(Đồ án hcmute) thiết kế và thi công mô hình hệ thống 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 HỆ THỐNG TRỒNG HOA LAN SỬ DỤNG NGUỒN PIN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI GVHD: VÕ ĐỨC DŨNG SVTH: NGUYỄN ĐẮC TUẤN PHƯƠNG MSSV: 15141251 SVTH: NGUYỄN ANH DUY MSSV: 15141118 SKL 0 Tp Hồ Chí Minh, tháng 12/2019 an BỘ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH - ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ TRUYỀN THÔNG ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ VÀ THI CƠNG MƠ HÌNH HỆ THỐNG TRỒNG HOA LAN SỬ DỤNG NGUỒN PIN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI GVHD: Ths Võ Đức Dũng SVTH: - Sinh viên 1: Nguyễn Đắc Tuấn Phương - Sinh viên 2: Nguyễn Anh Duy Tp Hồ Chí Minh – 12/2019 an MSSV: 15141251 MSSV: 15141118 BỘ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH - ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ TRUYỀN THÔNG ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ VÀ THI CƠNG MƠ HÌNH HỆ THỐNG TRỒNG HOA LAN SỬ DỤNG NGUỒN PIN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI GVHD: Ths Võ Đức Dũng SVTH: - Sinh viên 1: Nguyễn Đắc Tuấn Phương - Sinh viên 2: Nguyễn Anh Duy Tp Hồ Chí Minh – 12/2019 an MSSV: 15141251 MSSV: 15141118 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 23 tháng 12 năm 2019 NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên: Chuyên ngành: Hệ đào tạo: Khóa: Nguyễn Đắc Tuấn Phương Nguyễn Anh Duy Điện Tử Cơng Nghiệp Đại học quy 2015 MSSV: 15141251 MSSV: 15141118 Mã ngành: 141 Mã hệ: Lớp: 15141DT1B I TÊN ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ VÀ THI CƠNG MƠ HÌNH HỆ THỐNG TRỒNG HOA LAN SỬ DỤNG NGUỒN PIN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI II NHIỆM VỤ Các số liệu ban đầu: • Chọn hoa lan làm đối tượng nghiên cứu • Thiết kế mơ hình điều khiển • Sử dụng LCD hiển thị liệu mơ hình • Kích thước mơ hình 60x40x40 Nội dung thực hiện: • NỘI DUNG 1: Tìm hiểu nghiên cứu cấu tạo phần cứng, nguyên lý hoạt động, tính Module ARM STM32F103C8T6, Module NODEMCU ESP8266, DHT11, Cảm biến mưa, Cảm biến ánh sáng, Cảm biến độ ẩm đất, Động bước, Module DRV8825 • NỘI DUNG 2: Tìm hiểu cách sử dụng nguồn pin lượng mặt trời • NỘI DUNG 3: Tìm hiểu nghiên cứu lập trình Webserver • NỘI DUNG 4: Các giải pháp thi thiết kế hệ thống, thi cơng mơ hình • NỘI DUNG 5: Thiết kế hệ thống điều khiển, lưu đồ giải thuật chương trình điều khiển mơ hình • NỘI DUNG 6: Thiết kế hồn chỉnh mơ hình thực tế • NỘI DUNG 7: Chạy thử nghiệm hệ thống • NỘI DUNG 8: Cân chỉnh hệ thống • NỘI DUNG 9: Viết sách luận văn • NỘI DUNG 10: Bảo vệ đề tài tốt nghiệp III NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 26/08/2019 IV NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 20/12/2019 V HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: ThS Võ Đức Dũng CÁN BỘ HƯỚNG DẪN BM ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 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 27 tháng 11 năm 2019 LỊCH TRÌNH