Đang tải... (xem toàn văn)
Đồ án thiết kế môn học Đồ án vi điều khiển ứng dụng chip xử lí Arduino Nano có kèm file mạch in và đồ linh kiện cho dự án Liên hệ: levanthachkksgmail.com Chuyên ngành Điện tự động công nghiệp chuyên nghiên cứu và phát triển, pháttriển các hệ thống tự động và điều khiển của các dây chuyền sản xuất công nghiệp. Tự động hóa mạnh mẽ để kiểm soát nhanh chóng, chính xác các dây chuyền sản xuất phức tạp, chính xác và khuôn mẫu. Trong xu thế hội nhập toàn cầu, đất nước ta đang bước vào giai đoạn công nghiệp hóa, hiện đại hóa, bất kỳ ngành nghề kỹ thuật nào cũng cần đến tự động hóa. Có thể hiểu, Tự động hóa công nghiệp là chuyên ngành nghiên cứu, thiết kế,vận hành các hệ thống tự động, dây chuyền sản xuất tự động trong các nhà máy (xi măng, sắt thép, nước giải khát, dược phẩm…); thiết kế, điều khiển và chế tạo robot; quản lý sản phẩm tại các công ty trong và ngoài nước kinh doanh thiết bị điện tử tự động. Chúng em là sinh viên trường Đại Học Hàng Hải Việt Nam, được sự giúp đỡ tận tình của các cô cô Khoa Điện – Điện Tử nói riêng và của trường Đại Học Hàng Hải nói chung, chúng em đã hoàn thành Học phần Đồ án 2 mà cô giao. 2. Mục đích nghiên cứu của đề tài Ngày nay khoa học công nghệ ngày càng phát triển, vi điều khiển AVR và vi điều khiển PIC ngày càng thông dụng và hoàn thiện hơn. Nhưng có thể nói sự xuất hiện của Arduino vào năm 2005 tại Italia đã mở ra một hướng đi mới cho vi điều khiển. Sự xuất hiện của Arduino đã hỗ trợ cho con người rất nhiều trong lập trình và thiết kế, nhất là đối với những người mới bắt đầu tìm tòi về vi điều khiển mà không có quá nhiều kiến thức, hiểu biết sâu sắc về vật lý và điện tử. Phần cứng của thiết bị đã được tích hợp nhiều chức năng cơ bản và là mã nguồn mở. Ngôn ngữ lập trình trên nền Java lại vô cùng dễ sử dụng tương thích với ngôn ngữ CC++ và hệ thống thư viện rất phong phú và được chia sẻ miễn phí. Chính vì những lý do như vậy nên Arduino hiện đang dần phổ biến và được phát triển ngày càng mạnh mẽ trên toàn thế giới... 3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu đề tài Đối tượng nghiên cứu là một hệ thống trồng hoa tự động được xây dựng với trung tâm là Arduino Nano CH340 (một trong các loại Board Arduino), chi phí thấp, thiết kế đơn giản, có ứng dụng rộng rải từ mô hình nhỏ đơn giản đến mô hình lớn phức tạp. 4. Phương pháp nghiên cứu khoa học Để nắm rõ, cũng như thiết kế, mô phỏng được đề tài này thực tế cần thực hiện: Nghiên cứu về vi điều khiển Arduino và các thiết bị cảm biến thông minh liên kết với nhau tạo thành một hệ điều khiển quá trình. Nghiên cứu thực tiễn: Tiến hành lựa chọn và nghiên cứu thiết bị, lắp đặt hệ thống, sử dụng phầm mềm để lập trình điều khiển hệ thống. 