Xây dựng mô hình trồng nấm áp dụng công nghệ iots

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP NGÀNH CNKT ĐIỆN TỬ TRUYỀN THÔNG XÂY DỰNG MƠ HÌNH TRỒNG NẤM ÁP DỤNG CƠNG NGHỆ IOTS GVHD: THS NGUYỄN VĂN HIỆP SVTH: PHAN CHUNG THÀNH NGUYỄN NHẤT TIẾN SKL011112 Tp Hồ Chí Minh, tháng 7/2023 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 - ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ TRUYỀN THÔNG ĐỀ TÀI: XÂY DỰNG MƠ HÌNH TRỒNG NẤM ÁP DỤNG CƠNG NGHỆ IOTS GVHD: ThS Nguyễn Văn Hiệp SVTH: Phan Chung Thành MSSV: 16141278 SVTH: Nguyễn Nhất Tiến MSSV: 16141304 Tp Hồ Chí Minh – 07/2023 TRƯỜNG ĐH SPKT TP HỒ CHÍ MINH CỘNG HỊA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ ĐỘC LẬP - TỰ DO - HẠNH PHÚC BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH o0o -TP HCM, ngày 29 tháng 06 năm 2023 NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên: Phan Chung Thành MSSV: 16141278 Nguyễn Nhất Tiến MSSV: 16141304 Chuyên ngành: Kỹ thuật Điện - Điện tử Mã ngành: 01 Hệ đào tạo: Đại học quy Mã hệ: Khóa: 2016 Lớp: 16141DT2A I TÊN ĐỀ TÀI: XÂY DỰNG MƠ HÌNH TRỒNG NẤM ÁP DỤNG CƠNG NGHỆ IOTs II NHIỆM VỤ Các số liệu ban đầu:  Mơ hình thiết kế với kích thước 50x40x40  Mơ hình giám sát nhiệt độ, độ ẩm khơng khí ánh sáng  Mơ hình áp dụng trồng nấm đùi gà  Ứng dụng điện thoại chạy hệ điều hành Android  Hệ thống giám sát điện tiêu thụ thiết bị vườn  Điện áp đo từ 80VAC – 260VAC, giá trị dòng điện nhỏ 100A Nội dung thực hiện:  Nội dung 1: Ở giai đoạn đầu tiên, tiến hành tìm hiểu, nghiên cứu tài liệu ứng dụng liên quan đến đề tài thực  Nội dung 2: Thiết kế sơ đồ khối, vẽ sơ đồ nguyên lý  Nội dung 3: Thiết kế thi công mạch in  Nội dung 4: Nghiên cứu, tìm hiểu sở liệu Firebase Realtime Database  Nội dung 5: Thiết kế mơ hình hệ thống  Nội dung 6: Chạy thử nghiệm hiệu chỉnh hệ thống  Nội dung 7: Quay video chỉnh sửa video báo cáo sản phẩm hoàn thiện  Nội dung 8: Viết báo cáo thực  Nội dung 9: Thiết kế slide báo cáo phần mềm PowerPoint  Nội dung 10: Bảo vệ luận văn III NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 15/03/2023 IV NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 02/07/2023 V HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: ThS Nguyễn Văn Hiệp CÁN BỘ HƯỚNG DẪN BM ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH ii TRƯỜNG ĐH SPKT TP HỒ CHÍ MINH CỘNG HỊA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ ĐỘC LẬP - TỰ DO - HẠNH PHÚC BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH o0o -TP HCM, ngày 29 tháng 06 năm 2023 LỊCH TRÌNH THỰC HIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên 1: Phan Chung Thành Lớp: 16141DT2A MSSV: 16141278 Họ tên sinh viên 1: Nguyễn Nhất Tiến Lớp: 16141DT1A MSSV: 16141304 Tên đề tài: Xây dựng mơ hình trồng