ĐỀ TÀI Thiết kế chế tạo mô hình hệ thống đo độ ẩm đất và tưới rau cho vườn cây thông minh

Cần Thơ, 12/2023TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT - CÔNG NGHỆ CẦN THƠ KHOA KỸ THUẬT CƠ KHÍ THỰC TẬP THỰC TẾ ĐỀ TÀI : Thiết kế chế tạo mô hình hệ thống đo độ ẩm đất và tưới rau cho vườn cây thông m

Cần Thơ, 12/2023

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT - CÔNG NGHỆ CẦN THƠ

KHOA KỸ THUẬT CƠ KHÍ

THỰC TẬP THỰC TẾ

ĐỀ TÀI : Thiết kế chế tạo mô hình hệ thống đo độ ẩm đất và

tưới rau cho vườn cây thông minh

Giảng viên hướng dẫn Sinh viên thực hiện

NGUYỄN THỊ KIỀU PHƯỢNG TRẦN GIA MINH 2000839 DƯƠNG HOÀNG THÁI 200019

LỜI CAM ĐOAN

giúp đỡ của cô Nguyễn Thị Kiều Phượng để thực hiện Đề tài được nghiên cứu đảm bảo theo đúng mục tiêu đã được thuyết minh Em xin cam đoan chịu hoàn toàn trách nhiệm về bản quyền.

LỜI CÁM ƠN

Lời đầu tiên cho phép em gửi lời cảm ơn sâu sắc tới nhà trường, Khoa kỹ thuật cơ khí, các thầy cô đã dạy dỗ chúng em về các kiến thức liên quan tới lĩnh vực nghiên cứu của đề tài cũng như các kiến thức mà thầy cô đã truyền đạt cho chúng em trong suốt thời gian học tập tại trường

Trong thời gian học tập và hoàn thành đồ án: “Kỹ thuật điều khiển ” em xin chân thành cảm ơn cô Nguyễn Thị Kiều Phượng đã tạo điều khiện thuận lợi

và tận tình hướng dẫn cho chúng em rất nhiều trong quá trình thực hiện đồ án

Em chân thành cảm ơn!

NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN

………

………

………

………

………

………

………

………

……….

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

Cần Thơ, ngày… tháng… năm 2023

Giảng viên hướng dẫn

Nguyễn Thị Kiều Phượng

Lời mở đầu

Nền nông nghiệp nước ta hiện nay đã có bước phát triển nhưngvẫn chưa có nhiều ứng dụng khoa học kỹ thuật áp dụng vào thực tế Rấtnhiều quy trình kỹ thuật trồng trọt, chăm sóc được tiến hành một cáchchủ quan, và không đảm bảo được đúng yêu cầu Có thể nói trong nônghọc, ngoài những kỹ thuật trồng trọt, chăm sóc thì tưới nước và tăng thờigian quang hợp của cây là một trong các khâu quan trọng nhất của trồngtrọt, để đảm bảo cây sinh trưởng và phát triển bình thường, tưới đúng vàtưới đủ theo yêu cầu nông học của cây trồng sẽ không chịu sâu bệnh, hạnchế thuốc trừ sâu cho sản phẩm an toàn, đạt năng suất và hiệu quả cao

Hệ thống tưới nước tự động kết hợp theo dõi từ xa thông qua điệnthoại là hệ thống thiết bị phụ trợ tốt nhất đáp ứng theo nhu cầu sinhtrưởng của cây trồng, đang được ứng dụng rộng trên các nước đang pháttriển Hệ thống tưới nước tự động kết hợp theo dõi từ xa là một hình thứctưới nước hợp lý, tiết kiệm sức lao động và chi phí nhân công, vốn đãđược phát triển ở nhiều nước trên thế giới Tuy nhiên, ở Việt Nam chỉvài ba năm trở lại đây, việc tận dụng hệ thống này mới trở thành xuhướng Hệ thống tưới nước trên cũng trở nên phổ biến hơn với ngườinông dân ở nông thôn cùng với quá trình hiện đại hóa, công nghiệp hóanông thôn nhưng chưa dám mạnh dạng đưa vào sử dụng vì chi phí cao.Nắm b được nhu cầu cấp thiết trên và mong muốn được góp chút côngsức của mình làm giảm bớt gánh nặng cho người làm nông, nhóm quyếtđịnh chọn: “Xây dựng hệ thống tưới tự động dựa trên độ ẩm đất và theodõi từ xa thông qua điện thoại” để làm đề tài báo cáo của nhóm

