NGHIÊN CỨU, CHẾ TẠO MÔ HÌNH NHÀ KÍNH THÔNG MINH ỨNG DỤNG TRONG NÔNG NGHIỆP 1. Tổng quan tình hình nghiên cứu thuộc lĩnh vực đề tài Hiệ n nay cùng với sự phát triển của xã hội, cuộc sống ngày càng được nâng caothì việc áp dụng công nghệ khoa học kỹ thuật vào đời sống công việc ngày càng cầnthiết. Cùng với sự phát triển của các ngành khoa học kỹ thuật, công nghệkỹ thuật điệntử mà trong đó kỹ thuật điều khiển tự động đóng vai trò quan trọng trong mọilĩnh vực khoa học kỹ thuật, quản lý, công nghiêp, nông nghiệp, đời sống, quản lý thôngtin. Đặc biệt là ứng dụng trong nông nghiệp khi con người có thể điều tiết môi trường để tăng năng suất của các loại cây trồng...
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT HƯNG YÊN KHOA: ĐIỆN – ĐIỆN TỬ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU, CHẾ TẠO MƠ HÌNH NHÀ KÍNH THƠNG MINH ỨNG DỤNG TRONG NÔNG NGHIỆP GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN: Nguyễn Thị Nhung NHĨM SINH VIÊN THỰC HIỆN: Dỗn Trung Hiếu Hoàng Thanh Dương Đặng Thị Diệu Hằng Hà Mỹ Linh LỚP : 112172.3 MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH VẼ DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT PHẦN I MỞ ĐẦU Tổng quan tình hình nghiên cứu thuộc lĩnh vực đề tài Lý lựa chọn đề tài Mục tiêu đề tài 4 Nội dung thực 5 Phương pháp nghiên cứu PHẦN II KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ PHÂN TÍCH KẾT QUẢ .6 CHƯƠNG 1: CƠ SỞ LÝ THUYẾT .6 1.1 Giới thiệu chung 1.2 Một số công trình nghiên cứu liên quan 1.2.1 Nhà kính nơng nghiệp giới .6 1.2.2 Nhà kính nơng nghiệp Việt Nam 1.3 Một số phương pháp kiểm soát nhiệt độ độ ẩm thực tế .10 CHƯƠNG 2: TÍNH TỐN LỰA CHỌN LINH KIỆN SỬ DỤNG TRONG MẠCH 13 2.1 Adapter 12V 13 2.2 Điện trở .13 2.3 Tụ điện 14 2.4 Cách ly quang PC817 14 2.5 Rơ le 15 2.6 Transistor 16 2.7 Cảm biến ánh sáng 16 2.8 Cảm biến đo nhiệt độ độ ẩm DHT11 17 2.9 Modul cảm biến độ ẩm đất 18 2.10 Màn hình LCD 20x4 .18 2.11 I2C 21 2.11 ARDUINO UNO R3 module ESP8266 22 2.11.1 Giới thiệu Arduino Uno r3 22 2.11.2 Giới thiệu ESP8266 .26 2.11.3 Kết nối ESP8266 với ARDUINO 28 2.11.4 Giới thiệu phần mềm lập trình ARDUINO 29 2.11.5 Giới thiệu sử dụng app blynk cài đặt thư viện lập trình Arduino IDE 34 CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ, CHẾ TẠO MẠCH ĐIỀU KHIỂN VÀ MƠ HÌNH .41 3.1 Sơ đồ khối 41 3.2 Sơ đồ nguyên lý mạch 43 3.3.Nguyên lý hoạt động mạch 45 3.4 Lưu đồ thuật toán .47 3.4.1 Chương trình 47 3.4.2 Chương trình điều chỉnh 48 3.4.3 Chương trình điều chỉnh ánh sáng, nhiệt độ, độ ẩm .49 3.4.4 Chương trình điều điều khiển thiết bị 52 3.5 Sơ đồ mạch in 54 3.7 Hình ảnh thực tế mơ hình 55 KẾT LUẬN 56 Đánh giá kết 56 Ưu điểm hạn chế đề tài 56 Hướng phát triển đề tài 56 TÀI LIỆU THAM KHẢO 57 PHỤ LỤC 58 DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1 Một nhà kính xa mạc Isarel .7 Hình a.1: Quạt gió ngang 