THỰC HIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên 1: Nguyễn Đắc Tuấn Phương Lớp: 15141DT1C MSSV: 15141251 Họ tên sinh viên 2: Nguyễn Anh Duy Lớp: 15141DT1C MSSV: 15141118 Tên đề tài: Thiết kế thi công mô hình hệ thống trồng hoa lan sử dụng nguồn pin lượng mặt trời Tuần/Ngày (26/8-1/9) Nội Dung - Gặp GVHD để phổ biến quy định: thực chọn đề tài, tên đề tài, thời gian làm việc - Duyệt đề tài - Viết đề cương cho Đồ án tốt nghiệp (2/9-8/9) - Hoàn thành đề cương cho Đồ án tốt nghiệp nộp cho môn - Tìm hiểu nghiên cứu cấu tạo phần cứng, (9/9-15/9) nguyên lý hoạt động, tính Module ARM ATM32F103C8T6, Module NODEMCU ESP8266, DHT11, Cảm biến ánh sáng, Cảm biến mưa, Cảm biến độ ẩm đất, Động bước, Module DRV8825 (16/9-22/9) - Tìm hiểu cách sử dụng nguồn pin lượng mặt trời - Tìm hiểu nghiên cứu lập trình Webserver - Các giải pháp thi thiết kế hệ thống, thi công mơ hình (23/9-29/9) - Thiết kế sơ đồ khối, giải thích chức - Tính tốn lựa chọn linh kiện cho khối an Xác nhận GVHD - Thiết kế sơ đồ nguyên lý giải thích hoạt động mạch (30/9-6/10) - Viết chương trình - Thi cơng mạch, xây dựng mơ hình - Thiết kế Web Server (7/10-13/10) - Viết chương trình - Thi cơng mạch, xây dựng mơ hình - Thiết kế Web Server - Viết chương trình (14/10-20/10) - Thi cơng mạch, xây dựng mơ hình - Thiết kế WebServer - Nộp báo cáo tiến độ Đồ án tốt nghiệp (21/10-27/10) - Viết chương trình - Thi cơng mạch, xây dựng mơ hình - Thiết kế WebServer 10 (28/10-3/11) - Viết chương trình - Thi cơng mạch, xây dựng mơ hình - Thiết kế WebServer 11 (4/11-10/11) - Viết chương trình - Thi cơng mạch, xây dựng mơ hình - Thiết kế WebServer 12 - Viết chương trình (11/11-17/11) - Thi cơng mạch, xây dựng mơ hình - Thiết kế WebServer 13 - Viết chương trình (18/11-24/11) an - Thi cơng mạch, xây dựng mơ hình - Thiết kế WebServer 14 (25/11-1/12) - Kiểm tra, hồn thiện mơ hình, chạy thử sửa lỗi - Viết báo cáo 15 (2/12-8/12) - Hồn thiện mơ hình, chạy thử sửa lỗi - Viết báo cáo 16 - Hoàn thiện, chỉnh sửa báo cáo gửi cho (9/12-15/12) GVHD để xem xét góp ý lần cuối trước in báo cáo 17 Nộp báo cáo làm Slide báo cáo (16/12-22/12) GV HƯỚNG DẪN (Ký ghi rõ họ tên) an LỜI CAM ĐOAN Đề tài tự thực dựa vào số tài liệu trước khơng chép từ tài liệu hay cơng trình có trước Nếu có gian lận xin chịu trách nhiệm nội dung đồ án Người thực đề tài: Nguyễn Đắc Tuấn Phương Nguyễn Anh Duy an LỜI CẢM ƠN Em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến Thầy Võ Đức Dũng _ Giảng viên môn Điện Tử Công Nghiệp – Y Sinh trực tiếp hướng dẫn tận tình giúp đỡ tạo điều kiện để em hồn thành tốt đề tài Em chân thành cảm ơn thầy cô môn Điện Tử Công Nghiệp – Y Sinh góp ý chia sẻ nhiều kinh nghiệm quý báu cho em thực tốt đề tài Em xin gửi lời chân thành cảm ơn thầy cô Khoa Điện-Điện Tử tạo điều kiện tốt cho em hoàn thành đề tài Em gửi lời đồng cảm ơn đến bạn lớp thực ĐATN chia sẻ trao đổi kiến thức kinh nghiệm quý báu thời gian thực đề tài Cảm ơn cha mẹ nhiều ln tận tâm chăm sóc, lo lắng giúp đỡ em nguồn