Đồ án tốt nghiệp, đề tài hệ thống nông nghiệp thông minh 2023

HỆ THỐNG NÔNG NGHIỆP THÔNG MINH DỰA TRÊN CÔNG NGHỆ IOT ESP 8266 Sản phẩm thực tế có đầy đủ sơ đồ và code, đã được review trên youtobe các bạn có thể tham khảo thêm trên clip thực tế. Mục tiêu của đồ án là thiết kế hệ thống điện tử giám sát, hiển thị nhiệt độ, độ ẩm, thời tiết, an ninh, trạng thái hệ thống hoạt động và điều khiển hệ thống chăm sóc tưới nước, bật quạt, kéo rèm che mưa từ xa hoặc tại vườn rau dựa vào công nghệ IoT Esp 8266.

TRƯỜNG ĐẠI HỌC QUY NHƠN KHOA KỸ THUẬT VÀ CÔNG NGHỆ -  - ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Đề Tài “THIẾT KẾ HỆ THỐNG NÔNG NGHIỆP THÔNG MINH DỰA TRÊN CÔNG NGHỆ IOT ESP 8266” ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG GVHD : TS Đào Minh Hưng SVTH : Huỳnh Thái Hồi MSSV : 4051080028 KHĨA : 40 Bình Định, 30/12/2021 TRƯỜNG NHƠN HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM KHOA KỸ THUẬT VÀ CÔNG NGHỆ ĐẠI HỌC QUY CỘNG HOÀ XÃ Độc lập - Tự - Hạnh phúc NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP (Dành cho nghành Kỹ thuật Điện tử - Viễn thông) Họ tên sinh viên: Huỳnh Thái Hồi Mã sinh viên: 4051080028 Khóa: 2017 – 2022 Khoa: Kỹ thuật & Công nghệ Ngành: Kỹ thuật Điện tử & Viễn Thông I Tên đề tài: “Thiết kế hệ thống nông nghiệp thông minh dựa công nghệ iot esp 8266” II Nội Dung - Tổng quan hệ thống nông nghiệp thông minh dựa công nghệ IoT - Thiết kế hệ thống nông nghiệp thông minh dựa công nghệ IoT ESP 8266 - Thi công lắp ráp đánh giá kết hệ thống nông nghiệp thông minh dựa công nghệ IoT ESP 8266 Node Mcu III Ngày giao nhiệm vụ: 20/9/2021 IV Ngày hồn thành nhiệm vụ: 30/12/2021 TRƯỞNG BỘ MƠN (Ký ghi họ tên) Bình Định, ngày 30 tháng 12 năm 2021 NGƯỜI HƯỚNG DẪN (Ký ghi họ tên) MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH ẢNH iv DANH MỤC BẢNG BIỂU .vi LỜI CẢM ƠN PHẦN MỞ ĐẦU CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG NÔNG NGHIỆP THÔNG MINH DỰA TRÊN CÔNG NGHỆ IoT 1.1 Giới thiệu công nghệ IoT 1.2 Những lợi ích mang lại sử dụng IoT .6 1.3 Những ứng dụng thực tế sống IoT 1.4 Các giao thức truyền dẫn công nghệ IoT 1.4.1 MQTT (Message Queuing Telemetry Transport)) .8 1.4.2 HTTP 10 1.4.3 CoAP 12 1.5 Các thiết bị truyền thông không dây dựa tảng IoT 14 1.5.1 LoRa 14 1.5.2 Công nghệ Wifi 15 1.5.3 Bluetooth 16 1.5.4 ESP 8266 Node Mcu 17 1.6 Kết luận 19 CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ HỆ THỐNG CÔNG NGHỆ IoT ESP 8266 19 2.1 Mục tiêu thiết kế .19 2.2 Các phương án thực mục tiêu 19 2.3 Xây dựng sơ đồ khối hệ thống 21 2.4 Thiết kế lựa chọn khối chức 22 2.4.1 Khối điều khiển trung tâm 22 2.4.1.1 ESP8266 NodeMCU 22 2.4.1.2 Arduino Uno R3 28 2.4.2 Khối nguồn 32 2.4.2.1 Module mạch nguồn hạ áp Lm 2596 32 i 2.4.2.2 Pin lượng mặt trời 18V 60W 33 2.4.2.3 Bộ điều khiển sạc lượng mặt trời 30A tự