(Đồ án hcmute) thiết kế và thi công hệ thống giám sát nhiệt độ, độ ẩm, cường độ gió, cường độ sáng dùng nguồn pin và sạc bằng 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 CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ TRUYỀN THÔNG THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG HỆ THỐNG GIÁM SÁT NHIỆT ÐỘ, ÐỘ ẨM, CUỜNG ÐỘ GIÓ, CUỜNG ÐỘ SÁNGQUA SMS DÙNG NGUỒN PIN VÀ SẠC BẰNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI GVHD: NGUYỄN ÐÌNH PHÚ SVTH : LÊ TRỌNG HỒNG MSSV: 14141112 SKL 0 Tp Hồ Chí Minh, tháng 01/2019 an TRANG BÌA i an TRƯỜNG ĐH SPKT TP HỒ CHÍ MINH CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ ĐỘC LẬP - TỰ DO - HẠNH PHÚC BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH o0o -Tp HCM, ngày tháng năm 2019 NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên: Lê Trọng Hồng MSSV: 14141112 Chun ngành: Điện tử cơng nghiệp Mã ngành: 141 Hệ đào tạo: Đại học quy Mã hệ: Khóa: 2014 Lớp: 14141DT3B I TÊN ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG HỆ THỐNG GIÁM SÁT NHIỆT ĐỘ, ĐỘ ẨM, CƯỜNG ĐỘ GIÓ, CƯỜNG ĐỘ SÁNG QUA SMS DÙNG NGUỒN PIN VÀ SẠC BẰNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI II NHIỆM VỤ Các số liệu ban đầu:  Nhóm nghiên cứu cách lập trình Module phần mềm Arduino IDE  Nghiên cứu tài liệu cách tính vận tốc Nội dung thực hiện:  Nội dung 1: Tìm hiểu module sim 800L, encoder, nhiệt độ độ ẩm DHT11, cường độ sáng BH1750  Nội dung 2: Tìm hiểu pin lượng mặt trời cách nạp cho pin từ pin lượng mặt trời  Nội dung 3: Thiết kế tính toán thiết kế mạch phần cứng  Nội dung 4: Thi công phần cứng, thử nghiệm hiệu chỉnh phần cứng  Nội dung 5: Đánh giá kết thực mơ hình  Nội dung 6: Viết báo cáo thực  Nội dung 7: Bảo vệ luận văn III NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 04/10/2018 i an IV NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 02/01/2019 V HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: CÁN BỘ HƯỚNG DẪN ThS Nguyễn Đình Phú BM ĐIỆN TỬ CƠNG NGHIỆP – Y SINH ii an TRƯỜNG ĐH SPKT TP HỒ CHÍ MINH CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ ĐỘC LẬP - TỰ DO - HẠNH PHÚC BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH o0o -Tp HCM, ngày tháng năm 2019 LỊCH TRÌNH THỰC HIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên: Lê Trọng Hoàng Lớp: 14141DT3B MSSV: 14141112 Tên đề tài: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG HỆ THỐNG GIÁM SÁT NHIỆT ĐỘ, ĐỘ ẨM, CƯỜNG ĐỘ GIÓ, CƯỜNG ĐỘ SÁNG QUA SMS DÙNG NGUỒN PIN VÀ SẠC BẰNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI Tuần/ngày Nội dung Tuần Gặp GVHD để nghe phổ biến yêu cầu làm đồ án Tiến hành chọn đề tài GVHD tiến hành xét duyệt đề tài (08/10 – 14/10) Tuần Xác nhận GVHD Viết đề cương tóm tắt nội dung đồ án (15/10 – 21/10) Tuần (22/10 – 28/10) Tuần Tìm hiểu module Arduino Mega 2560, module DHT11 Tìm hiểu Về module SIM800L (29/10 – 04/11) Tuần Tìm hiểu encoder (05/11 – 11/11) Tuần (12/11 – 18/11) Tuần Tìm hiểu pin mặt trời cách sạc cho pin từ pin mặt trời Tiến hành lập trình phần mềm cho hệ thống (19/11 – 25/11) Tuần Tiến hành lập trình phần mềm cho hệ thống (26/11 – 02/12) iii an Tuần Mô mạch, kiểm tra cân chỉnh mạch (03/12 – 09/12) Tuần 10 Vẽ PCB (10/12 – 16/12) Tuần 11 Tiến hành thi công mạch, kiểm tra mạch thi công (17/12 – 23/12) Tuần 12 Viết báo cáo nội dung làm (24/12 – 30/12) Tuần 13 (31/12 – 06/12) Hoàn thiện báo cáo gởi cho GVHD để xem xét góp ý lần cuối trước in báo cáo GV HƯỚNG DẪN (Ký ghi rõ họ tên) iv an LỜI CAM ĐOAN Đề tài tự thực hướng dẫn thầy ThS Nguyễn Đình Phú dựa vào số tài liệu không chép từ tài liệu hay cơng trình có trước Nếu có gian lận xin chịu trách nhiệm nội dung đồ án Người thực Lê Trọng Hoàng v an LỜI CẢM ƠN Em xin gởi lời cảm ơn sâu sắc đến Thầy Nguyễn Đình Phú tận tình giúp đỡ tạo điều kiện, góp ý chia sẻ nhiều kinh nghiệm quý báu cho em thực tốt đề tài Em xin gởi lời chân thành cảm ơn thầy cô Khoa Điện-Điện Tử trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật tận tình dạy dỗ, bảo, cung cấp kiến thức chuyên môn làm sở tạo điều kiện tốt cho em hồn thành đề tài Cảm ơn gia đình, bạn bè động viên luôn bên cạnh lúc khó khăn Em gửi lời đồng cảm ơn đến bạn sinh viên khoa Điện-Điện tử chia sẻ trao đổi kiến thức kinh nghiệm quý báu thời gian thực đề tài Xin chân thành cảm ơn! Người thực Lê Trọng Hoàng vi an MỤC LỤC NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP i LỊCH TRÌNH THỰC HIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP iii LỜI CAM ĐOAN v LỜI CẢM ƠN vi MỤC LỤC vii LIỆT KÊ HÌNH VẼ ix LIỆT KÊ BẢNG xi TÓM TẮT xii Chương TỔNG QUAN 1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ 1.2 MỤC TIÊU ĐỀ TÀI 1.3 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 1.4 GIỚI HẠN 1.5 BỐ CỤC ĐỒ ÁN Chương CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 GIỚI THIỆU PHẦN CỨNG 2.1.1 Tổng quan module SIM800L 2.1.2 Tổng quan module Arduino Mega 2560 2.1.3 Tổng quan module cảm biến nhiệt độ độ ẩm DHT11 12 2.1.4 Tổng quan module cường độ sáng BH1750 17 2.1.5 Tổng quan hình LCD 20x4 21 2.1.6 Tổng quan pin lượng mặt trời 28 2.1.7 Tổng quan pin lion dự trữ lượng 30 2.1.8 Tổng quan Encoder 33 2.1.9 Module hạ áp LM2596 35 2.1.10 Mạch sạc pin 3S 37 2.2 GIỚI THIỆU VỀ CHUẨN GIAO TIẾP ONE - WIRE 38 2.2.1 Giới thiệu giao tiếp One – Wire 38 2.2.2 Cách thức hoạt động 39 vii an 2.3 GIỚI THIỆU VỀ CHUẨN GIAO TIẾP I2C 40 2.3.1 Giới thiệu 40 2.3.2 Cách thức hoạt động 43 Chương TÍNH TỐN VÀ THIẾT KẾ 47 3.1 GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI 47 3.2 TÍNH TỐN VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG 47 3.2.1 Thiết kế sơ đồ khối hệ thống 47 3.2.2 Tính tốn thiết kế 48 3.2.3 Sơ đồ nguyên lý toàn mạch 55 Chương THI CÔNG HỆ THỐNG 57 4.1 GIỚI THIỆU 57 4.2 THI CÔNG HỆ THỐNG 58 4.2.1 Thi công bo mạch 58 4.2.2 Lắp ráp kiểm tra 60 4.3 ĐÓNG GĨI VÀ THI CƠNG MƠ HÌNH 63 4.3.1 Đóng gói, thiết kế mơ hình 63 4.3.2 Thi cơng mơ hình 63 4.4 LẬP TRÌNH HỆ THỐNG 65 4.4.1 Lưu đồ giải thuật 65 4.4.2 Giới thiệu phần