(Đồ án hcmute) thiết kế hệ thống chăm sóc cây trồng và nuôi cá

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH CNKT ĐIỆN TỬ - TRUYỀN THÔNG THIẾT KẾ HỆ THỐNG CHĂM SĨC CÂY TRỒNG VÀ NI CÁ GVHD: NGUYỄN THANH HẢI SVTT1: PHẠM HỮU TRƯỜNG MSSV: 13141610 SVTT2: NGUYỄN HỒNG LỘC SVTT: 11141296 SKL 0 Tp Hồ Chí Minh, tháng 01/2018 an TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƢỢNG CAO ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ HỆ THỐNG CHĂM SÓC CÂY TRỒNG VÀ NUÔI CÁ SVTH: PHẠM HỮU TRƢỜNG MSSV: 13141610 SVTH: NGUYỄN HỒNG LỘC MSSV: 11141296 NGÀNH: CNKT ĐIỆN TỬ - TRUYỀN THÔNG GVHD: TS NGUYỄN THANH HẢI Thành phố Hồ Chí Minh, tháng năm 2018 an CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh phúc *** -Tp Hồ Chí Minh, ngày tháng 01 năm 2018 NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên: Phạm Hữu Trƣờng Nguyễn Hồng Lộc Ngành: Điện tử công nghiệp Giảng viên hƣớng dẫn: TS Nguyễn Thanh Hải Ng y nhận ề tài: MSSV: 13141610 MSSV: 11141296 Lớp: ĐT: Ngày nộp ề tài: Tên ề tài: Thiết kế hệ thống chăm sóc trồng ni cá Các số liệu, tài liệu ban ầu: Nội dung thực ề t i: Sản phẩm: TRƢỞNG NGÀNH GIẢNG VIÊN HƢỚNG DẪN ii an CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh Phúc ******* PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƢỚNG DẪN Họ tên Sinh viên: Phạm Hữu Trƣờng MSSV: 13141610 Nguyễn Hồng Lộc MSSV: 11141296 Ngành: Điện tử công nghiệp Tên ề tài: Thiết kế hệ thống chăm sóc trồng nuôi cá Họ v tên Giáo viên hƣớng dẫn: TS Nguyễn Thanh Hải NHẬN XÉT Về nội dung ề tài & khối lƣợng thực hiện: Ƣu iểm: Khuyết iểm: Đề nghị cho bảo vệ hay không? Đánh giá loại: Điểm:……………….(Bằng chữ: ) Tp Hồ Chí Minh, ngày tháng 01 năm 2018 Giáo viên hƣớng dẫn iii an CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh Phúc ******* PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN Họ tên Sinh viên: Phạm Hữu Trƣờng MSSV: 13141610 Nguyễn Hồng Lộc MSSV: 11141296 Ngành: Điện tử truyền thông Tên ề tài: Thiết kế hệ thống chăm sóc trồng nuôi cá Họ tên Giáo viên phản biện: NHẬN XÉT Về nội dung ề tài & khối lƣợng thực hiện: Ƣu iểm: Khuyết iểm: Đề nghị cho bảo vệ hay không? Đánh giá loại: Điểm:……………….(Bằng chữ: ) Tp Hồ Chí Minh, ngày tháng 01 năm 2018 Giáo viên phản biện iv an LỜI CẢM ƠN Lời ầu tiên xin gửi lời cảm ơn tới gia ình l nguồn ộng viên to lớn vật chất tinh thần, ã bên cạnh ủng hộ, tạo iều kiện thuận lợi ể ho n th nh án Xin gửi lời cảm ơn chân th nh tới thầy Nguyễn Thanh Hải ã ln l ngƣời thầy tận tình dạy bảo, hƣớng dẫn, phân tích, giúp chúng em hoàn thiện án trọn vẹn Cảm ơn thầy cô khoa Điện-Điện tử ã cung cấp kiến thức tảng v sở năm học ngơi trƣờng thân u Bên cạnh ó, xin gửi lời chúc sức khỏe, thành công tới bạn lớp ã hỗ trợ nhiều cách trình thực án Xin chân thành cảm ơn! Nhóm thực ề tài v an TĨM TẮT Nông nghiệp ngành kinh tế quan trọng v ã gắn bó với ngƣời Việt Nam từ lâu Ngày nay, nhờ áp