1. Trang chủ
  2. » Kỹ Thuật - Công Nghệ

HỆ THỐNG GIÁM SÁT LƯU LƯỢNG NƯỚC TRANG TRẠI

14 2 0

Đang tải... (xem toàn văn)

Tài liệu hạn chế xem trước, để xem đầy đủ mời bạn chọn Tải xuống

THÔNG TIN TÀI LIỆU

Thông tin cơ bản

Tiêu đề Hệ Thống Giám Sát Lưu Lượng Nước Trang Trại
Tác giả Trần Anh Dũng, Lê Phương My
Người hướng dẫn Phạm Đình Dinh
Trường học Trường Th-Thcs-Thpt Hồng Bàng
Thể loại bài dự thi
Năm xuất bản 2023-2024
Thành phố Đồng Nai
Định dạng
Số trang 14
Dung lượng 643,1 KB

Nội dung

Quản lý nguồn nước tươi cho trang trại đang trở thành một thách thức ngày càng nghiêm trọng do ảnh hưởng của biến đổi khí hậu và sự gia tăng đáng kể về nhu cầu nông sản. Điều này tạo ra sự cần thiết để tìm kiếm giải pháp sáng tạo và bền vững để tối ưu hóa sử dụng nước trong nông nghiệp đặc biệt là trong các trang trại.

Trang 1

SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐỒNG NAI TRƯỜNG TH-THCS-THPT HỒNG BÀNG

BÀI DỰ THI SÁNG TẠO KHOA HỌC KỸ THUẬT HỌC SINH TRUNG HỌC NĂM 2023-2024

Đề tài

HỆ THỐNG GIÁM SÁT LƯU LƯỢNG NƯỚC

TRANG TRẠI

Lớp: 10B4

Trường: TRƯỜNG TH-THCS-THPT HỒNG BÀNG

Giáo viên hướng dẫn: Phạm Đình Dinh

Học sinh thực hiện: 1 Trần Anh Dũng

2 Lê Phương My

Đồng Nai, … … /20

Trang 3

MỤC LỤC

CHƯƠNG 1. MỞ ĐẦU 3

1.1 Lý do chọn đề tài 3

1.2 Mục tiêu của đề tài 3

1.3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 4

1.4 Nội dung nghiên cứu 4

1.5 Phương pháp nghiên cứu 4

1.6 Kết quả mong đợi 4

CHƯƠNG 2. KẾ HOẠCH NGHIÊN CỨU 5

2.1 Kế Hoạch Thời Gian và Nội Dung Thực Hiện Nghiên Cứu 5

2.1.1 Thời gian 5

2.1.2 Nội dung thực hiện nghiên cứu 5

2.2 Tiến hành thực hiện giải pháp 5

2.2.1 Vật liệu và linh kiện điện tử 5

Module thu phát Wifi ESP8266 6

2.3 Thiết kế mô hình “Hệ thống giám sát lưu lượng nứo trong trang trại” 7

2.3.1 Thiết kế sơ đồ khối và sơ đồ nguyên lý 7

2.4 Nhiệm vụ các khối 8

2.5 chương trình cho ARDUINO và ESP8266 9

2.5.1 Chương trình cho ARDUINO 9

2.5.2 Chương trình cho ESP8266 11

2.6 Hoàn thiện và đánh giá hoạt động của “ Hệ thống giám sát lưu lượng nước trong trang trại ” 11

Trang 4

CHƯƠNG 1 MỞ ĐẦU 1.1 Lý do chọn đề tài

Quản lý nguồn nước tươi cho trang trại đang trở thành một thách thức ngày càng nghiêm trọng do ảnh hưởng của biến đổi khí hậu và sự gia tăng đáng kể về nhu cầu nông sản Điều này tạo ra sự cần thiết để tìm kiếm giải pháp sáng tạo và bền vững để tối ưu hóa sử dụng nước trong nông nghiệp đặc biệt là trong các trang trại

