(Luận văn tốt nghiệp) mô hình hệ thống trồng rau tự động

BỘ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÀ RỊA VŨNG TÀU KHOA CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT - NÔNG NGHIỆP - CNC ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP MƠ HÌNH HỆ THỐNG TRỒNG RAU TỰ ĐỘNG Trình độ đào tạo : Đại Học Chính Quy Ngành : Cơng Nghệ Kỹ Thuật Điện – Điện Tử Chuyên ngành : Điều Khiển Và Tự Động Hóa Giáo viên hướng dẫn: ThS Lưu Hồng Sinh viên thực : Lê Công Thành MSSV: 16031542 Ngô Minh Quyền MSSV: 16031472 Lớp : DH16TD Vũng Tàu, Năm 2020 Luan van TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÀ RỊA-VŨNG TÀU KHOA CNKT - NNCNC CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc Lập - Tự Do - Hạnh Phúc PHIẾU GIAO ĐỀ TÀI ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP (Đính kèm Quy định việc tổ chức, quản lý hình thức tốt nghiệp ĐH, CĐ ban hành kèm theo Quyết định số 585/QĐ-ĐHBRVT ngày 16/7/2013 Hiệu trưởng Trường Đại học BR-VT) Họ tên sinh viên 1: Lê Công Thành Ngày sinh: 06/03/1998 MSSV: 16031542 Email: Lecongthanh0587807475@gmail.com Họ tên sinh viên 2: Ngô Minh Quyền Ngày sinh: 26/02/1998 MSSV: 16031472 Email: Minhquyen262@gmail.com Lớp : DH16TD Chuyên ngành : Điều Khiển Và Tự Động Hóa Hệ đào tạo : Đại Học Chính Quy I Tên đề tài: MƠ HÌNH HỆ THỐNG TRỒNG RAU TỰ ĐỘNG II Giảng viên hướng dẫn: Ths Lưu Hoàng III Ngày giao đề tài: 12/2019 IV Ngày hồn thành đồ án/ khố luận tốt nghiệp: 05/2020 Bà Rịa - Vũng Tàu, ngày … tháng … năm 2020 Giảng viên hướng dẫn Sinh viên thực (Ký ghi rõ họ tên) (Ký ghi rõ họ tên) Trưởng môn Trưởng khoa (Ký ghi rõ họ tên) (Ký ghi rõ họ tên) Luan van NHẬN XÉT (Của giáo viên hướng dẫn) Thái độ, tác phong nhận thức q trình thực hiện: …………………………………………………………………………………… • …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… Kiến thức chun mơn: …………………………………………………………………………………… • …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… Hình thức, bố cục trình bày: …………………………………………………………………………………… • ………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… • Nội dung, kết quả: …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… Nhận xét khác: …………………………………………………………………………………… • …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… Bà Rịa - Vũng Tàu, ngày … tháng … năm 2020 Giáo viên hướng dẫn (Ký ghi rõ họ tên) Luan van NHẬN XÉT (Của giáo viên phản biện) Thái độ, tác phong nhận thức trình thực hiện: …………………………………………………………………………………… • …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… Kiến thức chuyên môn: …………………………………………………………………………………… • …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… Hình thức, bố cục trình bày: …………………………………………………………………………………… • ………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… • Nội dung, kết quả: …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… Nhận xét khác: …………………………………………………………………………………… • …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… Bà Rịa - Vũng Tàu, ngày … tháng … năm 2020 Giáo viên phản biện (Ký ghi rõ họ tên) Luan van LỜI CẢM ƠN Đầu tiên nhóm em xin gởi lời cảm ơn sâu sắc đến Thầy Lưu Hoàng - Giảng viên môn Điện - Điện Tử, tận