mềm lập trình hệ thống 69 4.5 VIẾT TÀI LIỆU HƯỚNG DẪN SỬ DỤNG THAO TÁC 72 4.5.1 Viết tài liệu hướng dẫn sử dụng 72 Chương KẾT QUẢ, NHẬN XÉT, ĐÁNH GIÁ 73 5.1 KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC 73 5.2 KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM 74 5.3 NHẬN XÉT VÀ ĐÁNH GIÁ 79 Chương KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 80 6.1 KẾT LUẬN 80 6.2 HƯỚNG PHÁT TRIỂN 80 TÀI LIỆU THAM KHẢO 81 PHỤ LỤC 82 viii an CHƯƠNG KẾT QUẢ, NHẬN XÉT, ĐÁNH GIÁ Chương KẾT QUẢ, NHẬN XÉT, ĐÁNH GIÁ 5.1 KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC Sau tìm hiểu nghiên cứu tài liệu chuyên ngành, tìm hiểu qua mạng Internet, tổng hợp lại kiến thức học năm hướng dẫn thầy Th.s Nguyễn Đình Phú Nhóm chúng em hồn thành đồ án tốt nghiệp với đề tài “THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG HỆ THỐNG GIÁM SÁT NHIỆT ĐỘ, ĐỘ ẨM, CƯỜNG ĐỘ GIÓ, CƯỜNG ĐỘ SÁNG QUA SMS DÙNG NGUỒN PIN VÀ SẠC BẰNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI” Sau đề tài đồ án này, nhóm em nghiên cứu tích lũy thêm nhiều hiểu biết, kiến thức như, tăng khả vận dụng lý thuyết vào thực tế, hiểu biết tính module Arduino Mega 2560, cảm biến DHT11, module SIM800L, module BH1750 BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH an 73 CHƯƠNG KẾT QUẢ, NHẬN XÉT, ĐÁNH GIÁ Hình 5.1 Sản phẩm thi cơng 5.2 KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH an 74 CHƯƠNG KẾT QUẢ, NHẬN XÉT, ĐÁNH GIÁ Hình 5.2 Gửi tin nhắn Gui để xem giá trị cảm biến Khi cần kiểm tra giá trị cảm biến ta gửi tin nhắn theo cú pháp “Gui” chờ Arduino xử lý BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH an 75 CHƯƠNG KẾT QUẢ, NHẬN XÉT, ĐÁNH GIÁ Hình 5.3 Dữ liệu cảm biến thu Sau đó, Arduino phân tích điều khiển để gửi liệu điện thoại BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH an 76 CHƯƠNG KẾT QUẢ, NHẬN XÉT, ĐÁNH GIÁ Hình 5.4 Che cảm biến sáng gió Kiểm tra hoạt động cảm biến BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH an 77 CHƯƠNG KẾT QUẢ, NHẬN XÉT, ĐÁNH GIÁ Hình 5.5 Thực nghiệm hệ thống Kiểm tra để xem hệ thống có hoạt động ổn định hay khơng  Đánh giá Bảng 5.1 Số liệu thực nghiệm LCD SMS Đánh giá Giám sát Hoạt động ổn Hoạt động ổn Đạt cảm biến (1 định định Ghi tiếng) Gửi tin nhắn 10 lần thành công Đạt đến điện thoại(10 lần) BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH an 78 CHƯƠNG KẾT QUẢ, NHẬN XÉT, ĐÁNH GIÁ Qua số liệu bảng trên, nhóm đánh giá hệ thống đạt yêu cầu với mục tiêu đề Sau thời gian test thử, mạch cho thấy ổn định Tuy nhiên cịn có số hạn chế chưa có chức năng: cảnh báo cho người sử dụng, giám sát từ web để theo dõi 5.3 NHẬN XÉT VÀ ĐÁNH GIÁ Sau thời gian nghiên cứu thi cơng đồ án tốt nghiệp nhóm với đề tài “THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG HỆ THỐNG GIÁM SÁT NHIỆT ĐỘ, ĐỘ ẨM, CƯỜNG ĐỘ GIÓ, CƯỜNG ĐỘ SÁNG QUA SMS DÙNG NGUỒN PIN VÀ SẠC BẰNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI” hồn thiện Nhìn chung, mơ hình hoạt động tương đối ổn định, làm