(Đồ án hcmute) thiết kế và thi công mô hình giám sát trồng hoa lan sử dụng nguồn pin 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 THƠNG THIẾT KẾ VÀ THI CƠNG MƠ HÌNH GIÁM SÁT TRỒNG HOA LAN SỬ DỤNG NGUỒN PIN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI GVHD: THS VÕ ĐỨC DŨNG SVTH:LÊ QUANG THÁI MSSV: 16141077 SVTH: NGUYỄN ĐÔNG NGHIÊM MSSV: 16141060 SKL 0 Tp Hồ Chí Minh, tháng 08/2020 an TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MƠ HÌNH GIÁM SÁT TRỒNG HOA LAN SỬ DỤNG NGUỒN PIN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI SVTH : LÊ QUANG THÁI MSSV : 16141077 SVTH : NGUYỄN ĐÔNG NGHIÊM MSSV : 16141060 Khố : 16 Ngành : CƠNG NGHỆ KỸ TḤT ĐIỆN TỬ - TRUYỀN THÔNG GVHD: Th.S VÕ ĐỨC DŨNG Tp Hồ Chí Minh, tháng 08 năm 2020 i an CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh phúc *** Tp Hồ Chí Minh, ngày 12 tháng 08 năm 2020 NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên: Lê Quang Thái MSSV: 16141077 Ngành: Công nghệ kỹ thuật điện tử - truyền Lớp: 16141CLDTA thông Họ tên sinh viên: Nguyễn Đông Nghiêm MSSV: 16141060 Ngành: Công nghệ kỹ thuật điện tử - truyền Lớp: 16141CLDTA thông Tên đề tài: Thiết kế thi cơng mơ hình giám sát trồng hoa lan sử dụng nguồn lượng mặt trời Các số liệu, tài liệu ban đầu: Nội dung thực đề tài: Thiết kế thi cơng mơ hình giám sát trồng hoa lan sử dụng lượng mặt trời hồn chỉnh Sản phẩm: Mơ hình giám sát trồng hoa lan sử dụng lượng mặt trời TRƯỞNG NGÀNH GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN Nguyễn Ngô Lâm Võ Đức Dũng ii an CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh Phúc ******* PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN Họ tên Sinh viên: Lê Quang Thái Ngành: MSSV: 16141077 Công nghệ kỹ thuật điện tử - truyền thông Họ tên Sinh viên: Nguyễn Đông Nghiêm Ngành: MSSV: 16141060 Công nghệ kỹ thuật điện tử - truyền thông Tên đề tài: Thiết kế thi công mơ hình giám sát trồng hoa lan sử dụng lượng mặt trời Họ tên Giáo viên hướng dẫn: Th.s Võ Đức Dũng NHẬN XÉT Về nội dung đề tài & khối lượng thực hiện: Ưu điểm: Khuyết điểm: Đề nghị cho bảo vệ hay không? an iii Đánh giá loại: Điểm:……………….(Bằng chữ: .) Tp Hồ Chí Minh, ngày 12 tháng 08 năm 2020 Giáo viên hướng dẫn (Ký & ghi rõ họ tên) Võ Đức Dũng an iv CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh Phúc ******* PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN Họ tên Sinh viên: Lê Quang Thái Ngành: MSSV: 16141077 Công nghệ kỹ thuật điện tử - truyền thông Họ tên Sinh viên: Nguyễn Đông Nghiêm Ngành: MSSV: 16141060 Công nghệ kỹ thuật điện tử - truyền thông Tên đề tài: Thiết kế thi cơng mơ hình giám sát trồng hoa lan sử dụng lượng mặt trời Họ tên Giáo viên phản biện: NHẬN XÉT Về nội dung đề tài & khối lượng thực hiện: Ưu điểm: Khuyết điểm: Đề nghị cho bảo vệ hay không? an v Đánh giá loại: Điểm:……………….