Thiết kế thiết bị tự động giám sát và điều khiển môi trường mô hình nhà kính

Trường ĐH Quảng Bình Lê Ngọc Phong CĐ CNKT Điện-Điện tử K55 Mục lục Giới thiệu đề tài Ý nghĩa khoa học đề tài 3 Mục đích nghiên cứu 4 Giới hạn đề tài Sản phẩm khoa học đề tài Cấu trúc báo cáo B CƠ SỞ LÝ LUẬN Tình hình nước nước Ý tưởng thiết kế Phương pháp nghiên cứu CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ CÁC THIẾT NHÀ KÍNH 2.1 Giới thiệu nông nghiệp công nghệ cao 2.2 Giới thiệu nhà kính tự động 2.3 Sơ đồ mô hình nhà kính 2.4 Kết luận 10 CHƯƠNG 2: XÂY DỰNG HỆ THỐNG CẢM BIẾN VÀ CƠ CẤU CHẤP HÀNH 11 2.1 Nguyên lý hoạt động giám sát điều khiển môi trường nhà kính 11 2.2 Hệ thống cảm biến 12 a Cảm biến nhiệt độ độ ẩm DHT11 12 b Cảm biến ánh sáng BH1750 12 c Thiết kế cảm biến 13 2.3 Hệ thống cấu chấp hành 15 a Hệ thống quạt thông khí 15 b Hệ thống bơm tưới 15 c Hệ thống mái che 16 2.4 Hệ thống cấp nguồn 16 2.5 Kết luận 16 CHƯƠNG 3: XÂY DỰNG MẠCH ĐIỆN CHÍNH VÀ LẬP TRÌNH VI ĐIỀU KHIỂN 17 3.1 Sơ đồ hoạt động 17 3.2 Mạch điện vi điều khiển 17 3.3 Chế độ tự động tay 20 3.4 Giao diện điều khiển 22 3.5 Kết luận 22 Trường ĐH Quảng Bình Lê Ngọc Phong CĐ CNKT Điện-Điện tử K55 CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN 23 TÀI LIỆU THAM KHẢO 24 Trường ĐH Quảng Bình Lê Ngọc Phong CĐ CNKT Điện-Điện tử K55 A PHẦN MỞ ĐẦU Giới thiệu đề tài Nông nghiệp công nghệ cao lĩnh vực nhận nhiều quan tâm giới Dưới tác động người vào thiên nhiên, làm thay đổi môi trường sống, vấn đề an ninh lương thực môi trường sống vấn đề cấp thiết giới Trong điều kiện diện tích đất nông nghiệp ngày hạn hẹp, điều kiện cach tác thay đổi dự đoán trước, việc giám sát điều khiển môi trường sản xuất nông nghiệp giúp nâng cao chất lượng sản phẩm nông nghiệp, giảm công lao động, tiết kiệm lượng, hạ giá thành sản phẩm Để làm điều này, cần thiết áp dụng khoa học kỹ thuật vào sản xuất, đặc biệt tự động hóa trình sản xuất vấn đề đặt [1] Nhà kính tự động thành tự quan trọng nông nghiệp công nghệ cao Trong đó, nhà kính tự động có khả năng: tạo lập môi trường sinh thái theo ý muốn thuận lợi cho trồng sinh trưởng phát triển; thực công nghệ thâm canh cao; tối thiểu hoá chí loại trừ yếu tố ngoại cảnh bất lợi sản xuất; sản xuất loại nông sản thực phẩm mà thiên nhiên không ưu đãi (trái vụ), chí không sản xuất môi trường tự nhiên; tối đa hoá suất chất lượng sản phẩm hiệu sản xuất; ối thiểu hoá khoản chi phí sản xuất đặc biệt để tiết kiệm nước Nhà kính tự động mô hình áp dụng công nghệ tiên tiến vào mô hình sản xuất nông nghiệp bao gồm: công nghệ sinh học, công nghệ thông tin, kỹ thuật điện-điện tử, công nghệ canh tác nông nghiệp xác… Nhà kính tự động việc đảm bảo yêu cầu thực giới hóa đến mức cao công đoạn sản xuất, cho phép kiểm soát “ khí hậu nhà kính”, “sinh học nhà kính” thực điều khiển môi trường sinh thái [2-4] Các thông số môi trường: nhiệt