báo cáo kỹ thuật vi xử lý đề tài theo dõi nhiệt độ và độ ẩm ứng dụng trong chăn nuôi gà

MSSV:………Tên báo cáo: ……….Chọn các mức điểm phù hợp cho sinh viên trình bày theo các tiêu chí dưới đây: 0: Không có, 1 có rất ít, 2 có vừa phải, 3 có nhiều, còn một ít lỗi 5 có nhiều,gần

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

TRƯỜNG ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

Nhóm sinh viên thực hiện:

Giảng viên hướng dẫn: TS.HÀN HUY DŨNG

Hà Nội, 8-2023

ĐÁNH GIÁ BÁO CÁO

Họ và tên Sinh viên:……… MSSV:………Tên báo cáo: ……….

Chọn các mức điểm phù hợp cho sinh viên trình bày theo các tiêu chí dưới đây: (0): Không có, (1) có rất ít, (2) có vừa phải, (3) có nhiều, còn một ít lỗi (5) có nhiều,gần như không có lỗi

Có sự kết hợp giữa lý thuyết và thực hành (20)

Nêu rõ tính cấp thiết và quan trọng của đề tài, các vấn đề vàcác giả thuyết (bao gồm mục đích và tính phù hợp) cũng nhưphạm vi ứng dụng của đồ án

2 Cập nhật kết quả nghiên cứu gần đây nhất (trong nước/quốctế)

553 Nêu rõ và chi tiết phương pháp nghiên cứu/giải quyết vấn

555 Có kết quả mô phỏng/thưc nghiệm và trình bày rõ ràng kết

quả đạt được

Có khả năng phân tích và đánh giá kết quả (15)

Kế hoạch làm việc rõ ràng bao gồm mục tiêu và phươngpháp thực hiện dựa trên kết quả nghiên cứu lý thuyết một cáchcó hệ thống

7 Kết quả được trình bày một cách logic và dễ hiểu, tất cả kếtquả đều được phân tích và đánh giá thỏa đáng.

Trong phần kết luận, tác giả chỉ rõ sự khác biệt (nếu có)giữa kết quả đạt được và mục tiêu ban đầu đề ra đồng thờicung cấp lập luận để đề xuất hướng giải quyết có thể thực hiệntrong tương lai.

Kỹ năng viết (10)

9 Đồ án trình bày đúng mẫu quy định với cấu trúc các chương 1 2 3 3 5

logic và đẹp mắt (bảng biểu, hình ảnh rõ ràng, có tiêu đề, đượcđánh số thứ tự và được giải thích hay đề cập đến trong đồ án,có căn lề, dấu cách sau dấu chấm, dấu phẩy v.v), có mở đầuchương và kết luận chương, có liệt kê tài liệu tham khảo và cótrích dẫn đúng quy định

1 2 3 4 5

10 Kỹ năng viết xuất sắc (cấu trúc câu chuẩn, văn phong khoahọc, lập luận logic và có cơ sở, từ vựng sử dụng phù hợp v.v.)

Điểm tổng quy đổi về thang 10

3 Nhận xét thêm của Thầy/Cô (giảng viên hướng dẫn nhận xét về thái độ và tinh thần

làm việc của sinh viên)

LƯỢC SỬ HIỆU CHỈNH

Đươc thôngqua bởi

Lý do

1.0 Bùi Đức Huy 19/06/2023 Cả nhóm Bản nháp thiết kế đầu tiên1.1 Khuất Tiến Đạt 06/07/2023 Cả nhóm Chỉnh sửa nội dung1.2 Bùi Đức Huy 12/07/2023 Cả nhóm Chỉnh sửa nội dung1.3 Khuât Tiến Đạt 19/07/2023 Cả nhóm Chỉnh sửa các sơ đồ1.4 Khuất Tiến Đạt 07/08/2023 Cả nhóm Hoàn thiện báo cáo

