mơ hình cịn số lỗi khiến hệ thống chưa hoạt động với công suất lưu lượng nước cho 41 an - Cịn xảy lỗi việc truyền tín hiệu cam cho hệ thống - Do chạy linh kiện điện tử tất nhiều nên khơng đảm bảo thời gian dài * Giải pháp: - Tránh để thiết bị điện xử lí tiếp xúc trực tiếp với nước - Cần hẹn cho thiết bị hoạt động thời gian cụ thể ngày - Thường xuyên theo dõi hệ thống qua thiết bị điện thoại di động kiểm tra trực tiếp mơ hình - Kiểm tra máy bơm ống dẫn nước thường xuyên - Nên để hệ thống nơi có ánh sáng mặt trời để thu lượng cho toàn hệ thống 42 an TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] TCVN 9170-2012: HỆ THỐNG TƯỚI TIÊU YÊU CẦU KĨ THUẬT BẰNG PHƯƠNG PHÁP TƯỚI PHUN MƯA [2] Chung Thế Quang- Lưu Văn Huy-Nguyễn Phước Hậu-Huỳnh Kim Ngân- Đỗ Tấn Dân Kỹ Thuật Hàn Điện, Cắt uốn kim loại Nxb giao thông vận tải 2003 [3] Lê Khánh Điền (2013) Vẽ kỹ thuật khí Nhà xuất Đại học Quốc gia Tp.HCM 43 an BẢN VẼ CƠ KHÍ 44 an CODE LẬP TRÌNH Code camera : import io import picamera import logging import socketserver from threading import Condition from http import server PAGE="""\ Camera Giam Sat Camera Giam Sat """ class StreamingOutput(object): def init (self): self.frame = None self.buffer = io.BytesIO() self.condition = Condition() def write(self, buf): if buf.startswith(b'\xff\xd8'): # New frame, copy the existing buffer's content and notify all # clients it's available self.buffer.truncate() with self.condition: 45 an self.frame = self.buffer.getvalue() self.condition.notify_all() self.buffer.seek(0) return self.buffer.write(buf) class StreamingHandler(server.BaseHTTPRequestHandler): def do_GET(self): if self.path == '/': self.send_response(301) self.send_header('Location', '/index.html') self.end_headers() elif self.path == '/index.html': content = PAGE.encode('utf-8') self.send_response(200) self.send_header('Content-Type', 'text/html') self.send_header('Content-Length', len(content)) self.end_headers() self.wfile.write(content) elif self.path == '/stream.mjpg': self.send_response(200) self.send_header('Age', 0) self.send_header('Cache-Control', 'no-cache, private') self.send_header('Pragma', 'no-cache') self.send_header('Content-Type','multipart/x-mixed-replace; boundary=FRAME') self.end_headers() try: while True: with output.condition: output.condition.wait() frame = output.frame self.wfile.write(b' FRAME\r\n') 46 an self.send_header('Content-Type', 'image/jpeg') self.send_header('Content-Length', len(frame)) self.end_headers() self.wfile.write(frame) self.wfile.write(b'\r\n') except Exception as e: logging.warning( 'Removed streaming client %s: %s', self.client_address, str(e)) else: self.send_error(404) self.end_headers() class StreamingServer(socketserver.ThreadingMixIn, server.HTTPServer): allow_reuse_address = True daemon_threads = True with picamera.PiCamera(resolution='640x480', framerate=24) as camera: output = StreamingOutput() #chinh goc quay camera camera.rotation = 90 camera.start_recording(output, format='mjpeg') try: address = ('', 8000) server = StreamingServer(address, StreamingHandler) server.serve_forever() finally: camera.stop_recording() code dieu khien gpio: import smbus import time import dht11 47 an import RPi.GPIO as GPIO GPIO.setmode(GPIO.BCM) GPIO.setwarnings(False) GPIO.setup(21,GPIO.OUT) #define GPIO 14 as DHT11 data pin Temp_sensor=14 # Define some device parameters I2C_ADDR = 0x27 # I2C device address, if any error, change this address to 0x27 LCD_WIDTH = 16 # Maximum characters per line # Define some device constants LCD_CHR = # Mode - Sending data LCD_CMD = # Mode - Sending command LCD_LINE_1 = 0x80 # LCD RAM address for the 1st line LCD_LINE_2 = 0xC0 # LCD RAM address for the 2nd line LCD_LINE_3 = 0x94 # LCD RAM address for the 3rd line LCD_LINE_4 = 0xD4 # LCD RAM address for the 4th line LCD_BACKLIGHT = 0x08 # On #LCD_BACKLIGHT = 0x00 # Off ENABLE = 0b00000100 # Enable bit # Timing constants E_PULSE = 0.0005 E_DELAY = 0.0005 #Open I2C interface #bus = smbus.SMBus(0) # Rev Pi uses bus = smbus.SMBus(1) # Rev Pi uses def lcd_init(): # Initialise display lcd_byte(0x33,LCD_CMD) # 110011 Initialise lcd_byte(0x32,LCD_CMD) # 110010 Initialise lcd_byte(0x06,LCD_CMD) # 000110 Cursor move direction 48 an lcd_byte(0x0C,LCD_CMD) # 001100 Display On,Cursor Off, Blink Off lcd_byte(0x28,LCD_CMD) # 101000 Data length, number of lines, font size lcd_byte(0x01,LCD_CMD) # 000001 Clear display time.sleep(E_DELAY) def lcd_byte(bits, mode): # Send byte to data pins # bits = the data # mode = for data # for command bits_high = mode | (bits & 0xF0) | LCD_BACKLIGHT bits_low = mode | ((bits