đồ án về Nghiên cứu thiết kế hệ thống điều khiển giám sát nhà trồng thông minh sử dụng vi điều khiển PIC 18F4520 của nhóm sinh viên ĐH Công Nghiệp hà Nội.đề tài đã được đánh giá rất cao vì mang tính thực tế. đủ bộ có cả file pdf , doc và slide trình chiếu
Trường Đại Học Công Nghiệp Hà Nội Khoa: Điện LỜI CẢM ƠN Nhóm sinh viên thực đề tài xin chân thành cảm ơn thầy cô giáo khoa Điện trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội, tận tình truyền đạt cho chúng em kiến thức, thành tựu khoa học xã hội ngành tự động hóa công nghiệp để chúng em thực đề tài Đặc biệt, chúng em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến cô giáo TỐNG THỊ LÝ- người hướng dẫn tận tình giúp đỡ chúng em suốt thời gian chúng em thực đề tài Chúng em cảm ơn ý kiến đóng góp thầy cô giáo bạn cho việc thực đề tài Để hoàn thành đề tài nhóm thực nỗ lực nghiên cứu, thiết kế chế tạo, thời gian kiến thức hạn chế nên tránh khỏi thiếu sót, chúng em mong nhận lời góp ý chân thành từ thầy cô bạn để có thêm hiểu biết hoàn thiện trình làm việc sau Hà Nội, Ngày tháng năm 2017 Nhóm sinh viên thực Trường Đại Học Công Nghiệp Hà Nội Khoa: Điện MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN DANH MỤC HÌNH ẢNH DANH MỤC BẢNG CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ CÁC GIẢI PHÁP NÔNG NGHIỆP CÔNG NGHỆ CAO 1.1 Nông nghiệp công nghệ cao gì? 1.2 Thực trạng nông nghiệp nước ta [1] 1.3 Tính cấp thiết việc xây dựng hệ thống nông nghiệp công nghệ cao 13 1.4 Tình hình áp dụng công nghệ cao vào nông nghiệp nước giới 13 1.4.1 Nông nghiệp công nghệ cao Israel 13 1.4.2 Nền nông nghiệp công nghệ cao Nhật Bản 16 1.5 Kết luận 19 CHƯƠNG THIẾT KẾ 21 2.1 Xây dựng sơ đồ khối 21 2.2 Tính chọn thiết bị 22 2.2.1 PIC 18F4520 22 2.2.2 Module DHT11 đo nhiệt độ độ ẩm 43 2.2.3 Module cảm biến cường độ ánh sáng TSL 2561 44 2.2.4 Cảm biến pH E-201-C 45 2.2.5 LCD 16x2 hiển thị thông số môi trường 46 2.2.6 Module SIMA6 48 2.2.7 Module wifi ESP 8266 54 2.2.8 Module TTL to RS485 70 2.3 Các giao thức mô hình kết nối 71 2.3.1 Giao thức RS485 71 2.3.2 Giao thức wireless 76 Trường Đại Học Công Nghiệp Hà Nội Khoa: Điện 2.4 Vẽ mạch nguyên lý 85 2.5 Lưu đồ thuật toán nguyên lý 87 CHƯƠNG MÔ HÌNH THỰC NGHIỆM VÀ KẾT QUẢ 110 3.1 Mô hình thực nghiệm 110 3.2 Kết thực nghiệm 143 3.3 Kết luận 143 Trường Đại Học Công Nghiệp Hà Nội Khoa: Điện DANH MỤC HÌNH ẢNH Hinh1.1 Canh tác nông nghiệp sử dụng nhiều sức lao động Hinh1.2 Trồng rau nhà kính Israel 14 Hinh1.3 Nuôi thuỷ sản ứng dụng công nghệ cao Israel 16 Hinh1.4 Ngành nông nghiệp Nhật Bản phát triển 17 Hinh1.5 Trồng rau nhà kính Nhật Bản 17 Hinh1.6 Trồng lúa Nhật Bản 18 hinh 2.1 Sơ đồ khối mạch 21 hinh 2.2 Sơ đồ chân PIC 18F4520 22 hinh 2.3 nhớ chương trình 24 hinh 2.4 Bộ nhớ liệu 25 hinh 2.5 Sơ đồ khối timer 31 hinh 2.6 Sơ đồ khối timer 33 hinh 2.7 Sơ đồ khối timer 34 hinh 2.8 Sơ đồ khối A/D 37 hinh 2.9 Sơ đồ ADFM 37 hinh 2.10 Nguyên lý so sánh đơn giản 38 hinh 