việc liên tục, đạt 100% yêu cầu đề ban đầu Nguồn cung cấp 12V trở xuống an toàn cho người sử dụng Sản phầm hoạt động phụ thuộc vào mạng điện thoại Vùng phủ sóng mạnh thiết bị hoạt động tốt Tuy nhiên, hạn chế kiến thức thời gian, nguồn tham khảo chủ yếu thơng qua mạng Internet nên đề tài cịn có nhiều sai sót số hạn chế: - Hoạt động chưa tốt vùng có sóng điện thoại yếu - Tính thẩm mỹ độ xác chưa cao - Chưa có chức gọi cảnh báo BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH an 79 CHƯƠNG KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN Chương KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 6.1 KẾT LUẬN Hệ thống đáp ứng tính năng, nội dung mục tiêu sau: - Giao tiếp truyền liệu thành công module Arduino Mega 2560 với module DHT11, SIM800L, BH1750, LCD encoder - Hiển thị nhiệt độ, độ ẩm, cường độ gió, cường độ sáng LCD điện thoại thông qua tin nhắn - Sử dụng nguồn lượng pin mặt trời tiết kiệm chi phí điện hoạt động nơi vắng chưa có nguồn điện Sản phẩm chưa thể thương mại hóa sử dụng hộ gia đình Các hạn chế chưa thể thương mại hóa là: - Sản phẩm cịn thơ, thiếu tính thẩm mỹ - Độ xác cảm biến, module chưa cao - Sản phẩm gửi liệu qua tin nhắn - Chưa thể gửi liệu lên web để xem xét liệu ngày, tháng để đưa so sánh - Tự động gọi điện đến người dùng có giá trị cảm biến thấp hay cao 6.2 HƯỚNG PHÁT TRIỂN Hệ thống mở rộng như tự động gửi tin nhắn hay gọi để cảnh báo nhiệt độ, độ ẩm, cường độ sáng hay cường độ gió mức quy định Gửi liệu lên web để nắm bắt liệu ngày, tháng, năm BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH an 80 TÀI LIỆU THAM KHẢO Sách Tham Khảo [1] PGS.TS Trần Thu Hà - ThS Trương Thị Bích Ngà - TS Nguyễn Thị Lưỡng - ThS Bùi Thị Tuyết Đan - ThS Phù Thị Ngọc Hiếu - ThS Dương Thị Cẩm Tú, Giáo trình Điện tử bản, NXB Đại Học Quốc Gia Tp.HCM, 2013 [2] PGS.TS Trương Đình Nhơn - KS Phạm Quang Huy, Vi điều khiển ứng dụng hướng dẫn sử dụng Arduino, NXB Thanh Niên [3] Phạm Quang Huy - Lê Cảnh Trung, Lập trình điều khiển với Arduino, NXB Khoa Học Và Kỹ Thuật [4] Nguyễn Đình Phú, Giáo trình Vi điều khiển, Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Tp HCM [5] Huỳnh Xuân Dũng - Trần Nhật Minh, Hệ thống IoT điều khiển giám sát nhà, Đồ án tốt nghiệp, trường ĐHSPKT Tp.HCM, 2018 Trang Web Tham Khảo [1] https://github.com/ [2] https://www.alldatasheet.com/ [3] https://www.arduino.cc/ [4] Cộng đồng arduino Việt Nam, https://www.arduino.vn/ [5] Giới thiệu giao tiếp chuẩn I2C, https://dientuadenz.com/gioi-thieu-chuan-giao-tiep-i2c/ BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH an 81 PHỤ LỤC  Code Arduino IDE cho vi điều khiển #include #include #include #include #include BH1750 lightMeter; #include SoftwareSerial sim800ds(50,51); HshopGSM HGSM = HshopGSM(&sim800ds); String Str_PhoneNum = "0368277362"; unsigned long UL_PhoneNum = 368277362; //setup SIM800L LiquidCrystal lcd(13, 10, 6, 5, 4, 3); const int DHTPIN = 7; const int DHTTYPE = DHT11; DHT dht(DHTPIN,DHTTYPE); const int interrupt0= 