Kỹ thuật điện tử phát triển đã nhanh chóng được ứng dụng vào trong nhiều lĩnh vực: công nghiệp, giao thông vận tải, hàng không vũ trụ Các thiết bị điều khiển tự động giữ vai trò cực kỳ quan trọng góp phần lớn cho sự tiến bộ không ngừng của các lĩnh vực này Việc tưới tiêu của các nông trại hiện nay chủ yếu thủ công hoặc cao hơn

sử dụng các béc tưới tự động bằng các bộ định giờ thời gian tưới một cách định tính không biết rõ được lượng nước mình tưới cho cây là bao nhiêu dẫn tới nước tưới cho cây có thể thiếu ảnh hưởng đến sự phát triển của cây, có thể thừa làm lãng phí nguồn nước Hiện nay có một số sáng kiến sử dụng cảm biến độ ẩm để tưới cho cây tuy nhiên

hệ thống hoạt động phụ thuộc vào độ ẩm đất nên khi đặt vòi phun gần với cảm biến dễ gây ra việc tưới nước không đều trên diện tích cây trồng

GDP nước ta chiếm tỷ lớn từ các sản phẩm nông nghiệp mà nông nghiệp là lĩnh vực sản xuất có nhu cầu sử dụng nước cao nhất, chiếm 70% nhu cầu nước ngọt toàn cầu Theo dự báo nhu cầu nước cho nông nghiệp có thể tăng thêm 20% trong 50 năm tới Tuy nhiên, biến đổi khí hậu và cạnh tranh các ngành kinh tế khác đang hiển hiện nguy cơ thiếu hụt nước tưới trong nông nghiệp Chính vì vậy, sử dụng nước tưới hiệu quả và tiết kiệm là một trong những chiến lược quan trọng trong phát triển nông nghiệp toàn cầu Việc kiểm soát lượng nước tưới cho cây trồng là nhiệm vụ quan trọng bậc nhất để làm sao cho lượng nước tưới cho cây là vừa đủ không bị thất thoát nguồn nước giúp tiết kiệm lượng nước mà vận đủ cho cây trồng

Xuất phát từ những vấn đề trên, vận dụng các kiến thức đã học em đã nghiên cứu

và tiến hành thiết kế: “Hệ thống giám sát lưu lượng nước trang trại”

1.2 Mục tiêu của đề tài

Phát triển một hệ thống quản lý nguồn nước tưới, áp dụng công nghệ wifi, giao thức truyền thông MQTT, Internet và nền tảng Website, nền tảng lập trình Arduino, lập trình nhúng và nghiên cứu về thiết bị điện tử Tối ưu hóa quá trình sử dụng nước trong sản xuất, đồng thời luôn giám sát và điều khiển được hệ thống từ xa Thêm nữa

là hệ thống đảm bảo an toàn cho sự cố lỗi, chống cạn và chống tràn

Trang 5

Đề tài không những ứng dụng trong các nông trại sản phẩm còn có thể ứng dụng trong việc quản lý giám sát và cung cấp nguồn nước trong các khu chung cư, hệ thống nuôi trồng sẳn xuất, hệ ổn định bồn nước, …

1.3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

a) Đối tượng nghiên cứu: Nông dân, nông tại, các công ty doanh nghieepng trong lĩnh vực nông nghiệp, các đơn vị sản xuất rau xanh, cây xanh,…

b) Phạm vi nghiên cứu: Tập trung chủ yếu vào các khu vực trang trại áp dụng

trong nông nghiệp nuôi trồng ở trang trại, tưới tiêu và cung cấp cho vật nuôi

1.4 Nội dung nghiên cứu

1 Nghiên cứu tình hình sử dụng nước hiện tại tại các trang trại để định rõ những thách thức và vấn đề cụ thể

2 Xây dựng hệ thống điều khiển và giám sát lượng nước ở local qua màn hình LCD đặt tại hiện trường, hệ thống đèn cảnh báo, nút nhấn điều khiển

