(Đồ án hcmute) thiết kế hệ thống quản lý nông trại

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO NGÀNH CNKT MÁY TÍNH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ HỆ THỐNG QUẢN LÝ NÔNG TRẠI GVHD SVTH MSSV SVTH MSSV Khoá SKL 0 Tp Hồ Chí Minh, tháng 07/2017 an : TS PHAN VĂN CA : BÙI ĐỨC DĨNH : 13119179 : PHAN TẤN DUY : 13119065 : 2013-2017 TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƢỢNG CAO ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ HỆ THỐNG QUẢN LÝ NÔNG TRẠI NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT MÁY TÍNH Sinh viên: BÙI ĐỨC DĨNH MSSV: 13119179 PHAN TẤN DUY MSSV: 13119065 TP HỒ CHÍ MINH – /2017 an TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƢỢNG CAO ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ HỆ THỐNG QUẢN LÝ NÔNG TRẠI NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT MÁY TÍNH Sinh viên: BÙI ĐỨC DĨNH MSSV: 13119179 PHAN TẤN DUY MSSV: 13119065 Hƣớng dẫn: Ts PHAN VĂN CA TP HỒ CHÍ MINH – 7/2017 an LỜI CẢM ƠN Nhóm thực đề tài xin chân thành cảm ơn Thầy Phan Văn Ca hƣớng dẫn, bảo kinh nghiệm quý báu nhƣ hỗ trợ phƣơng tiện vật tƣ suốt trình tìm hiểu, nghiên cứu đề tài Xin gửi lời cảm ơn thầy cô Khoa đào tạo Chất Lƣợng Cao tạo điều kiện, cung cấp cho nhóm kiến thức bản, cần thiết để chúng em có điều kiện đủ kiến thức để thực trình nghiên cứu Đồng thời, nhóm xin cám ơn bạn lớp 13119CL1 có ý kiến đóng góp, bổ sung, giúp nhóm hồn thành tốt đề tài Ngồi ra, nhóm nhận đƣợc bảo anh (chị) trƣớc Các anh (chị) hƣớng dẫn giới thiệu tài liệu tham khảo thêm việc thực nghiên cứu Trân trọng Nhóm thực đồ án Bùi Đức Dĩnh an Phan Tấn Duy TÓM TẮT Trong vài thập kỉ trở lại đây, ngành kinh tế thực phẩm có bƣớc tiến mạnh mẽ, kéo theo phát triển sản xuất nông nghiệp hàng hóa hay cịn gọi kinh tế trang trại.Cùng với xã hội ngày phát triển khoa học kỹ thuật ngày tiên tiến Nhu cầu kỹ thuật đƣợc trọng Đặc biệt cơng trình nghiên cứu khoa học, thiết kế sản phẩm giúp ngƣời nâng cao mức sống, tạo thực phẩm an tồn Đồng thời tiết kiệm cơng chăm sóc, đem lại hiệu suất kinh tế caoViệc hình thành trang trại đƣợc xem nhân tố định thúc đẩy phát triển sản xuất, chăn ni hàng hóa Những mơ hình trang trại hiệu thúc đẩy phát triển nơng, lâm, ngƣ, nghiệp.Nền kinh tế trang trại tƣơng đối phát triển với mơ hình trang trại hiệu quả, đem lại lợi nhuận kinh tế cao cho nông dân Trong lịch sử, việc chăn ni bị chủ yếu để