Thiết kế thi công hệ thống nhà kính trồng rau thông minh ứng dụng xử lý ảnh phát hiện sâu bệnh

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP HỒ CHÍ MINH VIỆN KỸ THUẬT HUTECH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ - THI CÔNG HỆ THỐNG NHÀ KÍNH TRỒNG RAU THƠNG MINH ỨNG DỤNG XỬ LÝ ẢNH PHÁT HIỆN SÂU BỆNH NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN: THS PHẠM QUỐC PHƯƠNG Sinh viên thực hiện: Mã số sinh viên: Lớp: Đặng Huy Hoàng 1811051651 18DTDA2 Nguyễn Quang Minh 1811051643 18DTDA2 Phùng Minh Phụng 1811050131 18DTDA2 TP Hồ Chí Minh, ngày 03 tháng 08 năm 2022 LỜI CAM ĐOAN Chúng em Nguyễn Quang Minh, Đặng Huy Hoàng Phùng Minh Phụng xin cam đoan: - Đồ án tốt nghiệp thành quả từ nghiên cứu hoàn toàn thực tế thực theo hướng dẫn giáo viên hướng dẫn: Th.S Phạm Quốc Phương - Đồ án thực hoàn toàn mới, thành quả chúng em, không chép theo đồ án tương tự - Mọi tham khảo sử dụng đồ án trích dẫn nguồn tài liệu báo cáo danh mục tài liệu tham khảo - Mọi chép không hợp lệ, vi phạm quy chế nhà trường, chúng em xin chịu hồn tồn chịu trách nhiệm Tp Hồ Chí Minh, ngày 29 tháng 07 năm 2022 Sinh viên thực (Kí ghi rõ họ tên) I LỜI CẢM ƠN Thông qua việc thực “Đồ án tốt nghiệp” lần mà chúng em có thời gian để tự tổng hợp lại kiến thức mà học ghế nhà trường, cộng với kiến thức thực tế buổi học thực hành, kiến thức thu từ việc thực tập mang lại, góp phần nâng cao kiến thức chuyên môn kinh nghiệm bản thân, từ đóng góp xây dựng nên đồ án tốt nghiệp hồn chỉnh Để điều nêu trên, cố gắng bản thân chúng em, chúng em cịn vơ biết ơn trường, biết ơn giảng viên tận tình bảo, truyền đạt kiến thức cho chúng em suốt năm qua, chúng em thật biết ơn! Trước tiên, chúng em xin gửi lời cảm ơn đến thầy Phạm Quốc Phương, giảng viên hướng dẫn đồng thời giáo viên chủ nhiệm chúng em, cảm ơn thầy hỗ trợ, giải đáp thắc mắc chúng em suốt trình thực đồ án tốt nghiệp, cảm ơn thầy tận tình hướng dẫn chúng em, đưa lời khun bổ ích để giúp chúng em định hình điều cần phải làm thực đồ án tốt nghiệp lần Tiếp đến, chúng em xin cảm ơn tồn thầy, mơn, đặc biết thầy, cô Viện Kỹ Thuật, cảm ơn học quý báu, kiến thức kinh nghiệm thực tế từ giảng thầy mang lại, thực kiến thức, kinh nghiệm quý báu giúp cho chúng em phát triển sau Cuối cùng, cảm ơn BGH Trường Đại học Hutech, cảm ơn trường ln tạo điều kiện cho chúng em học tập cách hiệu quả nhất, môi trường học tập sở vật chất tốt nhất, cảm ơn trường tạo điều kiện cho chúng em hoàn thành tốt đợt đồ án tốt nghiệp II TÓM TẮT Hiện vấn đề vệ sinh thực phẩm mức báo động, đòi hỏi sản phẩm ngày cao Ngay thành thị đơng đúc, chật chội việc tìm mặt để trồng trọt tự cung tự cấp vấn đề nan giải Do hệ thống nhà kính phương pháp giải qút vấn đề Vì thế nhóm em qút định làm đề tài hệ thống nhà kính trồng rau thơng minh Và với mức độ bận rộn cơng việc việc chăm sóc hộ gia đình khơng có thời gian Nhóm em cải tiến áp dụng công nghệ xử lý phát sâu bệnh để tiết kiệm thời gian việc chăm sóc cho sản phẩm chất lượng suất cao Những phần mềm sử dụng thiết kế phần mềm khí tủ điện gồm AutoCad, OrCAD, Sketchup, Vision Dùng để thiết kể điều khiển PLC phần mềm Gxwork2 Bộ điều khiển sử dụng để điều khiển hệ thống FX3G - 24MT Đề tài thiết kế phát triển hệ thống nhà kính trồng rau thơng minh ứng dụng xử lý ảnh có thiết bị sau: bơm lưu hồi, bơm phun sương, đèn chuyên dụng, thùng chứa dung dịch, ống thuỷ canh Sau làm đề tài nhóm chúng em có thêm nhiều kinh nghiệm gia cơng khí, thiết kế mơ hình, thiết kế hệ thống điện nhỏ, nâng cao tay nghề lập trình PLC thành thạo xử lý ảnh Hạn chế thiếu sót so với thực tế bên ngồi làm đề tài hệ thống ghi nhận loại sâu bệnh chưa có hệ thống Data để lưu trữ thông tin sâu bệnh Hướng tương lai chúng em cố gắng phát triển đề tài có hệ thống Data lưu trữ truyền liệu hệ thống máy chủ để quản lý III ABSTRACT Currently, the problem of food hygiene is at an alarming level, the demand for clean products is increasing Right in the middle of a crowded and cramped city, finding a space for self-sufficient farming is a difficult problem Therefore the greenhouse system is the method that can solve the problem Therefore, my group decided to a project on a smart vegetable greenhouse system And with the busyness of work, there is almost no time for caring for households My group improved and applied pest detection technology to save time in caring for highquality and productive products The software used to design mechanical and electrical cabinets includes AutoCad, OrCAD, Sketchup, Vision Used to design the PLC controller is Gxwork2 software The controller used to control the system is FX3G - 24MT The project of designing and developing a smart vegetable greenhouse system with image processing application has the following equipment: return pump, mist pump, specialized lights, solution container, hydroponic tube After working on the group project, we have gained more experience in mechanical processing, model design, small electrical system design, improved PLC programming skills and more proficient in image processing Limiting shortcomings compared to the outside reality when doing this project, the system can only record type of pest and there is no Data system to store pest information The future direction is that we will try to develop a topic that systematically stores and transmits data to the server system for management IV MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN I LỜI CẢM ƠN II TÓM TẮT III ABSTRACT IV LỜI MỞ ĐẦU XI Tính cấp thiết đề tài XI Mục đích nghiên cứu XI Mục tiêu đề tài XI Phương pháp nghiên cứu XII Đối tượng nghiên cứu XII Nhiệm vụ cần thực XII Chương GIỚI THIỆU 1.1 Đặt vấn đề 1.2 Giới hạn đề tài 1.3 Các phần mềm hỗ trợ thiết kê, mô 1.3.2 Phần mềm GX - Work 1.3.3 Phần mềm Auto CAD 1.3.4 Phần mềm Arduino IDE 1.3.5 Phần mềm Proteus 1.4 Giới thiệu hệ thống nhà kính 1.4.1 Khái niệm nhà kính 1.4.2 Các mơ hình nhà kính phổ biến 1.4.3 Nhà kính trồng rau 1.4.4 Ưu điểm nhà kính trồng thủy canh 1.4.5 Nhược điểm 1.4.6 So sánh trồng cần đất trồng thủy canh V 2.1 Giới thiệu hệ thống nhà kính trồng rau thủy canh thông minh ứng dụng xử lý ảnh phát sâu bệnh 11 2.1.1 Giới thiệu nhà kính trồng rau thủy cảnh thông minh 11 2.1.2 Vai trị hệ thống nhà kính thơng minh 11 2.1.3 Lợi ích việc trồng rau thủy canh 11 2.1.4 Khó khăn việc ứng dụng hệ thống 12 2.2 Xử lý ảnh vấn đề sử lý ảnh 12 Chương PHƯƠNG PHÁP GIẢI QUYẾT 19 3.1 Phương pháp nghiên cứu 19 3.2 Phương pháp giải 19 3.2.1 Thiết kế khung khí 19 3.2.2 Hệ thống vận hành 19 3.2.3 Hiệu mơ hình hệ thống nhà kính rau thủy canh thơng minh ứng dụng xử lý ảnh phát sâu bệnh 20 3.2.4 Lựa chọn phương án thiết kế 20 Chương QUY TRÌNH THIẾT KẾ, THÍ NGHIỆM MƠ HÌNH 21 4.1 Lập quy trình bước tiến hành thiết kế máy hệ thống điều khiển21 4.1.1 Quy trình bước tiến hành thiết kế nhà kính 21 4.1.2 Quy trình bước tiến hành thiết kế tủ điện 21 4.1.3 Thiết kế hệ thống điều khiển 21 4.1.4 Sơ đồ lưu đồ giải thuật 23 4.2 Thiết kế vẽ khung nhà kính 31 4.3 Thiết kế tủ điện 33 4.4 Tính chọn thiết bị 33 4.4.1 PLC Mitsubishi FX3G - 24MT/ES - A 33 4.4.2 Relay trung gian 35 4.4.3 MCB NXB - 63 2P D40 37 4.4.4 Đế cầu chì SUNO RT18 - 32 38 4.4.5 Nguồn tổ ong 24V, 10A 39 VI 4.4.6 Nguồn 5V, 2A 40 4.4.7 Cảm biến mưa 41 4.4.8 Cảm biến nhiệt độ độ ẩm SHT30 – HT76 42 4.4.9 Board Arduino UNO 44 ( Nguồn: https://nshopvn.com/product/arduino-uno-r3-dip-kem-cap/) 45 4.4.10 Bơm tăng áp Sinleader SL - 4500 45 4.4.11 Máy bơm nước Lifetech AP3500 46 4.4.12 Động Cơ RC Servo MG996R 47 4.4.13 Đèn Led chuyên dụng trồng rau Rạng Đông Model: D NCM02L48 4.4.14 Quạt tản nhiệt Nidec 49 4.4.15 Một số thiết bị khác 50 4.5 Nguyên lý hoạt động 54 Chương THIẾT KẾ, THI CÔNG THỰC NGHIỆM 55 5.1 Thi cơng khí 55 5.2 Thi công tủ điện 56 Chương ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ, KẾT LUẬN 60 6.1 Kết 60 6.2 Hướng phát triển 62 TÀI LIỆU THAM KHẢO 63 PHỤ LỤC 64 Code Labview: 64 Code PLC: 65 Code Arduino: 75 VII DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1 Hệ thống nhà kính mái hở cố định bên Hình Hệ thống nhà kính mái hở cố định hai bên Hình Hệ thống nhà kính đóng mở kiểu cánh bướm .7 Hình Mơ hình trồng rau nhà kính .8 Hình Cây trồng thủy canh 10 Hình Cây trồng cần đất 10 Hình Cấu trúc xử lý ảnh .13 Hình 2 Tiến trình xử lý ảnh 14 Hình Sơ đồ phân tích, xử lý ảnh lưu đồ thơng tin khối 18 Hình Mạch động lực 22 Hình Mạch điều khiển Arduino 23 Hình Mạch điều khiển PLC 23 Hình 4 Tổng quan hệ thống 24 Hình Chương trình AUTO 24 Hình Chương trình START 25 Hình Chương trình mái che 26 Hình Chương trình cảm biến nhiệt độ 27 Hình Chương trình đèn 28 Hình 10 Chương trình STOP 29 Hình 11 Chương trình EMER .30 Hình 12 Chương trình tổng quan Manual .30 Hình 13 Chương trình Manual 31 Hình 14 Mặt trước nhà kính 31 Hình 15 Mặt nhà kính 32 Hình 16 Mặt bên nhà kính 33 Hình 17 Bản vẽ CAD tủ điện 33 VIII Hình Phát sâu bệnh 6.2 Hướng phát triển Do hạn chế mặt kiến thức, thời gian, điều kiện kinh tế trải nghiệm thực tế nên phạm vi đồ án dừng lại mơ hình nhỏ Sau có hội phát triển mơ hình chúng em mong muốn: - Phát triển mơ hình liên kết Web Server, App điện thoại để giám sát điều khiển từ xa - Hệ thống nước tự động luân phiên lọc nước lên bể chứa nước - Phát triển phần khí với quy mơ dịch vụ để thương mại sản phẩm Đó hướng phát triển đề tài nhóm em mong muốn đạt 62 TÀI LIỆU THAM KHẢO “Xử lý ảnh dùng phần mềm Labview”, “ http://www.khcn.vimaru.edu.vn/bai - bao khoa - hoc/thu - thap - va - xu - ly - anh - dung - phan - mem - labview - phan - tiep theo - image acquisition - and - 0” “Phần mềm GX Works 3”, “https://www.mitsubishielectric.com/fa/assist/e learning/pdf/vie/1 - GX_Wks3_Ladder_na_vie.pdf” 63 PHỤ LỤC Code Labview: 64 Code PLC: 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 Code Arduino: 75 76 ... Giới thi? ??u hệ thống nhà kính trồng rau thủy canh thông minh ứng dụng xử lý ảnh phát sâu bệnh 2.1.1 Giới thi? ??u nhà kính trồng rau thủy cảnh thơng minh - Nhà kính trồng rau thủy canh hệ thống nhà kính. .. sánh trồng cần đất trồng thủy canh V 2.1 Giới thi? ??u hệ thống nhà kính trồng rau thủy canh thơng minh ứng dụng xử lý ảnh phát sâu bệnh 11 2.1.1 Giới thi? ??u nhà kính trồng rau thủy cảnh... nghiên cứu phát triển mơ hình trồng rau hệ thống nhà kính - Đề tài ? ?Hệ thống nhà kính trồng rau thông minh ứng dụng xử lý ảnh” chúng em góp phần giúp cho nơng sản thi trường Việt Nam thêm phát triển,