Mục lục

Contents

LỜI CAM ĐOAN i

LỜI CÁM ƠN ii

NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN iii

Lời mở đầu iv

Chương 1: TỔNG QUAN ĐỀ TÀI 3

1.1 Giới thiệu tổng quan về IoT 3

1.2 Mục tiêu ý tưởng đề tài 4

1.3 Sơ đồ khối hệ thống và nguyên lý hoạt động của hệ thống 4

1.4 Lựa chọn phần cứng cho hệ thống: 5

1.4.1 Sơ lược về ESP32 5

1.4.1.2 Thông số ESP32: 6

1.4.1.3 Các tính năng của ESP32 bao gồm: 7

1.4.1.4 Ngoại vi 8

1.4.2 Cảm biến 9

1.4.2.1 Cảm biến độ ẩm đất 9

1.4.2.2 Cảm biến ánh sáng TSL2561 9

ỨNG DỤNG 10

+ Thiết bị chấp hành: 10

Chương 2: THIẾT KẾ HỆ THỐNG IOT 12

2.1 Lập bảng dữ liệu 12

2.2 Lưu đồ giải thuật (flowchar) 15

2.3 Viết code chương trình điều khiển 16

Chương 3: THIẾT KẾ MẠCH 24

3.1 Sơ đồ phần cứng 24

3.2 PCB 24

Chương 4: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 25

 Ảnh thực tế 26

Phần mềm sử dụng: 27

Danh mục hình

hình 1 1 Sơ đồ khối 4

hình 1 2 Cảm biến độ ẩm đất 9

hình 1 3 cảm biến ánh sáng TSL2561 10

hình 1 5 Máy bơm nước 220VAC 10

hình 1 4 replay hình 10

Y Hình 2 1 blynk iot sau khi thiết kế 14

có khả năng truyền tải hay trao đổi thông tin hay dữ liệu qua một mạng duynhất mà không cần đến sự tương tác trực tiếp giữa người với người, hay ngườivới máy tính IoT đã phát triển từ sự hội tụ của công nghệ không dây, côngnghệ vi cơ điện tử và quan trọng hơn là sự có mặt của Internet Nói đơn giảnIoT là một tập hợp các thiết bị có khả năng kết nối mọi thứ lại với nhau vớiInternet và với thế giới bên ngoài để thực hiện một công việc nào đó Có thểnói IoT có mặt trong hầu hết các lĩnh vực đời sống của chúng ta hiện nay từvăn hóa, du lịch, giáo dục, y học, truyền thông,…Tất cả các lĩnh vực trên đềuđược ứng dụng từ các thành tựu của IoT cả Như trước đây nếu chúng tamuốn thông tin liên lạc với nhau thì không còn cách nào khác đó là viết thư

và truyền thư thông qua người giao nhận Còn bây giờ thì thông qua các thiết

bị thông minh, chúng được kết nối với nhau thông qua hệ thống wifi, 3G haycác ứng dụng riêng của từng hãng Chưa đầy 10s chúng ta đã có thể gửi tinnhắn đến một người hay nhiều người khác Bên cạnh đó thì còn có nhiều ứngdụng khác như:

 Quản lý môi trường

 Quản lý hệ thống máy móc

 Hệ thống mua sắm trực tuyến

 Hệ thống kiểm soát an ninh

 Nhà thông minh

 Ứng dụng quản lý toàn bộ thiết bị cá nhân thông qua việc động bộ

1.2 Mục tiêu ý tưởng đề tài

Về lý thuyết:

Sử dụng DHT11 để đo độ ẩm và nhiệt độ của môi trường xung quanh

Sử dụng cảm biến độ ẩm đất để đo giá trị của độ ẩm từ đó có thể đạt được giátrị độ ẩm mong muốn thông qua máy bơm

Sử dụng TSL2561 để xác định giá trị cường độ ánh sáng từ đó có thể bật tắt đèn một cách tự động hoặc thông qua app

