vật, trong sản xuất nông nghiệp quá mức càng làm gia tăng sự lo lắng của người sử dụng và đang là vấn đề được xã hội quan tâm nhiều. Vậy có cách nào để vừa được sử dụng thực phẩm an toàn không lo hóa chất nông nghiệp, vừa được thư giãn mà lại không tốn quá nhiều thời gian. Giải pháp tối ưu cho vấn đề này là vườn rau hộ gia đình theo mô hình thủy canh. Mô hình này vừa giải quyết được vấn đề thực phẩm bẩn, tiết kiệm tối đa thời gian chăm sóc và mọi vật liệu đều được tái sử dụng lại. Do đó mô hình thủy canh đã và đang được nhiều hộ gia đình lựa chọn nhằm tự cung tự cấp nguồn rau sạch cho bữa ăn hằng ngày. Thuỷ canh là phương pháp trồng cây không dùng đất. Cây trồng thuỷ canh có toàn bộ phần thân và lá ở trong không khí, còn rễ cây được phát triển trong dung dịch dinh dưỡng khoáng, được thông khí liên tục. Hệ thống thủy canh quy mô nhỏ đã và đang trở thành một lựa chọn khả thi để cung cấp một số thực phẩm an toàn cho gia đình và được xem là mô hình sản xuất thực phẩm bền vững, tiết kiệm, Canada là một trong những đất nước đi đầu trong việc áp dụng khoa học kĩ thuật vào đời sống. Mô hình thủy canh tại Canada mang tính tự động cao. Từ việc gieo hạt, tưới nước tới điều chỉnh ánh sáng. Việc sử dụng robot từ khâu gieo hạt, chăm sóc, thu hoạch đã mang lại sản phẩm có chất lượng tốt nhất. Hàn Quốc, mô hình thủy canh công nghệ cao này có gắn kết với các hệ thống máy đo và điều chỉnh tự động các thông số kỹ thuật (như nhiệt độ, cường độ ánh sáng, bước sóng ánh sáng, thời gian chiếu sáng, pH, EC, thành phần dinh dưỡng cho cây, nồng độ khí CO2...), đồng thời có gắn thêm camera để giám sát và theo dõi từ xa. Vì vậy, khi chuyển mô hình thủy canh công nghệ cao về Việt Nam, tôi đã vận hành và ở nhà mà vẫn có thể theo dõi. Ở Việt Nam, hiện nay ngày càng có nhiều cá nhân và đơn vị nghiên cứu đầu tư vào các mô hình trồng trọt công nghệ cao. Mô hình trồng rau thủy canh cũng là một mô hình mà các nhân và doanh nghiệp quan tâm tới. Chính nhu cầu và lý do đó mà em tiến hành thiết kế, thi công “điều khiển và giám sát hệ thống trồng rau thủy canh” dùng vi điều khiển MSP430 và ESP8266, giám sát và điều khiển qua Smartphone.
ĐẠI HỌC DUY TÂN TRƯỜNG CÔNG NGHỆ KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ 0o0 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC ĐỀ TÀI: ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT HỆ THỐNG TRỒNG RAU THỦY CANH Giáo viên hướng dẫn : Giảng viên ThS VÕ TUẤN Sinh viên thực : Trần Ngọc Năng Mã số sinh viên : 24211700488 Lớp : k24 EDT1 Đà Nẵng, tháng năm 2023 ĐẠI HỌC DUY TÂN TRƯỜNG CÔNG NGHỆ KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT HỆ THỐNG TRỒNG RAU THỦY CANH Đà Nẵng, tháng năm 2023 LỜI MỞ ĐẦU Ngày nay, phát triển mạnh mẽ khoa học công nghệ, sống người có