dụng khoa học kĩ thuật vào trồng trọt, chăn nuôi m nông nghiệp ã gặt hái ƣợc thành tựu to lớn Cùng với cách mạng thiết bị mạng kết nối không dây tồn cầu nên thiết bị trồng trọt, chăn ni ƣợc phát triển theo ứng dụng công nghệ tiên tiến Trong thực trạng kinh tế bất chấp tính mạng ngƣời dùng, nghỉ ến lợi nhuận cá nhân mà loại thực phẩm bẩn không rõ nguồn gốc có mặc nơi gây ảnh hƣởng nghiêm trọng ến sức khỏe ngƣời tiêu dùng Nhìn thấy nhu cầu ngƣời tiêu dùng muốn sử dụng thực phẩm sạch, nguồn gốc rõ r ng ể ảm bảo cho bửa ăn h ng ng y gia ình ngon v an to n mà mơ hình trồng rau nuôi cá sử dụng công nghệ IoT ã ƣợc chúng em chọn ể tìm hiểu nghiên cứu Ngƣời dùng chọn loại rau, lo i cá m thích v iều khiển tƣới tiêu giao diện hệ thống qua Web ã ƣợc c i ặt kết nối mạng Ngồi ngƣời dùng theo dõi thông số môi trƣờng sinh trƣởng trồng cá thông qua cảm biến ƣợc thiết kế mơ hình tạo iều kiện tốt cho trồng cá phát triển cách tốt vi an MỤC LỤC NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ii PHI U NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƢỚNG DẪN .iii PHI U NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN iv LỜI CẢM ƠN v TÓM TẮT vi MỤC LỤC vii DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH ix DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU xii DANH MỤC CÁC TỪ VI T TẮT xiii Chƣơng TỔNG QUAN 1.1 TỔNG QUAN VỀ LĨNH VỰC NGHIÊN CỨU 1.2 MỤC ĐÍCH VÀ GIỚI HẠN ĐỀ TÀI 1.3 NỘI DUNG THỰC HIỆN Chƣơng CƠ SỞ LÝ THUY T 2.1 MỘT SỐ MƠ HÌNH TRỒNG RAU NUÔI CÁ PHỔ BI N 2.1.1 Mơ hình tƣới ngập xả cạn 2.1.2 Trồng rau mô hình aquaponics (trồng rau kết hợp ni cá) 2.1.3 Mơ hình trồng rau ni cá nƣớc cạn 2.1.4 Mơ hình trồng rau nuôi cá nƣớc sâu 2.2 INTERNET OF THINGS 2.3 NHỮNG CHUẨN TRUYỀN DỮ LIỆU 2.3.1 Chuẩn giao tiếp One-Wire 2.3.2 Chuẩn giao tiếp UART 2.4 TÌM HIỂU VỀ PHP 2.4.1 Giới thiệu PHP 2.4.2 PHP 2.4.3 PHP MySQL 11 Chƣơng TÍNH TỐN VÀ THI T K HỆ THỐNG 12 vii an 3.1 GIỚI THIỆU 12 3.1.1 Sơ khối chức khối 12 3.1.2 Mô tả hoạt ộng hệ thống 13 3.2 THI T K CÁC THÀNH PHẦN CỦA HỆ THỐNG 13 3.2.1 Khối cảm biến 13 3.2.2 Khối nguồn 24 3.2.3 Khối xử lý trung tâm 27 3.2.4 Khối giao tiếp Wifi 31 3.2.5 Khối công suất 33 3.2.6 Khối hiển thị cảnh báo 34 3.3 LƢU ĐỒ GIẢI THUẬT 36 3.3.1 Lƣu chƣơng trình 36 3.3.2 Lƣu hiển thị c i ặt 37 3.3.3 Lƣu trang web 38 3.4 SƠ ĐỒ MẠCH NGUYÊN LÝ 40 Chƣơng THI CÔNG HỆ THỐNG 42 4.1 THI CÔNG PHẦN MỀM 42 4.1.1 Phần mềm WampServer tạo localhost 42 4.1.2 Lập trình Web Dreamware Notepad++ 43 4.1.3 ThingSpeak 48 4.2 THI CÔNG PHẦN CỨNG 50 Chƣơng K T QUẢ 52 5.1 THI CÔNG MẠCH THỰC T 52 5.2 HỘP ĐIỀU KHIỂN VÀ MẠCH NGUỒN XUNG 58 5.3 GIAO DIỆN WEB 58 5.4 SỰ PHÁT TRIỂN CỦA RAU 58 Chƣơng K T LUẬN VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN 60 6.1 K T LUẬN 60 6.2 HƢỚNG PHÁT TRIỂN 60 viii an TÀI LIỆU THAM KHẢO 61 PHỤ LỤC 62 ix an Hình 4.9: Thiết lập c i ặt cho kênh Sau gửi liệu lên thành công, sử