lấy sức kéo phục vụ cho việc cày cấy, đồng kéo xe, thồ hàng, số hoạt động chăn nuôi nhƣng không phổ biến Hiện nay, việc chăn ni bị chủ yếu để lấy thịt lấy sữa Chăn ni bị thịt bị sữa có nhiều điểm tƣơng đồng quy trình, chọn giống, chăm sóc, chuồng trại, vệ sinh, phịng bệnh, thức ăn Tuy nhiên, chăn ni bị thịt trọng vào công đoạn tăng trọng thịt nhiều chất lƣợng, chăn ni bị sữa trọng vào khâu chăm sóc trƣớc sau sinh sản kỹ thuật vắt sữa sản phẩm sữa Ngày xƣa thay ngƣời ni phải vất vả tận chuồng trại đề theo dõi vấn đề chuồng trại Vì chúng tơi định thực đồ án với ý tƣởng điều khiển thiết bị từ xa thơng qua máy tính, điện thoại Smart Phone cách dễ dàng theo điều kiện chuồng trại ,theo dõi thông số nhiệt độ ,ánh sáng,độ ẩm.Từ ngƣời ni có biện pháp cần thiết để chăm sóc trang trại cho phù hợp Từ “Thiết kế hệ thống quản lý nơng trại” đề tài mà chọn an MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH XVI CÁC TỪ VIẾT TẮT XVIII CHƢƠNG GIỚI THIỆU 1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ 1.2 MỤC TIÊU ĐỀ TÀI 1.3 NộI DUNG 1.4 BỐ CỤC QUYỂN BÁO CÁO CHƢƠNG CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 GIỚI THIỆU NODEMCU ESP8266 2.2 MODULE LCD 20X4 2.3 MODULE KẾT NỐI CHUẨN I2C 2.4 CẢM BIẾN DHT11 2.5 MODULE RELAY 2.6 MODULE CẢM BIẾN ÁNH SÁNG BH1750 2.7 MODULE THỜI GIAN THỰC DS1307 11 2.8 CHUẨN I2C 12 2.9 GIAO THỨC TCP/IP 14 16 2.10 NGƠN NGỮ LẬP TRÌNH PHP 17 2.10.1 Giới thiệu: 17 2.10.2 Phƣơng thức GET PHP 18 2.10.3 Phƣơng thức POST PHP 18 2.11 CƠ SỞ DỮ LIỆU MYSQL 19 2.12 NỀN TẢNG ANDROID 19 CHƢƠNG THIẾT KẾ HỆ THỐNG 22 3.1 YÊU CẦU HỆ THỐNG 22 3.2 THIẾT KẾ HỆ THỐNG 23 an 3.3 THIẾT KẾ PHẦN CỨNG 24 3.3.1 Sơ đồ khối 24 3.3.2 Thiết kế khối 25 3.3.3 Sơ đồ nguyên lí hệ thống 27 3.4 THIẾT KẾ PHẦN MỀM 28 3.4.1 Chức hoạt động phần mềm 28 3.4.2 Lƣu đồ giải thuật 28 3.4.3 Lƣu đồ giải thuật web server 33 3.4.4 Lƣu đồ giải thuật thiết bị di động 35 CHƢƠNG KẾT QUẢ 38 4.1 KẾT QUẢ MƠ HÌNH THI CÔNG 38 4.1.1 Hình thực tế Wed Server ứng dụng di động: 38 4.1.2 Hình ảnh thực tế phần cứng 41 4.2 HOạT ĐộNG CủA Hệ THốNG 42 CHƢƠNG KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN 45 5.1 KẾT LUẬN 45 5.2 HƢỚNG PHÁT TRIỂN 46 TÀI LIỆU THAM KHẢO 47 an DANH MỤC HÌNH HÌNH 2.1 : HÌNH ảNH NODEMCU ESP8266 HÌNH 2.2 : SƠ Đồ CHÂN NODEMCU ESP8266 HÌNH 2.3: SƠ Đồ CHÂN LCD 20X4 HÌNH 2.4: SƠ Đồ CHÂN KếT NốI LCD 20X4 HÌNH 2.5: MODULE DHT11 TÍCH HợP VớI CHÂN KếT NốI