thay đổi ngày tốt hơn, với trang thiết bị đại phục vụ cơng cơng nghiệp hóa, đại hóa đất nước Đặc biệt góp phần vào phát triển ngành kỹ thuật điện tử góp phần khơng nhỏ nghiệp xây dựng phát triển đất nước Những thiết bị điện, điện tử phát triển mạnh mẽ ứng dụng rộng rãi đời sống sản xuất Từ thời gian đầu phát triển vi xử lý cho thấy ưu việt ngày tính ưu việt ngày khẳng định thêm Những thành tựu biến tưởng chừng khơng thể thành có thể, góp phần nâng cao đời sống vật chất tinh thần cho người Ngày phát triển ngành nông nghiệp hướng mang lại nguồn lợi kinh tế cho nước nhà Nhưng áp dụng phương pháp nơng nghiệp truyền thống có lẽ hiệu trồng trọt hiệu kinh tế thấp Chính áp dụng cơng nghệ kỹ thuật hướng thông minh nhằm thừa kế củng phát huy công nghệ kỹ thuật mà ngành khoa học ngày tìm Do sinh viên chuyên ngành điện tử, cần nắm bắt phát triển không ngừng khoa học-kĩ thuật, tiến cơng nghệ ý tưởng lạ để ứng dụng vào sống hiệu hơn, bên cạnh sâu xa thúc đẩy phát triển nông nghiệp, nắm bắt xu hướng đó, em chọn đề tài “Điều khiển giám sát hệ thống trồng rau thủy canh” để làm đề tài tốt nghiệp đại học sinh viên MỤC LỤC CHƯƠNG 1:GIỚI THIỆU VỀ MƠ HÌNH THỦY CANH 1.1 TỔNG QUAN 1.2 MỤC TIÊU VÀ KẾT QUẢ 1.3 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU .2 1.4 TỔNG QUAN VỀ IOT .2 1.4.1 Một số đặc trưng IoT 1.4.2 Lợi ích IoT 1.5 TỔNG QUAN MƠ HÌNH THỦY CANH 1.5.1 Cách hoạt động .7 1.5.2 Tại chọn phương pháp thủy canh 1.5.3 Mơ hình trồng thủy canh 1.5.5 Ảnh hưởng ánh sáng đến với phát triển rau 1.5.6 Ảnh hưởng nhiệt độ đến với phát triển rau 1.5.7 Ảnh hưởng dung dịch nước đến phát triển rau 10 1.5.8 Thích hợp 12 CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG 13 2.1 THIẾT KẾ PHẦN CỨNG 13 2.1.1 Sơ đồ khối 13 2.1.2 Tinh chọn linh kiện .15 a) Lựa chọn phương thức truyền liệu .15 b) Lựa chọn web service app 17 c) Lựa chọn vi điều khiển MSP430g2553 .19 d) Lựa chọn module giao tiếp wifi esp8266 21 e) Lựa chọn cảm biến nhiệt độ, độ ẩm 23 f) Module cảm biến đo nồng độ pH 24 g) Module cảm biến đo độ TDS nước .25 h) Động bơm nước mini R385 12v 26 i) Động bơm phun sương mini 12V chiết áp cao .26 j) Module thời gian thực RTC DS1307 27 k) Màn hình hiển thị LCD .28 l) Còi buzz chủ động 5V .28 m) Mạch giảm áp DC .29 n) Module relay .30 o) Mosfet D4184 PWM 30 p) Nguồn tổ ong .32 2.1.3 Sơ đồ đấu nối 34 2.2 THIẾT KẾ PHẦN MỀM 35 2.2.1 Lưu đồ thuật toán MSP430 35 2.2.2 Lưu đồ thuật toán ESP8266 40 2.2.3 Chương trình 41 CHƯƠNG 3: KIỂM NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ ĐỒ ÁN 42 3.1 3.2 3.3 3.4 KIỂM NGHIỆM 42 KẾT QUẢ 43 NHẬN XÉT 44 ĐÁNH GIÁ 44 DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng Sơ đồ chân MSP430 19 Bảng Điện áp dòng điện linh kiện 29 Bảng Kiểm thử hoạt động mơ hình .32 DANH MỤC HÌNH Chương 1: Giới thiệu mơ hình thủy canh Hình 1.1: Internet of things .3 Hình 1.2: Đặc trưng IOT Hình 1.3: Lợi ích IoT Hình 1.4: Một số ứng dụng IOT Hình 1.5: Mơ hình thủy canh Hình 1.6: Giàn trồng rau thủy canh nhà Hình 1.7: Mơ hình thủy canh hồi lưu .8 Hình 1.8: Ánh sáng điều kiện cần cho phát triển trồng Hình 1.9: Dung dịch thủy canh .10 Hình 1.10: pH tốt cho rau từ 5,5 – 6,5 11 Hình 1.11: Ảnh thực tế trồng rau thủy canh nhà kính 12 Chương 2: Thiết kế thi cơng Hình 2.1: Sơ đồ khối .13 Hình 2.2: Bluetooth 15 Hình 2.3: Zigbee .16 Hình 2.4: Wiff 16 Hình 2.5: Blynk 17 Hình 2.6: Msp430g2553 19 Hình 2.7: Module giao tiếp wifi ESP8266 23 Hình 2.8: Cảm biến DHT11 24 Hình 2.9: Module đầu dị cảm biến pH 25 Hình 2.10: Module cảm biến độ TDS 26 Hình 2.11: Máy bơm mini 12V 27 Hình 2.12: Máy bơm mini phun sương 27 Hình 2.13: Module thời gian thực RTC DS1307 28 Hình 2.14: Màn hình Text LCD 1620 xanh dương 29 Hình 2.15: Cịi Buzz .30 Hình 2.16: Mạch giảm áp DC LM2596 30 Hình 2.17 Module relay 31 Hình 2.18: Mosfet D4184 PWM 32 Hình 2.19: Nguồn tổ ong 33 Hình 2.20: Sơ đồ nguyên lý 35 Hình 2.21: Sơ đồ in mạch .35 Hình 2.22: Lưu đồ thuật toán 37 Hình 2.23: Lưu đồ thuật toán khối A 38 Hình 2.24: Lưu đồ thuật toán khối B 39 Hình 2.25: Lưu đồ thuật toán Esp 8266 41 Chương 3: Kiểm nghiệm đánh giá đồ án Hình 3.1: Thi cơng hồn thiện mạch 44 Hình 3.2: Thi cơng mơ hình 44 Hình 3.3: Thi cơng giao diện giám sát qua app blynk 45 DANH MỤC CỤM TỪ VIẾT TẮT STT Cụm từ Viết tắt Internet of Things IoT Công nghệ thông tin CNTT Total Dissolved Solids TDS CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU VỀ MƠ HÌNH THỦY CANH 1.1 Tổng quan Những năm gần đây, vấn đề an toàn vệ sinh thực phẩm, sử dụng thuốc bảo vệ thực vật, sản xuất nông nghiệp mức làm gia tăng lo lắng người sử dụng vấn đề xã hội quan tâm nhiều Vậy có cách để vừa sử dụng thực phẩm an tồn khơng lo hóa chất nơng nghiệp, vừa thư giãn mà lại không tốn nhiều thời gian Giải pháp tối ưu cho vấn đề vườn rau hộ gia đình theo mơ hình thủy canh Mơ hình vừa giải vấn đề thực phẩm bẩn, tiết kiệm tối đa thời gian chăm sóc vật liệu tái sử dụng lại Do mơ hình thủy canh nhiều hộ gia đình lựa chọn nhằm tự cung tự cấp nguồn rau cho bữa ăn ngày Thuỷ canh phương pháp trồng không dùng đất Cây trồng thuỷ canh có tồn phần thân khơng khí, cịn rễ phát triển dung dịch dinh dưỡng khống, thơng khí liên tục Hệ thống thủy canh quy mô nhỏ trở thành lựa chọn khả thi để cung cấp số thực phẩm an tồn cho gia đình xem mơ hình sản xuất thực phẩm bền vững, tiết kiệm, Canada đất nước đầu việc áp dụng khoa học kĩ thuật vào đời sống Mơ hình thủy canh Canada mang tính tự động cao Từ việc gieo hạt, tưới nước tới điều chỉnh ánh sáng Việc sử dụng robot từ khâu gieo hạt, chăm sóc, thu hoạch mang