tình giúp đỡ, hướng dẫn, giảng giải cho chúng em lựa chọn đề tài trình thực đề tài Trong trình thực đồ án xảy nhiều khó khăn, thiếu sót hỗ trợ góp ý Thầy nên nhóm hồn thành đồ án Trong suốt thời gian theo học trường Đại học Bà Rịa Vũng Tàu, Tp Vũng Tàu, em nhận nhiều quan tâm giúp đỡ từ Thầy Cô bạn bè Cảm ơn Hiệu Trưởng, quý thầy cô trường Đại học Bà Rịa – Vũng Tàu hỗ trợ tận tình trang thiết bị, phần mềm, sở vật chất tạo điều kiện hoàn thành đồ án Với lòng biết ơn sâu sắc, em xin gửi lời cảm ơn tới quý Thầy Cô, người truyền lại cho em nhiều kinh nghiệm kiến thức quý báu, giúp đỡ tiếp thêm động lực cho em vững bước đường chọn Và đặc biệt Thầy, Cơ khoa Điện - Điện tử truyền đạt kiến thức, kinh nghiệm tạo điều kiện tốt để nhóm em hồn thành đề tài Xin cảm ơn bạn khóa, khoa động viên, khích lệ, ủng hộ nhiều mặt góp phần làm nên thành công đồ án Cảm ơn Đại Học Bà Rịa Vũng Tàu! Xin chân thành cảm ơn! Người thực đề tài Lê Công Thành Ngô Minh Quyền Luan van LỜI MỞ ĐẦU Hiện nay, khoa học Công nghệ ngày đạt thành tựu to lớn, kéo theo phát triển vượt bậc ngành nghề có ứng dụng khoa học kỹ thuật Đối với nước mà nơng nghiệp cịn chiếm vai trị to lớn kinh tế việc ứng dụng khoa học Công nghệ điều cấp thiết cần mở rộng Nhằm giải vấn đề này, nhờ giúp sức tiến khoa học kỹ thuật, hệ thống giám sát, xử lý, cung ứng trình sản xuất ngày đại đưa vào nông nghiệp đặc biệt ứng dụng Cơng nghệ IOT góp phần tạo nên môi trường sản xuất động, khoa học giải phóng sức lao động, tăng suất, mang lại hiệu kinh tế cao Với mong muốn nghiên cứu tạo hệ thống giám sát nơng nghiệp tiện ích sử dụng Cơng nghệ IOT, để góp phần đáp ứng nhu cầu đóng góp thêm giải pháp phát triển, nhóm định chọn đề tài: “MƠ HÌNH HỆ THỐNG TRỒNG RAU TỰ ĐỘNG” Luan van TÓM TẮT ĐỂ TÀI Phương pháp thực dùng ESP32 xây dựng thành khối điều khiển trung tâm, dùng module cảm biến: độ ẩm đất, nhiệt độ độ ẩm khơng khí thu thập liệu từ môi trường canh tác gửi ESP32, từ so sánh với thơng số cài đặt trước ESP32 điều khiển thiết bị ngoại vi: máy bơm nước, van điện Bên cạnh ESP32 gửi liệu lên ứng dụng Android điều khiển phạm vi gần Web thông qua ESP32 để điều khiển hệ thống từ xa Nội dung đề tài tập trung nghiên cứu phương thức giao tiếp ESP32 với cảm biến độ ẩm đất, cảm biến nhiệt độ độ ẩm khơng khí Mơ hình nhỏ gọn, bố trí linh kiện hợp lí, dễ quan sát, sử dụng, đảm bảo tính an tồn thẩm mỹ Do thời gian, kiến thức kinh nghiệm nhóm cịn có hạn nên khơng thể tránh khỏi sai sót Nhóm em mong giúp đỡ tham khảo ý kiến thầy bạn nhằm đóng góp phát triển thêm đề tài Luan van MỤC LỤC PHIẾU GIAO ĐỀ TÀI ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Error! Bookmark not defined I Tên đề tài: MƠ HÌNH TRỒNG CÂY TỰ ĐỘNGError! Bookmark not defined II Giảng viên hướng dẫn: Ths Lưu HoàngError! Bookmark not defined III Ngày giao đề tài: 12/2019 Error! Bookmark not defined IV Ngày hồn thành đồ án/ khố luận tốt nghiệp: 05/2020 Error! Bookmark not defined NHẬN XÉT Error! Bookmark not defined (Của giáo viên hướng dẫn) Error! Bookmark not defined NHẬN XÉT Error! Bookmark not defined (Của giáo viên phản biện) Error! Bookmark not defined LỜI CẢM ƠN