dụng ThingSpeak Apps ể phân tích hình dung ƣợc liệu Hình 4.10 cho thấy liệu ang ƣợc xử lý dƣới dạng biểu Hình 4.10: Biểu hiển thị giá trị o ThingSpeak 49 an 4.2 THI CƠNG PHẦN CỨNG a Khung mơ hình Thiết kế khung mơ hình trồng rau ni cá: Thiết kế khung sắt ể ặt bồn ni cá bên dƣới khay trồng rau trên, mơ hình khung sắt ƣợc thiết kế với kích thƣớc 62x43cm, cao 70cm Khung sắt thiết kế có khả tháo lắp dể d ng ể thuận tiện cho việc vận chuyển Khay trồng rau có ế nhựa cách ly phần ất sét nung, nhằm tránh tình trạng ngập nƣớc hệ thống nƣớc khơng thảy hết nƣớc làm chết trồng Khay có kích thƣớc 60x40cm ƣợc ặt bên khung sắt v ƣợc tạo lỗ thoát nƣớc dƣới áy khay trồng, ồng thời khoan lỗ bên th nh khay ể làm hệ thống tƣới cho Bồn ni cá có kich thƣớc 58x38cm nằm trọn khung sắt v ƣợc tạo lỗ nhỏ, ể bơm nƣớc từ bồn lên tƣới cho trồng lỗ lại dẫn nƣớc chảy trả lại bồn Hình 4.11: Mơ hình trƣớc trồng rau nuôi cá b Thi công mạch in Từ sơ mạch nguyên lí ã nêu phần 3.4, sử dụng phần mềm vẽ mạch ta ƣợc sơ mạch in PCB nhƣ hình sau: 50 an Hình 4.12: Mạch in PCB 51 an Chƣơng KẾT QUẢ 5.1 THI CƠNG MẠCH THỰC TẾ Thực gia cơng mạch chia l m hai giai oạn: a Giai đoạn 1: Sử dụng board Arduino Mega 2560 o tín hiệu từ cảm biến gửi xử lí hiển thị lên hình LCD TFT Trong hình 5.1 thực kiểm tra hoạt ộng cảm biến với v nƣớc tƣới cho Hình 5.1: Đo thơng số với chậu v nƣớc tƣới Sử dụng Arduino lập trình kích cỡ chữ, loại chữ, giá trị cảm biến o ƣợc, nút nhấn cảm ứng, tạo trang khác m n hình LCD TFT thu ƣợc kết nhƣ hình 5.2 v 5.3 với hai tiêu ề có tên gọi l PLANT v WATER ể phân biệt quan sát dễ 52 an Hình 5.2: Hiển thị thơng số o ƣợc chậu v mơi trƣờng Hình 5.3: Giá trị pH nƣớc tƣới b Giai đoạn 2: 53 an Tiếp tục kết nối với phần lại hệ thống ƣợc mạch hoàn chỉnh sau cùng, dựa sơ khối, sơ ngun lí thi cơng hàn linh kiện lên mạch in, kết thu ƣợc theo khối nhƣ sau:  Khối nguồn: Các module 5V, 3V nguồn cung cấp ƣợc xếp gần nhau, sử dụng thêm Led báo nguồn ể báo có nguồn cung cấp vào cho board hoạt ộng Hình 5.4: Khối nguồn board  Khối hiển thị cảnh báo: Ba led cảnh báo v module buzzer ƣợc gắn qua switch ể tắt không cần ặt trạng thái cảnh báo 54 an Hình 5.5: Khối hiển thị cảnh báo board  Khối WiFi: Module ESP8266 V1 ƣợc ặt gần với module cung cấp nguồn 3.3V Hình 5.6: Module ESP8266 V1 gắn board  Khối công suất: Module relay hai kênh ƣợc ặt gần với Jack cắm DC domino nhựa, sử dụng thêm hai switch gạt ể tắt mạch 55 an Hình 5.7: Khối công suất board  Khối cảm biến: Do cảm biến sử dụng module i kèm, dây o d i ể o ƣợc khoảng cách xa nên xếp cảm biến có module phía ngồi board ể dễ d ng ƣa dây ngo i, cịn cảm biến DHT22 ƣợc ặt phía board a) b) 56 an c) Hình 5.8: Các cảm biến board: a) Cảm biến DHT22, b) Board PH meter, c) Cảm biến DS18B20 dạng dây o Mạch hồn chỉnh ƣợc thi cơng nhỏ, gọn v ặt hộp nhằm ảm bảo tránh tác ộng mạnh từ mơi trƣờng bên ngồi, hai bên mặt ƣa dây