lại sản phẩm có chất lượng tốt Hàn Quốc, mơ hình thủy canh cơng nghệ cao có gắn kết với hệ thống máy đo điều chỉnh tự động thông số kỹ thuật (như nhiệt độ, cường độ ánh sáng, bước sóng ánh sáng, thời gian chiếu sáng, pH, EC, thành phần dinh dưỡng cho cây, nồng độ khí CO2 ), đồng thời có gắn thêm camera để giám sát theo dõi từ xa Vì vậy, chuyển mơ hình thủy canh cơng nghệ cao Việt Nam, vận hành nhà mà theo dõi Ở Việt Nam, ngày có nhiều cá nhân đơn vị nghiên cứu đầu tư vào mơ hình trồng trọt cơng nghệ cao Mơ hình trồng rau thủy canh mơ hình mà nhân doanh nghiệp quan tâm tới Chính nhu cầu lý mà em tiến hành thiết kế, thi công “điều khiển giám sát hệ thống trồng rau thủy canh” dùng vi điều khiển MSP430 ESP8266, giám sát điều khiển qua Smartphone 1.2 Mục tiêu kết Mục tiêu Thiết kế hệ thống điều khiển giám sát hệ thống trồng rau thủy sinh qua màng hình LCD quan sát gần smartphone quan sát từ xa, ứng dụng hiển thị chức như: Đo nhiệt độ, độ pH nước, chất lượng nước TDS Cài đặt nhiệt độ nhiệt độ cao nhiệt độ mức hệ thống tự bật quạt gió, phun sương nhiệt độ thấp nhiệt độ mức hệ thống bật đèn Cài đặt độ pH chất lượng TDS, pH nước nếu vượt mức hay thấp cài đặt hệ thống báo Cài thời gian cho máy, bơm chất dinh dưỡng cho lượng nước bơm lên đạt mức cài đặt tắt máy bơm bật van điện Nước tuần hoàn hệ thống Kết tạo hệ thống khu vườn thông minh không xoay việc trồng rau mà cịn sử dụng mơ hình khác ( Ví dụ: Trồng hoa nhà kính, trồng loại ăn quả,… ), tiện dụng sử dụng nơi 1.3 Nội dung nghiên cứu 1.4 Tổng quan IoT Trong trình thực Đồ án tốt nghiệp với đề tài: “điều khiển giám sát hệ thống trồng rau thủy canh”, em tập trung giải hoàn thành nội dung sau: Nội dung 1: Kết nối vi điều khiển MSP430 Nội dung 2: Kết nối vi điều khiển ESP8266 Nội dung 3: Nghiên cứu xây dựng giám sát hệ thống Nội dung 4: Thiết kế mơ hình hệ thống Nội dung 5: Nguyên cứu, lập trình vi điều khiển MSP430 thu thập liệu cảm biến điều khiển thiết bị hỗ trợ Nội dung 6: Thi công phần cứng, chạy thử nghiệm hiệu chỉnh hệ thống Nội dung 7: Đánh giá kết thực Mạng lưới vạn vật kết nối Internet mạng lưới thiết bị kết nối Internet viết tắt IoT kịch giới, mà đồ vật, người cung cấp định danh riêng mình, tất có khả truyền tải, trao đổi thông tin, liệu qua mạng mà không cần đến tương tác trực tiếp người với người, hay người với máy tính IoT phát triển từ hội tụ công nghệ không dây, công nghệ vi điện tử Internet Nói đơn giản tập hợp thiết bị có khả kết nối với nhau, với Internet với giới bên để thực cơng việc Internet of Things – IoT đưa nhà sáng lập MIT Auto-ID Center đầu tiên, năm 1999 Kevin Ashton đưa cụm từ Internet of Things để đối tượng nhận biết tồn chúng Thuật ngữ Auto – ID tới lớp rộng kỹ thuật xác minh sử dụng cơng nghiệp tự động hóa, giảm lỗi