độ, độ ẩm, cường độ sáng, lượng chất dinh dưỡng đo xử lý để làm tín hiệu điều khiển hệ thống cửa, quạt thông khí, mái che, bơm phun sương, bơm chất dinh dưỡng, hệ thống ổn định nhiệt độ (làm mát, sưởi) thông qua điều khiển trung tâm Từ yêu cầu thực tế trên, đòi hỏi ngày cao phát triển nông nghiệp công nghệ cao, cộng với phát triển mạnh khoa học công nghệ, đặc biệt công nghệ thông tin, kỹ thuật điện-điện tử, đề xuất đề tài “Thiết kế thiết bị tự động giám sát điều khiển môi trường mô hình nhà kính” Ý nghĩa khoa học đề tài Quảng Bình nơi có điều kện khí hậu thuận lợi, đặc biệt năm gần đây, thời tiết biến đổi khác thường, ảnh hưởng khí hậu khô hạn gió (bão, lụt, áp thấp nhiệt đới, hạn hán…) gây ảnh hưởng xấu đến suất nông nghiệp Do đó, Trường ĐH Quảng Bình Lê Ngọc Phong CĐ CNKT Điện-Điện tử K55 để hạn chế ảnh hưởng khí hậu việc ứng dụng mô hình nhà kính tự động nông nghiệp giải pháp có tính thực tiễn cao Việc áp dụng thiết bị giám sát tự động điều khiển môi trường nhà kính nhằm nâng cao chất lượng sản phẩm, giảm nhân công, giám sát môi trường tự động 24/7 đặc biệt tạo môi trường mà điều kiện tự nhiên không cho phép Giúp bà nông dân có hiểu biết ứng dụng khoa học - kỹ thuật vào sản xuất để phục vụ nông nghiệp củng phục vụ đời sống ngày Mục đích nghiên cứu Đề tài nghiên cứu, khảo sát thực với mục đích thiết kế thiết bị tự động giám sát điểu khiển môi trường nhà kính Xây dựng mô hình nhà kính tự động giúp tạo lập môi trường sinh thái theo ý muốn thuận lợi cho trồng sinh trưởng phát triển; kiểm soát tiểu khí hậu nhà kính công nghệ cao giám sát khí hậu nhà kính thông qua hệ thống cảm biến; công nghệ điện toán nhà kính điều khiển khí hậu nhà kính thông hệ thống cấu chấp hành phần mền quản lý Xây dựng hệ thống thiết bị nhà kính tự động giá thành thấp hiệu suất cao phù hợp với nông nghiêp Việt Nam Giới hạn đề tài Để thiết kế thiết bị tự động giám sát điều khiển môi trường nhà kính tự động đòi hỏi phải có lượng thời gian, kiến thức định, bên cạnh vấn đề tài Với lượng thời gian kiến thức có hạn, đề tài trung vào vấn  Thiết kế xây dựng hệ thống cảm biến tự động giám sát môi trường nhà kính: module cảm biến DHT11 BH1750;  Thiết kế xây dựng hệ thống cấu chấp hành tự động điều khiển môi trường nhà kính;  Thiết kế xây dựng mạch điện lập trình vi điều khiển STM32 cho thiết bị Sản phẩm khoa học đề tài Đề tài trình bày báo cáo khoa học [1] Đào Xuân Quy, Lê Ngọc Phong, Lê Văn Hùng, Từ Ngọc Thịnh Giám sát điều khiển môi trường nhà kính điện thoại smartphone Hội thảo khoa học Khoa Kỹ thuật-Công nghệ, Trường Đại học Quảng Bình, tháng 4, năm 2016 Trường ĐH Quảng Bình Lê Ngọc Phong CĐ CNKT Điện-Điện tử K55 Cấu trúc báo cáo Báo cáo trình bày sau: Chương 1: Tổng quan thiết bị nhà kính: + Giới thiệu nhà kính tự động; + Sơ đồ nguyên lý nhà kính tự động Chương 2: Xây dựng hệ thống cảm biến cấu chấp hành: + Các đặc