2.11 Sơ đồ khối CCP (Capture mode) 41 hinh 2.12 Sơ đồ khối CCP (Compare mode) 42 hinh 2.13 Sơ đồ khối CCP (PWM mode) 42 hinh 2.14 Module DHT11 43 hinh 2.15 Module cảm biến cường độ ánh sáng TSL 2561 44 hinh 2.16 Sơ đồ nguyên lý TSL 2561 44 hinh 2.17 Cảm biến đo nồng độ pH E-201-C 46 hinh 2.18 LCD HD44780 46 hinh 2.19 Module SIM A6 48 hinh 2.20 Module wifi ESP 8266 55 hinh 2.21 Sơ đồ chân ESP 8266 55 hinh 2.22 Module TTL to RS485 70 Trường Đại Học Công Nghiệp Hà Nội Khoa: Điện hinh 2.23 Kiểu truyền cân dây 72 hinh 2.24 Tín hiệu dây hệ thống cân 73 hinh 2.25 Cặp dây xoắn RS485 73 hinh 2.26 Cách xác định áp kiểu chung 74 hinh 2.27 Cách đặt điện trở đầu cuối RT RS485 75 hinh 2.28 Tín hiệu RS485 thu tương ứng với giá trị điện trở RT 75 hinh 2.29 Phân cực cho đường truyền RS485 76 hinh 2.30 Phạm vi WLAN mô hình OSI 77 hinh 2.31 Logo Wi-fi 79 hinh 2.32 Mạch nguyên lý nguồn nuôi vi điều khiển 85 hinh 2.33 Khối vi xử lý 86 hinh 2.34 Nút bấm chọn chế độ 86 hinh 2.35 Sơ đồ nguyên lý module sim A6 87 hinh 2.36 Sơ đồ nguyên lý toàn mạch 87 hình 3.1 Sơ đồ đấu dây cảm biến nhiệt độ độ ẩm 110 hình 3.2 Sơ đồ đấu dây Module sim A6 110 hình 3.3 Sơ đồ đấu dây cảm biến cường độ ánh sáng 111 hình 3.4 Sơ đồ đấu dây Module wifi 111 hình 3.5 Sơ đồ đấu dây LCD 112 hình 3.6 Sơ đồ nối dây module relay 112 hình 3.7 Mô hình thực nghiệm tổng quan 113 hình 3.8 Giao diện điều khiển qua androi 142 hình 3.9 Giao diện giám sát điều khiển qua máy tính 142 Trường Đại Học Công Nghiệp Hà Nội Khoa: Điện DANH MỤC BẢNG bảng 2.1 Bảng tác động CC1 với CC2 40 bảng 2.2 Chức chân 47 bảng 2.3 Các chân module SIMA6 49 bảng 2.4 Lệnh AT kiểm soát gọi 50 bảng 2.5 Các lệnh AT chung module wifi 57 bảng 2.6 Các lệnh AT Module Wifi cầu hình Station / client 57 bảng 2.7 Các lệnh AT cấu hình Module Wifi 58 bảng 2.8 Các lệnh IP serv 58 bảng 2.9 Các lệnh AT Module Wifi cầu hình Station / client 59 bảng 2.10 Các lệnh AT với Module Wifi cấu hình Access Point 59 bảng 2.11 Các lệnh IP server 60 bảng 2.12 Các lệnh AT IP Client 61 bảng 2.13 Các lệnh IP server 61 bảng 2.14 Một số chế độ hoạt động Module ESP-07 62 bảng 2.15 Chế độ Station - Module ESP-07 Client 63 bảng 2.16 Bảng tóm tắt thông số RS485 72 bảng 2.17 Bảng 1Một số thông số kỹ thuật chuẩn IEEE 802.11b 78 bảng 2.18 Một số thông số kỹ thuật chuẩn IEEE 802.11a 78 bảng 2.19 Một số thông số kỹ thuật chuẩn IEEE 802.11g 79 bảng 2.20 Tốc độ truyền tải so với chuẩn khác 80 bảng 2.21 So sánh chuẩn IEEE 802.11x 83 bảng 2.22 Bảng địa cảm biến thiết bị chấp hành 88 bảng 2.23 Thuật toán gửi giá trị cảnh báo xuống master 90 bảng 2.24 Gía trị tương ứng thiết bị lúc bật 91 bảng 2.25 Bảng ký hiệu dùng sơ đồ thuật toán: 91 bảng 2.26 Bảng liệu nhận đươc lưu mảng BufferRX : 92 bảng 2.27 Lưu đồ thuật toán nhận giá trị đo cảm biến 93 bảng 2.28 Bảng ký hiệu dùng thuật toán: 94 Trường Đại Học Công Nghiệp Hà Nội Khoa: Điện bảng 2.29 Thuật toán nhận giá trị đo cảm biến từ Slave 96 bảng 2.30 