(Đồ án hcmute) xây dựng giải pháp iot cho vườn hoa mini

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 XÂY DỰNG GIẢI PHÁP IOT CHO VƯỜN HOA MINI GVHD: ThS NGUYỄN VĂN HIỆP SVTH: LƯ AN CHIÊU MSSV: 12141026 SVTH: NGUYỄN TƯƠNG HÂN MSSV: 12141530 SKL 0 3 Tp Hồ Chí Minh, tháng 7/2016 an BỘ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ BỘ MÔN ĐIỆN TỬ-CÔNG NGHIỆP - ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ TRUYỀN THÔNG ĐỀ TÀI: XÂY DỰNG GIẢI PHÁP IOT CHO VƢỜN HOA MINI GVHD: ThS NGUYỄN VĂN HIỆP SVTH: MSSV: LƢ AN CHIÊU 12141026 NGUYỄN TƢƠNG HÂN 12141530 Tp Hồ Chí Minh - Năm 2016 i an LỜI CAM ĐOAN Đề tài nhóm em tự thực dựa vào số tài liệu không chép từ tài liệu hay cơng trình có trƣớc Nếu có chép chúng em hoàn toàn chịu trách nhiệm Ngƣời Thực Hiện Đề Tài Lƣ An Chiêu Nguyễn Tƣờng Hân iv an LỜI CẢM ƠN Em xin trân trọng cảm ơn trƣờng Đại Học Sƣ Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh cho em mơi trƣờng tốt để học tập Bên cạnh đó, em xin cảm ơn thầy cô giảng dạy trau dồi cho em kiến thức cần thiết sống, đặc biệt em xin cảm ơn thầy Nguyễn Văn Hiệp trực tiếp tích cực hỗ trợ giảng dạy em khoảng thời gian làm đồ án tốt nghiệp Em xin cảm ơn gia đình bạn bè ủng hộ giúp đỡ em thời gian thực báo cáo thực tập tốt nghiệp Em xin chân thành cảm ơn! Thành phố Hồ Chí Minh, ngày 08 tháng năm 2016 Ngƣời Thực Hiện Đề Tài Lƣ An Chiêu Nguyễn Tƣờng Hân v an MỤC LỤC Trang bìa i Nhiệm vụ đồ án ii Lịch trình đồ án iii Lời cam đoan iv Lời cảm ơn v Mục lục vi Liệt kê hình vẽ ix Liệt kê bảng vẽ x Tóm tắt xi CHƢƠNG : TỔNG QUAN 1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ 1.2 MỤC TIÊU ĐỀ TÀI 1.3 GIỚI HẠN ĐỀ TÀI 1.4 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 1.5 BỐ CỤC CHƢƠNG : CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1.QUY TRÌNH TRỒNG HOA MƢỜI GIỜ 2.1.1 Mơ Tả quy trình trồng Hoa mƣời 2.1.2 Mơ Tả quy trình tƣới Hoa mƣời 2.2 NỀN TẢNG LÝ THUYẾT 2.2.1 Cảm biến chuyển đổi ADC 2.2.2 Khối xử lý trung tâm 11 2.2.3 Giao tiếp wifi 12 CHƢƠNG : TÍNH TỐN VÀ THIẾT KẾ 21 3.1 GIỚI THIỆU 21 3.2 TÍNH TỐN VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỆN TỬ GIÁM SÁT 21 3.2.1 Sơ đồ khối chức khối 21 3.2.2 Thiết kế khối cảm biến 22 3.2.3 Thiết kế khối giao tiếp công suất 25 vi an 3.2.4 Thiết kế khối module Wifi 28 3.2.5 Khối xử lý trung tâm 29 3.2.6 Thiết kế nguồn 31 3.2.7 Sơ đồ nguyên lý toàn mạch 33 3.3.TÍNH TỐN VÀ THIẾT KẾ MƠ HÌNH CƠ KHÍ 33 3.4.TÍNH TỐN VÀ THIẾT KẾ HỆ ỨNG DỤNG ANDROID 38 3.4.1 Giới thiệu tổng quan Android mơi trƣờng lập trình Android Studio 38 3.4.2 Chức nhiệm vụ ứng dụng Android đề tài 39 3.4.3 Thiết kế giao diện Android 39 CHƢƠNG : THI CÔNG HỆ THỐNG 42 4.1 GIỚI THIỆU 42 4.2 THI CÔNG HỆ THỐNG 42 4.2.1.Thi công bo mạch 42 4.2.2.Lắp ráp kiểm tra 43 4.3.