LỜI NÓI ĐẦU

Với sự phát triển như vũ bão của khoa học công nghệ, đặc biệt là lĩnh vực công nghệthông tin và viễn thông, đời sống con người ngày càng được nâng cao và hiện đại hóa.Các sản phẩm và ứng dụng công nghệ liên tục được phát triển và sửa đổi để đáp ứng nhucầu của các cá nhân Sự xuất hiện của Internet vạn vật (IoT) - mạng lưới kết nối các đốitượng - là nhu cầu tất yếu trong thời đại công nghệ thông tin bùng nổ như hiện nay.Chính vì vậy, nhóm chúng em đã quyết định chọn đề tài “Thiết kế bộ theo dõi nhiệt độ vàđộ ẩm bằng ESP32 cùng cảm biến DHT11 và ứng dụng Blynk IOT” cho Đồ án của mìnhtrong quá trình học môn Vi xử lý Mục đích là để biết độ ẩm và nhiệt độ trong phòngbằng điện thoại thông minh, giúp người dùng có thể điều khiển bật/tắt máy hút ẩm vàđiều hòa cho phù hợp cho việc chăn nuôi gà''

Mục tiêu của đồ án này là phát triển thiết bị đo độ ẩm, nhiệt độ sử dụng vi điều khiểnESP32 và cảm biến DHT11 nhằm mục đích theo dõi và nhận biết độ ẩm, nhiệt độ trongkhông khí theo thời gian thực Điều này đóng vai trò quan trọng trong việc kiểm soát cácthiết bị liên quan bằng cách phát hiện sớm các vấn đề về nhiệt độ và độ ẩm trong khôngkhí, cho phép điều chỉnh kịp thời và giảm thiểu thời gian hoạt động Hệ thống được đềxuất sử dụng bộ vi điều khiển ESP32 để thu thập và xử lý dữ liệu, cùng với DHT 11 đểđo dữ liệu Dữ liệu thu thập được truyền trực tiếp đến điện thoại thông minh cho ngườidùng Việc sử dụng ESP32 và DHT 11 cung cấp giải pháp hiệu quả và tiết kiệm chi phíđể theo dõi tình trạng không khí theo thời gian thực Kết quả thử nghiệm chứng minh tínhhiệu quả và độ tin cậy của thiết bị, làm nổi bật tiềm năng ứng dụng thực tế của nó trongcuộc sống ngày nay.

Chúng em xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ, hướng dẫn tận tình của TS Hán HuyDũng trong suốt quá trình hoàn thành Bài tập lớn này

Trong quá trình thực hiện đề tài, dựa theo những kết quả đạt được bước đầu, dù đã rấtcố gắng tuy nhiên không tránh khỏi những thiếu sót và hạn chế nhất định Vì vậy, em rấtmong nhận được sự góp ý, bổ sung của thầy cô để đề tài được tối ưu và hoàn thiện hơn

Em xin chân thành cảm ơn!

LỜI CAM ĐOAN

Tôi là Khuất Tiến Đạt, mã số sinh viên 20207548 cùng 2 thành viên khác của nhóm8, sinh viên lớp ET-LUH, khóa 65 Người hướng dẫn là TS Hàn Huy Dũng Tôi xin camđoan toàn bộ nội dung được trình bày trong Bài tập lớn ”Theo dõi nhiệt độ độ ẩm và ứngdụng trong chăn nuôi gà” là kết quả quá trình tìm hiểu và nghiên cứu của nhóm chúngtôi Các dữ liệu được nêu trong báo cáo là hoàn toàn trung thực, phản ánh đúng kết quảđo đạc thực tế Mọi thông tin trích dẫn đều tuân thủ các quy định về sở hữu trí tuệ; cáctài liệu tham khảo được liệt kê rõ ràng Tôi xin chịu hoàn toàn trách nhiệm với những nộidung được viết trong đồ án này.