(Bằng chữ: ) Tp Hồ Chí Minh, ngày 12 tháng 08 năm 2020 Giáo viên phản biện (Ký & ghi rõ họ tên) an vi LỜI CẢM ƠN  Trong thời gian thực đề tài, chúng em sự giúp đỡ gia đình, q thầy bạn bè nên đề tài hoàn thành Chúng em xin chân thành gửi lời cảm ơn đến: Thầy Võ Đức Dũng, giảng viên trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Tp.HCM trực tiếp hướng dẫn tận tình giúp đỡ tạo điều kiện để nhóm hồn thành tốt đề tài Chúng em xin chân thành cảm ơn đến thầy cô trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Tp.HCM đặc biệt thầy cô khoa Điện - Điện tử trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Tp.HCM tận tình dạy dỗ, bảo, cung cấp cho chúng em kiến thức nền, chuyên mơn làm sở để hồn thành đề tài Cảm ơn gia đình động viên ln ln bên cạnh lúc khó khăn Xin gửi lời cảm ơn đến người bạn sinh viên giúp đỡ chúng em để hồn thành tốt đề tài Xin chân thành cảm ơn! an vii TÓM TẮT Nhu cầu sự phát triển mơ hình hệ thống tự động giám sát từ xa nông nghiệp cần thiết cho ngành nơng nghiệp nước ta Bên cạnh việc tận dụng những nguồn lượng để sử dụng quan trọng Với mong muốn giải khó khăn tìm cách giải vấn đề này, nhóm chúng em thực nghiên cứu thực đề tài: “Thiết kế và thi công hệ thống giám sát trồng hoa lan sử dụng nguồn lượng mặt trời” Trên sở tìm hiểu thiết bị giám sát phần mềm điều khiển từ xa, hệ thống giám sát người dung qua internet lúc đâu an viii MỤC LỤC NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ii PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN .iii PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN v LỜI CẢM ƠN vii TÓM TẮT viii MỤC LỤC ix DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT xi DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU xii DANH MỤC CÁC BIỂU ĐỒ VÀ HÌNH ẢNH xiii CHƯƠNG TỔNG QUAN 1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ 1.2 MỤC TIÊU 1.3 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 1.4 GIỚI HẠN 1.5 BỐ CỤC CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Các ảnh hưởng môi trường đến trình sinh trưởng hoa lan 2.1.1 Nhiệt độ 2.1.2 Độ ẩm khơng khí 2.1.3 Ánh sáng 2.1.4 Nước 2.2 Giới thiệu pin lượng mặt trời 2.3 Tổng quan module ARDUINO MEGA 2560 2.4 Tổng quan module NODEMCU ESP 8266 V1 2.5 Tổng quan cảm biến sử dụng đề tài 12 2.6 Tổng quan module L298 17 2.7 Tổng quan module giảm áp LM2596 19 2.8 Tổng quan LCD 20x4 20 CHƯƠNG 3: TÍNH TỐN VÀ THIẾT KẾ 22 3.1 Giới thiệu tổng quan đề tài 22 3.2 Thiết kế sơ đồ khối 22 3.2.1 Sơ đồ khối 22 3.2.2 Chức khối 23 an ix Arduino IDE chạy ba tảng phổ biến Windows, MAC OSX Linux Do có tính chất nguồn mở nên mơi trường lập trình hồn tồn miễn phí mở rộng thêm người dùng có kinh nghiệm Ngơn ngữ lập trình mở rộng thông qua thư viện C++ Và ngơn ngữ lập trình dựa tảng ngơn ngữ C AVR nên người dùng hồn tồn nhúng thêm code viết bằng AVR vào chương trình muốn Người sử dụng cần định nghĩa hai hàm để thực chương trình hoạt động theo chu trình: setup(): hàm chạy lần vào lúc bắt đầu chương trình dùng để khởi tạo thiết lập loop(): hàm gọi lặp lại liên tục bo mạch tắt Chu trình mơ tả hình đây: Bật nguồn Hàm Setup() Hàm Loop() Nhấn Reset Hình 4.8 Quy trình làm việc Arduino 4.4.2.2 Giới thiệu phần mềm điều khiển điện thoại Blynk Blynk ứng dụng thiết kế cho Internet Of Things điều khiển thiết bị phần cứng từ xa, hiển thị liệu cảm biến, lưu trữ liệu, … Có ba thành phần tảng: Blynk App - cho phép tạo giao diện cho sản phẩm bạn bằng cách kéo thả widget khác mà nhà cung cấp thiết kế sẵn Blynk Server - chịu trách nhiệm xử lý liệu trung tâm điện thoại, máy tính bảng phần cứng Bạn sử dụng Blynk Cloud Blynk cung cấp tự tạo máy chủ Blynk riêng bạn Vì mã nguồn mở, nên bạn dễ dàng intergrate vào thiết bị chí sử dụng Raspberry Pi làm server bạn 50 an Library Blynk – support cho hầu hết tất tảng phần cứng phổ biến - cho phép giao tiếp với máy chủ xử lý tất lệnh đến Bây tưởng tượng: bạn nhấn nút ứng dụng Blynk, yêu cầu chuyển đến server Blynk, server kết nối đến phần cứng bạn thông qua library Tương tự thiết bị phần cứng truyền liệu ngược lại đến server Hình 4.9 Quy trình làm việc ứng dụng điều khiển Blynk 51 an CHƯƠNG KẾT QUẢ NHẬN XÉT VÀ ĐÁNH GIÁ 5.1 Kết đạt Qua trình nghiên cứu thực đề tài, nhóm chúng em nhận thấy đề tài có khả ứng dụng vào thực tiễn cao, giám sát điều khiển trực tiếp qua điện thoại, đáp ứng nhu cầu Đồng thời đề tài nguồn tài liệu có giá trị cho bạn sinh viên khóa tham khảo nghiên cứu đề tài có liên quan phát triển thêm đề tài từ tảng có sẳn mà nhóm nghiên cứu Bên cạnh đó, nhóm chúng em bổ sung cho kiến thức hay bổ ích như:  Hiểu biết sâu sử dụng tính Arduino giao tiếp Arduino với module, cảm biến như: cảm biến nhiệt độ DHT11, cảm biến độ ẩm đất, cảm biến mưa, cảm biến cường độ ánh sáng, module relay, module điều khiển động L298, loại động động bước, động bơm nước  Nghiên cứu biết cách kết nối Arduino với cảm biến  Hiểu cấu tạo, chức năng, chuẩn kết nối, giao tiếp module ESP8266 Node MCU để qua hiểu lĩnh vực IoTs có tiềm phát triển  Có thể sử dụng thành thạo phần mềm Arduino Altium  Biết cách để kết nối điện thoại thông minh với ứng dụng điện thoại điều khiển nhiều hệ thống Sau thời gian nghiên cứu, thi công đồ án tốt nghiệp với đề tài “THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MƠ HÌNH GIÁM SÁT TRỒNG HOA LAN SỬ DỤNG NGUỒN PIN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI” nhóm được kết sau:  Thi cơng mơ hình hệ thống trồng hoa Lan, thu thập nhiệt độ độ ẩm, ánh sáng, độ ẩm đất từ môi trường Nhận biết thời tiết có mưa khơng mưa  Có thể khống chế yếu tố môi trường nhiệt độ, độ ẩm, ánh sáng, độ ẩm đất bằng cách: - Đóng mở mái che tự động để khống chế nhiệt độ,độ ẩm ánh sáng - Bật tắt đèn để khống chế ánh sáng - Hệ thống phun sương làm mát để khống chế nhiệt độ, độ ẩm độ ẩm đất  Hệ thống tưới nước tự động theo chu kỳ lưu lượng nước chính xác 52 an  Có thể điều chỉnh bằng tay thiết bị trực tiếp thông qua bảng điều khiển  Có thể giám sát từ xa thông số