nấm áp dụng cơng nghệ IOTs Tuần/ngày Xác nhận Nội dung GVHD Tuần Đăng ký đề tài, nhận đề tài Tuần Lên ý tưởng, tìm hiểu, nghiên cứu tài liệu ứng dụng liên quan đến đề tài thực Tuần 4-5 Thiết kế sơ đồ khối, vẽ sơ đồ nguyên lý Tuần Thiết kế thi công mạch in Tuần Thiết kế mơ hình hệ thống Tuần 8-9 Thiết kế giao diện app android Blynk Tuần 10-11 Thiết kế giao diện app hình hiển thị Tuần 12-13 Chạy thử nghiệm hiệu chỉnh hệ thống Tuần 14 Tuần 15-16 Tuần 17 Quay video chỉnh sửa video báo cáo sản phẩm hoàn thiện Viết báo cáo thực Thiết kế slide báo cáo phần mềm PowerPoint GV HƯỚNG DẪN (Ký ghi rõ họ tên) iii LỜI CAM ĐOAN Đề tài tự thực dựa vào số tài liệu trước khơng chép từ tài liệu hay cơng trình có trước Người thực đề tài Sinh viên (Ký tên, ghi rõ họ tên) Sinh viên (Ký tên, ghi rõ họ tên) iv LỜI CẢM ƠN Đầu tiên, em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến thầy Nguyễn Văn Hiệp cung cấp kiến thức chuyên môn, hướng dẫn hỗ trợ quý báu suốt trình nghiên cứu Sự tận tâm hỗ trợ chân thành thầy nguồn động lực quan trọng giúp chúng em vượt qua khó khăn hồn thành đồ án Cảm ơn đến bạn bè, gia đình người thân u, ln đứng phía chúng em, cổ vũ động viên suốt trình nghiên cứu Những lời khích lệ hỗ trợ tinh thần từ người giúp chúng em vượt qua thách thức trì động lực cao suốt trình làm việc Em xin gửi lời chân thành cảm ơn thầy cô Khoa Điện-Điện Tử tạo điều kiện tốt cho em hoàn thành đề tài Cuối cùng, chúng em xin chân thành cảm ơn đến tất thầy cô dành thời gian đánh giá đồ án Sự quan tâm phản hồi quý thầy cô giúp chúng em rút kinh nghiệm hồn thiện nghiên cứu cơng việc tương lai Xin chân thành cảm ơn! Người thực đề tài Sinh viên (Ký tên, ghi rõ họ tên) Sinh viên (Ký tên, ghi rõ họ tên) v MỤC LỤC NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP i LỊCH TRÌNH THỰC HIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP iii LỜI CẢM ƠN .v MỤC LỤC vi LIỆT KÊ HÌNH viii LIỆT KÊ BẢNG x TÓM TẮT xi Chương TỔNG QUAN 1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ .1 1.2 MỤC TIÊU 1.3 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 1.4 GIỚI HẠN .2 1.5 BỐ CỤC Chương CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 SƠ LƯỢC VỀ INTERNET OF THINGS .3 2.1.1 Giới thiệu IoT 2.1.2 Ứng dụng IoT 2.2 SƠ LƯỢC VỀ MẠNG WIFI 2.2.1 Giới thiệu wifi 2.2.2 Một số chuẩn kết nối wifi phổ biến 2.3 SƠ LƯỢC VỀ NẤM ĐÙI GÀ 2.3.1 Giới thiệu nấm đùi gà .7 2.3.2 Đặc điểm nấm đùi gà 2.3.3 Thành phần dinh dưỡng 2.3.4 Quy trình trồng thu hồi nấm đùi gà 2.4 PHẦN CỨNG 14 2.4.1 Vi điều khiển 14 2.4.2 Relay tiếp điểm .21 2.4.3 Cảm biến nhiệt độ, độ ẩm DHT11 22 2.4.4 Cảm biến ánh sáng 23 2.4.5 Cảm biến điện UART PZEM – 004T 24 2.4.6 Mosfet IRF540 25 vi 2.4.7 Màn hình HMI UART 26 Chương TÍNH TỐN VÀ THIẾT KẾ 29 3.1 