3 Hệ thống có thể kết nối truyền dữ liệu qua Internet qua đó có thẻ giám sát trên website theo thời gian thực Hệ thống có thể giám sát hệ thống từ xa qua cả 2 phương tiện là điện thoại và laptop qua Internet trên nền tảng Iot ThingsBoard Platform

4 Hệ thống cảnh báo và ngắt tự động khi giá trị mực nước đạt ngưỡng Giúp kiểm xoát được rủi ro trong quá trình vận hành

1.5 Phương pháp nghiên cứu

Dựa trên cơ sở điện - điện tử - lập tình; xây dựng hệ thống trên nền tảng Website trên nền tảng ThingsBoard Platform để giám và thu thập dữ liệu

Sử dụng phương pháp lập trình trên KIT Arduino Uno R3, ESP 8266 Wifi, nghiên cứu thực nghiệm và nền tảng truyền nhận dữ liệu trên Internet

Thực nghiệm và tối ưu hóa liên tục để kiểm tra phát hiện lỗi và từ đó hoàn thiện

và phát triển hệ thống toàn diện nhất

Thu thập dữ liệu thông qua cảm biến lưu lượng, xử lí dữ liệu và truyền đáp ứng

từ vi điều khiển đến cơ cấu truyền động là động cơ

Xử lí truyền nhận dữ liệu giữa 2 vi điều khiển Arduino và ESP8266

Xử lí dữ liệu truyền và hiển thị dữ liệu liên tục giá trị lưu lượng nước trên màn hình LCD ở local

1.6 Kết quả dự kiến

Dữ liệu lưu lượng nước được thu thập qua cảm biến lưu lượng

Vi xử lí xủ lí dữ liệu và truyền đến LCD để hiển thị

Trang 6

Đồng thời, Arduino sẽ gửi dữ liệu đến ESP 8266 để được gửi lên nền tảng ThingsBoard Platform hiển thị lương lượng, giao diện giám sát thông qua Internet Điều khiển lượng nước bơm thông qua motor bơm nước

Đặt nền tảng kết nối IoT trong sản xuất Dựa trên cơ sở áp dụng giải quyết các bài toán thực tế trong việc điều khiển và giám sát từ xa

Trang 7

CHƯƠNG 2 112EQUATION CHAPTER 2 SECTION 1 KẾ HOẠCH

NGHIÊN CỨU 2.1 Kế Hoạch Thời Gian và Nội Dung Thực Hiện Nghiên Cứu

2.1.1 Thời gian

 Tháng 8-9: Phân tích hiện trạng và lựa chọn linh kiện, tìm hiểu nguyên lý hoạt động của các linh kiện

 Tháng 9-10: Triển khai hệ thống

 Tháng 11: Chạy thủ nghiệm và hoàn thiện

 Tháng 12: Viết báo cáo

2.1.2 Nội dung thực hiện nghiên cứu

Nghiên cứu thực trạng sử dụng nước tại các trang trại : cần phải có người phải ở ngay tại trang trại để kiểm tra giám sát, sử dụng nước lúc nhiều , lúc ít dẫn tối rất hao phí và tốn nhân công

Tìm hiểu các linh kiện điện tử, Lựa chọn cảm biến và lựa chọn linh kiện

Tìm hiểu về các ứng dụng trên điện thoại

Triển khai hệ thống tại các trang trại mẫu

2.2 Tiến hành thực hiện giải pháp

2.2.1 Vật liệu và linh kiện điện tử

Các nguyên

vật liệu làm

sản phẩm

Mô tả Giá thành Tham khảo tại

Cảm biến

lưu lượng

YF-S201C

Cảm biến đo lương lượng nước qua ống 65.000đ https://

www.thegioiic.com /yf-s201c-cam- bien-luu-luong-nuoc-1-30l-phut ARDUINO ARDUINO UNO R3:Bộ não này có thể

xử lí những tác vụ đơn giản như điều khiển đèn LED nhấp nháy, xử lí tín hiệu cho xe điều khiển từ xa, làm một trạm đo nhiệt độ - độ ẩm và hiển thị lên màn hình LCD,… hay những ứng dụng khác