Hà nội, ngày tháng năm 2023 Người cam đoan

Khuất Tiến Đạt

2.1 Nhu cầu của người sử dụng 6

2.1.1 Kế hoạch khảo sát nhu cầu 6

2.1.2 Kết quả khảo sát 6

2.2 Giới thiệu về các sản phẩm có sẵn trên thị trường 8

2.2.1 Thiết bị ghi nhiệt độ, độ ẩm kết nối internet – DWE, TWE DicksonOne 8

2.2.1.1 Một số hình ảnh về sản phẩm 8

2.2.1.2 Giới thiệu sản phẩm 8

2.2.1.3 Thông số kĩ thuật 10

2.3 Yêu cầu đối với thiết bị 10

2.3.1 Yêu cầu chức năng 10

2.3.2 Yêu cầu phi chức năng 11

PHẦN 3 THIẾT KẾ CHI TIẾT 11

3.1 Lựa chọn linh kiện 11

3.1.1 Lựa chọn vi điều khiển 11

3.1.1.1 Vi điều khiển ESP8266 và ESP32 11

3.2.1.2 ESP32 13

3.1.2 Cảm biến 14

3.4 Thiết kế chi tiết phần mềm 18

3.4.1 Biểu đồ tuần tự 18

3.4.2 Sơ đồ khối 18

3.4.3 Nguyên lý đo nhiêt độ 18

3.4.4 Nguyên lý đo độ ẩm 19

3.4.5 Nguyên lý truyền nhận dữ liệu ESP32 và DHT11 19

PHẦN 4 HOÀN THIỆN SẢN PHẨM VÀ KẾT QUẢ 19

4.1 Thiết kế giao diện trên Blynk IOT 19

4.2 Lập trình 20

4.3 Tiến hành lắp mạch 21

4.4 Tiến hành đo đạc và kiểm tra 22

PHẦN 5 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 22

TÀI LIỆU THAM KHẢO 24

PHẦN 1 TỔNG QUÁT VỀ ĐỀ TÀI

1.1 Đặt vấn đề

Chương này trình bày hiện trạng sử dụng các thiết bị tự động hoá trong mô hìnhchăn nuôi có hiện nay Nó cung cấp một cái nhìn tổng quan về ý tưởng và phương phápthực hiện đề tài cũng như kế hoạch thực hiện cho dự án

1.2 Nhìn nhận vấn đề

Hiện nay, việc số hoá trong chăn nuôi là vô cùng cấp thiết trong quá trình phát triểnđi lên của xã hội Trong thời đại công nghệ 4.0, với sự ra đời và phát triển vượt bậc củacông nghệ thông tin nói riêng cũng như các hệ thống IoT ( Internet kết nối vạn vật nóichung ), việc sở hữu và sử dụng hệ thống thông minh có thể điều khiển từ xa không cònlà 1 thứ gì đó quá xa vời như trước đây nữa Thông qua các hệ thống điều khiển từ xanày, chúng ta hoàn toàn có thể chọn bật hoặc tắt các thiết bị thông minh từ xa theo ýmuốn Câu hỏi được đặt ra ở đây, là chúng ta sẽ bật tắt những thiết bị ấy khi nào và rasao, dựa vào tham số nào giúp cho chúng ta đạt được điều đó?

Việc theo dõi nhiệt độ cũng như độ ẩm từ xa rất quan trọng trong các hệ thống côngnghiệp Nó cho ta biết tình trạng hiện tại ở khu vực đặt máy, từ đó giúp chúng ta có thểđưa ra những quyết định phù hợp để điều chỉnh kịp thời Ví dụ tiêu biểu trong các trangtrại tầm trung và lớn, có sử dụng máy móc tự động số lượng lớn, nếu đi đến từng chuồngđể theo dõi dữ liệu từ đó báo cáo về trung tâm điều khiển theo cách thủ công sẽ gây lãngphí rất nhiều thời gian và cần một nguồn nhân lực lớn, gây lãng phí cũng như làm giảmhiệu quả của các trang trại chăn nuôi

Như vậy, nhận thấy việc bất cập trong cách sử dụng các thiết bị thông minh để làmmát không khí một cách chủ động và hợp lý, đặc biệt ứng dụng trong chăn nuôi chính làlý do khiến cho nhóm chúng em chọn làm sản phẩm này.

1.3 Ý tưởng đồ án

Để kiểm soát, theo dõi một cách dễ dàng và từ xa, chắc chắn sẽ cần đến các thiết bịđặc biệt Điều này cũng áp dụng cho một thiết bị mà bạn có thể theo dõi lượng hơi nướcvà độ ẩm có thể có trong không khí.

Bạn phải thừa nhận rằng không chỉ nóng khô quá mức, mà độ ẩm quá mức cũng ảnhhưởng tiêu cực đến tình trạng sức khỏe của gia súc và gia cầm Vậy tại sao bạn không thửtự làm một máy đo độ ẩm và nhiệt độ của không khí, điều này sẽ giúp ích cho các tìnhhuống khác nhau?

1.4 Phương pháp thực hiện

Ở phần chính của sản phẩm, nhóm tập trung vào việc khai thác dữ liệu về nhiệt độ vàđộ ẩm trong không khí, từ đó chuyển trực tiếp lên hệ thông và hiển thị 1 cách dễ dàng và4

rõ nét trên máy của người dùng Hệ thống của chúng em sẽ lấy trực tiếp dữ liệu từ cảmbiến, thông qua ESP32 và Blink IOT để hiển thị đến smartphone của người dùng.

Để đạt được mục tiêu này, chúng em sẽ trình bày quy trình thiết kế hệ thống, bắt đầutừ việc lựa chọn cảm biến phù hợp và phương pháp thu thập dữ liệu Sau đó chúng ta sẽthảo luận về các kỹ thuật xử lý dữ liệu Ngoài ra, chúng em sẽ nghiên cứu và áp dụng cácphương pháp để nâng cao độ chính xác và độ tin cậy của hệ thống.

1.5 Kế hoạch thực hiện

Sau khi nghiên cứu và phân tích các thành phần, cấu tạo cần thiết cho hệ thống, nhómem lên kế hoạch thực hiện cho sản phẩm như sau

Bùi Đức Huy 19/06/2023 19/06/2023 Lên kế hoạch, ý tưởng,tìm hiểu về đề tài

Hoàn thành

Bùi Đức Huy 01/08/2023 05/08/2023 Đưa sản phẩm vào quátrình thử nghiệm vàđánh giá

Hoàn thành

Cả nhóm 08/08/2023 xx/xx/xxxx Đưa sản phẩm vào ứngdụng thực tế

Chưa hoànthành

1.6 Kết luận chương

Chương này trình bày, đặt vấn đề ký do chọn đề tài, mục tiêu, nội dung nghiên cứuvà bố cục báo cáo

5

PHẦN 2 PHÂN TÍCH VÀ THIẾT KẾ

2.1 Nhu cầu của người sử dụng

2.1.1 Kế hoạch khảo sát nhu cầu

Nhóm chúng em tập trung vào tìm hiểu tình hình hiện tại của các trang trại chăn nuôi,trồng trọt đặc biệt trong các trang trại nuôi giống gia cầm, vì các đối tượng này đặc biệtchịu ảnh hưởng lớn và nhạy cảm với việc thay đổi độ ẩm không khí và nhiệt độ

2.1.2 Kết quả khảo sát

Sau khi khảo sát, chúng em thu được kết quả có thể tóm tắt lại như sau

- Các trang trại cũng đi tiên phong trong việc chuyển đổi cơ cấu giống cây trồng, vậtnuôi, ứng dụng các tiến bộ khoa học kỹ thuật nhằm nâng cao sản lượng và chất lượng sảnphẩm Cùng với đó, trang trại góp phần không nhỏ trong việc giải quyết việc làm chongười lao động khu vực nông thôn…

- Tuy nhiên, trên thực tế, các trang trại chưa thực sự phát triển đúng với tiềm năng vàchưa trở thành lực lượng nòng cốt thúc đẩy nông nghiệp, nông thôn phát triển.Các trangtrại đều phát triển theo hướng tự phát, không có quy hoạch bài bản Loại hình trang trạiđơn điệu, sản phẩm không đa dạng dẫn đến hiệu quả kinh tế chưa cao, Các chủ trang trạiphát triển dựa trên kinh nghiệm chứ chưa biết xây dựng kế hoạch phát triển lâu dài, chưahạch toán kinh doanh nên dễ đổ vỡ Đa số trang trại chỉ sản xuất những loại cây trồng, vậtnuôi theo kinh nghiệm, viêc áp dụng mạnh các tiến bộ khoa học kỹ thuật vào trong sảnxuất gặp nhiều khó khăn.

