(Đồ án hcmute) thiết kế và thi công mô hình hệ thống iot dành cho nhà kính

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ - VIỄN THƠNG THIẾT KẾ VÀ THI CƠNG MƠ HÌNH HỆ THỐNG IOT DÀNH CHO NHÀ KÍNH GVHD: ThS TRƯƠNG QUANG PHÚC SVTH: TRẦN ĐỨC HUY NGUYỄN QUÓC CHƯƠNG SKL009350 Tp Hồ Chí Minh, tháng 8/2022 TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ VÀ THI CƠNG MƠ HÌNH HỆ THỐNG IOT DÀNH CHO NHÀ KÍNH SVTH : Trần Đức Huy – 18161080 Nguyễn Quốc Chương – 18161050 Khóa : 2018 Ngành : CNKT Điện tử - Viễn thông GVHD : ThS Trương Quang Phúc TP.HỒ CHÍ MINH – 8/2022 CỘNG HỊA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc Lập – Tự Do -Hạnh Phúc -Tp.Hồ Chi Minh , tháng năm 2022 NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên: Trần Đức Huy MSSV: 18161080 Số điện thoại: 0981944200 Họ tên: Nguyễn Quốc Chương MSSV: 18161050 Số điện thoại: 0961533369 Ngành: CNKT Điện tử - Viễn thông Class: 18161CLDT1B Giáo viên hướng dẫn: ThS Trương Quang Phúc Ngày nhận đề tài:……………………………… Ngày nộp đề tài: …………………………… Tên đề tài: Thiết kế thi cơng mơ hình hệ thống IoT cho nhà kính Các tài liệu, số liệu ban đầu: Nhóm tìm kiếm kiến thức từ tài liệu giáo trình lập trình C, tìm hiểu datasheet linh kiện ESP32 DEVKIT V1, ESP Cam, Module Lora tham khảo đồ án Iot, môn học anh chị trước Nội dung thực đề tài: Để thực đề tài nhóm lên ý tưởng cho đề tài, thiết kế hệ thống, xây dựng mạch phần mềm Proteus, chỉnh sửa , thi cơng mơ hình cuối viết báo cáo cho đồ án Sản phẩm: Mơ hình hệ thống IoT cho nhà kính TRƯỜNG NGÀNH (Ký ghi đầy đủ họ tên) GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN (Ký ghi đầy đủ họ tên) i CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc Lập – Tự Do -Hạnh Phúc -Tp.Hồ Chi Minh , tháng năm 2022 PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN Họ tên: Trần Đức Huy MSSV: 18161080 Họ tên: Nguyễn Quốc Chương MSSV: 18161050 Ngành: CNKT Điện tử - Viễn thông Tên đề tài: Thiết kế thi cơng mơ hình hệ thống IoT cho nhà kính Giáo viên hướng dẫn: ThS Trương Quang Phúc NHẬN XÉT Về nội dung đề tài & khối lượng thực hiện: Ưu điểm: Khuyết điểm: Đề nghị cho bảo vệ hay không? Đánh giá loại Điểm:…………………………………(Điểm chữ:………………………………… …………………………………………………………………………………………………) Tp Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 20… Giảng viên hướng dẫn (Ký ghi rõ họ tên) ii CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc Lập – Tự Do -Hạnh Phúc -Tp.Ho Chi Minh , tháng năm 2022 PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN Họ tên: Trần Đức Huy MSSV: 18161080 Họ tên: Nguyễn Quốc Chương MSSV: 18161050 Ngành: CNKT Điện tử - Viễn thông Tên đề tài: Thiết kế thi cơng mơ hình hệ thống IoT cho nhà kính Giảng viên hướng dẫn: ThS Trương Quang Phúc NHẬN XÉT Về nội dung đề tài & khối lượng thực hiện: Ưu điểm: Khuyết điểm: Đề nghị cho bảo vệ hay không? Đánh giá loại Điểm:…………………………………(Điểm chữ:………………………………… …………………………………………………………………………………………………) Tp Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2022 Giảng viên hướng dẫn (Ký ghi rõ họ tên) iii LỜI CẢM ƠN Nhóm thực đề tài xin gửi lời cảm ơn chân thành sâu sắc đến ThS Trương Quang Phúc tận tình hướng dẫn, góp ý chia sẻ kinh nghiệm, giúp đỡ tạo điều kiện cho nhóm nghiên cứu hoàn thành đề án tốt nghiệp Nhân hội lần này, nhóm chúng em xin gửi lời cảm ơn thầy cô khoa Đào tạo Chất lượng cao cung cấp kiến thức tạo điều kiện tốt để chúng em hoàn thành đề tài Chúng em gửi lời cảm ơn tới tất thành viên lớp 18161CLDT1B chia sẻ kiến thức kinh nghiệm liên quan đến đề tài Cảm ơn bố mẹ tạo điều kiện tốt kinh tế tinh thần để hoàn thành tốt đề tài Nhóm chúng em xin chân thành cảm ơn! Tp Hồ Chí Minh, ngày 19 tháng 07 năm 2022 Sinh viên thực Trần Đức Huy Nguyễn Quốc Chương iv TĨM TẮT Ngày nay, q trình cơng