điểm hệ thống cảm biến; + Các cấu chấp hành nhà kính tự động Chương 3: Xây dựng mạch điện lập trình vi điều khiển: + Xây dựng mạch điện chính; + Lập trình vi điều khiển; + Xây dựng quy tắc điều khiển tự động Chương 4: Kết luận + Một số hết luận hướng phát triển tương lại Trường ĐH Quảng Bình Lê Ngọc Phong CĐ CNKT Điện-Điện tử K55 B CƠ SỞ LÝ LUẬN Tình hình nước nước Ngoài nước Hiện nông nghiệp công nghệ cao áp dụng thành công nhiều nước giới Isarel, Hà Lan Đây nước tiếng với phát triển nông nghiệp vượt trội số lượng chất lượng Các nước phát triển phát triển ứng dụng rộng rãi mô hình nhà kính trồng rau, hoa quy mô tăng nhanh năm gần đây, nhà kính tương đối đại có dạng cấu trúc kết cấu khác nhau, phù hợp với điều kiện khí hậu, kinh tế môi nước Hình 1: Mô hình nông nghiệp công nghệ cao nước Trong nước Ở Việt Nam, số trung tâm nghiên cứu rau Đà Lạt, Hà Nội nhập mẫu nhà kính Pháp, Israel yêu cầu tính toán thiết kế nhà kính phải đảm bảo kiểm soát tối ưu yếu tố khí hậu, môi trường nhà kính để trồng sinh trưởng phát triển tốt Với 70% dân số làm nông nghiệp, Việt Nam ngành nông nghiệp ngành kinh tế mũi nhọn Đi với phát triển giới, nhà kính hay gọi nông nghiệp công nghệ cao bắt đầu xuất nước ta cuối kỷ XX đầu kỷ XXI Và nay, việc sản xuất rau loại hoa cao cấp công nghệ cao trở nên phổ biến nước ta, đặc biệt Đà Lạt nói riêng Lâm Đồng nói chung, vùng sản xuất rau hoa trọng điểm nước Rau sản xuất nhà kính mà môi trường điều chỉnh phù hợp, đồng thời ngăn côn trùng xâm nhập, tạo điều kiện tối ưu cho trồng mà tất yếu đạt suất cao phẩm chất tuyệt hảo [5-6] Trường ĐH Quảng Bình Lê Ngọc Phong CĐ CNKT Điện-Điện tử K55 Ý tưởng thiết kế Nghiên cứu xây dựng hệ thống cảm biến ánh sáng, nhiệt độ, độ ẩm cấu chấp hành quạt thông khí, mái che, bơm tưới cho mô hình nhà kính tụ động Thiết kế xây dựng phần cứng, phần mềm điều khiển cho thiết bị Phương pháp nghiên cứu Trong đề tài sử dụng phương pháp nghiên cứu:  Phương pháp tham khảo tài liệu: cách thu thập thông tin từ sách, tạp chí điện tử truy cập từ mạng internet;  Phương pháp quan sát: khảo sát số mạch cảm biến thực tế có thị trường tham khảo thêm số dạng mạch từ liệu tham khảo;  Phương pháp thực nghiệm: từ ý tưởng kết thực nghiệm, lắp ráp thử nghiệm nhiều dạng mạch khác để từ chọn lọc mạch điện tối ưu Trường ĐH Quảng Bình Lê Ngọc Phong CĐ CNKT Điện-Điện tử K55 CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ CÁC THIẾT NHÀ KÍNH 2.1 Giới thiệu nông nghiệp công nghệ cao "Là nông nghiệp áp dụng công nghệ vào sản xuất, bao gồm: công nghiệp hóa nông nghiệp (cơ giới hóa khâu trình sản xuất), tự động hóa, công nghệ thông tin, công nghệ vật liệu mới, công nghệ sinh học giống trồng, giống vật nuôi có suất chất lượng cao, đạt hiệu kinh tế cao đơn vị diện tích phát triển bền vững sở canh tác hữu cơ" Trong nông nghiệp, khái niệm "công nghệ cao" hình thành, sử dụng