- Theo khảo sát của nhóm nghiên cứu (Hình 1), gần một nửa cơ sở sở hữu máy bơm/tưới,hay còn gọi là bơm hỏa tiễn, bên cạnh đó còn có hệ thống phun (téc), tưới nhỏ giọt, hệthống sục… Tiếp theo là các máy móc cơ giới lớn, như: máy cày, máy xới, máy làmđất… (16%) 7% các cơ sở sở hữu máy nổ, 6% sở hữu các thiết bị quạt hay thông gió.Chỉ một số ít hộ có sở hữu máy gặt và các thiết bị điều khiển nhiệt độ (như: máy lạnh,máy sưởi), tương ứng 2% và 1% Ngoài ra, 7% cho biết, họ không có thiết bị máy móctrong sản xuất (hoặc không trả lời).

6

Như vậy, việc sử dụng các thiết bị điều khiển nhiệt độ còn rất hạn chế chiếm tỉ lệ rấtít 1%

Nhiệt độ và độ ẩm chuồng nuôi thích hợp cho gà theo lứa tuổi

Gà con dưới 4 tuần tuổi, nhất là gà dưới 3 tuần tuổi phải sưởi để duy trì nhiệt độchuồng trên 300C Vào mùa hè thì sau 4 tuần ngày nóng không cần sưởi, những ngàymưa lạnh vẫn tiếp tục sưởi, nhưng công suất điện thấp hơn, để nhiệt độ trong chuồng luônở 28-300C Độ ẩm chuồng tốt nhất 65-70%, chất độn phải khô, bị ẩm ướt là thay ngay.*Chế độ nhiệt chuồng gà giống hướng thịt

*Chế độ nhiệt gà hướng trứng

7

2.2 Giới thiệu về các sản phẩm có sẵn trên thị trường

2.2.1 Thiết bị ghi nhiệt độ, độ ẩm kết nối internet – DWE, TWE DicksonOne2.2.1.1 Một số hình ảnh về sản phẩm

Hình 2.2.1.1 Thiết bị DicksonOne

2.2.1.2 Giới thiệu sản phẩm

DicksonOne là một hệ thống giám sát môi trường được lưu trên dữ liệu đám mây cógiao diện dễ sử dụng để theo dõi các tham số môi trường quan trọng của bạn từ máy tính,máy tính bảng, hoặc điện thoại di động Thêm vào đó, có nhiều hình thức cảnh báo ngaylặp tức đến người dùng khi bất kỳ cảnh báo vượt ngưỡng nào đã được thiết lập trước đó.

- Truy cập: Với dữ liệu trên đám mây, bạn dễ dàng theo dõi và quản lý hệ thống củabạn bất kỳ lúc nào, bất kỳ thời gian nào bạn muốn, truy cập bằng nhiều thiết bị khácnhau: điện thoại, máy tính bảng, laptop/PC

- Tiêu chuẩn: Với hệ thống giám sát liên tục và cảnh báo theo thời gian thực.DicksonOne đáp ứng tiêu chuẩn: VFC, FDA 21 CFR Part 11, HACCP,

- Linh động: Tuỳ vào khu vực lắp đặt của bạn, bạn có thể chọn wifi hoặc Ethernet đểlắp đặt khi cơ sở hạ tầng bạn có sẵn.

- Mở rộng: Bạn dễ dàng thêm thiết bị datalogger vào hệ thống khi có phát sinh nơicần kiểm tra nhiệt độ/ độ ẩm/ chênh áp - đa dạng đầu dò phù hợp với nhiều ứng dụng củabạn

Hình 2.2.1.2 Mô hình hoạt động

9

Giao diện người dùng:

- Đơn giản, trực quan và thân thiện về mặt thiết kế.

- Hỗ trợ đa nền tảng (ví dụ., điện thoại thông mình, máy tính bảng).- Hướng dẫn sửu dụng rõ ràng.

Thu thập và hiển thị dữ liệu:

Có khả năng thu thập dữ liệu độ ảm và nhiệt độ từ cảm biến.Đa dạng hoá môi trường:

- Đo được nhiệt độ và độ ẩm trong nhiều môi trường khác nhau, bao gồm ngoàivườn, trong nhà, trong chuồng trại chăn nuôi, …

10

- Cung cấp tài liệu hướng dẫn sử dụng chi tiết và rõ ràng.