5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn Góp phần nâng cao nhận thức về tầm quan trọng và ứng dụng của công nghệ tự động hóa trong công nghiệp. Đồng thời góp phần làm nền tảng xây dựng kiến thức cho công tác học tập và làm việc cho sinh viên hôm nay và sau khi ra trường để bước vào môi trường làm việc thực tế bên ngoài. CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC HÀNG HẢI VIỆT NAM KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ BỘ MÔN ĐIỆN TỰ ĐỘNG CÔNG NGHIỆP ==========o0o========== BÁO CÁO ĐỒ ÁN Mã: 13322 Học kỳ: – Năm học: 2023 – 2024 Đề tài: Thiết kế hệ thống trồng hoa thơng minh nhà kính SINH VIÊN MSV LỚP NHIỆM VỤ VŨ HOÀNG HIỆP NGUYỄN HOÀNG KIM NGUYỄN THẾ ANH 86967 87291 87295 ĐTĐ61ĐH ĐTĐ61ĐH ĐTĐ61ĐH Nhóm trưởng Thành viên Thành viên Ngành Kỹ thuật điều khiển tự động hóa Chuyên ngành Điện tự động công nghiệp Giảng viên hướng dẫn: Th.S Phạm Thị Hồng Anh HẢI PHÒNG – 12/2023 TRƯỜNG ĐẠI HỌC HÀNG HẢI VIỆT NAM KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ BỘ MÔN ĐIỆN TỰ ĐỘNG CÔNG NGHIỆP ==========o0o========== BÁO CÁO ĐỒ ÁN Mã: 13322 Học kỳ: – Năm học: 2023 – 2024 Đề tài: Thiết kế hệ thống trồng hoa thông minh nhà kính SINH VIÊN MSV LỚP NHIỆM VỤ VŨ HOÀNG HIỆP NGUYỄN HOÀNG KIM NGUYỄN THẾ ANH 86967 87291 87295 ĐTĐ61ĐH ĐTĐ61ĐH ĐTĐ61ĐH Nhóm trưởng Thành viên Thành viên Ngành Kỹ thuật điều khiển tự động hóa Chuyên ngành Điện tự động công nghiệp Giảng viên hướng dẫn: Th.S Phạm Thị Hồng Anh HẢI PHÒNG – 12/2023 ĐỀ TÀI ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG TRỒNG HOA THƠNG MINH TRONG NHÀ KÍNH Giáo viên hướng dẫn Ký ghi rõ họ tên LỜI CẢM ƠN Trước hết, chúng em chân thành cảm ơn thầy cô cán Khoa Điện – Điện Tử trường Đại Học Hàng Hải Việt Nam tạo điều kiện thuận lợi cho em suốt trình học Em xin chân thành cảm ơn tất quý thầy cô nhiệt tình giảng dạy chuyên ngành Điện tự động cơng nghiệp Em hết lịng biết ơn quan tâm ủng hộ gia đình bạn bè Đó nguồn động viên tinh thần lớn để tơi theo đuổi hồn thành đồ án Đặc biệt, em vô tri ân hướng dẫn tận tình theo dõi sát đầy tinh thần trách nhiệm lịng thương mến Phạm Thị Hồng Anh suốt trình em thực Báo cáo Đồ án Cuối em muốn gửi lời cảm ơn đến tồn q thầy khoa Điện – Điện Tử trường Đại Học Hàng Hải Việt Nam , người có vai trị lớn suốt trình em theo học Trong trình thực đồ án nhận thấy chúng em cố gắng kiến thức cịn hẹn hẹp nên cịn nhiều thiếu sót, mong thầy bổ sung để Báo cáo Đồ án hoàn thiện Chúng em xin chân thành cảm ơn quý Thầy/Cô! Sinh viên thực (Tất SV) Ký ghi rõ họ tên MỤC LỤC MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH VẼ .7 DANH MỤC BẢNG LỜI NÓI ĐẦU CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI .11 1.1 1.2 Kỹ thuật trồng hoa nhà kính truyền thống 11 1.1.1 Ưu điểm 11 1.1.2 Nhược điểm .11 Kỹ thuật trồng hoa nhà kính thơng minh 11 1.2.1 Quy trình trồng hoa nhà kính 12 1.2.2 Ưu điểm 15 1.2.3 Nhược điểm .15 1.2.4 Phương án đề xuất 15 CHƯƠNG CÁC THIẾT BỊ SỬ DỤNG TRONG MƠ HÌNH 16 2.1 u cầu hệ thống trồng hoa thông minh 16 2.1.1 Giám sát điều khiển nhiệt độ nhà kính 16 2.1.2 Giám sát điều khiển độ ẩm đất .16 2.1.3 nhân tạo Giám sát điều khiển ánh sáng nhà: Dùng ánh sáng tự nhiên 16 2.2 Arduino Nano CH340 16 2.3 Các thông số Arduino NANO CH340 17 2.4 Cảm biến độ ẩm đất module chuyển đổi 18 2.4.1 Cảm biến độ ẩm đất 19 2.4.2 Module chuyển đổi 19 2.5 Cảm biến nhiệt độ, độ ẩm khơng khí DHT11 21 2.6 Module cảm biến ánh sáng .24 2.7 Module relay 5VDC kênh High/Low 25 2.8 Module hình LCD2004 26 2.9 Module IC thời gian thực RTC DS3231 27 2.10 Bàn phím ma trận 3x4 28 2.11 Một số thiết bị, dụng cụ khác: 29 CHƯƠNG THIẾT KẾ HỆ THỐNG 30 3.1 Giới thiệu phần mềm Arduino IDE lập trình cho arduino 30 3.2 Tiến hành viết code chương trình thử nghiệm thiết bị chọn 30 3.2.1 code Tìm cài đặt thư viện (Library) module cảm biến trước viết 31 3.2.2 Viết code chương trình cho Arduino .32 3.2.3 Thử nghiệm hệ thống 33 3.3 Thiết kế mạch 36 3.4 Nhận xét 38 3.5 Kết luận 38 TÀI LIỆU THAM KHẢO .39 KẾT LUẬN 40 PHỤ LỤC 41 SUMMARY OF THE PROJECT 46 DANH MỤC HÌNH V Hình 1.1 Kỹ thuật trồng hoa nhà kính truyền thống 11 Hình 1.2 Trồng dâu tây thủy canh nhà kính .13 Hình 1.3 Trồng hoa màu theo phương pháp thủy canh nhà kính .14 Hình 1.4 Hệ thống tưới hoa tự động nhà kính cách phun sương .15 Hình 2.1 Hình dạng bên ngồi Arduino Nano CH340 .17 Hình 2.2 Cảm biến độ ẩm đất 19 Hình 2.3 Module chuyển đổi 19 Hình 2.4 Sơ đồ kết nối .20 Hình 2.5 Cảm biến nhiệt độ, độ ẩm DHT11 21 Hình 2.6 Kết nối DHT11 với vi điều khiển 22 Hình 2.7 Q trình truyền nhận tín hiệu DHT11 với VĐK 22 Hình 2.8 VĐK gửi tín hiệu đến DHT11 (màu đen) 23 Hình 2.9 Dữ liệu phản hồi bit “0” 23 Hình 2.10 Dữ liệu phản hồi bit “1” 24 Hình 2.11 Module cảm biến ánh sáng .24 Hình 2.12 Module relay kênh 25 Hình 2.13 Module hình LCD2004 .26 Hình 2.14 Module IC thời gian thực DS3231 27 Hình 2.15 Module phím ma trận 3x4 cấu tạo kết nối bên 28 Hình 3.1 Giao diện phần mềm Arduino IDE .30 Hình 3.2 Danh sách thư viện module Arduino IDE 31 Hình 3.3 Cài đặt thư viện DHT sensor library cho cảm biến DHT11 .31 Hình 3.4 Cài đặt thư viện RTClib cho module RTC DS3231 .32 Hình 3.5 Cài đặt thư viện Keypad cho bàn phím ma trận 3x4 32 Hình 