ĐÓNG GÓI VÀ THI CƠNG MƠ HÌNH 45 4.3.1.Đóng gói điều khiển 45 4.3.2.Thi cơng mơ hình 46 4.4 LẬP TRÌNH HỆ THỐNG 48 4.4.1 Phần mềm lập trình cho vi điều khiển board 48 4.4.2 Phần mềm lập trình cho điện thoại 53 4.5 TÀI LIỆU HƢỚNG DẪN SỬ DỤNG, THAO TÁC 72 CHƢƠNG : KẾT QUẢ_NHẬN XÉT_ĐÁNH GIÁ 75 5.1 KẾT QUẢ 75 5.1.1 Giai đoạn kiểm tra hiệu chỉnh hệ thống 75 5.1.2 Giai đoạn hoàn thiện hệ thống 77 5.2 NHẬN XÉT VÀ ĐÁNH GIÁ 79 5.2.1 Cảm biến độ ẩm đất FC-28 79 5.2.2 Cảm biến nhiệt độ LM35 80 5.2.3 Module wifi ESP826 80 5.2.4 KIT nhúng Arduino UNO R3 80 5.2.5 Ứng dụng ANDROID 80 vii an CHƢƠNG : KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN .84 6.1 KẾT LUẬN 84 6.2 HƢỚNG PHÁT TRIỂN 84 TÀI LIỆU THAM KHẢO .86 PHỤ LỤC .87 LIỆT KÊ HÌNH ẢNH Hình 2.1 Mạch flash ADC với so sánh Hình 2.2 Analog digital hàm sin 10 Hình 2.3 Sơ đồ khối hệ thống nhúng 11 Hình 2.4 Vi điều khiển 12 Hình 2.5 The Internet of Things 15 Hình 2.6 ThingSpeak 15 Hình 3.1 Cảm biến nhiệt độ LM35 23 Hình 3.2 Cảm biến độ ẩm đất FC28 23 Hình 3.3 Sơ đồ nối dây LM35 Arduino 24 Hình 3.4 Sơ đồ nối dây FC28 Arduino 25 Hình 3.5 Relay 25 Hình 3.6 Triac 26 Hình 3.7 Bơm nƣớc Brushless Ogihara 12V-24V 26 Hình 3.8 Valve điện từ 27 Hình 3.9 Sơ đồ nối dây module Relay Arduino 27 Hình 3.10 Module Wifi ESP8266 28 Hình 3.11 IC giảm áp 3V3 AMS1117 29 Hình 3.12 Sơ đồ kết nối AMS1117 ESP8266 29 Hình 3.13 Vi điều khiển 30 Hình 3.14 Các chân kit Arduino 31 Hình 3.15 Các phận mạch SMPS thực tế 32 viii an Hình 3.16 Sơ đồ nguyên lý toàn mạch 33 Hình 3.17 Tủ điện tĩnh điện kín nƣớc 34 Hình 3.18 Chậu hoa 34 Hình 3.19 Khung giàn hoa 35 Hình 3.20 Khung phụ giá đỡ chậu hoa 36 Hình 3.21 Giá đỡ hệ thống bơm nƣớc điều khiển 36 Hình 3.22 Các đầu chuyển đổi đƣờng nƣớc 37 Hình 4.1 Sơ đồ bố trí linh kiện 42 Hình 4.2 Layout mạch 43 Hình 4.3 Lắp ráp chân bus kết nối 43 Hình 4.4 Mặt sau board 44 Hình 4.5 Kết nối dây chạy kiểm tra 44 Hình 4.6 Bố trí mặt hộp điều khiển 45 Hình 4.7 Hệ thống giàn hoa sau thi công 46 Hình 4.8 Bố trí hệ thống bơm nƣớc điều khiển 47 Hình 4.9 Thi cơng đƣờng ống dẫn nƣớc 47 Hình 4.10 Hình ảnh mặt trƣớc sau hồn thành lắp đặt hệ thống tƣới tự động hoàn chỉnh 48 Hình 5.1 Giao diện ứng dụng Android 76 LIỆT KÊ BẢNG Bảng 2.1 Chọn kiểm tra parity 18 Bảng 2.2 Độ dài liệu truyền 18 Bảng 3.1 So sánh LM35 DS18B20 22 Bảng 3.2 Thông số Arduino UNO R3 29 Bảng 5.1 Kết mô giai đoạn hiệu chỉnh hệ thống 75 Bảng 5.2 Kết mơ giai đoạn hồn thiện hệ thống 77 Bảng 5.3 Chạy thử nghiệm 82 ix an LIỆT KÊ SƠ ĐỒ Sơ đồ 3.1 Sơ đồ khối 21 Sơ đồ 3.2 Sơ đồ chân ATMEGA32 30 Sơ đồ 3.3 Sơ đồ khối mạch SMPS đơn giản 31 Sơ đồ 4.1 Lƣu đồ 50 x an TÓM TẮT Để nông nghiệp thực mạnh Việt Nam bối cảnh hội nhập, có thƣơng hiệu mạnh đủ sức cạnh tranh thị trƣờng nƣớc quốc tế cần phải tiến hành đầu