môi trường thông qua Internet 5.2 Kết chạy hệ thống 5.2.1 Kết giám sát hệ thống chạy ứng dụng điện thoại Các giá trị cảm biến hiển thị chính xác ứng dụng Hình 5.1 Giao diện điều khiển hệ thống ứng dụng điện thoại hệ thống hoạt động 53 an Hình 5.2 Giao diện điều khiển ứng dụng điện thoại hệ thống hoạt động 5.2.2 Kết phần cứng hệ thống Sau cấp nguồn cho phép bắt đầu hệ thống hoạt động, thiết bị bắt đầu hoạt động Các thiết bị hoạt động theo thời gian cài đặt theo cảm biến có tín hiệu vào Hệ thống hiển thị chính xác giá trị lên LCD 20x4 Các thiết bị bơm nước, bơm phun sương, đèn, mái che hoạt động 54 an Hình 5.3 Bảng điều khiển Bảng điều khiển bao gồm mạch điều khiển gắn bên tủ bên cánh tủ lắp LCD 20x4 dùng để hiển thị sáu nút nhấn để điều khiển 55 an Tấm pin lượng mặt trời Nơi đặt chậu lan Nơi đặt ắc quy nguồn nước Tủ điều khiển Hình 5.4 Hệ thống hoạt động Khi hệ thống hoạt động, nguồn điện tạo từ pin mặt trời thông qua sạc nạp vào ắc quy Ắc quy cung cấp nguồn cho mạch điều khiển thiết bị khác hệ thống để hoạt động 56 an Hình 5.5 Hệ thống thực phun sương Khi nhấn nút phun sương giá trị độ ẩm khơng khí đạt đến ngưỡng đặt trước hệ thống bật bơm phun sương để làm mát khơng khí tăng độ ẩm 57 an Hình 5.6 Hệ thống thực bơm nước và bật đèn Khi nhấn nút bơm nước hệ thống tiến hành bật đèn chiếu sáng cho bơm nước để làm tăng độ ẩm đất 58 an Hình 5.7 LCD hoạt động Khi hệ thống hoạt động thông số thời gian, cảm biến chế độ điều khiển hiển thị LCD 20x4 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 CƠNG MƠ HÌNH GIÁM SÁT TRỒNG HOA LAN SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI” hồn thiện Nhìn chung, mơ hình hoạt động ổn định, làm việc liên tục, đạt 95% yêu cầu đề ban đầu Hệ thống sử dụng nguồn cấp nhỏ từ 12V trở xuống nên an toàn cho người sử dụng trước nguy điện giật Ứng dụng giám sát hệ thống có giao diện dễ sử dụng, chức đáp ứng yêu cầu Bên cạnh đó, ứng dụng điều khiển thiết bị dễ sử dụng, đáp ứng nhu cầu người sử dụng đóng mở thiết bị 59 an Thời gian đáp điều khiển khoảng 1-2 giây Thời gian sạc thực tế để đầy bình ắc-quy 10 tiếng lâu tiếng so với tính tốn, ảnh hưởng nắng khơng đạt mức sạc hao hụt Thời gian ắc-quy trì cung cấp nguồn cho hệ thống 18 tiếng Thời gian sử dụng phụ thuộc vào sự chênh lệch nhiệt độ, độ ẩm hệ thống mơi trường bên ngồi Nếu chênh lệch thấp thì thời gian trì ắc-quy lâu thông số cân bằng hoạt động chức chăm sóc bơm tưới, phun sương quạt 60 an CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 6.1 Kết luận Sau thời gian tìm hiểu, nghiên cứu thực hiện, nhóm hồn thành đề tài “THIẾT KẾ VÀ THI CƠNG HỆ THỐNG CHĂM SÓC VƯỜN LAN ỨNG DỤNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI” Hệ thống đáp ứng đầy đủ tính năng, nội dung mục tiêu ban đầu đề ra:  Thiết kế hệ thống pin lượng mặt trời  Tính tốn xây dựng hệ thống phần cứng  Giao tiếp truyền liệu thành công Arduino Mega với module NodeMCU ESP8266, cảm biến DHT11, cảm