động 12V - 24V 34 2.4.2.4 Ắc quy 12V 14AH .35 2.4.3 Khối cảm biến 36 2.4.3.1 Module cảm biến ánh sáng 37 2.4.4.2 Module cảm biến độ ẩm đất 38 2.4.4.3 Cảm biến mưa 39 2.4.4.4 Cảm biến nhiệt độ DS18B20 dây mềm 41 2.4.4.5 Module cảm biến vật cản hồng ngoại HN2 43 2.4.5 Khối ứng dụng Android .43 2.4.6 Khối hiển thị 44 2.4.6.1 LCD 20*4 44 2.4.6.2 Module LCD I2C 45 2.4.7 Khối nút nhấn 46 2.4.8 Khối thiết bị ngoại vi 46 2.4.8.1 Máy bơm nước tăng áp 12v 46 2.4.8.2 Module relay kênh 5V 47 2.4.8.3 Động giảm tốc 48 2.4.8.4 Cơng tắc hành trình D3V-011-3C23 Omron 49 2.5 Tính tốn điện áp dòng điện cho khối nguồn cung cấp cho hệ thống 50 2.6 Nguyên lý hệ thống 53 Từ thiết kế, sơ đồ nguyên lý hệ thống biểu diễn sau: .53 2.7 Kết luận chương 53 CHƯƠNG 3: THI CÔNG, LẮP RÁP VÀ ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ 52 3.1 Sơ đồ lắp ráp tiến trình thi công 52 3.2 Thi công hệ thống .52 3.2.1 Thi công bo mạch .52 3.2.2 Kiểm tra sữa lỗi mạch .55 3.3 Thi cơng mơ hình 55 3.3 Lập trình, nạp cài đặt phần mềm cho hệ thống điều khiển 56 3.3.1 Cài đặt Arduino IDE nộp chương trình điều khiển cho mạch điều khiển 56 3.4 Kết nối ESP8266 NodeMCU với ứng dụng thông báo Blynk 57 3.4.1 Bắt đầu kết nối app Blynk với esp 8266 58 3.4.2 Server Blynk .60 ii 3.4.3 Quy trình thao tác hệ thống .61 3.5 Lưu đồ giải thuật 62 3.6 Đánh giá kết hoạt động .66 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 67 TÀI LIỆU THAM KHẢO .69 PHỤC LỤC 70 DANH MỤC HÌNH ẢNH Danh mục hình ảnh chương Hình 1.1 Mơ tả tương tác mạng lưới thiết bị kết nối Internet .4 Hình 1.2 Minh họa ứng dụng IoT nơng nghiệp Hình 1.3 Bốn thành phần hệ thống IoT Hình 1.4 Thế giới kết nối máy móc với máy móc Hình 1.5 Dạng yêu cầu/phản hồi HTTP 10 Hình 1.6 Radio packet LoRa .15 Hình 1.7 Wifi .16 Hình 1.8 Bluetooth 16 Hình 1.9 Hệ thống truyền liệu bất đồng 17 Hình 1.10 Khung truyền 18 Danh mục hình ảnh chương Hình 2.1 Khung truyền .21 Hình 2 Sơ đồ khối esp8266 nodemcu 27 Hình Sơ đồ kết nối ESP8266 NodeMCU với Arduino Uno R3 31 Hình Hình quy trình kết nối ESP8266 NodeMCU với Arduino Uno R3 32 Hình Hình ảnh lắp ráp hệ thống nguồn điện lượng mặt trời 32 Hình Hình thực tế module Lm2596 .33 iii Hình 2.7 Tấm pin mặt trời 34 Hình Bộ điều khiển sạc lượng mặt trời 30A .35 Hình Ac quy 12v/14A 36 Hình 2.10 Module cảm biến ánh sáng thực tế 38 Hình 2.11 Module cảm biến đất 39 Hình 2.12 Hình thực tế module cảm biến mưa 40 Hình 2.13 Cảm biến nhiệt độ DS18B20 dây mềm 42 Hình 2.14 Hình module hồng ngoại 43 Hình 2.15 Sơ đồ kết nối với app blynk sever blynk .44 Hình 2.16 LCD 20*4 45 Hình 2.17 Hình ảnh Module LCD I2C thực tế 46 Hình 2.18 Hình ảnh thực bơm tăng áp 47 Hình 2.19 Relay 5V 47 Hình 2.20 Động giảm tốc 48 Hình 2.21 Cơng tắc hành trình 49 Hình 2.22 Sơ đồ khối L298 52 Hình 2.23 Thơng số đầu vào L298 52 Hình 2.24 Sơ đồ nguyên lý toàn