- Cung cấp hỗ trợ kĩ thuật qua email, điện thoại hoặc trò chuyện trực tuyến để giảiquyết câu hỏi và khắc phục sự cố.

2.3.2 Yêu cầu phi chức năng

Máy phải đáp ứng các yêu cầu về điện áp, hoạt động linh hoạt, dải nhiệt độ hoạt độnghợp lý, kết nối Bluetooth, WiFi và hoạt động, gửi thông tin liên tục trong khoảng thờigian xác định để thông báo cho người dùng.

Có khả năng hoạt động với bộ chuyển đổi phù hợp, cho phép kết nối trực tiếp vớinguồn điện tiêu chuẩn gia đình ( 110V-220V ).

Thể hiện khả năng vận hành đáng tin cậy, phù hợp với khí hậu nhiệt đới gió mùacủa nước ta trong phạm vi từ -5 đến 60 độ.

Hoạt động trong môi trường có độ ẩm từ 0 đến 99%.Hỗ trợ kết nối Wifi và Bluetooth.

Có khả năng hoạt động liên tục và không bị gián đoạn.

PHẦN 3 THIẾT KẾ CHI TIẾT

3.1 Lựa chọn linh kiện

3.1.1 Lựa chọn vi điều khiển

3.1.1.1 Vi điều khiển ESP8266 và ESP32

HÌnh 3.1.2.1 ESP8266 và ESP32

11

Vào năm 2016, công ty Espressif, có trụ sở tại Trung Quốc, đã phát hành phiên bảnnâng cao của ESP8266, tức là ESP32 ESP8266 được họ phát hành vào năm 2014 Hai bộvi điều khiển giá rẻ thường được sử dụng làm thiết bị IoT Cả hai đều có chức năng tươngtác với các nền tảng IoT khác Hai thiết bị này đều là những công cụ rất quan trọng củaIoT nhưng mỗi cái có chức năng và khuyết điểm riêng

Dưới đây là bảng so sánh giữa ESP32 và ESP8266

12

Dễ dàng nhận thấy, ESP32 sử dụng CPU lõi kép mạnh hơn, với tần số xung nhịp caohơn, bộ nhớ lớn hơn và có ADC đa kênh Điều đó biến nó trở thành lựa chọn tuyệt vời vàsáng giá hơn trong việc thu thập và truyền tải dữ liệu, so với ESP8266 được ra đời trướcđó Chính vì lý do đó, nên nhóm chúng em đã chọn ESP32 cho dự án này.

3.2.1.2 ESP32

ESP-32 là Mô đun IoT (Internet vạn vật) phổ biến được phát triển bởi EspressifSystems Đây là một Mô đun tích hợp, kết hợp khả năng Wi-fi và Bluetooth, được sửdụng rộng rãi trong các dự án IoT, hệ thống nhúng và phát triển sản phẩm.

Hình 3.1.1.2.2 Các chân của vi điều khiển ESP32

Ngoài những đặc điểm nổi trội đã được thể hiện thông qua bảng so sánh nếu trên,ESP32 còn có thêm những đặc điểm dưới đây như sau:

- Vi xử lý: Mô-đun sử dụng vi xử lý ESP32, một chip được phát triển bởi EspressifSystems Nó có hai nhân xử lý Tensilica Xtensa LX6, với tốc độ xung nhịp lên đến240MHz.

- Kết nối: ESP-WROOM-32 hỗ trợ kết nối Wi-Fi 802.11 b/g/n và Bluetooth 4.2.Điều này cho phép nó kết nối với mạng Wi-Fi và giao tiếp không dây với các thiếtbị khác thông qua Bluetooth.

- Bộ nhớ: ESP-WROOM-32 được trang bị ổ nhớ flash 4MB và RAM 520KB Bộnhớ flash có thể được sử dụng để lưu trữ mã chương trình và dữ liệu.

- Giao diện: Mô-đun hỗ trợ các giao diện như UART, GPIO, SPI, I2C và ADC, chophép nó làm việc với nhiều loại cảm biến và thiết bị ngoại vi khác.

13