GIỚI THIỆU 29 3.2 TÍNH TỐN VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG 29 3.2.1 Thiết kế sơ đồ khối hệ thống 29 3.2.2 Tính tốn thiết kế mạch 30 3.2.3 Sơ đồ nguyên lý toàn mạch 36 Chương THI CÔNG HỆ THỐNG 38 4.1 GIỚI THIỆU 38 4.2 THI CÔNG HỆ THỐNG .38 4.2.1 Thi công bo mạch 38 4.2.2 Lắp ráp kiểm tra .40 4.3 THI CƠNG MƠ HÌNH .41 4.3.1 4.4 Thi cơng mơ hình 41 LẬP TRÌNH HỆ THỐNG 41 4.4.1 Lưu đồ giải thuật 41 4.4.2 Phần mềm lập trình Arduino .43 4.4.3 Lập trình thiết kế giao diện App với Blynk 44 Chương KẾT QUẢ, NHẬN XÉT VÀ ĐÁNH GIÁ .47 5.1 GIỚI THIỆU 47 5.2 KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC 47 5.2.1 Mơ hình thực tế 47 5.2.2 Giao diện hình hmi 48 5.2.3 Giao diện điện thoại 50 5.3 NHẬN XÉT VÀ ĐÁNH GIÁ .56 5.3.1 Nhận xét 56 5.3.2 Đánh giá 57 Chương KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 58 6.1 KẾT LUẬN 58 6.2 HƯỚNG PHÁT TRIỂN 58 TÀI LIỆU THAM KHẢO vii LIỆT KÊ HÌNH Hình 2.1 Internet of things Hình 2.2 Đồng hồ apple watch Hình 2.3 Trồng nấm sử dụng IOT Hình 2.4 Wifi gì? Hình 2.5 Nấm đùi gà Hình 2.6 Nấm nuôi nhà lạnh công nghiệp 10 Hình 2.7 Hình ảnh thực tế ESP32 DEVKIT V1 15 Hình 2.8 Sơ đồ chân ESP32 DEVKIT V1 16 Hình 2.9 Cấu tạo relay 21 Hình 2.10 Ảnh thực tế relay 22 Hình 2.11 Ảnh thực tế DHT11 23 Hình 2.12 Ảnh thực tế cảm biến ánh sáng 24 Hình 2.13 Ảnh thực tế PZEM - 004T 25 Hình 2.14 Mosfet IRF540 26 Hình 2.15 Màn hinh HMI UART 27 Hình 3.1 Sơ đồ khối hệ thống 29 Hình 3.2 Sơ đồ kết nối ESP32 DEVKIT V1 31 Hình 3.3 Sơ đồ kết nối ESP32 với khối cảm biến 32 Hình 3.4 Sơ đồ kết nối ESP32 với khối ngõ cơng suất 35 Hình 3.5 Sơ đồ kết nối ESP32 với khối hiển thị 36 Hình 3.6 Sơ đồ ngun lý tồn mạch 37 Hình 4.1 Sơ đồ mạch in tồn mạch 38 Hình 4.2 Sơ đồ 3D bố trí linh kiện mạch 39 Hình 4.3 Mơ hình thực tế 41 Hình 4.4 Lưu đồ giải thuật 42 viii Hoàn thành tạo project ứng dụng gửi mã Auth Token vào gmail dùng mã để làm việc với project vừa khởi tạo Hình 4.10 Giao diện lấy mã Auth Token bắt đầu làm việc với project Lựa chọn Item phù hợp với thiết kế Hình 4.11 Giao diện làm việc chọn Item thiết kế Cứ làm tiếp tục chọn thiết kế tạo giao diện App Blynk 46 Chương KẾT QUẢ, NHẬN XÉT VÀ ĐÁNH GIÁ 5.1 GIỚI THIỆU Chương trình bày kết trình nghiên cứu làm đề tài thời gian qua Bên cạnh nhận xét, đánh giá mơ hình KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC 5.2 Mặc dù có nhiều thiếu sót thực mục tiêu đề ra, hoàn thành sản phẩm mong muốn Đã thiết kế giao diện App android băng Blynk Thiết kế giao diện hình HMI Cài đặt điều khiển thiết bị thơng qua hình cảm ứng HMI App android thơng qua Wifi 5.2.1 Mơ hình thực tế Hình 5.1 Mơ hình sau hồn thành Bên mơ hình sử dụng quạt, đèn bơm thực chức phun sương Mạch điều khiển đặt bên tủ điện có kích thước 20x10 cm 47 