145.000đ https://

www.thegioiic.com /arduino-uno-r3-atmega328

Trang 8

THU

PHÁT

WIFI

ESP8266

ESP8266 NodeMCU Lua được dùng cho

các ứng dụng cần kết nối, thu thập dữ liệu và điều khiển qua sóng Wifi, đặc biệt

là các ứng dụng liên quan đến IoT

Kit RF thu phát Wifi ESP8266 NodeMCU Lua sử dụng chip nạp và giao tiếp UART mới và ổn định nhất là CP2102 có khả năng tự nhận Driver trên tất cả các hệ điều hành Window và Linux, đây là phiên bản nâng cấp từ các phiên bản sử dụng IC nạp giá rẻ CH340

95.000 https://

nshopvn.com/ product/module- thu-phat-wifi- esp8266-nodemcu-lua-cp2102/

Dây đực

-cái Bẹ 20 dây 20.000

Test board Kết nối các thiết bị dễ dàng 16.000 https://

www.thegioiic.com

/mb-102- breadboard-cam-linh-kien-830-lo R385 Máy

Bơm Nước

12V

1-2L/phút

Hoạt động với điện áp 12 VDC, có thể được sử dụng để tưới cây, tạo đài phun nước hoặc thác nước, và thậm chí thay nước bể cá của bạn

Máy bơm hoạt động nhẹ nhàng với mức

một giá đỡ mềm cố định bằng cao su có thể giúp cố định nó vào các bề mặt

42,000 https://

www.thegioiic.com /r385-may-bom-nuoc-12v-1-2l-phut

Nguồn DC

12V Mạch này có nhiệm vụ chuyển điện áp220v xoay chiều thành 12v một chiều ổn

định để cung cấp cho các linh kiện trên

bo mạch hoạt động

156.000 https://

www.thegioiic.com /nguon-xung-vao- 220vac-ra-12v-15a-180w LCD 1602

I2C driver Đây là LCD ký tự 16x2 chữ trắng nềnxanh dương có IC điều khiển HD44780

Super Twisted Nematic (STN) LCD

Giao tiếp đơn giản với 4 bit hoặc 8 bit

Giao tiếp dễ dàng với các loại vi điều khiển và board Arduino, ATMEL AVR hoặc PIC

45.000 https://

www.thegioiic.com /lcd-1602-nen- xanh-duong-chu- trang-5v-kem-i2c-driver

Trang 9

2.3 Thiết kế mô hình “Hệ thống giám sát lưu lượng nứo trong trang trại” 2.3.1 Thiết kế sơ đồ khối và sơ đồ nguyên lý

Sơ đồ khối hệ thống giám sát lưu lượng nước trong trang trại

Trang 10

Sơ đồ nguyên lý hệ thống giám sát lưu lượng nước trong trang trại

2.4 Nhiệm vụ các khối

Khối cảm biến có nhiệm vụ đo tốc độ dòng chảy của nước, theo dõi lượng nước cung cấp và sử dụng, tín hiệu từ bộ cảm biến này được cảm biến Hall tiếp nhận và đưa

về bộ điều khiển, bộ điều khiển sẽ tính toán kích thước lưu lượng của dòng nước để điều chỉnh phù hợp

Khối xử lý ARDUINO UNO R3: xử lý tín hiệu, điều khiển các khối khác

Khối hiển thị LCD hiển thị nội dung cần thông báo ra màn hình để hướng dẫn cho người sử dụng

Khối thu phát Wifi ESP8266 có nhiệm vụ kết nối, thu thập dữ liệu và điều khiển qua sóng Wifi