rộng rãi kết hợp ứng dụng công nghệ để nâng cao hiệu sản xuất nông nghiệp nhằm tạo bước đột phá suất, chất lượng hàng hóa, thỏa mãn nhu cầu ngày cao người, đặc biệt đảm bảo phát triển nông nghiệp bền vững (Hình 2) Hình 2: Mô hình nhà kính sản xuất Lựa chọn ứng dụng vào lĩnh vực sản xuất nông nghiệp hàng hoá công nghệ tiến giống, công nghệ canh tác, chăn nuôi tiên tiến, công nghệ tưới, công nghệ sau thu hoạch - bảo quản - chế biến Từng bước ứng dụng công nghệ thông tin vào quản lý, xây dựng thương hiệu xúc tiến thị trường Sản phẩm nông nghiệp công nghệ cao sản phẩm hàng hoá mang tính đặc trưng vùng sinh thái, đạt suất hiệu kinh tế cao đơn vị diện tích, có khả cạnh tranh cao chất lượng với sản phẩm loại thị trường nước giới, có điều kiện mở rộng quy mô sản xuất sản lượng hàng hoá có yêu cầu thị trường Trường ĐH Quảng Bình Lê Ngọc Phong CĐ CNKT Điện-Điện tử K55 Sản xuất nông nghiệp công nghệ cao tạo sản phẩm phải theo chu trình khép kín, sản xuất khắc phục yếu tố rủi ro tự nhiên hạn chế rủi ro thị trường Phát triển nông nghiệp công nghệ cao theo giai đoạn mức độ phát triển khác nhau, tuỳ tình hình cụ thể nơi, phải thể đặc trưng bản, tạo hiệu to lớn nhiều so với sản xuất bình thường 2.2 Giới thiệu nhà kính tự động Cùng với phát triển mạnh mẽ trình công nghiệp hóa đại hóa Nông nghiệp củng theo xu hướng ứng dụng khoa học công nghệ vào sản xuất, nuôi trồng Với yêu cầu ứng dụng khoa học kỹ thuật vào sản xuất, đặc biệt tự động hoá trình sản xuất vấn đề bách nhằm nâng cao chất lượng sản phẩm nông nghiệp, giảm công lao động, tiết kiệm lượng, hạ giá thành sản phẩm Một ứng dụng sản xuất phát triển mô hình nhà kính Nhà kính tự động phát minh quan trọng việc sản xuất nông nghiệp theo hướng nông nghiệp công nghệ cao, đặc biệt nhà kính tự động cho phép kiểm soát đầy đủ chặt chẽ hầu hết thông số trình sản xuất, kể việc sử dụng tối ưu đất canh tác sản lượng trồng thời vụ, nhà kính đáp ứng yêu cầu cho sinh trưởng phát triển tốt trồng (như nhiệt độ, ánh sáng, độ ẩm, khí carbonic, khí oxy…) chủ động kiểm soát sâu bệnh hại cho Do vậy, nhà kính tự động có vai trò quan trọng việc sản xuất rau, hoa cho suất hiệu kinh tế cao, ổn định, sản phẩm đạt tiêu chuẩn xuất sản xuất theo kiểu công nghiệp Ví dụ nhà kính tự động thiết bị nhà kính tự động (Hình 3) Hình 3: Hình ảnh nhà kính tự động 2.3 Sơ đồ mô hình nhà kính Mô hình nhà kính có cấu tạo (Hình 4) Trường ĐH Quảng Bình CĐ CNKT Điện-Điện tử K55 Lê Ngọc Phong Nhiệt độ Cảm biến Độ ẩm Ánh sáng Quạt thông khí Nhà kính tự động Cơ cấu chấp hành Bơm tưới Mái che Nguồn điện Lưới điện Năng lượng mặt trời Hình 4: Sơ đồ nhà kính tự động Hệ thống cảm biến: giá trị cường độ chiếu sáng, độ ẩm nhiệt độ dùng cảm biến ánh sáng cảm biến nhiệt độ, độ ẩm Hệ thống cấu chấp hành: quạt thông khí, bơm tưới, mái che Hệ thống cấp guồn: lưới điện lượng mặt trời 2.4 Kết luận Chúng trình bày tổng quan nhà kính tự động, hệ thống cấu chấp hành, hệ thống cảm biến hệ thống cấp nguồn Phần tiếp theo, thiết kế xây dựng hệ thống cảm biến cấu chấp hành, hệ thống cấp nguồn 10 Trường ĐH Quảng Bình Lê Ngọc Phong CĐ CNKT Điện-Điện tử K55 CHƯƠNG 2: XÂY DỰNG HỆ THỐNG CẢM BIẾN VÀ CƠ CẤU CHẤP HÀNH 2.1 Nguyên lý hoạt động giám sát điều khiển môi trường nhà kính Hệ thống hoạt động dựa nguyên lý: cảm biến cập nhật thông số môi trường thời gian thực; thông tin thông số môi trường gửi đến điều khiển trung tâm; dựa ràng buộc thông số môi trường hệ thống cấu chấp hành, điều khiển trung tâm tác động lên hệ thống cấu chấp hành nhằm ổn định lại thông số môi trường theo cài đặt (Hình 5) Hình 5: Nguyên lý hoạt động nhà kính tự động Hệ thống hoạt động chế độ tự động tay thông qua giao diện điện thoại smartphone hình LCD (Hình 6) Hình 6: Hiển thị điều khiển thông số môi trường 11 Trường ĐH Quảng Bình Lê Ngọc Phong CĐ CNKT Điện-Điện tử K55 2.2 Hệ thống cảm biến Hệ thống cảm biến: gồm nhiều cảm biến để đo nhiệt độ, độ ẩm cường độ ánh sáng Trong đó, cảm biến gồm: cảm biến nhiệt độ độ ẩm DHT11; cảm biến ánh sáng BH1750 Hệ thống cảm biến có nhiệm vụ cập nhật thông số môi trường theo thời gian thực gửi đến điều khiển trung tâm a Cảm biến nhiệt độ độ ẩm DHT11 Hình 7: Module DHT11 Là cảm biến có giá thành thấp thích hợp cho ứng dụng thu thập liệu Cảm biến DHT11 có phần, cảm biến độ ẩm điện dung điện trở nhiệt Dữ liệu ngõ cảm biến DHT11 dạng số, dùng vi điều khiển để lấy liệu Dữ liệu độ ẩm mà cảm biến đo mức từ 20% ~ 90% Nhiệt độ đo từ ~ 50 Độ C, thời gian trả liệu < 50ms + Các thông số kỹ thuật Nguồn: -> VDC  Dòng sử dụng: 2.5mA max (khi truyền liệu)  Đo tốt độ ẩm 2080%RH với sai số 5%  Đo tốt nhiệt độ to 50°C sai số ±2°C  Tần số lấy mẫu tối đa 1Hz (1 giây lần)  Kích thước 15mm x 12mm x 5.5mm  chân, khoảng cách chân 0.1'' b Cảm biến ánh sáng BH1750 Hình 9: Module BH1750 BH1750 cảm biến ánh sáng kỹ thuật số Gồm linh kiện điện tử IC cảm biến ánh sáng cho giao tiếp I2C IC thích hợp để nhận diện liệu ánh sáng xung quanh cho việc điều chỉnh hình LCD bàn phím đèn sức 12 Trường ĐH Quảng Bình Lê Ngọc Phong CĐ CNKT Điện-Điện tử K55 mạnh điện thoại di động Nó phát nhiều độ phân giải cao (1-65535 lx) Module BH1750 có ưu điểm sau:  Chuyển từ tín hiệu ánh sáng sang kỹ thuật số  Nhận tín hiệu phạm vi rộng với độ phân giải cao: từ 1-65535lx  Tiêu thụ điện thấp nhờ tính tự ngắt  Tính giảm nhiễu ánh sáng 50Hz/60Hz  Giao diện I2C bus  Không yêu cầu phụ kiện bổ sung  Có thể lựa chọn kiểu I2C slave-address  Có thể phát thấp nhấp 0.11lx, tối đa 100000lx sử dụng tính Thông số:  Kích thước: 13.9mm X 18.5mm  Nguồn: - 5V  Khoảng đo: 1- 65535 lux  Bộ chuyển đổi AD 16bit  Chip ROHM sử dụng BH1750FVI c Thiết kế cảm biến Hệ thống cảm biến có nhiệm vụ cập nhật thông số môi trường theo thời gian thực gửi đến điều khiển trung tâm Sơ đồ mạch cho hệ thống cảm biến: DHT11 BH1750 trình bày Hình 10: module DHT11, module BH1750, linh kiện MAX485 STM85 Sử dụng cảm biến ánh sáng module BH1750 (đo ánh sáng 1– 65535 lux), cảm biến nhiệt độ - độ ẩm module DHT11 (đo độ ẩm 20%-95%, nhiệt độ 0-50oC, sai số độ ẩm ±5%, sai số nhiệt độ ±2ºC) 13 Trường ĐH Quảng Bình Lê Ngọc Phong CĐ CNKT Điện-Điện tử K55 Hình 10: Sơ đồ mạch cho cảm biến Mô tả linh kiện Hình 10 trình bày Bản vẽ mạch sơ đồ bố chí linh kiện trình bày hình Hình 11 Hình 12 Hình 11: Bản vẽ linh kiện 14 Trường ĐH Quảng Bình Lê Ngọc Phong CĐ CNKT Điện-Điện tử K55 Hình 12: Sơ đồ bố trí linh kiện 3D 2.3 Hệ thống cấu chấp hành a Hệ thống quạt thông khí Các quạt phân bố vách tường hai cạnh mô hình Hoạt động hệ thống thông khí tác động trực tiếp đến nhiệt độ độ ẩm, môi trường không thỏa mãn yêu cầu nhiệt độ, độ ẩm, ánh sáng, hệ thống thông khí sẻ hoạt động để ổn định lại môi trường Hình 13: Quạt thông khí b Hệ thống bơm tưới - Hoạt động hệ thống tưới: môi trường không thỏa mãn yêu cầu nhiệt độ, độ ẩm ánh sáng, hệ thống tưới hoạt động để ổn định lại môi trường C c q u t đ ợ c p h â Hình 14: Hệ thống tưới tự động 15 Trường ĐH Quảng Bình Lê Ngọc Phong CĐ CNKT Điện-Điện tử K55 c Hệ thống mái che Hệ thống mái che có nhiệm vụ ngăn tia tử ngoại từ ánh sáng mặt trời Hoạt động hệ thống mái che: Khi môi trường không thỏa mãn yêu cầu nhiệt độ ánh sáng hệ thống mái che sẻ hoạt động ổn định lại môi trường Hình 15: Hệ thống mái che 2.4 Hệ thống cấp nguồn a Nguồn từ lưới điện b Nguồn lượng mặt trời Hình 16: Hệ thống cấp nguồn Nguồn lượng mô hình gồm nguồn từ lưới điện, nguồn lượng có khả tái tạo: lượng mặt trời Chú ý, nguồn mắc song song chuyển nguồn thông qua khóa đóng mở nguồn điện Cấp nguồn theo nguyên lý ưu tiên lượng đến lưới điện nhằm tiết kiệm chi phí 2.5 Kết luận Trong phần này, thiết kế xây dựng hệ thống cảm biến: module cảm biến mạch điện cho cảm biến; hệ thống cấu chấp hành nguồn điện 16 Trường ĐH Quảng Bình Lê Ngọc Phong CĐ CNKT Điện-Điện tử K55 cung cấp cho hệ thống Trong phần tiếp theo, xây dựng mạch điện chính, lập trình vi điều khiển phần mềm điều khiển hệ thống CHƯƠNG 3: XÂY DỰNG MẠCH ĐIỆN CHÍNH VÀ LẬP TRÌNH VI ĐIỀU KHIỂN 3.1 Sơ đồ hoạt động Hệ thống hoạt động theo sơ đồ Hình 17: hệ thống cảm biến cập nhật thông số môi trường, thông số môi trường gửi đến vi điều khiển, dựa thông số môi trường vi điều khiển tác động lên hệ thống cấu chấp hành Hình 17: Sơ đồ hoạt động hệ thống 3.2 Mạch điện vi điều khiển Mạch điện chính: Mạch điện (Hình 18, 19 20): gồm linh kiện điện tử cổng kết nối với hệ thống cảm biến, hệ thống cấu chấp hành, hình LCD keypad module truyền\nhận wifi ESP8266 17 Trường ĐH Quảng Bình Lê Ngọc Phong CĐ CNKT Điện-Điện tử K55 Hình 18: Linh kiện mạch điện Hình 19: Mạch điện 18 Trường ĐH Quảng Bình Lê Ngọc Phong CĐ CNKT Điện-Điện tử K55 Hình 20: Mạch điện 3D Vi điều