Hình 5.2 Hình ảnh bên ngồi tủ điện Để thuận tiện cho việc quan sát hoạt động mơ hình, chúng tơi tiến hành lắp đặt bên ngồi tủ điện hình HMI điều khiển giám sát 5.2.2 Giao diện hình hmi Màn hình cảm ứng HMI có chức hiển thị thông tin điều khiển thiết bị trực tiếp hình Hình 5.3 Giao diện trang chủ hình HMI Giao diện “TRANG CHỦ” hình HMI hiển thị thơng tin như: Đồ án tốt nghiệp, tên đề tài, họ tên giảng viên hướng dẫn sinh viên thực Chuyển trang cách bấm vào mũi tên “” 48 Hình 5.4 Giao diện giám sát nhiệt độ, độ ẩm ánh sáng hình HMI Tại giao diện dễ dàng quan sát thông số nhiệt độ, độ ẩm ánh sáng mơ hình hình Hình 5.5 Giao diện cài đặt hình HMI 49 Tại giao diện có nhiet do1 tương ứng với nhiệt độ ngưỡng trên, nhiet do2 tương ứng với nhiệt độ ngưỡng dưới, am1 am2 tương ứng với độ ẩm ngưỡng ngưỡng dưới, anh sang1 anh sang2 tương ứng với giá trị ánh sáng ngưỡng ngưỡng Các giá trị thực tăng/giảm tùy ý Mỗi lần tăng/giảm đơn vị Hình 5.6 Giao diện giám sát điện hình HMI Tại giao diện này, người dùng giám sát thơng số điện mơ hình 5.2.3 Giao diện điện thoại Đăng nhập ứng dụng Blynk IoT điện thoại sau đăng nhập email: smartgardenblynk2023@gmail.com password: 2214129k Đây email tạo dự án 50 Hình 5.7 Giao diện sau đăng nhập chưa kích hoạt wifi Cần phát wifi cho mơ hình với id: iphone12 password: 12345678 Đây tên mật Wifi thiết lập cho mơ hình kết nối Sau phát module tự động kết nối giao diện chữ offline 51 Hình 5.8 Giao diện hình Cũng giống giao diện “TRANG CHỦ” hình HMI hiển thị thông tin như: Đồ án tốt nghiệp, tên đề tài, họ tên giảng viên hướng dẫn sinh viên thực 52 Hình 5.9 Giao diện giám sát điều khiển nhà nấm Ở hình 5.7, giá trị ánh sáng 93%, độ ẩm có giá trị 78% nhiệt độ mà cảm biến DHT11 đo có giá trị 31 độ C Quạt, đèn bơm chế độ off, hệ thống chế độ “tự động” 53 Hình 5.10 Giao diện giám sát điện Giao diện giám sát điện giúp người dùng dễ dàng theo dõi thơng số điện hoạt động mơ hình Ngồi ra, giao diện theo dõi điện tiêu thụ qua ngày hôm qua, hôm nay, tháng trước, Giúp người dùng dễ dàng theo dõi mức điện tiêu thụ mơ hình 54 Hình 5.11 Giao diện cài đặt nhà nấm Tưng tự hình HMI thay đổi giá trị ngưỡng cách bấm vào dấu “+” “-” 55 Hình 5.12 Giao diện cài đặt điện Thông qua giao diện người dùng dễ dàng kiểm sốt tính tốn tiền điện 5.3 NHẬN XÉT VÀ ĐÁNH GIÁ 5.3.1 Nhận xét Qua trình thử nghiệm, chạy thử hiệu chỉnh mơ hình nhiều lần, nhóm rút nhận xét mơ sau: ● Ưu điểm:  Hệ thống làm việc ổn định  Hệ thống điều khiển thơng qua smartphone hình cảm ứng HMI, dễ dàng thao tác điều khiển nơi có sóng Wifi 3G  Giám sát hoạt động thiết bị dễ dàng ● Nhược điểm:  Tốc độ hệ thống phụ thuộc vào mạng internet  Thời gian đáp ứng cịn chậm  Khơng có internet hệ thống chưa hoạt động giám sát 56  App hoạt động