động viên vơ lớn giúp em hoàn thành đề tài Xin chân thành cảm ơn! Người thực đề tài: Nguyễn Đắc Tuấn Phương Nguyễn Anh Duy an MỤC LỤC 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 CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 QUY TRÌNH TRỒNG HOA LAN 2.1.1 Đặc tính sinh trưởng hoa lan 2.1.2 Mơ tả quy trình chăm sóc 2.2 QUY TRÌNH HOẠT ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG 2.3 TỔNG QUAN VỀ ARM STM32 2.4 TỔNG QUAN VỀ NODEMCU ESP8266 2.5 HỆ THỐNG PIN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI 10 2.5.1 Tấm pin lượng mặt trời 10 2.5.2 Bộ điều khiển sạc 12 2.5.3 Bình ắc quy 14 2.6 TỔNG QUAN VỀ IOT 15 2.7 TỔNG QUAN VỀ WEB 16 2.8 CÁC CHUẨN GIAO TIẾP 16 2.8.1 Chuẩn giao tiếp uart 16 2.8.2 Chuẩn giao tiếp i2c 17 2.8.3 Chuẩn giao tiếp one-wire 18 CHƯƠNG TÍNH TỐN VÀ THIẾT KẾ 20 3.1 GIỚI THIỆU 20 3.2 TÍNH TỐN VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG 20 3.2.1 Thiết kế sơ đồ khối hệ thống 20 3.2.2 Tính tốn thiết kế mạch 22 3.2.3 Sơ đồ nguyên lý toàn mạch 47 CHƯƠNG THI CÔNG HỆ THỐNG 48 4.1 GIỚI THIỆU 48 4.2 THI CÔNG HỆ THỐNG 48 an CHƯƠNG THI CƠNG HỆ THỐNG Hình 4.34 Giao diện CloudMQTT Bước 1: Bạn vào trực tiếp trang CloudMQTT để tạo tài khoản cho mình, có đường dẫn để kích hoạt thơng tin cấu hình cho tài khoản bạn, trừ email mật cịn lại bạn nhập tùy thích Bước 2: Tạo MQTT Broker cách ấn vào nút Create màu xanh, nhập thông tin vào hình Hình 4.35 Nhập thơng tin tạo tài khoản Bước 3: Chọn Details để cấu hình thơng tin Hình 4.36 Bước để cấu hình thơng tin BỘ MƠN ĐIỆN TỬ CƠNG NGHIỆP – Y SINH 72 an CHƯƠNG THI CÔNG HỆ THỐNG Trong manage User điền tên user esp8266, password 123456, sau Save Hình 4.37 Nhập username password Trong New Rule chọn user hình, tên topic đặt tên tùy thích, tick chọn Read,Write Hình 4.38 Chọn user và đặt tên topic Vậy xong bước cấu hình broker Giao diện sau thiết kế: Hình 4.39 Giao diện sau thiết kế BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 73 an CHƯƠNG THI CÔNG HỆ THỐNG 4.5 TÀI LIỆU HƯỚNG DẪN SỬ DỤNG, THAO TÁC 4.5.1 Tài liệu hướng dẫn sử dụng Mô hình hệ thống gồm khối điều khiển, tải khối hiển thị Các bước thao tác sử dụng gồm: ❖ Điều khiển trực tiếp mơ hình: Bước 1: Cấp nguồn cho hệ thống, hệ thống sử dụng nguồn pin lượng mặt trời mạch giảm áp LM2596 Đợi hệ thống khởi động xong, LCD hiển thị nhiệt độ độ ẩm khơng khí độ ẩm đất, giá trị mode Bước 2: Mặc định khởi động hệ thống hoạt động chế độ tự động Hệ thống gửi liệu nhiệt độ độ ẩm khơng khí độ ẩm đất lên địa wed Bước 3: Nếu muốn chuyển chế độ sang Tay(MANUAL) việc nhấn phím Mode, LCD hiển thị Mode=1 điểu khiển trực tiếp hệ thống • Muốn mở hay tắt bơm việc nhấn phím BƠM • Muốn mở hay tắt phun sương việc nhấn phím PHUN SƯƠNG • Muốn mở hay tắt quạt việc nhấn phím QUẠT • Muốn mở hay tắt đèn việc nhấn phím ĐÈN • Muốn mở mái che việc nhấn phím MỞ MÁI CHE • Muốn đóng mái che việc nhấn phím ĐĨNG MÁI CHE ❖ Điều khiển web: Bước 1: Cấp nguồn cho hệ thống, hệ thống sử dụng nguồn 5V Khởi động module wifi