nghiệp hóa, đại hóa đất nước việc ứng dụng thành tựu khoa học kĩ thuật vào ngành nghề trồng trọt, chăn ni, … khơng cịn việc xa lạ Từ lâu, Việt Nam với điều kiện khí hậu, vị trị địa lí thích hợp trở thành nước dẫn đầu nơng nghiệp hội ngành lương thực, thực phẩm ngày phát triển.Tuy nhiên, hầu hết quy trình chăm sóc thu hoạch trồng cịn mang tính thủ cơng cao Ngồi ra, điều kiện mơi trường kèm với sâu bệnh thời tiết ảnh hương đến trồng nông sản ngày chuyển biến phức tạp địi hỏi người nơng dân phải nâng cao quan tâm đến việc chăm sóc Nhận thấy vai trị quan trọng ngành nơng nghiệp với người nơng dân nói riêng nước Việt Nam nói chung nên nhóm chúng em định chọn đề tài : “THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MÔ HÌNH SỬ DỤNG HỆ THỐNG IOT CHO NHÀ KÍNH” Đề tài nhóm chúng em chọn lần giúp cho người nông dân nắm bắt thông tin môi trường như: nhiệt độ, độ ẩm đất độ ẩm khơng khí, cường độ ánh sáng Người nơng dân dễ dàng so sánh với điều kiện lý tưởng nhà kính tùy chỉnh trạng thái hoạt động thiết bị(quạt, máy bơm, máy phun sương) thủ công hay tự động Các liệu thông tin cung cấp lên Firebase database với web điều khiển hình ảnh từ ESP32 Cam cho phép người sử dụng vận hành quản lí nhà kính từ khoảng cách xa góp phần tăng hiệu suất trồng nông sản v MỤC LỤC NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP .i LỜI CẢM ƠN .iv TÓM TẮT v MỤC LỤC .vi DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT .ix DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU x DANH MỤC HÌNH ẢNH xi CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Giới thiệu đề tài 1.1.1 Đặt vấn đề 1.1.2 Tính cấp thiết đề tài: 1.2 Mục tiêu nghiên cứu .2 1.3 Đối tượng nghiên cứu .2 1.4 Phạm vi nghiên cứu 1.5 Nhiệm vụ đề tài 1.6 Phương pháp nghiên cứu .3 1.7 Bố cục đồ án CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT .4 2.1 Mơ hình Iots ứng dụng nông nghiệp 2.1.1 Điều kiện khí hậu 2.1.2 Canh tác hiệu 2.1.3 Giám sát nhà kính .5 2.1.4 Phân tích liệu 2.2 Các chuẩn truyền liệu Iots 2.2.1 Chuẩn giao tiếp SPI 2.2.2 Chuẩn giao tiếp UART 10 2.2.3 Chuẩn giao tiếp I2C 13 2.3 Giới thiệu phần cứng .20 2.3.1 Giới thiệu KIT Arduino Uno R3 .20 vi 2.3.2 Module Lora SX1278 433Mhz Ra-02 23 2.3.3 Cảm biến nhiệt độ - độ ẩm DHT 11 24 2.3.4 Cảm biến độ ẩm đất: 25 2.3.5 Cảm biến cường độ ánh sáng GY-302 BH1750 26 2.3.6 Module Relay 5V OPTO cách ly quang kênh: 28 2.3.7 Động bơm nước mini: 29 2.3.8 Mạch phun sương siêu âm 29 2.3.9 Module NodeMCU ESP32 DEVKIT V1 30 2.3.10 Module LCD20x4 I2C 31 2.3.11 Quạt 32 2.3.12 Module I2C 33 2.3.13 Module PCF8574 34 2.3.14 Module ESP32 CAM 34 2.3.15 Module Keypad 35 2.4 Ngôn ngữ HTML 36 2.5 Ngôn ngữ CSS 37 2.6 Ngôn ngữ JavaScript 38 2.7 Cơ sở liệu firebase realtime database 38 CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ VÀ XÂY DỰNG HỆ THỐNG 54 3.1 Giới thiệu 54 3.2 Yêu cầu hệ thống 54 3.3 Sơ đồ khối hệ thống 54 3.4 Tính tốn thiết kế phần cứng 55 3.4.1 Khối xử lý điều khiển trung tâm 55 3.4.2 Khối xử lý điều khiển phụ 56 3.4.3 Khối cảm biến 59 3.4.4 Khối thiết bị 60 3.4.5 Khối nút nhấn 61 3.4.6 Khối hiển thị 61 3.4.7 Khối camera 62 vii 3.4.8 Khối nguồn 63 3.5 Thiết kế phần mềm: 64 3.6 Lưu đồ giải thuật hệ thống 65 3.7 Sơ đồ nguyên lý toàn mạch 69 3.8 Mạch in hệ thống 73 3.9 Thiết kế sở liệu firebase 74 3.10 Thiết kế web 77 CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ 79 4.1 Kết hệ thống 79 4.1.1 Mơ hình phần cứng hệ thống 79 4.1.2 Web giám sát điều khiển 84 4.2 Kết hoạt động phần mềm hệ thống 86 4.2.1 Database web giám sát 86 4.2.2 Các thiết bị hoạt động 87 4.3 Kiểm tra, đánh giá khoảng cách truyền tin Lora 88 CHƯƠNG KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 91 5.1 Kết luận 91 5.2 Hướng phát triển 91 TÀI LIỆU THAM KHẢO 93 viii