1.3 Sơ đồ khối hệ thống và nguyên lý hoạt động của hệ thống

hình 1 1 Sơ đồ khối

1.4 Lựa chọn phần cứng cho hệ thống:

1.4.1 Sơ lược về ESP32

ESP32 là một series các vi điều khiển giá rẻ, năng lượng thấp có hỗ trợ WiFi

và dual-mode Bluetooth (tạm dịch: Bluetooth chế độ kép) Dòng ESP32 sửdụng bộ vi xử lý Tensilica Xtensa LX6 ở cả hai biến thể lõi kép và lõi đơn ,

và bao gồm các công tắc antenna tích hợp, RF balun, bộ khuếch đại công suất,

bộ khuếch đại thu nhiễu thấp, bộ lọc và module quản lý năng lượng ESP32được chế tạo và phát triển bởi Espressif Systems, một công ty Trung Quốc cótrụ sở tại Thượng Hải, và được sản xuất bởi TSMC bằng cách sử dụng côngnghệ 40nm ESP32 là sản phẩm kế thừa từ vi điều khiển ESP8266

1.4.1.2 Thông số ESP32 :

 32bit

 Tốc độ xử lý 160MHz-240MHz

 Tốc độ xung nhịp đọc flash chip 40-80MHz ( tuỳ chỉnh khi lập trình)

 ROM: 448 Kbyte Room

 4MB external FLASH

 RAM: 520 KByte SRAM, 520 KB SRAM liền chip - trong đó 8 KBRAM RTC tốc độ cao - 8 KB RAM RTC tốc độ thấp ( dùng ở chế độDeepSleep)

1.4.1.3 Các tính năng của ESP32 bao gồm:

 Bộ xử lý:

 CPU: Bộ vi xử lý Xtensa lõi kép (hoặc lõi đơn) 32-bit LX6, hoạt động ởtần số 240 MHz (160 MHz cho ESP32-S0WD và ESP32-U4WDH) vàhoạt động ở tối đa 600 MIPS (200 MIPS với ESP32-S0WD/ESP32-U4WDH)

 Bộ đồng xử lý (co-processor) công suất cực thấp (Ultra low power, viếttắt: ULP)

 Hệ thống xung nhịp: CPU Clock, RTC Clock và Audio PLL Clock

 Bộ nhớ nội: 448 KB bộ nhớ ROM và 520 KB bộ nhớ SRAM

 Kết nối không dây: Wi-Fi: 802.11 b/g/n và Bluetooth: v4.2 BR/EDR vàBLE

o 1024-bit OTP, lên đến 768-bit cho khách hàng

o Tăng tốc mã hóa phần cứng: AES, SHA-2, RSA, elliptic curvecryptography

Quản lý năng lượng:

o Hỗ trợ 5 chế độ hoạt động với mức tiêu thụ năng lượng khác nhau:Active, Modem-sleep, Light-sleep, Deep-sleep và Hibernation.

o Bộ ổn áp nội với điện áp rơi thấp (internal low-dropout regulator)

o Individual power domain (tạm dịch: Miền nguồn riêng) cho RTC

o Trở lại hoạt động từ ngắt GPIO, timer, đo ADC, ngắt với cảm ứngđiện dung

1.4.1.4 Ngoại vi

 18 kênh Bộ chuyển đổi Analog-to-Digital(ADC), 3xSPI, 3xUART,2xI2C,16 kênh đầu ra PWM, 2 bộ chuyển đổi Digital-to- Analog(ADC),2XI2S,10 GPIO cảm biến điện dung

 Các tính năng ADC và ADC được gán cho các chân cố định

1.4.2 Cảm biến

1.4.2.1 Cảm biến độ ẩm đất

Cảm biến độ ẩm đất Soil Moisture Sensor thường được sử dụng trong các môhình tưới nước tự động, vườn thông minh, , cảm biến giúp xác định độ ẩmcủa đất qua đầu dò và trả về giá trị Analog, Digital qua 2 chân tương ứng đểgiao tiếp với Vi điều khiển để thực hiện vô số các ứng dụng khác nhau