biến độ ẩm đất, hình LCD, nút nhấn đơn, động bơm nước, động bơm phun sương, động giảm tốc, module L298N, đèn, mái che  Thiết kế mạch điều khiển thiết bị điện 5V DC  Thiết kế tủ điểu khiển hệ thống  Hiển thị nhiệt độ, độ ẩm hình LCD ứng dụng điều khiển Blynk  Cập nhật liệu lên ứng dụng thành công  Kiểm tra trạng thái đóng mở thiết bị; thơng số nhiệt độ, độ ẩm, …  Tồn hệ thống chạy tương đối ổn định, đạt kết tốt  Các cảm biến hoạt động ổn định, sai số tương đối không 2% 6.2 Hướng phát triển  Có thể kết hợp với camera để giám sát thơng qua hình ảnh trực tiếp  Kết hợp với số module cảm biến đo độ dinh dưỡng  Phát triển hệ thống với quy mô lớn kết hợp nguồn lượng gió thay pin mặt trời khơng có nắng đáp úng hoạt đọng liên tục hệ thống 61 an TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt [1] Nguyễn Đình Phú , “Giáo Trình vi xử lý Vi Điều Khiển PIC”, Nhà xuất Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM, 8/2016 [2] Nguyễn Đình Phú, Phan Vân Hồn, Trương Ngọc Anh, “Giáo trình thực hành Vi Điều Khiển PIC”, Nhà xuất Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM, 8/2017 [3] Trương Thị Bích Ngà, Nguyễn Minh Tâm, Lê Hoàng Minh, Nguyễn Thị Lưỡng, “Thực hành điện tử bản”, Nhà xuất Đại Học Quốc Gia TP.HCM, 2017 [4] Trần Thu Hà, Trương Thị Bích Ngà, Nguyễn Thị Lưỡng, Bùi Thị Tuyết Đan, Phù Thị Ngọc Hiếu, Dương Thị Cẩm Tú, “Giáo trình Điện tử bản”, Nhà xuất Đại học Quốc Gia TP.HCM [5] TS Nguyễn Minh Tâm, Ths Trần Tùng Giang - Ths Lê Thị Thanh Hồng “Giáo trình mạch điện”, Nhà xuất Đại học Quốc Gia TPHCM Tiếng Anh [1] “Language Reference”, https://www.arduino.cc/en/Reference/HomePage [2] ESP8266 Technical Reference [3] “Practical Arduino Cool Project for Open Source Hardware” , Jonathan Oxer, Hugh Blemings [4] “Arduino and Android”, Simon Monk [5] “Arduino Robotics”, John-David Warren, Josh Adams Harald Molle Một số đồ án tốt nghiệp liên quan [1] “Thiết kế thi công hệ thống chăm sóc vườn lan sử dụng lượng mặt trời”, SV Hàn Văn Hải, Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM [2] “Thi cơng mơ hình hệ thống trồng hoa lan”, Nhóm SV Nguyễn Quang Thạnh – Phan Thanh Triều, Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM [3] “Thiết kế thi cơng hệ thống IoTs chăm sóc vườn ăn sử dụng nguồn pin lượng mặt trời” 62 an 63 an an ... chọn đề tài ? ?Thi? ??t kế và thi cơng mơ hình giám sát trồng hoa lan sử dụng nguồn pin lượng mặt trời? ?? 1.2 MỤC TIÊU Thi? ??t kế thi công hệ thống vườn lan sử dụng pin lượng mặt trời, giám sát điều khiển... đầu: Nội dung thực đề tài: Thi? ??t kế thi cơng mơ hình giám sát trồng hoa lan sử dụng lượng mặt trời hồn chỉnh Sản phẩm: Mơ hình giám sát trồng hoa lan sử dụng lượng mặt trời TRƯỞNG NGÀNH GIẢNG VIÊN... thực đề tài: ? ?Thi? ??t kế và thi công hệ thống giám sát trồng hoa lan sử dụng nguồn lượng mặt trời? ?? Trên sở tìm hiểu thi? ??t bị giám sát phần mềm điều khiển từ xa, hệ thống giám sát người dung