tảng Android  Chế độ điều khiển tự động đơn giản hạn chế 5.3.2 Đánh giá Sau trình vận hành hệ thống, nhóm có đánh giá sau đây: Hệ thống hoạt động theo mục tiêu ban đầu đề ổn định Mơ hình đơn giản, an toàn dễ sử dụng Tuy nhiên thời gian đáp ứng hệ thống chưa nhanh, phụ thuộc nhiều vào tốc độ internet giải thuật chương trình chưa tối ưu 57 Chương KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 6.1 KẾT LUẬN Hệ thống sử dụng phương pháp thuật tốn để phân tích liệu từ cảm biến IoTs thu thập thông tin nhiệt độ, độ ẩm, ánh sáng chất dinh dưỡng Dựa kết phân tích, chúng tơi điều chỉnh môi trường trồng nấm cách tưới nước, điều chỉnh ánh sáng nhiệt độ để đảm bảo điều kiện tối ưu cho sinh trưởng nấm Kết đồ án cho thấy mô hình trồng nấm sử dụng cơng nghệ IoTs có hiệu hiệu suất tốt Việc điều chỉnh môi trường phát triển nấm giúp cải thiện suất, chất lượng nấm Ngồi ra, mơ hình cịn tiết kiệm công sức thời gian cho người trồng Tuy nhiên, cịn số khía cạnh chưa đạt so với mục tiêu ban đầu Một số thời gian đáp ứng hệ thống, tồn độ trễ nhỏ việc điều chỉnh mơi trường trồng nấm dựa tín hiệu từ đường truyền bị trễ Đồng thời, cần nâng cao tính ổn định độ xác hệ thống để đảm bảo đáng tin cậy 6.2 HƯỚNG PHÁT TRIỂN Mở rộng phạm vi ứng dụng mơ hình để ni trồng nhiều loại trồng khác nhau, không giới hạn việc trồng nấm Điều địi hỏi nghiên cứu thích ứng yếu tố môi trường phù hợp với loại trồng cụ thể Nghiên cứu tích hợp chức bổ sung vào mơ đo nồng độ pH, chất dinh dưỡng đất, theo dõi chất lượng đất phát triển trồng Điều nâng cao khả giám sát điều khiển toàn diện hệ thống Nghiên cứu phát triển giải pháp linh hoạt việc thay đổi thiết bị, cảm biến mạng kết nối Điều giúp dễ dàng mở rộng nâng cấp hệ thống theo nhu cầu cụ thể sẵn sàng thích ứng với phát triển công nghệ 58 TÀI LIỆU THAM KHẢO Sách tham khảo: [1] Đinh Quang Hiệp, Nguyễn Văn Hiệp, “Giáo trình lập trình Android bản”, trường ĐHSPKT, TpHCM, Nhà xuất ĐH Quốc gia, 2015 [2] Nguyễn Văn Hiệp, “Giáo trình lập trình Android ứng dụng điều khiển”, trường ĐHSPKT, TpHCM, Nhà xuất ĐH Quốc gia, 2016 [3] Nguyễn Quốc Hưng, Vũ Ngọc Duy Tín, “Thiết kế thi cơng mơ hình giám sát điều khiển mơ hình trồng nấm rơm”, Đồ án tốt nghiệp, trường ĐHSPKT, TpHCM, 2019 – 2020, HK2 [4] Phan Minh Nhựt, Đồn Duy Tân, “Thiết kế thi cơng mơ hình giám sát, chăm sóc trồng”, Đồ án tốt nghiệp, trường ĐHSPKT, TpHCM, 2020 – 2021, HK2 [5] Hồ Phát Tài, Nguyễn Đình Trúc, “Thiết kế, thi cơng mơ hình vườn rau thơng minh”, Đồ án tốt nghiệp, trường ĐHSPKT, TpHCM, 2018 – 2019, HK2 [6] Quách Trần Tuấn, Lê Tứ Văn, “Thiết kế thi cơng mơ hình trồng nấm bào ngư xám”, Đồ án tốt nghiệp, trường ĐHSPKT, TpHCM, 2021 – 2022, HK2 Trang web tham khảo: [1] https://vbio.vn/ [2] https://www.alldatasheet.com/ S K L 0