 Điện áp hoạt động: 3.3~5VDC

 Tín hiệu đầu ra:

o Analog: theo điện áp cấp nguồn tương ứng

o Digital: High hoặc Low, có thể điều chỉnh độ ẩm mong muốn

bằng biến trở thông qua mạch so sánh LM393 tích hợp

 Kích thước: 3 x 1.6cm

1.4.2.2 Cảm biến ánh sáng TSL2561

Mô-đun này được dựa trên I2C ánh sáng- kỹ thuật số chuyển đổi TSL2561để chuyển đổi cường độ ánh sáng để một tín hiệu kỹ thuật số Khác nhau từtruyền thống tương tự cảm biến ánh sáng, như rừng- cảm biến ánh sáng, kỹthuật số này tính năng mô-đun một lựa chọn dải quang phổ ánh sáng do ánhsáng kép nhạy cảm điốt: hồng ngoại và quang phổ đầy đủ

hình 1 2 Cảm biến độ ẩm đất

Chương 2: THIẾT KẾ HỆ THỐNG IOT2.1 Lập bảng dữ liệu

Trước khi thiết kế hệ thống IoT chúng ta cần lập bảng dữ liệu về các chứcnăng trên Blynk App

Trên Blynk App Trên visual studio code

{

if (param.asInt()){

anhsang += 50;

if (anhsang > 500)anhsang = 50;

Blynk.virtualWrite(V2,readDHTHumi());}

else{

Blynk.virtualWrite(V1,0);

Blynk.virtualWrite(V2,0);

}}

V3 Thiết lập độ ẩm để bơm

nước

BLYNK_WRITE(V3){

slider = param.asInt();}

{

if (param.asInt())check = 1;

elsecheck = 0;

}V5 Hiển thị cường độ ánh

sáng

Blynk.virtualWrite(V5, readLux());

}V6 Tuỳ chỉnh ánh sáng Blynk.virtualWrite(V6,

anhsang);

{

if (param.asInt())choose = true;

elsechoose = false;

}

Blynk.virtualWrite(V8, readDoam(soil));

}

Hình 2 1 blynk iot sau khi thiết kế

2.2 Lưu đồ giải thuật (flowchar)

Begin

Blynk V4 On

Sai

DHT11 OFF

ĐúngDHT11 ON

Sai

Độ ẩm đất thấpĐúng

2.3 Viết code chương trình điều khiển

#define BLYNK_TEMPLATE_ID "TMPL6fCA_sxCM"

#define BLYNK_TEMPLATE_NAME "VuonThongMinh"

#define den 19 // IN2

#define maybom 18 // IN1

#define DHTTYPE DHT11

const char *ssid = "xxxxx"; //tên wifi

const char *password = "xxxxx"; // mật khẩu wifi

digitalWrite(den, LOW); digitalWrite(maybom, LOW);}

float readDHTtmp()

{

return dht.readTemperature();}

int readLux()

uint32_t lum = tsl.getFullLuminosity();uint16_t ir, full;

ir = lum >> 16;

full = lum & 0xFFFF;

int lux = tsl.calculateLux(full, ir);return lux;

}

int readDoam(int pin)

{

int read = analogRead(pin);

int doi = map(read, 0, 4095, 0, 100);return 100 - doi;

BLYNK_WRITE(V0) // tuy chinh anh sang

Chương 3: THIẾT KẾ MẠCH3.1 Sơ đồ phần cứng

3.2 PCB

Chương 4: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN

- Kết quả đạt được

Sau một thời gian tìm hiểu, tham khảo tài liệu từ nhiều nguồn khác nhau,cũng như được sự giúp đỡ của giảng viên bộ môn và bạn bè, nhóm em đãhoàn thành đề tài: “xây dựng hệ thống tưới tự động dựa trên độ ẩm đất và theodõi từ xa thông qua điện thoại di động”

Nhìn chung đề tài của nhóm em có ưu điểm:

- Mạch có cấu tạo và hoạt động đơn giản không phức tạp nhưng tínhchính xác và khả năng áp dụng thực tế cao, giảm bớt công sức của con ngườitrong việc chăm sóc vườn

- Mạch được thiết kế với các module có biến trở, ta có thể dễ dàng điềuchỉnh tùy thuộc vào yêu cầu và trường hợp cụ thể

- Các thiết bị dễ mua được ngoài thị trường, giá thành rẻ

- Dễ lắp ráp đối với người mới tập làm mạch điện tử

- Có thể mở rộng và phát triển dễ dàng

Đề tài trình bày được những nguyên lý cơ bản nhất của một hệ thốngtưới nước tự động và theo dõi từ xa, từ đây có thể phát triển đề tài thành hệthống vườn thông minh phù hợp với nhu cầu của xã hội

 Ảnh thực tế

Tài liệu tham khảo

&t=191s

Phần mềm sử dụng: