Thiết kế hệ thống giám sát và điều khiển mô hình trồng rau và nuôi cá

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH CNKT ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG THIẾT KẾ HỆ THỐNG GIÁM SÁT VÀ ĐIỀU KHIỂN MƠ HÌNH TRỒNG RAU VÀ NI CÁ GVHD: THS PHAN VÂN HỒN SVTH: NGUYỄN VĂN VŨ VÕ TRẦN TRÍ SKL009699 Tp.Hồ Chí Minh, tháng 3/2023 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 - KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP NGÀNH: CƠNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ HỆ THỐNG GIÁM SÁT VÀ ĐIỀU KHIỂN MƠ HÌNH TRỒNG RAU VÀ NI CÁ GVHD : ThS Phan Vân Hồn SVTH1 : Nguyễn Văn Vũ MSSV : 17141266 SVTH2 : Võ Trần Trí MSSV : 17141250 Tp Hồ Chí Minh - 03/2023 I TRƯỜNG ĐH SPKT TP HỒ CHÍ MINH KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP - Y SINH CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự - Hạnh phúc Tp HCM, ngày 29 tháng 12 năm 2022 NHIỆM VỤ KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên: Chuyên ngành: Hệ đào tạo: Khóa: Nguyễn Văn Vũ Võ Trần Trí Cơng nghệ kỹ thuật Điện Tử - Truyền Thơng Đại học quy 2017 MSSV: 17141266 MSSV: 17141250 Mã ngành: 41 Mã hệ: Lớp: 17141DTA I TÊN ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ HỆ THỐNG GIÁM SÁT VÀ ĐIỀU KHIỂN MƠ HÌNH KẾT HỢP TRỒNG RAU VÀ NUÔI CÁ II NHIỆM VỤ Các số liệu ban đầu: - Vi điều khiển: ESP32 - Các loại module: AHT20, YF - S401, Loadcell, cảm biến độ ẩm đất… - Màn hình hiển thị: LCD TFT RA8875 - Điều khiển tải ngõ : máy bơm, động bước, relay Nội dung thực hiện: - Nghiên cứu, tham khảo đề tài, luận văn liên quan có - Tìn hiểu HTML CSS - Kết nối cảm biến tải với xử lý trung tâm - Lập trình ESP32 hiển thị liệu căm biến đo lên hình cảm ứng RA8875 - Thiết kế icon đại diện cho liệu đo từ cảm biến - Viết code HTML CSS để tạo web server - Truyền liệu cảm biến đo lên web server - Xây dựng mơ hình - Vẽ mạch in - Viết báo cáo - Báo cáo đề tài tốt nghiệp III NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: IV NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: V HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: 13/09/2022 29/12/2022 ThS Phân Vân Hoàn II CÁN BỘ HƯỚNG DẪN BM ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y II I TRƯỜNG ĐH SPKT TP HỒ CHÍ MINH KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ BỘ MƠN ĐIỆN TỬ CƠNG NGHIỆP - Y SINH CỘNG HỊA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự - Hạnh phúc Tp HCM, ngày 29 tháng 12 năm 2022 LỊCH TRÌNH THỰC HIỆN KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên 1: Nguyễn Văn Vũ MSSV: 17141266 Lớp: 17141DTA Họ tên sinh viên 2: Võ Trần Trí MSSV: 17141250 Lớp: 17141DTA Tên đề tài: Thiết kế hệ thống giám sát điều khiển mơ hình kết hợp trồng rau nuôi cá Xác nhận Tuần/ngày Nội dung Tuần (13/9 – 18/9) - Gặp GVHD để nghe phổ biến quy định, thực chọn đề tài, thời gian báo cáo tiến độ - Duyệt đề tài - Tìm kiếm kiến thức - Chọn cảm biến phù hợp với đề tài - Thiết kế hình hiển thị giá trị cảm biến - Kết nối cảm biến với vi điều khiển - Thiết kế sơ đồ nguyên lý - Tìm hiểu ngơn ngữ HTML & CSS - Vẽ mạch in, thiết kế mơ hình - Lập trình hồn thiện phần hiển thị LCD - Tạo web server - Viết báo cáo - Hiển thị liệu lên web server - Làm silde thuyết trình Tuần - (19/9 – 2/10) Tuần - (2/10 – 23/10) Tuần - (24/10 –13/11) Tuần 10-12 (14/11 – 4/12) Tuần 12 - 15 (5/12 –29/12) GVHD GV HƯỚNG DẪN (Ký ghi rõ họ tên) IV LỜI CAM ĐOAN Đề tài chúng em tự thực dựa vào số tài liệu trước khơng chép từ tài liệu hay cơng trình có trước Người thực đề tài Nguyễn Văn Vũ Võ Trần Trí V LỜI CẢM ƠN Đầu tiên nhóm xin gửi lời cảm ơn chân thành đến thầy Phan Vân Hoàn Cảm ơn Thầy dành thời gian quý báu để hướng dẫn tận tình giúp đỡ nhóm, khơng có giúp đỡ cố vấn từ Thầy, nhóm khơng thể hồn thành tốt đồ án Bên cạnh đó, nhóm xin chân thành cảm ơn giảng viên trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh nói chung q thầy khoa Điện – Điện tử nói riêng, thầy truyền đạt lại cho chúng em kiến thức vô quý báu tri thức tâm huyết cơng việc giảng dạy Nhờ chúng em kiến thức cần thiết để tạo dựng móng vững cho thân tiền đề quan trọng để chúng em hoàn thành đồ án tốt nghiệp Và em xin chân thành gửi lời cảm ơn đến người bạn ngành trao đổi kiến thức, chia sẻ kinh nghiệm q báu để góp phần giúp nhóm hồn thành đề tài tốt Cuối cùng, nhóm xin phép cảm ơn gia đình, bạn bè bên cạnh hỗ trợ, động viên mặt tinh thần lẫn tài suốt thời gian thực đề tài Xin chân thành cảm ơn ! Người thực đề tài Nguyễn Văn Vũ Võ Trần Trí VI MỤC LỤC NHIỆM VỤ KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP I LỊCH TRÌNH THỰC HIỆN KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP III LỜI CAM ĐOAN IV LỜI CẢM ƠN .V MỤC LỤC VI LIỆT KÊ HÌNH .VIII LIỆT KÊ BẢNG .XII TÓM TẮT 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 CƠ SỞ LÝ THUYẾT .4 2.1 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG IOT 2.1.1 Khái niệm 2.1.2 Cấu trúc hệ thống IOT .4 2.1.3 Đặc điểm IOT 2.1.4 Ứng dụng IOT .5 2.2 CÁC CHUẨN TRUYỀN DỮ LIỆU .6 2.2.1 Chuẩn giao tiếp I2C 2.2.2 Chuẩn giao tiếp SPI 2.3 KHÁI QUÁT VỀ HTML & CSS 2.3.1 Khái niệm 2.3.2 JSON 10 CHƯƠNG TÍNH TỐN VÀ THIẾT KẾ 12 3.1 GIỚI THIỆU 12 3.2 THIẾT KẾ SƠ ĐỒ KHỐI HỆ THỐNG 12 VII 3.3 TÍNH TỐN VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG 13 3.3.1 Khối xử lý trung tâm giao tiếp WIFI 13 3.3.2 Khối cảm biến 18 3.3.3 Khối hiển thị 35 3.3.4 Khối ngõ 38 3.3.5 Khối hiển thị giao tiếp từ xa 60 3.3.6 Khối nguồn 60 3.4 SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ TOÀN MẠCH 65 CHƯƠNG THI CÔNG HỆ THỐNG 66 4.1 GIỚI THIỆU 66 4.2 THI CÔNG HỆ THỐNG 66 4.2.1 Thi công mạch in 66 4.2.2 Lắp ráp kiểm tra 70 4.3 ĐĨNG GĨI VÀ THI CƠNG MƠ HÌNH 73 4.3.1 Đóng gói hiển thị 73 4.3.2 Thi công mơ hình 73 4.4 LẬP TRÌNH HỆ THỐNG 76 4.4.1 Lưu đồ giải thuật 76 4.4.2 Phần mềm lập trình cho vi điều khiển 83 4.4.3 Phần mềm lập trình cho web 84 4.5 TÀI LIÊU HƯỚNG DẪN SỬ DỤNG, THAO TÁC 85 4.5.1 Tài liệu hướng dẫn sử dụng 85 4.5.2 Quy trình thao tác 86 CHƯƠNG KẾT QUẢ_NHẬN XÉT_ĐÁNH GIÁ 90 5.1 GIỚI THIỆU 90 5.2 KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC .90 5.3 KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM 91 5.4 ĐÁNH GIÁ 102 CHƯƠNG KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN .104 6.1 KẾT LUẬN 104 6.2 HƯỚNG PHÁT TRIỂN 104 TÀI LIỆU THAM KHẢO 105 PHỤ LỤC .107 VIII LIỆT KÊ HÌNH VẼ Hình Trang Hình 2.1: Mơ hình mạng I2C Hình 2.2: Kết nối master với slave qua giao thức SPI .8 Hình 2.3: Truyền nhận liệu giao thức SPI Hình 2.4: Logo HTML .10 Hình 2.5: Logo CSS 10 Hình 3.1: Sơ đồ khối hệ thống 12 Hình 3.2: ESP32 16 Hình 3.3: Sơ đồ chân ESP32 16 Hình 3.4: Sơ đồ nguyên lý vi điều khiển 18 Hình 3.5: Module AHT20 .19 Hình 3.6: Sơ đồ kết nối ESP32 với module AHT20 20 Hình 3.7: GY-68 BMP180 20 Hình 3.8: Sơ đồ kết nối ESP32 với module BMP180 22 Hình 3.9: BH1750FVI 22 Hình 3.10: Sơ đồ kết nối ESP32 với module BH1750FVI 24 Hình 3.11: Cảm biến độ ẩm đất 24 Hình 3.12: Sơ đồ kết nối ESP32 với cảm biến độ ẩm đất 25 Hình 3.13: Cảm biến pH 26 Hình 3.14: Sơ đồ kết nối ESP32 với cảm biến pH 26 Hình 3.15: Cảm biến nồng độ chất tan 27 Hình 3.16: IC DS18B20 28 Hình 3.17: Sơ đồ kết nối ESP32 với cảm biến nồng độ chất tan IC DS18B20 28 Hình 3.18: Cảm biến siêu âm HC-SR04 29 Hình 3.19: Sơ đồ kết nối ESP32 với cảm biến siêu âm HC-SR04 .29 Hình 3.20: Cảm biến lưu lượng nước YF-S401 30 Hình 3.21: Cảm biến Hall .30 Hình 3.22: Sơ đồ kết nối ESP32 với cảm biến lưu lượng nước YF-S401 31 Hình 3.23: Cảm biến cân nặng Load Cell 32 Hình 3.24: Mạch cảm biến cân nặng HX711 32 Hình 3.25: Sơ đồ kết nối ESP32 với HX711 33 IX