Thuật toán lấy giá trị đo cảm biến 97 bảng 2.31 Thuật toán gửi liệu nhận từ Slave lên máy tính PC 98 bảng 2.32 Bảng ký hiệu dùng thuật toán: 99 bảng 2.33 giá trị lưu thành phần mảng 100 bảng 2.34 Thuật toán nhận liệu từ máy tính PC 101 bảng 2.35 Bảng ký hiệu dùng thuật toán: 106 Trường Đại Học Công Nghiệp Hà Nội Khoa: Điện CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ CÁC GIẢI PHÁP NÔNG NGHIỆP CÔNG NGHỆ CAO 1.1 Nông nghiệp công nghệ cao gì? ` Công nghệ vào sản xuất, công nghệ bao gồm tự động hóa, giới hóa khâu sản xuất nông nghiệp, CNTT, công nghệ vật liệu mới, công nghệ sinh học, giống vật nuôi, trồng có suất chất lượng cao, phát triển bền vững sở canh tác hữu (theo vụ Khoa Học Công Nghệ- Bộ Nông Nghiệp PTNT) Khái niệm nông nghiệp công nghệ cao sử dụng rộng rãi nông nghiệp ứng dụng công nghệ nhằm nâng cao hiệu quả, suất , tạo sản phẩm nông sản có chất lượng thỏa mãn nhu cầu ngày cao thị trường, đảm bảo phát triển nông nghiệp bền vững 1.2 Thực trạng nông nghiệp nước ta [1] Kinh tế Việt Nam gồm công nghiệp, nông nghiệp, thương mại, dịch vụ nông nghiệp ngành có sức lan tỏa lớn nhất, có tính kết nối cao với nhiều ngành kinh tế Nông nghiệp cung cấp đầu vào cho công nghiệp chế biến thực phẩm, chế biến xuất khẩu; đồng thời, sử dụng sản phẩm ngành công nghiệp dịch vụ, như: nhiên liệu, phân bón, hóa chất, máy móc khí, lượng, tín dụng, bảo hiểm Ngoài ra, nông nghiệp liên quan mật thiết đến sức mua dân cư phát triển thị trường nước Với 50% lực lượng lao động nước làm việc lĩnh vực nông nghiệp 70% dân số sống nông thôn, mức thu nhập nông nghiệp có ảnh hưởng lớn đến sức cầu thị trường nội địa tiềm đầu tư dài hạn Nông nghiệp Việt Nam đóng vai trò đặc biệt quan trọng việc đảm bảo an ninh lương thực, tạo việc làm thu nhập cho trước hết khoảng 70% dân cư, nhân tố định xóa đói giảm nghèo, góp phần phát triển kinh tế đất nước ổn định trị - xã hội đất nước Trường Đại Học Công Nghiệp Hà Nội Khoa: Điện Hinh1.1 Canh tác nông nghiệp sử dụng nhiều sức lao động Gần đây, tình hình kinh tế có khó khăn bị tác động khủng hoảng suy thoái kinh tế giới, Nông nghiệp Việt Nam ngày thể rõ vai trò trụ đỡ kinh tế, tiếp tục ổn định có mức tăng trưởng Năm 2011 xuất nông - lâm - thủy sản đạt gần 25 tỷ USD, tăng trưởng 29% so với năm 2010 Thặng dư thương mại toàn ngành năm 2011 đạt 9,2 tỷ USD, góp phần giảm nhập siêu nước; nông nghiệp đóng góp khoảng 20% GDP chiếm 30% giá trị kim ngạch xuất quốc gia Năm 2012, nông nghiệp giữ đà tăng trưởng năm 2011 với giá trị sản xuất nông, lâm nghiệp thủy sản nước tăng 3,4% Trong đó, nông nghiệp tăng 2,8%, lâm nghiệp 6,4%, thủy sản 4,5% Tốc độ tăng trưởng toàn ngành (GDP) đạt 2,7% Năm 2013, giá trị sản xuất nông lâm nghiệp thủy sản nước tăng 3,2% Trong đó, nông nghiệp tăng 2,3%, lâm nghiệp 6%, thủy sản 4,5% Tốc độ tăng trưởng toàn ngành (GDP) đạt 2,6% Như vậy, thấy tốc độ tăng trưởng ngành nông nghiệp đáng quan ngại, giảm dần, năm sau thấp năm trước