mạch .53 Danh mục hình ảnh chương Hình 3.1 Sơ đồ lắp ráp .52 Hình 3.2 Sơ đồ mạch in mạch điều khiển 53 Hình 3.3 Ủi mạch in bảng đồng 53 Hình 3.4 Ngâm mạch bột sắt để tan lớp đồng 54 Hình 3.5 Khoan lỗ cắm linh kiện .54 Hình 3.6 Phun Sơn chống rỉ cho mạch 54 Hình 3.7 Lắp ráp bố trí linh kiện mạch 55 Hình 3.8 Mơ hình thi cơng sau hồn chỉnh 55 Hình 3.9 Hình minh họa địa phần mềm Arduino 56 Hình 3.10 Tải phần mềm Arduino 56 Hình 3.11 Giải nén phần mềm Arduino .57 Hình 3.12 Chạy chương trình code phần mềm 57 Hình 3.13 Chèn link Arduino DE để nhận board .58 Hình 3.14 Thư viện tiến hành nộp chương trình điều khiển cho ESP 8266 NODE MCU Arduino Uno R3 58 Hình 3.15 Ứng dụng blynk 58 Hình 3.16 Tạo mã token Blynk 59 iv Hình 3.17 Lấy mã token mail 59 Hình 3.18 Thêm mã token vào code điều khiển 60 Hình 3.19 Hiển thị địa ip esp 8266 60 Hình 3.20 Truy cập server 60 Hình 3.21 Hình hiển thị thông tin hệ thống ứng dụng blynk .61 Hình 3.22 Giao diện hình điều khiển tất thiết bị bật tắt 61 Hình 3.23 Quy trình truyền liệu cảm biến lên web .62 Hình 3.24 Quy trình truyền liệu từ web đến thiết bị ngoại vi 62 Hình 3.25 Quy trình truyền liệu từ App đến thiết bị ngoại vi 62 Hình 3.26 Lưu đồ giải thuật khối điều khiển ESP 8266 NodeMcu 63 Hình 3.27 Lưu đồ giải thuật khối điều khiển Arduino Uno R3 64 Hình 3.28 Lưu đồ điều khiển thiết bị esp 8266 với arduino uno r3 65 DANH MỤC BẢNG BIỂU Danh mục bảng biểu chương Bảng Bảng chức chân ESP 8266 23 Bảng 2 Mô tả giao tiếp 24 Bảng Thông số chung 25 Bảng Chế độ hoạt động chân 26 Bảng Thông số kỹ thuật Arduino Uno R3 28 Bảng Thông số kỹ thuật 47 Bảng Danh sách linh kiện với nguồn dòng sử dụng tương ứng .50 Bảng Dòng điện sử dụng cho mạch điều khiển thiết bị ngõ .51 Danh mục bảng biểu chương 3Y Bảng Số liệu thực nghiệm 66 v vi DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT STT Từ viết tắt Tiếng Anh Tiếng Việt DNS Dynamic Host Configuration Protocol Domain Name System Giao thức cấu hình máy chủ động Hệ thống phân giải tên miền FTP File Transfer Protocol Giao thức truyền tập tin GAN Global Area Network Mạng lưới khu vực toàn cầu HTTPS IP Hyper Text Transfer Protocol Secure Internet Protocol Giao thức truyền tải siêu văn bảo mật Giao thức internet IPv4 Internet Protocol version Giao thức internet phiên LAN Local Area Network Mạng cục MAN Mạng lưới khu vực thành phố 10 NAT 11 OSI 12 OSPF Metropolitan Area Network Network Address Translation Open System Interconnection Open Shortest Path First 13 14 PC 15 TCP/IP 16 VLAN DHCP RIP Personal Computer Routing Information Protocol Transmission Control Protocol/Internet Protocol Virtual Local Area Network Chuyển dịch địa mạng Mơ hình kết nối hệ thống mở Giao thức định tuyến cho mạng giao thức Internet Máy tính Giao thức định tuyến miền Giao thứ kiểm soát truyền/giao thức internet Mạng cục ảo