tƣ mạnh mẽ cho sản xuất nông nghiệp, mở rộng phát triển khu, vùng nông nghiệp ứng dụng công nghệ cao Hơn với thời đại công nghệ thông tin phát triển vƣợt bậc nhƣ nay, sóng wifi phủ gần nhƣ 100% thành phố lớn nhƣ Hồ Chí Minh điều kiện thuận lợi cho Internet of Things kết nối vạn vật qua Internet phát triển mạnh mẽ Do nhóm chúng em bao gồm sinh viên: Lƣ An Chiêu Nguyễn Tƣờng Hân dƣới hƣớng dẫn thầy Nguyễn Văn Hiệp tiến hành thi công thiết kế mơ hình vƣờn hoa mini thơng có khả hoạt động đƣợc ngƣời dùng giám sát trực tiếp nơi đâu lúc thơng qua sóng wifi Và thiết bị mà nhóm dùng để giao tiếp với mơ hình thiết bị mà hầu nhƣ có smartphone Nhƣ với smartphone có kết nối Internet, biết đƣợc vƣờn hoa hoạt động nhƣ nào, độ ẩm đất chúng ẩm hay khô, nhiệt độ nóng hay lạnh dù khơng có nhà Và qua điều khiển tƣới cách linh hoạt cho vƣờn hoa đƣợc phát triển cách tốt xi an PHỤ LỤC b Cài đặt Driver Đầu tiên, chạy file arduino-1.6.4\drivers\dpinst-x86.exe (Windows arduino-1.6.4\drivers\dpinst-amd64.exe (Windows x64) Cửa sổ x86) “Device Driver Installation Wizard” ra, chọn Next để tiếp tục Khi có yêu cầu xác nhận cài đặt driver, chọn “Install” BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP an 98 PHỤ LỤC Đợi khoảng 10 giây lúc trình cài đặt diễn … Q trình cài đặt hồn tất Bấm “Finish” để BỘ MƠN ĐIỆN TỬ CƠNG NGHIỆP an 99 PHỤ LỤC (A) Toolbar :  Arduino Toolbar: có số button chức chúng nhƣ sau :  Verify : kiểm tra code có lỗi hay không  Upload: nạp code soạn thảo vào Arduino  New, Open, Save : Tạo mới, mở Save sketch  Serial Monitor : Đây hình hiển thị liệu từ Arduino gửi lên máy tính tổ hợp phìm CTRL + SHIFT + M  Arduino Menu : BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP an 100 PHỤ LỤC  File menu : Trong file menu quan tâm tới mục Examples nơi chứa code mẫu ví dụ nhƣ: cách sử dụng chân digital, analog, sensor  Sketch menu :  Verify/ Compile : chức kiểm tra lỗi code  Show Sketch Folder : hiển thị nơi code đƣợc lƣu  Add File : thêm vào Tap code  Import Library : thêm thƣ viện cho IDE (B) Nạp code (C) Vùng debug c Cấu hình Arduino IDE Bƣớc : Vào menu Tools → Board → chọn Arduino bạn sử dụng Bƣớc : Vào menu Tools → Serial Port → chọn cổng Arduino kết nối với BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CƠNG NGHIỆP an 101 PHỤ LỤC máy tính Ở máy COM3 Bƣớc : Vào menu Tools → Programmer → chọn AVRISP mkll BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP an 102 PHỤ LỤC Hƣớng dẫn cài đặt sử dụng phần mềm  Cài đặt phần mềm: Download file cài đặt phần mềm trang web thức: https://developer.android.com/studio/index.html Sau download thành công, tiến hành cài đặt phần mềm Bƣớc 1: Chọn Next để tiếp tục BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP an 103 PHỤ LỤC Bƣớc 2: Chọn cài Ở