0; const int phase_a = 2; unsigned long time1 = 0; float vantoc=0; float vantoc2=0; int pulse = 0; uint16_t lux1=0; int t2 = 0; int h2 = 0; void setup() BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH an 82 { attachInterrupt (interrupt0, int_, FALLING); pinMode (phase_a, INPUT_PULLUP); HGSM.init(&GSM_Ready, 9600); HGSM.sendsms(UL_PhoneNum, "Gui tin nhan de xem ket qua"); dht.begin(); Serial.begin(9600); Wire.begin(); lightMeter.begin(); lcd.begin(20,4); ht_lcd(); } void loop() { HGSM.handle(); int h = dht.readHumidity(); int t = dht.readTemperature(); uint16_t lux = lightMeter.readLightLevel(); if((lux1 != lux) || ( vantoc2 != vantoc) || (t2 != t) || (h2 != h)) { lcd.clear(); lux1=lux; vantoc2=vantoc; t2=t; h2=h; ht_lcd(); } tinhvantoc(); lcd.setCursor(11,0); BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH an 83 lcd.print(round(h),0); lcd.setCursor(11,1); lcd.print(round(t),0); lcd.setCursor(11,2); lcd.print(round(lux),0); lcd.setCursor(11,3); lcd.print(vantoc,2); }//end void loop void GSM_Ready() { String doam; String nhietdo; String dosang; String vantoc1; int h = dht.readHumidity(); int t = dht.readTemperature(); uint16_t lux = lightMeter.readLightLevel(); tinhvantoc(); Serial.println(lux); if (HGSM.getDataGSM() != "") { if (HGSM.checkData("Gui")) { doam = String(h); nhietdo = String(t); dosang = String(lux); vantoc1= String(vantoc); BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH an 84 HGSM.sendsms(UL_PhoneNum,"Do am la: " + doam +" %" +"\n" + "Nhiet la: " + nhietdo + " *C" + "\n" "Cuong sang la: " + dosang + " lux" + "\n" + "Cuong gio la: " + vantoc1 + " m/s" ); } } else {} } void int_() { pulse++; } void ht_lcd() { lcd.setCursor(0,0); lcd.print("Do am:"); lcd.setCursor(19,0); lcd.print("%"); lcd.setCursor(0,1); lcd.print("Nhiet do:"); lcd.setCursor(18,1); lcd.print("\337C"); // ký hiệu °C lcd.setCursor(0,2); lcd.print("CD sang:"); lcd.setCursor(17,2); lcd.print("LUX"); lcd.setCursor(0,3); lcd.print("CD gio:"); lcd.setCursor(17,3); lcd.print("m/s"); BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH an 85 } void tinhvantoc() { if ((unsigned long) (millis() - time1) > 1000 ) { vantoc=(pulse*2*3.14*0.08) / 100; pulse=0; time1 = millis(); } } BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH an 86 an ... khiển giám sát trở nên tiện lợi Vì nhóm thi? ??t kế ? ?THI? ??T KẾ VÀ THI CÔNG HỆ THỐNG GIÁM SÁT NHIỆT ĐỘ, ĐỘ ẨM, CƯỜNG ĐỘ GIÓ, CƯỜNG ĐỘ SÁNG QUA SMS DÙNG NGUỒN PIN VÀ SẠC BẰNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI” với... tài: ? ?THI? ??T KẾ VÀ THI CÔNG HỆ THỐNG GIÁM SÁT NHIỆT ĐỘ, ĐỘ ẨM, CƯỜNG ĐỘ GIÓ, CƯỜNG ĐỘ SÁNG QUA SMS DÙNG NGUỒN PIN VÀ SẠC BẰNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI” Đề tài ứng dụng công nghệ SMS phổ biến nhiều thi? ??t. .. tử công nghiệp Mã ngành: 141 Hệ đào tạo: Đại học quy Mã hệ: Khóa: 2014 Lớp: 14141DT3B I TÊN ĐỀ TÀI: THI? ??T KẾ VÀ THI CÔNG HỆ THỐNG GIÁM SÁT NHIỆT ĐỘ, ĐỘ ẨM, CƯỜNG ĐỘ GIÓ, CƯỜNG ĐỘ SÁNG QUA SMS DÙNG