Phân tích nguyên nhân tình trạng thấy bất cập cần nghiên cứu khắc phục sau: + Tăng trưởng nông nghiệp thời gian qua nước ta chủ yếu theo chiều rộng thông qua tăng diện tích, tăng vụ dựa mức độ thâm dụng yếu tố vật chất đầu vào cho sản xuất (lao động, vốn, vật tư) đất đai Sản xuất nông nghiệp gây tác động tiêu cực đến môi trường như: đa dạng sinh học, suy thoái tài nguyên thiên nhiên, ô nhiễm nguồn nước, đất đai bị bạc màu, Trường Đại Học Công Nghiệp Hà Nội Khoa: Điện chi phí sản xuất tăng… đe dọa tính bền vững tăng trưởng ngành Nông nghiệp + Trong tương lai, nguồn lực cho tăng trưởng nông nghiệp không dồi dào, nông nghiệp phải cạnh tranh với ngành công nghiệp dịch vụ khác Chí phí sản xuất ngày cao bắt đầu làm giảm khả cạnh tranh sản phẩm nông nghiệp Việt Nam với vị nước sản xuất có chi phí thấp so với nước vùng lãnh thổ giới + Một nguyên nhân tình trạng đầu tư cho nông nghiệp ngày giảm dần, không tương xứng với đóng góp nông nghiệp cho kinh tế Nếu năm 2000, tỷ trọng đầu tư vào ngành Nông nghiệp chiếm 13,85% tổng đầu tư xã hội, tới năm 2005 7,5%; năm 2008: 6,45%; năm 2009: 6,26%; năm 2010: 6,2% Đầu tư từ ngân sách nhà nước trái phiếu Chính phủ cho nông nghiệp giảm, từ 21,5% năm 2006 xuống 21,3% năm 2010 tổng số + Đặc biệt, việc thống kê đầu tư cho nông nghiệp, nông thôn khó bóc tách có nhiều khoản chi cho công nghiệp, kết cấu hạ tầng quốc gia nằm địa bàn nông thôn Trong đó, kinh doanh lĩnh vực nông nghiệp chịu độ rủi ro cao (Tuy sách bảo hiểm nông nghiệp ban hành thực thí điểm 20 tỉnh, thành phố) khiến doanh nghiệp dè dặt đầu tư vào lĩnh vực nông nghiệp Đầu tư trực tiếp nước giảm đáng kể, từ 8% năm 2001 xuống 1% năm 2010 Đầu tư tư nhân nước chiếm từ 13-15% tổng số vốn đầu tư vào lĩnh vực nông nghiệp + Nguyên nhân thành tựu khoa học công nghệ, đặc biệt tiến kỹ thuật sản xuất, chế biến nông sản đưa vào ứng dụng sản xuất chưa nhiều nên suất, chất lượng hiệu trồng trọt, chăn nuôi, nuôi trồng, khai thác hải sản thấp + Tình trạng sản xuất nông nghiệp manh mún, ruộng đất bị xé lẻ, phần lớn nông hộ có diện tích đất nhỏ, rải rác làm tăng rủi ro, ngăn cản trình áp dụng công nghệ tiên tiến, khó bảo quản hàng hóa, tăng chi phí sản xuất, gây phức tạp cho quản lý chất lượng, an toàn thực phẩm, kiểm soát dịch bệnh 10 Trường Đại Học Công Nghiệp Hà Nội Khoa: Điện UART1_Write_Text("AT+CMGF=1"); UART1_Write(0x0D); UART1_Write(0x0A); Delay_ms(1000); while(Get_Response() != OK); } //======================================================== ====================== void main(){ TRISC.B0=0; TRISC.B1=0; TRISC.B2=0; TRISE.B0=0; PORTC.B0=1; // DEN CHIEU SANG PORTC.B1=1; // QUAT LAM MAT PORTC.B2=1; // MAN CHAN PORTC.B0=1; // MAY TRON DUNG DICH TRISD=0x00; // Port OutPut PORTD.B5=0; // Chan RW noi dat PORTD.B7=0; // Set den LCD ADCON1 = 0x0F; // AD converter off CMCON = 7; // -//GET TRANG THAI BAN DAU CAU THI BI B1Ready= B1Stop=0; B2Ready= B2Stop=0; B3Ready= B3Stop=0; 131 Trường Đại