phần bạn nên chọn thêm Android SDK ta sử dụng Genymotion sử dụng trực tiếp thiết bị điện thoại để mô chƣơng trình Chọn Next để tiếp tục Bƣớc 3: Chọn Agree để đồng ý với điều khoản tiếp tục BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP an 104 PHỤ LỤC Bƣớc 4: Chọn nơi cài đặt Android Android SDK (nên để mặc định) Chọn Next để tiếp tục Bƣớc 5: Chọn Install để cài đặt Quá trình cài đặt diễn lâu BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP an 105 PHỤ LỤC Bƣớc 6: Sau cài đặt xong, chọn Next Bƣớc 7: Kết thúc cài đặt khởi chạy ứng dụng chọn Finish BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP an 106 PHỤ LỤC  Tạo project tiến hành chạy mô Genymotion Ở lần khởi chạy ứng dụng đầu tiên, chƣơng trình tiến hành cài đặt vài cơng cụ chọn kiểu giao diện Sau hồn tất trình Bƣớc 1: Tiến hành tạo Project Bạn chọn File / New / New Project Bƣớc 2: Chọn tên nơi lƣu trữ Project Chọn Next để tiếp tục BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP an 107 PHỤ LỤC Bƣớc 3: Chọn loại thiết bị lập trình, chọn số API (giao diện lập trình ứng dụng) Chọn Next để tiếp tục Bƣớc 4: Chọn loại giao diện Chọn Next để tiếp tục BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP an 108 PHỤ LỤC Bƣớc 5: Thiết lập lại tên giao diện tiêu đề Chọn Finish để kết thúc trình tạo Project  Thiết kế, viết chƣơng trình chạy mơ BỘ MƠN ĐIỆN TỬ CƠNG NGHIỆP an 109 PHỤ LỤC Sau tạo đƣợc Project, tiến hành thiết kế giao diện viết chƣơng trình Ở đây, ta sử dụng widget mà Android Studio cung cấp cột bên trái để thiết kế giao diện cho phù hợp với ứng dụng muốn viết, thiết lập thông số đối tƣợng widget dựa vào bảng Properties bên phải Click Run tổ hợp phím Shift + F10 Để biên dịch chạy ứng dụng - Nếu sử dụng điện thoại để chạy thử ứng dụng Cần mở Explorer truy cập vào địa lƣu trữ Project copy file *.apk ứng dụng vào điện thoại để sử dụng BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP an 110 PHỤ LỤC - Nếu sử dụng Genymotion cần khởi động Genymotion trƣớc chọn thiết bị mô sau chạy ứng dụng Click OK để mơ Và kết BỘ MƠN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP an 111 an ... thiết kế hệ thống tƣới tự động giúp cho ngƣời tƣới nƣớc, giám sát độ ẩm nhiệt độ vƣờn hoa nơi đâu Đồ án ? ?Xây dựng giải pháp IoT cho vƣờn hoa mini? ?? đƣợc xây dựng hệ thống nhúng tiêu tốn lƣợng giao... dụng điện thoại thông minh 1.2 MỤC TIÊU ĐỀ TÀI Đồ án ? ?Xây dựng giải pháp IoT cho vƣờn hoa mini? ?? hƣớng đến mục tiêu thiết kế vƣờn hoa, vƣờn rau cho nhà, chung cƣ, văn phịng có diện tích khơng gian... TP HỒ CHÍ MINH KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ BỘ MÔN ĐIỆN TỬ-CÔNG NGHIỆP - ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ TRUYỀN THÔNG ĐỀ TÀI: XÂY DỰNG GIẢI PHÁP IOT CHO VƢỜN HOA MINI GVHD: ThS