Error! Bookmark not defined LỜI MỞ ĐẦU Error! Bookmark not defined TÓM TẮT ĐỂ TÀI Error! Bookmark not defined CHƯƠNG TỔNG QUAN Error! Bookmark not defined ĐẶT VẤN ĐỀ Error! Bookmark not defined MỤC TIÊU Error! Bookmark not defined NỘI DUNG NGHIÊN CỨU Error! Bookmark not defined GIỚI HẠN Error! Bookmark not defined BỐ CỤC Error! Bookmark not defined CHƯƠNG CƠ SỞ LÝ THUYẾT Error! Bookmark not defined ỨNG DỤNG IOT TRONG NÔNG NGHIỆPError! Bookmark not defined CÁC CHUẨN TRUYỀN DỮ LIỆU, CHUẨN KẾT NỐIError! Bookmark not defined GIỚI THIỆU PHẦN CỨNG Error! Bookmark not defined CHƯƠNG TÍNH TỐN VÀ THIẾT KẾ Error! Bookmark not defined GIỚI THIỆU Error! Bookmark not defined TÍNH TỐN VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNGError! Bookmark not defined CHƯƠNG THI CÔNG HỆ THỐNG Error! Bookmark not defined GIỚI THIỆU Error! Bookmark not defined Luan van THI CÔNG HỆ THỐNG Error! Bookmark not defined CHƯƠNG 5: KẾT QUẢ - NHẬN XÉT - ĐÁNH GIÁ Error! Bookmark not defined KẾT QUẢ Error! Bookmark not defined NHẬN XÉT Error! Bookmark not defined ĐÁNH GIÁ Error! Bookmark not defined CHƯƠNG KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN Error! Bookmark not defined KẾT LUẬN Error! Bookmark not defined HƯỚNG PHÁT TRIỂN Error! Bookmark not defined TÀI LIỆU THAM KHẢO Error! Bookmark not defined Luan van MỤC LỤC HÌNH ẢNH Hình Minh họa ứng dụng IOT nông nghiệp Hình Bốn cấu phần hệ thống IOT 11 Hình Ứng dụng Iot 11 Hình Mơ hình tưới rau Iot 12 Hình Hình ảnh minh họa 14 Hình Logo Wifi 15 Hình Module ESP 32 24 Hình Bộ Nguồn 25 Hình Mạch Relay Opto cách ly 5VDC 26 Hình 10 Cảm biến lưu lượng 27 Hình 11 Cảm biến lưu lượng nước DN20 28 Hình 12 Van điện từ 29 Hình 13 Module cảm biến độ ẩm nhiệt độ DHT11 30 Hình 14 Module cảm biến độ ẩm đất 31 Hình 15 Sơ đồ khối hệ thống 32 Hình 16 Nguyên lý hoạt động 35 Hình 17 Hình ảnh mơ (Hệ thống phun nước) 36 Hình 18 Hình ảnh mô (Hệ thống phun nước) 37 Hình 19 Hệ thống phun nước 37 Hình 20 Hộp chứa nước 38 Hình 21 Hộp chứa nước 38 Hình 22 Kết nối với thiết bị điện 39 Hình 23 Tổng quan mơ hình từ 39 Hình 24 Tổng quan mơ hình từ sau 40 Hình 25 Tổng quan mơ hình từ trước 40 Hình 26 Tổng quan mơ hình bên cạnh 41 Hình 27 Tổng quan mơ hình 41 Hình 28 Tổng quan mơ hình 42 Luan van pinMode(flowSensorPin, INPUT_PULLUP); attachInterrupt(flowSensorPin,flowmeterCounter, FALLING); if(onlineDay){GetDailyProcess();lastDay=onlineDay;} startDate.day=onlineDay;startDate.month=onlineMonth;startDate.year=onli neYear; } #endif Luan van 77 CHƯƠNG 5: KẾT QUẢ - NHẬN XÉT - ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ Sau thời gian nghiên cứu thực thi Công đề tài hệ thống giám sát nơng nghiệp IOT, nhóm hồn thành đề tài dù gặp nhiều khó khăn Trong trình nghiên cứu thi Cơng nhóm học thêm nhiều kiến thức bổ ích 1.1 Nội dung - Nghiên cứu cách xây dựng WEB - Nghiên cứu module ESP32 - Nghiên cứu cảm biến độ ẩm đất - Nghiên cứu module cảm biến nhiệt độ DHT11 - Nghiên cứu thiết kế mạch nguồn 1.2 Kết nghiên cứu Qua đề tài này, nhóm cịn trau dồi thêm nhiều kỹ năng: thiết kế, lắp đặt hệ thống điện, mơ hình cho tối ưu Hiểu cảm biến thông dụng Bên cạnh đó, kỹ truyền - nhận thơng tin nhờ module Esp32 nhóm hiểu rõ 78 Luan van • Giao diện ứng dụng Hình 59 Giao diện ứng dụng trạng thái tự động (trái) tay (phải) 79 Luan van Hình 60 Giao diện cài đặt Hình 61 Giao diện cài đặt Wifi 80 Luan van Hình 61 Giao diện theo dõi ngày 81 Luan van Hình 62 Cài đặt quy trình tưới nước tưới phân cho rau Hình 63 Giao diện cài đặt quy trình Có thể thêm bớt quy trình trồng, tùy vào mục đích sử dụng 82 Luan van Hình 64 Giao diện bắt đầu quy trình 83 Luan van Hình 65 Giao diện cài đặt kết nối wifi 84 Luan van Hình 66 Giao diện cài đặt API 85 Luan van Hình 67 Giao diện theo dõi quy trình Hệ thống điều khiển thơng qua thiết bị thông minh (Smartphone, Laptop, PC ) Ứng dụng có đầy đủ thơng tin cập nhật liên tục từ điều khiển hỗ trợ cho trình điều khiển thiết bị ngoại vi vườn Ứng dụng giải pháp tối ưu việc sửa chữa, bảo trì thiết bị ngoại vi vườn, mà ứng dụng thay web xảy cố Internet Người trồng trọt không cần phải lắp đặt hay thao gỡ nhà kính muốn trồng xen canh loại khác nhau, với hệ thống IoT này, điều kiện canh tác thay đổi cách linh hoạt Chi phí cho lượng điện tiêu thụ cho q trình canh tác giảm đáng kể, hệ thống thực điều khiển tắt - mở 86 Luan van thiết bị ngoại vi cách tự động, nhiệt độ khơng khí đạt khoảng an tồn, độ ẩm đất đạt khoảng ổn định cho sinh trưởng phát triển cây, bơm nước tự động tắt; ngược lại, không đáp ứng điều kiện môi trường đặt trước, hệ thống tự động mở tắt thiết bị ngoại vi để đảm bảo môi trường nuôi trồng ln trạng thái tốt Chính vậy, suất canh tác sử dụng hệ thống IoT tăng cao; lẽ, điều kiện canh tác không phụ thuộc vào điều kiện môi trường, đáp ứng nhu cầu thị trường, nhu cầu khách hàng khó tính NHẬN XÉT Trong q trình thiết kế thi cơng đề tài, nhóm gặp nhiều khó khăn phát sinh việc lựa chọn linh kiện, hướng thiết kế, sau tìm hiểu vấn đề giải Khó khăn lớn đề tài việc nghiên cứu sau thu giá trị đọc từ cảm biến thông báo để hiển thị lên Web APP Trong việc lập trình phần mềm vấn đề làm nhóm gặp nhiều khó khăn thời gian nghiên cứu tìm hiểu hướng giải Sau thời gian nghiên cứu, thi cơng dự án hồn thành kịp tiến độ Hệ thống hoạt động tương đối ổn định Nhưng yêu cầu đặt hệ thống đạt 85%, điểm hạn chế chưa áp dụng vào qui mô lớn ĐÁNH GIÁ Hệ thống có khả giúp người dùng giám sát đối tượng canh tác Hệ thống hoạt động ổn định thời gian dài, đảm bảo việc thu thập thông tin từ đối tượng canh tác truyền nhận liệu lên web Mô hình cho giải pháp tồn diện cho nhà nơng: • Tiết kiệm tối đa chi phí vận hành, nhân cơng, … • Nâng cao chất lượng nơng sản • Tối ưu hóa thời gian quản lý vườn • Nâng cao sản lượng nơng sản 87 Luan van CHƯƠNG KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN KẾT LUẬN Sau thời gian nghiên cứu hoàn thành đề tài, nhóm nhận thấy mơ hình hiệu 85%, thời gian nghiên cứu thực đề tài, nhóm học hỏi tìm hiểu thêm nhiều kiến thức củng cố lại kiến thức học giúp hoàn thành đề tài Vì đề tài hướng đến việc giúp cho người nông dân giảm bớt thời gian sức lao động, qua trình canh tác nơng nghiệp nên phải trọng độ ổn định xác dẫn đến nhiều khó khăn q trình lập trình Nhưng nhờ hướng dẫn giảng viên hướng dẫn tài liệu tham