NodeMCU Đợi hệ thống khởi động xong LCD hiển thị nhiệt độ, độ ẩm Tên module phát wifi để NodeMCU kết nối “tuanphuong” pass “phuong1997” NodeMCU tự động kết nối truyền nhận liệu lên web Bước 2: Nếu muốn kiểm tra, điều khiển thiết bị điện hay kiểm tra nhiệt độ, độ ẩm qua mạng wifi truy cập vào web Các giá trị nhiệt độ, độ ẩm, độ ẩm đất hiển thị web Nếu người dùng muốn bật thiết bị tương ứng với thiết bị 1, thiết bị 2, thiết bị 3, thiết bị 4, thiết bị người dùng thao tác vào chọn chế độ tay sau hành động bật hay tắt thiết bị điện hệ thống hoạt động BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 74 an CHƯƠNG KẾT QUẢ_NHẬN XÉT_ĐÁNH GIÁ CHƯƠNG KẾT QUẢ_NHẬN XÉT_ĐÁNH GIÁ 5.1 KẾT QUẢ Qua trình nghiên cứu thực đề tài, nhóm chúng em nhận thấy đề tài có khả ứng dụng vào thực tiễn cao, giám sát trực tiếp Web Server điều chỉnh hệ thống trực tiếp web mà không cần phải đến trang trại, đáp ứng nhu cầu xã hội đại ngày với xu hướng thời đại 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 ARM giao tiếp ARM với module, cảm biến như: cảm biến DHT11, cảm biến độ ẩm đất, cảm biến mưa, cảm biến ánh sáng, module relay, module điều khiển động DRV8825, loại động động bước, động bơm nước, NodeMCU, • Nghiên cứu biết cách kết nối ARM 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 • Biết cách tạo sở liệu gửi liệu lên Webserver • Có thể sử dụng thành thạo phần mềm Keyc uvision 5, Arduino Altium • Biết cách kết nối điều khiển điện thoại thơng qua Webserver • Biết cách sử dụng động bước thơng qua module điều khiển • Biết vẽ lưu đồ cho hệ thống • Biết làm mơ hình thực tế Sau thời gian nghiên cứu áp dụng kiến thức học, chúng em hoàn thành đồ án với đề tài “THIẾT KẾ VÀ THI CƠNG MƠ HÌNH HỆ THỐNG TRỒNG HOA LAN SỬ DỤNG NGUỒN PIN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI” nhóm có kết sau: BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 75 an CHƯƠNG KẾT QUẢ_NHẬN XÉT_ĐÁNH GIÁ • 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 cách: ▪ Đóng mở mái che tự động trời mưa ▪ Bật tắt đèn, quạt, bơm tưới, phun sương tự động để khống chế nhiệt độ, độ ẩm khơng khí, độ ẩm đất • Có thể điều chỉnh tay thiết bị trực tiếp thông qua bảng điều khiển • Có thể giám sát từ xa thơng số mơi trường thơng qua Internet • Có thể điều khiển thiết bị thơng qua wed ❖ Mơ hình hồn chỉnh Hình 5.1 Mơ hình sau hồn thành BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 76 an CHƯƠNG KẾT QUẢ_NHẬN XÉT_ĐÁNH GIÁ Hình 5.2 Mơ hình hoạt động ❖ Giao diện web Hình 5.3 Giao diện wed BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 77 an CHƯƠNG KẾT QUẢ_NHẬN XÉT_ĐÁNH GIÁ ➢ Khi có liệu từ mơ hình gởi lên wed kết nối thơng qua NodeMCU wed hiển thị thông số nhiệt độ môi trường, độ ẩm khơng khí, độ ẩm đất biểu đồ cho người dùng giám sát ❖ Bảng thực nghiệm kết chạy thực tế wed Bảng 5.1 Kết chạy thực tế wed Số lần Nội dung Kết 30 Điều khiển nút nhấn Wed 27/30 30 Hiển thị thông số môi trường 30/30 30 Hiển thị trạng thái thiết bị 30/30 30 Thời gian đáp ứng