cảm biến ngo i o, kết nối dây với máy bơm, van, lấy nguồn iện cho mạch hoạt ộng Hình 5.9: Mạch thực tế 57 an 5.2 HỘP ĐIỀU KHIỂN VÀ MẠCH NGUỒN XUNG Để ảm bảo cho mơ hình hoạt ộng ổn ịnh, tăng thêm tính thẩm mỹ cho mơ hình, lựa chọn óng hộp cho khối nguồn mạch in, hạn chế ƣợc hƣ hại va ập tránh tiếp xúc với nguồn iện áp cao b) a) Hình 5.10: Hộp ựng mạch: a) Mạch nguồn, b) Mạch in thực tế 5.3 GIAO DIỆN WEB Giao diện web hiển thị sau thực lấy liệu, chèn biểu từ ThingSpeak ƣợc gọi hiển thị kết theo vị trí bảng giúp cho ngƣời dùng xử lý thơng tin, quan sát Hình 5.11: Trang hiển thị kết website 5.4 SỰ PHÁT TRIỂN CỦA RAU Rau sau gieo hạt, sau hai tuần ang giai oạn phát triển nhƣ hình 5.3 58 an Hình 5.12: Rau phát triển sau hai tuần 59 an Chƣơng KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN 6.1 KẾT LUẬN Trong trình thực ề tài, nhóm ã học hỏi ƣợc thêm nhiều kiến thức mơ hình trồng ang ƣợc ứng dụng nay, hiểu biết linh kiện, ứng dụng cơng nghệ vào mơ hình, q trình thiết kế thi cơng mơ hình tổng hợp lại, cách sử dụng loại cảm biến thông dụng hiên Mạch ã hoạt ộng ƣợc, nhiên số vấn ề gặp phải hoạt ộng:  Phần cảm ứng m n hình LCD TFT thƣờng bị treo, phải nạp lại nhiều lần tháo ợi khoảng thời gian hết  Chƣa tối ƣu hóa chƣơng trình viết code nên sử dụng nhấn thời gian lâu thực ƣợc  Thiết kế web chƣa ẹp  Để ni nhiều loại cá, cần có lọc tốt thực lọc nƣớc xuống bồn ni cá, nhiên chi phí cao nên nhóm thực lọc ơn giản 6.2 HƢỚNG PHÁT TRIỂN  Kết hợp viết app iện thoại ể thêm phần giao tiếp thuận lợi  Xây dựng giao diện web an toàn, bảo mật, tƣơng tác với ngƣời dùng, cải tiến chức phân quyền cho ngƣời quản lý, ngƣời sử dụng  Sử dụng thêm cảm biến nhƣ: mƣa, mực nƣớc, o ộ ục nƣớc ể cho mơ hình hoạt ộng theo hƣớng tự ộng 60 an TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt: [1] Mơ hình trồng rau ni cá nhà – https://happytrade.org [2] IoT – Wikipedia – https://vi.wikipedia.org [3] Lập trình php – VietJack – http://vietjack.com [4] Nguyễn Việt Hùng, Nguyễn Ngơ Lâm, Nguyễn Văn Phúc, Giáo trình Kỹ Thuật Truyên Số Liệu, ĐH Sƣ Phạm Kỹ Thuật TP Hồ Chí Minh [5] Nguồn tổ ong – machdientu – https://machdientu.org/ Tiếng Anh: [1] Datasheet ESP8266 [2] Datasheet DHT22 [3] Two DS18B20 Temp Sensor on LCD Display – arduinotronics http://arduinotronics.blogspot.com/ [4] Guide for Soil Moisture Sensor – Randomnerdtutorials https://randomnerdtutorials.com/ [5] How to create Login Form in PHP – OnlineITtuts http://www.onlineittuts.com/ [6] Displaying MySQLi Records in a HTML Table – softAOX http://www.softaox.info/ [7] Create Charts and Graphs Using MySQL, PHP, Morris.js Tutorial lisenme – http://www.lisenme.com/ – – – – – 61 an PHỤ LỤC Phần mềm sử dụng ề tài:  Phần mềm vẽ mạch nguyên lí mạch in: Eagle  Phần mềm vẽ sơ ồ: Visio  Phần mềm lập trình Web: Wampsever, Notepad++, Dreamware CS6  Phần mềm lập trình Arduino IDE 62 an S an K L 0