khiển Vi điều khiển STM32 họ vi điều khiển 32 bit hãng TexasInstrument Hình 21: Vi điều khiển STM32 Bộ điều khiển trung tâm với lõi vi điều khiển STM32 (Hình 21) có nhiệm vụ nhận thông tin từ hệ thống cảm biến, hiển thị giao diện điện thoại thông minh hình LCD; nhận lệnh từ nút bấm (điều khiển thông qua hình LCD) từ module truyền\nhận ESP8266 (điều khiển thông qua điện thoại thông minh) để tác động lên hệ thống cấu chấp hành Bộ điều khiển trung tâm điều khiển hệ thống cấu chấp hành theo hai chế độ: tự động tay 19 Trường ĐH Quảng Bình Lê Ngọc Phong CĐ CNKT Điện-Điện tử K55 Hình 22: Sơ đồ chân I/O kết nối với hệ thống cảm biến, hệ thống cấu chấp hành, giao diện hình LCD nút bấm, module truyền\nhận ESP8266 3.3 Chế độ tự động tay Chế độ tự động Mô hình hoạt động theo chế độ tự động lập trình sẵn: bật tắt quạt thông khí động bơm nước theo nhiệt độ độ ẩm cài đặt; đóng mở mái che theo ánh sáng nhiệt độ môi trường Khi chế độ chạy tự động, hệ thống tuân theo quy tắc ràng buộc điều kiện môi trường trạng thái thiết bị Các điều kiện môi trường xếp độ ưu tiên giảm dần theo thứ tự sau: nhiệt độ > độ ẩm>ánh sáng (tức độ ưu tiên xử lý theo điều kiện nhiệt độ lớn theo điều kiện độ ẩm) 20 Trường ĐH Quảng Bình Lê Ngọc Phong CĐ CNKT Điện-Điện tử K55 Hình 23: Sơ đồ điều khiển, T: nhiệt độ, H: độ ẩm, L: ánh sáng Chế độ tay Khi hệ thống chế độ điều khiền tay (tắt chế độ tự động) người dùng tự bật tắt thiết bị theo ý muốn thông qua giao diện LCD điện thoại thông minh 21 Trường ĐH Quảng Bình Lê Ngọc Phong CĐ CNKT Điện-Điện tử K55 3.4 Giao diện điều khiển Có thể điều khiển hệ thống cấu chấp hành thông qua hình LCD Các thông tin thị gồm có: thông tin điều khiển môi trường lấy từ cảm biến (nhiệt độ, độ ẩm, ánh sáng) Thông tin trạng thái thiết bị: (quat, gió: bật/tắt, mái che: đóng/mở) Người dùng điều khiển thông qua điện thoại thông minh kết nối wifi Một ứng dụng điện thoại thông minh có nhiệm vụ kết nối với wifi hệ thống, hiển thị thông số nhiệt độ, độ ẩm mô hình, thu thập điều chỉnh, cài đặt người dùng để gữi tới mô hình, điều khiển mô hình sẻ nhận lệnh gữi từ smartphone người dùng thực Mô hình cho phép người dùng cấu hình thông số để phù hợp với điều kiện sử dụng 3.5 Kết luận Chúng xây dựng mạch điện lập trình vi điều khiển để tự động giám sát điều khiển môi trường nhà kính Ở chế độ tự động, trình bày mối quan hệ ràng buộc thông số môi trường trạng thái cấu chấp hành 22 Trường ĐH Quảng Bình Lê Ngọc Phong CĐ CNKT Điện-Điện tử K55 CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN Mô hình nhà kính tự động ứng dụng công nghệ thông tin, kỹ thuật điện-điện tử vào kỹ thuật nông nghiệp Mô hình nhằm giúp người dân tự động giám sát điều khiển thông số môi trường nhà kính thông qua vi điều khiển STM32 với giao diện hình LCD điện thoại thông minh Trong đó, thông số môi trường: nhiệt độ, độ ẩm ánh sáng tự động giám