khảo nhóm giải tương đối yêu cầu đề tài Trong trình thực đề tài phần cứng, nhóm tìm hiểu chức chân IO board Ardruino, kết hợp với cảm biến để đọc giá trị, sử dụng chân TX-RX để giao tiếp module ESP32 Việc kết hợp module lại với để làm việc ổn định nhiều thời gian học hỏi nhiều q trình làm Tuy sản phẩm hồn thành nhóm nhận thấy sản phẩm cịn nhiều thiếu sót, cần chỉnh sửa cải tiến − Xây dựng hồn thành mơ hình Hệ thống giám sát nơng nghiệp ứng dụng IOT − Mơ hình có khả cập nhật liệu từ đối tượng canh tác để xử lý theo yêu cầu mà người dùng cài đặt HƯỚNG PHÁT TRIỂN Đề tài đáp ứng yêu cầu đặt nhiên để sản phẩm hồn thiện đòi hỏi cần cải tiến nghiên cứu thêm Về chức năng, thiết bị nghiên cứu dừng lại chức bản: 88 Luan van đọc nhiệt độ độ ẩm đất, độ ẩm khơng khí Một số chức nên bổ sung thêm là: − Độ pH: Xử lý pH đất − Phát triển mơ hình với quy mơ lớn − Có lị sưởi để tăng nhiệt độ nhiệt độ xuống thấp − Hồn thiện mơ hình tối ưu cách kinh tế − Có thể dùng lượng từ pin mặt trời để tạo nguồn điện − Cài đặt giá trị để cảm biến theo điều kiện sống loại trồng 89 Luan van TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Lê Trúc/petrotimes.com, “ Lời giải cho tốn lao động nơng nghiệp”, 2018 [2] baomoi.com, “Chuyển dịch cấu ngành kinh tế Việt Nam: thành tựu kiến nghị”, 2017 [3] Trần Thu Hà, Trương Thị Bích Ngà, “Giáo trình Điện tử bản”, Nhà xuất ĐH Quốc Gia TP Vũng Tàu, 2013 [4] Nguyễn Việt Hùng, Nguyễn Ngô Lâm, Nguyễn Văn Phúc, Đặng Phước Hải Trang, Giáo trình kỹ thuật truyền số liệu, NXB ĐH Quốc Gia TP HCM, 2012 [5] Marco Schwartz, “Internet of Things with ESP8266”, Packt Publishing, 2016 [6] Phan Quang Phơ, Nguyễn Đức Chiến, “Giáo trình cảm biến” Nhà xuất Khoa Học Kỹ Thuật, 2000 [7] Dương Minh Trí, “Cảm biến ứng dụng”, Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật, 2001 [8] www.arduino.vn/bai-viet/1226- web-server-voi-arduino-va-esp8266 [9] https://nshopvn.com/product/mach-thu-phat-wifi-esp32- cam/?utm_source=Google%20Shopping&utm_campaign=GoogleMerchants Feed&utm_medium=cpc&utm_term=9698&gclid=CjwKCAjw1cX0BRBm EiwAy9tKHoF-c3A0vfmstfgXl0XWgvH-OF_TeHSwjHEVjO3qbKMssPTNn4X_xoCd0AQAvD_BwE [10] https://iotmaker.vn/module-esp32-camera.html [11] https://htpro.vn/wifi/module-esp32-camera.html [12] https://bkaii.com.vn/tin-tuc/163-13-cach-thuc-truyen-du-lieu-trong-iot- cho-cac-ky-su-dien 90 Luan van [13] https://vi.wikipedia.org/wiki/Wi-Fi [14] https://vi.wikipedia.org/wiki/Internet_Protocol [15] http://arduino.vn/bai-viet/68-cai-dat-driver-va-arduino-ide [16] https://ifactory.com.vn/tai-sao-nen-ung-dung-iot-trong-nong-nghiep/ 91 Luan van ... 16 Nguyên lý hoạt động 35 Hình 17 Hình ảnh mô (Hệ thống phun nước) 36 Hình 18 Hình ảnh mơ (Hệ thống phun nước) 37 Hình 19 Hệ thống phun nước 37 Hình 20 Hộp chứa nước... 52 Hình 44 Mơ hình hoạt động 53 Hình 45 Mơ hình hoạt động 54 Hình 46 Mơ hình hoạt động kết nối với app 54 Hình 47 Mơ hình hoạt động 55 Hình 48 Cài đặt Arduino... HỆ THỐNG 2.1 Q TRÌNH THỰC HIỆN MƠ HÌNH MƠ PHỎNG Hình 17 Hình ảnh mơ (Hệ thống phun nước) Luan van 36 Đường ống dẫn nước để tưới nước hai bên luống rau Hình 18 Hình ảnh mơ (Hệ thống phun nước) Hình