11 Hình a.2: Tường ướt 12 Hình a.3: Phun sương 13 Hình 2.1 Adapter 12V .13 Hình 2.2 Điện trở minh họa .14 Hình 2.3 Tụ điện .14 Hình 2.4 Sơ đồ chân PC817 15 Hình 2.5 Hình ảnh thực tế rơ le 5V 15 Hình 2.6 Ký hiệu rơ le 16 Hình 2.8 Transitor minh họa ký hiệu 16 Hình 2.10 Hình ảnh thực tế cảm biến đo nhiệt độ độ ẩm DHT11 17 Hình 2.11 Hình ảnh thực tế cảm biến đo độ ẩm đất 18 Hình 2.12.Hình ảnh thực tế LCD 20x4 19 Bảng 2.1: Chức nhiệm vụ chân LCD 20 Bảng 2.2 Giá trị điện áp LCD .21 Hình 2.13 Hình ảnh thực tế I2C 22 Hình 2.14 Hình ảnh thực tế Arduino Uno r3 .23 Hình 2.15 ESP8266 28 Hình 2.16 Kết nối giao tiếp Arduino ESP8266 28 Hình 2.17: Quy trình làm việc arduino 29 Hình 2.18: Giao diện lập trình arduino 30 Hình 2.18: Giao diện menu arduino IDE 30 Hình 2.19: Giao diện file menu arduino IDE .30 Hình 2.20: Giao diện Examples menu .31 Hình 2.21: Giao diện Sketch Menu Arduino IDE 32 Hình 2.22: Giao diện edit menu arduino IDE 32 Hình 2.23: Giao diện Tool Menu Arduino IDE 33 Hình 2.24: Board Arduino sử dụng 33 Hình 2.25: Chương trình nạp thành công 34 Hình 2.26 Chọn file để cài thư viện 34 Hình 2.27 Dán link vào ô bôi vàng 35 Hình 2.28 Tải thư viện ESP8266 35 Hình 2.29 Cài xong thư viện ESP8266 .36 Hình 2.30 Chọn module ESP 8266 36 Hình 2.31 Cài đặt tạo tài khoản Blynk 37 Hình 2.32 Tạo Project 38 Hình 2.33 Chọn phần cứng xác nhận tạo Project 39 Hình 2.34 Thêm widget cấu hình cho widget .40 Hình 3.1 Khối nút nhấn .42 Hình 3.2 Khối xử lý 42 Hình 3.3 Khối nguồn 43 Hình 3.4 Khối cấu chấp hành .43 Hình 3.5 Sơ đồ mạch in 54 Hình 3.6 Mơ hình thực tế 55 DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT MỞ ĐẦU Tổng quan tình hình nghiên cứu thuộc lĩnh vực đề tài Hiện với phát triển xã hội, sống ngày nâng caothì việc áp dụng cơng nghệ khoa học kỹ thuật vào đời sống công việc ngày cầnthiết Cùng với phát triển ngành khoa học kỹ thuật, công nghệkỹ thuật điệntử mà kỹ thuật điều khiển tự động đóng vai trị quan trọng mọilĩnh vực khoa học kỹ thuật, quản lý, công nghiêp, nông nghiệp, đời sống, quản lý thôngtin Đặc biệt ứng dụng nông nghiệp người điều tiết mơi trường để tăng suất loại trồng Lý lựa chọn đề tài Nước ta đất nước nông nghiệp, nhiên nhiều năm quy mô chất lượng sản lượng nông nghiệp nước ta thấp so với nước khác mà ngun nhân việc cơng nghệ sản xuất nước ta lạc hậu, chủ yếu dựavào tay chân Mơ hình nhà kính tảng cho tiêu chuẩn chất lượng, công vàgiá trị sản phẩm việc sản xuất nông nghiệp theo hướng nông nghiệp cơng nghệcao Tính linh hoạt nhà kính giúp cho người trồng trọt trồng trọt bất cứmơi trường nào, diện tích trồng trọt từ vài trăm mét vng đến hàng chục hecta.Nhà kính có khả loại bỏ điều kiện môi trường bất lợi, cung cấp môi trườngphát triển tối ưu, tạo mùa sinh trưởng dài hơn, trồng loại trái mùa vàcác giống khác nhau, bảo vệ trồng khỏi thời tiết lạnh, mưa đá, gió, mưa gâythiệt