Học Công Nghiệp Hà Nội Khoa: Điện B4Ready= B4Stop=0; B5Ready= B5Stop=0; B6Ready= B6Stop=0; B7Ready= B7Stop=0; B8Ready= B8Stop=0; B9Ready= B9Stop=0; TTReady=0; DReady=DStop=0; QReady=QStop=0; CReady=CStop=0; TReady=TStop=0; // KHOI TAO TRANG THAI DATA NHAN state = 0; response_rcvd = 0; responseID = 0; response = 0; tmp = 0; i = 0; // -TSL2561_Init(); Delay_100ms(); // -DHT11_init(); delay_ms(100); // //Sim_Init(); // Lcd_Init(); // Initialize LCD Lcd_Cmd(_LCD_CLEAR); // Clear display 132 Trường Đại Học Công Nghiệp Hà Nội Lcd_Cmd(_LCD_CURSOR_OFF); Khoa: Điện // Cursor off // // UART1_init(115200); // Initialize UART1 module RCIE_bit = 1; // Enable UART RX interrupt PEIE_bit = 1; // Enable Peripheral interrupt GIE_bit = 1; // Enable Global interrupt Sim_Init(); // - Lcd_Cmd(_LCD_CLEAR); Lcd_Cmd(_LCD_CURSOR_OFF); // Clear display // Cursor off lcd_out(1,7,"L=") ; lcd_out(1,1,"T= "); Lcd_Out(2,1,"H= "); delay_ms(1000); // - state = 0; i = 0; // while(1){ unsigned char *res; TSL2561_Value = CalculateLux(0,1,1);//unsigned int iGain, unsigned int tInt, int iType); AS = TSL2561_Value; IntToStrWithZeros(AS, txt1); 133 Trường Đại Học Công Nghiệp Hà Nội Khoa: Điện Rtrim(txt1); txt_AS=txt1; lcd_out(1,10,txt_AS); // -Dht11_Start(); DHT11_Read(); if(DHT11_CHKSM==((DHT11_TMP>>8)+(DHT11_HUM>>8)+(DHT11_TM P&0xff)+(DHT11_HUM&0xff))) { ND = DHT11_TMP >>8; DA = DHT11_HUM>>8; } bytetostr(ND,txt2); Ltrim(txt2); // Rtrim(txt2); txt_ND=txt2; lcd_out(1,4,txt_ND); bytetostr(DA,txt6); Ltrim(txt6); //Rtrim(txt6); txt_DA=txt6; lcd_out(2,4,txt_DA); //delay_ms(1000); Read_Pra(); } 134 Trường Đại Học Công Nghiệp Hà Nội Khoa: Điện } //======================================================== ====================== void TSL2561_write(unsigned char command_code, unsigned char reg, unsigned char value) { I2C1_Start(); I2C1_Wr(TSL2561_write_mode); I2C1_Wr(command_code | reg); I2C1_Wr(value); I2C1_Stop(); } void TSL2561_init() { I2C1_Init(100000); // initialize I2C communication TSL2561_write(0x80,control_reg, 0x03); } unsigned char TSL2561_read_byte(unsigned char reg) { unsigned char value = 0; I2C1_Start(); // issue I2C start signal I2C1_Wr(TSL2561_write_mode); + W) I2C1_Wr(0x80 | reg); // send byte (data address) I2C1_Repeated_Start(); // issue I2C signal repeated start I2C1_Wr(TSL2561_read_mode); value = I2C1_Rd(0u); I2C1_Stop(); // send byte via I2C (device address // send byte (device address + R) // Read the data (NO acknowledge) // issue I2C stop signal return value; 135 Trường Đại Học Công Nghiệp Hà Nội Khoa: Điện } unsigned int TSL2561_read_word(unsigned char reg){ unsigned char hb = 0; unsigned char lb = 0; unsigned int value = 0; lb = TSL2561_read_byte(reg); hb = TSL2561_read_byte(reg + 1); value = hb; value CH_SCALE; // -// find the ratio of the channel values (Channel1/Channel0) // protect against divide by zero if (channel0 != 0) ratio1 = (channel1 > 1; // is ratio = 0) && (ratio