3.6 Sơ đồ kết nối .34 Hình 3.7 Chọn bảng mạch, vi xử lý cổng kết nối 35 Hình 3.8 Kết thử nghiệm .36 Hình 3.9 Sơ đồ mạch 3D Altium 36 Hình 3.10 Lớp Top/Bottom PCB (mặt mặt dưới) 37 Hình 3.11 Mơ hình thực sau lắp ráp .38 DANH MỤC BẢNG Bảng 2.1 Chức chân Arduino 18 Bảng 2.2 Chân ICSP 18 Bảng 2.3 Mô tả pin module 20 LỜI NÓI ĐẦU Tính cấp thiết đề tài Chuyên ngành Điện tự động công nghiệp chuyên nghiên cứu phát triển, pháttriển hệ thống tự động điều khiển dây chuyền sản xuất cơng nghiệp Tự động hóa mạnh mẽ để kiểm sốt nhanh chóng, xác dây chuyền sản xuất phức tạp, xác khn mẫu Trong xu hội nhập toàn cầu, đất nước ta bước vào giai đoạn cơng nghiệp hóa, đại hóa, ngành nghề kỹ thuật cần đến tự động hóa Có thể hiểu, Tự động hóa công nghiệp chuyên ngành nghiên cứu, thiết kế,vận hành hệ thống tự động, dây chuyền sản xuất tự động nhà máy (xi măng, sắt thép, nước giải khát, dược phẩm…); thiết kế, điều khiển chế tạo robot; quản lý sản phẩm công ty nước kinh doanh thiết bị điện tử tự động Chúng em sinh viên trường Đại Học Hàng Hải Việt Nam, giúp đỡ tận tình cơ Khoa Điện – Điện Tử nói riêng trường Đại Học Hàng Hải nói chung, chúng em hoàn thành Học phần Đồ án mà giao Mục đích nghiên cứu đề tài Ngày khoa học công nghệ ngày phát triển, vi điều khiển AVR vi điều khiển PIC ngày thơng dụng hồn thiện Nhưng nói xuất Arduino vào năm 2005 Italia mở hướng cho vi điều khiển Sự xuất Arduino hỗ trợ cho người nhiều lập trình thiết kế, người bắt đầu tìm tịi vi điều khiển mà khơng có nhiều kiến thức, hiểu biết sâu sắc vật lý điện tử Phần cứng thiết bị tích hợp nhiều chức mã nguồn mở Ngơn ngữ lập trình Java lại vơ dễ sử dụng tương thích với ngơn ngữ C/C++ hệ thống thư viện phong phú chia sẻ miễn phí Chính lý nên Arduino dần phổ biến phát triển ngày mạnh mẽ toàn giới Đối tượng phạm vi nghiên cứu đề tài Đối tượng nghiên cứu hệ thống trồng hoa tự động xây dựng với trung tâm Arduino Nano CH340 (một loại Board Arduino), chi phí thấp, thiết kế đơn giản, có ứng dụng rộng rải từ mơ hình nhỏ đơn giản đến mơ hình lớn phức tạp Phương pháp nghiên cứu khoa học Để nắm rõ, thiết kế, mô đề tài thực tế cần thực hiện: - Nghiên cứu vi điều khiển Arduino thiết bị cảm biến thông minh liên kết với tạo thành hệ điều khiển trình - Nghiên cứu thực tiễn: Tiến hành lựa chọn nghiên cứu thiết bị, lắp đặt hệ thống, sử dụng phầm mềm để lập trình điều khiển hệ thống Ý nghĩa khoa học thực tiễn Góp phần nâng cao nhận thức tầm quan trọng ứng dụng công nghệ tự động hóa cơng nghiệp Đồng thời góp phần làm tảng xây dựng kiến thức cho công tác học tập làm việc cho sinh viên hôm sau trường để bước vào môi trường làm việc thực tế bên