hại, loại bỏ dịch bệnh, sâu bệnh hại, tăng tốc độ sinh trưởng nhanh năngsuất cao hơn, chất lượng tốt Tất điều chỉnh điều khiển hồn tồn tựđộng áp dụng cơng nghệ khoa học kỹ thuật vào quy trình giám sát sản xuất Việcsử dụng nhà kính tự động giúp tiết kiệm nhân lực, tăng độ xáctrong giám sát điều khiển mơi trường.Trên sở yêu cầu từ thực tế, đòi hỏi ngày cao phát triển nôngnghiệp công nghệ cao, cộng với phát triển mạnh khoa học công nghệ, đặc biệt làcông nghệ thông tin, kỹ thuật điệnđiện tử Phát triển kỹ thuật điều khiển tự động từkhoảng cách xa nông nghiệp xu phát triển nơng nghiệp cao nói chungvà nhà kính tự động nói riêng Xuất phát từ nhu cầu thực tế, chúng em xin đề xuất đề tài nghiên cứu khoa học“Nghiên cứu, chế tạo nhà kính thơng minh ứng dụng nông nghiệp” Mục tiêu đề tài Thiết kế, thi cơng mơ hình quản lý trang trại gồm mục tiêu cụ thể: • Tự động ổn định nhiệt độ, độ ẩm, ánh sáng thích hợp với phát triển loại trồng • Viết phần mềm giao tiếp arduino cảm biến cấu chấp hành • Thiết kế hệ thống tự động chăm sóc thơng qua việc giám sát thơng số nhiệt độ, độ ẩm, cường độ ánh sáng Nội dung thực • Nội dung 1: Tìm hiểu nghiên cứu cấu tạo phần cứng, nguyên lý hoạt động, tính module Arduino, module cảm biến DHT11, module cảm biến ánhsáng, cảm biến độ ẩm đất • Nội dung 2: Điều khiển thiết bị theo cảm biến • Nội dung 3: Hiển thị thơng tin LCD • Nội dung 4: Thiết kế mơ hình sản phẩm • Nội dung 5: Đánh giá kết thực Phương pháp nghiên cứu Để thực nội dung đề tài nghiên cứu, em tiến hành phương pháp nghiên cứu sau: • Các kết nghiên cứu kế thừa Kế thừa cơng trình nghiên cứu hệ trước sở lý thuyết phần mềm lập trình mơ Kế thừa nghiên cứu có thực tiễn • Định hướng nghiên cứu Nghiên cứu phần mềm lập trình mơ máy tính Tìm phương pháp lập trình đơn giản, dễ sử dụng, hiệu • Kiểm chứng : Chạy thử mơ hình nhiều lần, kiểm tra phát lỗi từ hồn thiện hệ thống CHƯƠNG 1: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 1.1 Giới thiệu chung Các sản phẩm rau xanh nguồn thực phẩm thiếu bữa ăn hàng ngày người Nhu cầu rau xanh lớn, cần phải có nguồn cung cấp rau lớn Hiện nước ta có diện tích trồng rau xanh lớn, việc trồng rau xanh nước ta mang tính tự phát khơng theo qui chuẩn an tồn chất lượng Vì khó kiểm sốt chất lượng sản phẩm, dư lượng thuốc bảo vệ thực vật Ngoài suất trồng yếu tố để giúp tăng lợi nhuận cho người trồng cần phải có nghiên cứu qui trình trồng rau xanh hiệu an tồn chất lượng tốt Một cách làm hiệu việc trồng rau trồng rau nhà màng Đây công nghệ mới, cho phép người trồng rau tạo sản phẩm chất lượng, an toàn suất cao.Việc trồng rau màng trở nên phổ biến tính hiệu nó, khơng những trang trại lớn mà cịn ứng dụng cho hộ gia đình, tùy theo khả kinh tế qui mô sản sản xuất Ở Việt Nam việc ứng dụng kỹ thuật điều khiển vào điều khiển khí hậu nhà trồng rau có khắp nơi, thiết bị điều khiển nhập từ nước có cơng nghệ tiến tiến Nhật, Isareal, Ustralia, Giá thành thiết bị tương đối cao, khó cho người nơng dân Việt Nam tiếp cận Vì cần phải có nghiên cứu chế tạo thiết bị nước cho đảm bảo người nơng dân đầu tư dể sử dụng Đây mục đích người nghiên cứu cần hướng tới nhằm tạo sản phẩm tốt đại cho người nông dân Việt Nam 1.2 Một số công trình nghiên cứu liên quan 1.2.1 Nhà kính nơng nghiệp giới Hiện giới có nhiều thành cơng mơ hình trồng nhà kính Các ứng dụng khoa học vào nơng nghiệp đem lại kết cao, điển Ustralia, Israel, Hà lan, số nước có kỹ thuật nơng nghiệp tiên tiến Israel: Nhà kính cơng nghệ cao Israel, ngồi việc đảm bảo u cầu kết cấu bền vững, yêu cầu cho việc thực giới hố đến mức cao cơng đoạn sản xuất, nhà kính cịn cho phép đáp ứng đến mức cao nhu cầu kiểm sốt “tiểu khí hậu nhà kính”; kiểm sốt “sinh học nhà kính”; kiểm sốt “dịch hại” nhà kính; thực biện pháp điện toán điều chỉnh yếu tố mơi trường sinh thái nhà kính Về kết cấu cấu trúc: Kết cấu cấu trúc nhà kính cần đảm bảo nguyên tắc cứng, nặng, đủ độ bền vững để chống lại gió mạnh (tuỳ theo đặc trưng thời tiết khí hậu địa phương) Hiện nay, Israel sử dụng tồn loại hình nhà kính tiên tiến Các phận thường có nhà kính tiêu chuẩn hệ thống rèm; "cửa ánh sáng" hệ thống lưới tạo bóng râm; hệ thống kiểm sốt điều chỉnh mơi trường sinh thái để tạo lập mơi trường sinh thái tương thích đáp ứng nhu cầu sinh hóa trồng, hệ thống kiểm soát điều chỉnh nhiệt độ; hệ thống kiểm sốt điều chỉnh ẩm độ khơng khí/ẩm độ đất; hệ thống kiểm soát điều chỉnh ánh sáng; hệ thống thơng khí, vv Cùng với việc nghiên cứu phát triển công nghệ tổng hợp, Israel tập trung khai thác tận dụng đặc trưng đặc tính “vật liệu thơng minh” để xây dựng nhà kính Hình 1.1 Một nhà kính xa mạc Isarel Về cơng nghệ kiểm sốt tiểu khí hậu nhà kính cơng nghệ cao (Technologies for hi-tech greenhouses climate control): Nhà kính Israel phải đảm bảo tiêu chuẩn công nghệ quy định, ví dụ tiêu chuẩn thích ứng nhiệt “làm mát vào ban ngày toả ấm vào ban đêm” Việc thiết kế xây dựng nhà kính để cho việc kiểm sốt điều chỉnh yếu tố môi trường để tạo " miền tiểu khí hậu tối thích " cho trồng phát triển cần "mức chi phí lượng tối thiểu" Vì người sản xuất khơng thể sản xuất với giá thành Thông thường, việc điều chỉnh chế độ nhiệt thường đựơc kết hợp với việc điều chỉnh chế độ ẩm đựơc thực thông qua hệ thống "phun mù” Các "hạt phun" có chức hấp thụ nhiệt dư thừa nhà kính vào ban ngày lưu trữ lượng nhiệt để làm ấm nhà kính vào ban đêm Như vậy, việc kiểm soát điều chỉnh chế độ nhiệt/ẩm nhà kính diễn liên tục suốt ngày đêm Để tự động hoá việc kiểm soát điều chỉnh thơng số mơi trường nhà kính, hệ thống cảm biến nhiệt độ ẩm độ cài đặt nhiều vị trí khác kết nối trực tiếp đến computer để thực lệnh tưới, bón, điều chỉnh nhiệt ẩm, tạo lập môi trường sinh thái tối thích cho trồng sinh trưởng phát triển