HÌNH 2.6: MODULE RELAY HÌNH 2.7: MODUL CảM BIếN ÁNH SÁNG BH1750 10 HÌNH 2.8: MODULE THờI GIAN THựC DS1307 11 HÌNH 2.9: Tổ CHứC Bộ NHớ CủA DS1307 12 HÌNH 2.13: BUS I2C VÀ CÁC THIếT Bị NGOạI VI 13 HÌNH 2.14: CƠ CHế TRUYềN NHậN CủA I2C 14 HÌNH 2.15: CÁC TầNG CủA MƠ HÌNH TCP/IP 15 HÌNH 2.16: Q TRÌNH ĐĨNG Mở GĨI Dữ LIệU TRONG TCP/IP 16 HÌNH 2.17: CấU TRÚC Dữ LIệU TRONG TCP/IP 17 HÌNH 2.18: SMARTPHONE ANDROID 20 HÌNH 2.19: ANDROID STUDIO 21 HÌNH 3.1: MƠ HÌNH Hệ THốNG QUảN LÝ NƠNG TRạI 23 HÌNH 3.2: SƠ Đồ KHốI CủA Hệ THốNG 24 HÌNH 3.3: SƠ Đồ KếT NốI KHốI CảM BIếN 25 HÌNH 3.4: SƠ Đồ KếT NốI KHốI HIểN THị 26 HÌNH 3.5: SƠ Đồ KếT NốI KHốI NGUồN VÀ KHốI THựC THI 26 HÌNH 3.6: SƠ Đồ NGUN LÍ TỒN Hệ THốNG 27 HÌNH 3.7: LƢU Đồ GIảI THUậT CHƢƠNG TRÌNH TRÊN KIT 29 xvi an HÌNH 3.8: LƢU Đồ GIảI THUậT CHƢƠNG TRÌNH CON READSENSOR 30 HÌNH 3.9: LƢU Đồ GIảI THUậT CHƢƠNG TRÌNH CON SENTDATA 31 HÌNH 3.10: LƢU Đồ GIảI THUậT CHƢƠNG TRÌNH CON XULI_DLWEB 32 HÌNH 3.11: LƢU Đồ GIảI THUậT CHƢƠNG TRÌNH CON CONTROL 33 HÌNH 3.12 : LƢU Đồ GIảI THUậT HOạT TRÊN WEB SERVER 34 HÌNH 3.13: LƢU Đồ GIảI THUậT HOạT ĐộNG GIữA WEB VÀ THIếT Bị DI ĐộNG 35 HÌNH 3.14: LƢU Đồ ứNG DụNG ANDROID 36 HÌNH 3.15: GIAO ĐIệN TRÊN ứNG DụNG DI ĐộNG 37 HÌNH 4.1: GIAO DIệN CủA WED SERVER 38 HÌNH 4.2 GIAO DIệN TRANG ĐĂNG NHậP 39 HÌNH 4.3: GIAO DIệN TRANG HIểN THị 39 HÌNH 4.4: GIAO DIệN TRANG ĐIềU KHIểN 40 HÌNH 4.5: GIAO DIệN TRANG THƠNG KÊ Dữ LIệU Từ ĐIệN THOạI 40 HÌNH 4.6: GIAO DIệN ứNG DụNG TRÊN ĐIệN THOạI 41 HÌNH 4.7: MƠ HÌNH THựC Tế CủA PHầN CứNG 42 HÌNH 4.8: BậT TắT ĐÈN BằNG NÚT NHấN TRÊN WED, ứNG DụNG DI ĐộNG 43 HÌNH 4.9: MÀN HÌNH LCD HIểN THị THƠNG TIN CHế Độ AUTOMATIC 44 xvii an CÁC TỪ VIẾT TẮT IoT Internet of Things API Application Programming Interface DHT Temperature & Humidity Sensor GPIO General-purpose input/output I/O Input/Output I2C Inter-Intergrated Circuit LCD Liquid crystal display MCU Multipoint Control Unit PHP Hypertext Preprocessor SCL Serial Clock SDA Serial Data SoC System On Chip URL Uniform Resource Locator USB Universal Serial Bus ROM Read Only Memory RAM Random Access Memory SPI Serial Peripheral Bus xviii an khiển thiết bị trình duyệt web bất kỳ, web gồm số chức nhƣ sau:  Cập nhập nhiệt độ, độ ẩm, ánh sáng theo thời gian thực  Giao diện bật tắt thiết bị  Hẹn hoạt động cho máy bơm mode auto Server đóng vai trị tiếp nhận liệu từ board điều khiển trung tâm nhƣ tảng tƣơng tác khác nhƣ điện thoại Hoạt động web server đƣợc xây dựng theo lƣu đồ bên dƣới: Hình 3.12 : Lƣu đồ giải thuật hoạt web server Ngồi việc nhận liệu từ kit web nhận liệu ngƣời dùng nhập thiết bị di động Việc nhận liệu từ điện thoai đƣợc xây dựng theo lƣu đồ bên dƣới: 34 an Hình 3.13: Lƣu đồ giải thuật hoạt động web thiết bị di động 3.4.4 Lƣu đồ giải thuật thiết bị di động Với mục đích tạo môt ứng dụng di động với chức sau:  Cập nhập nhiệt độ, độ ẩm, ánh sáng theo thời gian thực  Giao diện bật tắt thiết bị  Hẹn hoạt động cho máy bơm mode auto  Nhập thông tin vật nuôi nhập nuôi Dƣới lƣu đồ hoạt động ứng dụng di động: 35 an Hình 3.14: Lƣu đồ ứng dụng android Với mục đích tạo ứng dụng cho ngƣời dùng dễ sử dụng, cấu trúc giao diện đƣợc nhóm thiết kế nhƣ hình 3.15 36 an Hình 3.15: Giao điện ứng dụng di động Khi ngƣời dùng nhấn nút “Cập nhập” theo dõi đƣợc thơng số cảm biến Khi ngƣời dùng nhấn nút “Điều khiển thiết bị” chuyển đến giao diện điều khiển, từ ngƣời dùng điều khiển bật tắt thiết bị Khi ngƣời dùng nhấn nút “Nhập liệu” chuyển đến giao diện nhập liệu, từ ngƣời dùng nhập thơng số vật ni Khi ngƣời dùng nhấn nút “Hẹn giờ” chuyển đến giao diện hẹn giờ, từ ngƣời dùng hẹn bật máy bơm chế độ auto 37 an CHƢƠNG KẾT QUẢ 4.1 KẾT QUẢ MƠ HÌNH THI CƠNG 4.1.1 Hình thực tế Wed Server ứng dụng di động: Giao diện wed server đƣơc nhóm thiết kế theo hình bên dƣới: Hình 4.1: Giao diện wed server Để thực tác vụ wed server ngƣời dùng phải đăng nhập vào hệ thống: 38 an Hình 4.2 Giao diện trang đăng nhập Sau đăng nhập vào hệ thống ngƣời dùng theo dõi đƣợc thơng số cảm biến theo địa chỉ: http://farmdyu.96.lt/hienthi.php Tại ngƣời dùng lựa chọn chế độ hoạt động hệ thống Hình 4.3: Giao diện trang hiển thị Ở chế độ Manual ngƣời dùng điều khiển bật tắt thiết bị Trang điều khiển đƣợc thiết kế nhƣ hình bên dƣới: 39 an Hình 4.4: Giao diện trang điều khiển Trên web ngƣời dùng thơng kế đƣợc nhƣng thông số ngƣời dùng nhập từ điện thoại qua địa http://farmdyu.96.lt/datalog.php : Hình 4.5: Giao diện trang thơng kê liệu từ điện thoại Ngồi việc nhập liệu ngƣời dùng nhập hàng, ứng dụng di động giúp ngƣời dùng điều khiển bật tắt thiết bị: 40 an Hình 4.6: Giao diện ứng dụng điện thoại 4.1.2 Hình ảnh thực tế phần cứng Mơ hình board thực tế đƣợc thể bên dƣới 41 an Hình 4.7: Mơ hình thực tế phần cứng Mơ hình bao gồm LCD 20x4 kết nối LMC1602 giao chuẩn I2C, cảm biến DHT1, cảm biến ánh sáng BH1750, đèn, quạt Board NodeMCU ESP8266 với relay 5V, cảm biến thời gian thực DS1307 nguồn 12V, 2A đƣợc nhóm đựng hộp bên dƣới 4.2 HOạT ĐộNG CủA Hệ THốNG Sau cấp nguồn cho hệ thống, ngƣời dùng điều khiển thiết bị từ máy tính thơng qua wed sever điều khiển qua ứng dụng di động, đồng thời lúc đóhệ thống cập nhập thông tin lên wed server cho ngƣời dùng theo dõi 42 an Hình 4.8: Bật tắt đèn nút nhấn wed, ứng dụng di động Màn hình LCD hiển thị thơng tin thơng số ánh sáng dịng 1, độ ẩm nhiệt độ dòng 2, dòng thời gian thực tế, dòng hiển thị thời gian để bật máy bơm chế độ automatic 43 an Hình 4.9: Màn hình LCD hiển thị thông tin chế độ Automatic 44 an CHƢƠNG KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN 5.1 KẾT LUẬN Trong thời gian tìm hiểu, nghiên cứu sở lý thuyết triển khai thực hiện, nhóm xây dựng thành công hệ thống dựa mục tiêu ban đầu với ƣu điểm: Ƣu điểm:  Phần cứng đƣợc thiết kế gọn gàng dễ dàng lắp đặt  Mạch có giá thành tƣơng đối rẻ phù hợp cho gia đình chăn ni  Có thể quản lý tồn hệ thống dựa vào công cụ đƣợc thiết kế sẵn  Cập nhật liên tục trạng thái thiết bị giá trị cảm biến lên server sở liệu online  Ngƣời dùng hẹn thời gian cho bật máy bơm cho bị thơng qua web hay thông qua ứng dụng smartphone Android  Ngƣời dùng tƣơng tác, điều khiển thiết bị từ xa thông qua trang web ứng dụng smartphone Android  Ngƣời dùng tổng hợp liệu ánh sáng, nhiệt độ, độ ẩm thơng qua sở liệu web từ đƣa biện pháp thích hợp cho vật ni Nhƣợc điểm:  Độ ổn định hệ thống phụ thuộc vào kết nối Internet  Do sử dụng tên miền miễn phí nên ảnh hƣởng đến thời gian đáp ứng thiết bị  Do tƣơng tác với thiết bị qua internet nên mạng điều chỉnh thiết bị đƣợc 45 an 5.2 HƢỚNG PHÁT TRIỂN Nếu tiếp tục phát triển, thử nghiệm hệ thống đƣợc tối ƣu thuật tốn xử lý giúp hệ thống hoạt động ổn định đồng thời xây dựng thêm số chức năng:  Thêm cảm biến khác để thu thập đƣợc nhiều liệu hơn,từ có nhiều biện pháp cho việc chăn ni bị  Thêm chức điều khiển tay mạng Internet  Phát triển sở liệu ghi nhận thông tin sử dụng ngƣời dùng để tối ƣu hệ thống liệu gốc 46 an TÀI LIỆU THAM KHẢO Sách tham khảo [1] Ths Đậu Trọng Hiển, “Giáo trình Hệ Thống Nhúng”, năm 2013 [2] Ths Nguyễn Văn Hiệp,” Giáo trình lập trình Android ứng dụng điều khiển ”, năm 2016 Website tham khảo https://www.w3schools.com/ https://drive.google.com/drive/folders/0B0aZml7f4tFoaUJPcTFYLU9XM0U https://www.hostinger.vn/ 47 an S an K L 0