Khối nguồn tạo ra năng lượng cấp cho toàn bộ linh kiện trong mạch hoạt động Khối ngắt điện: điều khiển role ngắt tiếp điểm nhận tín hiệu từ Arduino để đóng mở máy bơm

Trang 11

2.5 chương trình cho ARDUINO và ESP8266 2.5.1 Chương trình cho ARDUINO

Trang 13

2.5.2 Chương trình cho ESP8266

2.6 Hoàn thiện và đánh giá hoạt động của “ Hệ thống giám sát lưu lượng nước trong trang trại ”

“Hệ thống giám sát lưu lượng nước trong trang trại’’ đã hoạt động được vào việc kiểm soát chính xác lượng nước đã tưới cho cây là bao nhiêu lít và người dùng có thể

ấn định lượng nước cho cây theo nhu cầu một cách chính xác từ bơm và có thể xác định được tổng lượng nước từ khi bắt đầu bơm đến thời điểm hiện tại ở mọi nôi mọi lúc mà không cần giám sát trực tiếp giúp giảm chi phí nhân công

* Đánh giá hoạt động của mô hình:

- Ưu điểm:

+ Thiết bị nhỏ gọn, dễ sử dụng

+ Tiện lợi, tiết kiệm sức lao động, giám sát chính xác lượng nước đã tưới

+ Tiết kiệm nước

- Hạn chế và hướng cải tiến:

Trang 14

+ Hệ thống hoạt động phải có Wifi

+ Hệ thống hoạt động phụ thuộc vào nguồn điện, nguồn nước, nếu mất điện hoặc mất nước hệ thống sẽ không hoạt động Vì vậy, yêu cầu người sử dụng phải kiểm tra thiết bị thường xuyên để đảm bảo thiết bị hoạt động tốt nhất

- Hướng nghiên cứu tiếp theo của đề tài:

Thiết kế được hệ thống phức tạp hơn làm sao khắc phục tình trạng trang trại rộng lớn mỗi lần tưới phục vụ cho hàng chục thậm chí hàng trăm béc khi đó béc gần nguồn nước mạnh nên nước tưới cho khu vụ đó nhiều (lãng phí) và béc ở xa rất yếu nên nước ở khu vực đó ít (thiếu nước cho cây) Cảnh báo cho người sử dụng về khả năng

vở đường ống khi áp suất nước cao hơn quy định

a Tính mới:

Đề tài không trùng với các đề tài đã được công bố trong bất kỳ nguồn thông tin chính thống nào

Sản phẩm giám sát lượng nước tưới cho cây, cung cấp cho chung cư… ở từng thời điểm và giám sát tổng lượng nước đi qua hệ thống đồng thời người dùng có thể ấn định lượng nước cung cấp cho trang trại (hoặc chung cư…) sau đó thiết bị điều khiển

để tắt máy bơm hoặc khoá khoá từ

b Tính sáng tạo:

Hệ thống được giám sát và truyền bằng wifi về trang websise giúp người dùng

có thể giám sát mọi nơi mọi lúc xem hệ thống máy bơm còn hoạ động hay không ( các

hệ thống hiện tại trên thị trường và trong sản xuất hoàn toàn chua có, các hệ thống trên thị trường chỉ diều khiển giám sát bằng cảm biến độ ẩm, hoặc timer khi không có sự giám sát tại chỗ của con người sẽ không biết hệ thống còn hoạt động hay không)

c Khả năng áp dụng của sản phẩm

Sản phẩm có khả năng rất cao để áp dụng vào thực tế ở những trang trại lớn, trang trại nhỏ, chung cư, nhà quản lý nước của nhà máy nước và kể cả hộ gia đình

Ngày đăng: 03/03/2024, 09:17

TÀI LIỆU CÙNG NGƯỜI DÙNG

TÀI LIỆU LIÊN QUAN

w