sát thông qua module cảm biến DHT11 BH1750 Dựa mối quan hệ thông số môi trường cấu chấp hành lập trình sẵn, vi điều khiển tác động vào hệ thống cấu chấp hành nhằm tự động điều khiển thông số môi trường Chúng xây dựng mộ hệ thống quản lý môi trường nhà kính với giá thành thấp hiệu suất cao phù hợp với sản xuất nông nghiệp Hơn nữa, nhà kính tự động có khả tạo lập môi trường giả lập mà điều kiện tự nhiên không cho phép, giúp người dân chủ động nuôi trồng loại trồng mà điều kiện tự nhiên không cho phép, đồng thời giúp trồng tăng suất, nâng cao chất lượng sản phẩm Trong tương lai, tiếp tục phát triển hệ thống cảm biến hệ thống cấu chấp hành kết nối với mạch thông qua wifi Hệ thống cảm biến cập nhật thêm thông số CO2, độ ẩm đất, độ pH… hệ thống cấu chấp hành thiết kế thêm hệ thống chiếu sáng Phần cứng mạch điện phần mềm phát triển thêm cách tối ưu nhiều chức 23 Trường ĐH Quảng Bình Lê Ngọc Phong CĐ CNKT Điện-Điện tử K55 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] A Kumar, A Singh, I Singh and S Sud, "Prototype greenhouse environment monitoring system," in International Multiconference of Engineers and Computer Scientists, Hong Kong, 2010 [2] T Ahonen, R Virrankoski and M Elmusrati, "Greenhouse monitoring with wireless sensor network," in Mechtronic and Embedded Systems and Applications, 2008 MESA 2008 IEEE/ASME International Conference on, 2008 [3] N Wang, N Zhang and M Wang, "Wireless sensors in agriculture and food industry—Recent development and future perspective," Computers and electronics in agriculture, vol 50, pp 1-14, 2006 [4] D.-H Park, B.-J Kang, K.-R Cho, C.-S Shin, S.-E Cho, J.-W Park and W.-M Yang, "A study on greenhouse automatic control system based on wireless sensor network," Wireless Personal Communications, vol 56, no 1, pp 117 130, 2011 [5] T D Ngo and T H Nguyen, "Design and manufacturing of automated greenhouse misting control system for vegetables during nursery stage.," Journal of Sci & Devel., vol 11, no 3, pp 397-410, 2013 [6] V L Nguyen and T D Ngo, "Design and manufacture signal processing modules to measure temperature, relative humidity and light intensity for the control systems in a vegetable net house," Journal of Sci & Devel., vol 9, no 1, pp 120-130, 2011 24 ... kiểu công nghiệp Ví dụ nhà kính tự động thiết bị nhà kính tự động (Hình 3) Hình 3: Hình ảnh nhà kính tự động 2.3 Sơ đồ mô hình nhà kính Mô hình nhà kính có cấu tạo (Hình 4) Trường ĐH Quảng Bình... dụng thiết bị giám sát tự động điều khiển môi trường nhà kính nhằm nâng cao chất lượng sản phẩm, giảm nhân công, giám sát môi trường tự động 24/7 đặc biệt tạo môi trường mà điều kiện tự nhiên không... trung vào vấn  Thiết kế xây dựng hệ thống cảm biến tự động giám sát môi trường nhà kính: module cảm biến DHT11 BH1750;  Thiết kế xây dựng hệ thống cấu chấp hành tự động điều khiển môi trường nhà