Luận văn tốt nghiệp Hệ thống tưới tiêu tự động (sử dụng esp32 tương tác bằng wifi)

TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THƠNG VẬN TẢI TP HỒ CHÍ MINH KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP HỆ THỐNG TƯỚI TIÊU THÔNG MINH Ngành: KỸ THUẬT ĐIỆN – ĐIỆN TỬ Chuyên ngành: ĐIỆN CÔNG NGHIỆP Giảng viên hướng dẫn :TRẦN THANH VŨ Sinh viên thực :LÊ TRẦN MINH NHẬT NGUYỄN TẤN ĐẠT MSSV: 1451030041 Lớp: DC14 1451030015 TP Hồ Chí Minh, 29 tháng 12 năm 2018 LỜI MỞ ĐẦU Từ trước tới nơng nghiệp lĩnh vực áp dụng công nghệ Đặc biệt quốc gia phát triển chậm phát triển, nông nghiệp gần phụ thuộc vào kinh nghiệm canh tác người nơng dân tính mùa vụ trồng, thời tiết,… Chính vậy, suất hiệu suất canh tác gần để ngỏ, mang tính “may, rủi” Trong đó, trước thách thức biến đổi khí hậu, gia tăng dân số nhanh chóng, vấn đề đảm bảo đủ lương thực, thực phẩm thách thức mang tính tồn cầu Và nhu cầu tự trồng, tự chăm sóc đảm bảo có thực phẩm xu hướng cư dân thành thị hay khu đô thị Ngành nơng nghiệp phải tìm kiếm phương thức tốt để gia tăng hiệu sản xuất Do cơng nghệ cần áp dụng vào nơng nghiệp nhiều Do đó, sinh viên ngành Điện – Điện Tử Viễn Thông, cần nắm bắt phát triển không ngừng khoa học - kĩ thuật, tiến công nghệ ý tưởng lạ để ứng dụng vào sống hiệu hơn, bên cạnh sâu xa thúc đẩy phát triển nông nghiệp nước nhà nói chung nơng nghiệp tiểu canh hộ gia đình, khu thị nói riêng, nắm bắt với xu phát triển đó, em chọn đề tài “Hệ thống tưới tiêu thơng minh” (Mơ hình hệ thống tự động chăm sóc trồng, tưới tiêu thông minh, giám sát trồng từ xa điều khiển thông qua smart phone” ) để làm đề tài cho đồ án tốt nghiệp đại học sinh viên Tp Hồ Chí Minh, Ngày… Tháng….Năm 2018 Sinh viên thực Lê Trần Minh Nhật Nguyễn Tấn Đạt LỜI CÁM ƠN Qua năm tháng học tập rèn luyện Trường Đại Học Giao Thông Vận Tải thành phố Hồ Chí Minh, nhận bảo giảng dạy nhiệt tình q thầy khoa Điện- Điện Tử Viễn Thơng, khoa mà em gắn bó suốt năm qua, truyền đạt cho em kiến thức vô quý báu lý thuyết thực tiễn suốt thời gian học giảng đường Cùng với nỗ lực thân với tìm tòi nghiên cứu tài liệu có giúp đỡ dù hay nhiều, dù trực tiếp hay gián tiếp người khác góp phần giúp em hoàn thành đồ án tốt nghiệp đại học Từ kết đạt này, em xin chân thành cảm ơn: Thầy giảng viên hướng dẫn Trần Thanh Vũ hướng dẫn góp ý kiến quý báu giúp em hoàn thành đồ án tốt nghiệp đại học với thầy, khoa Điện- Điện Tử Viễn Thông, Trường Đại Học Giao Thông Vận Tải thành phố Hồ Chí Minh nhiệt tình giảng dạy truyền đạt kiến thức quý báu, quan trọng cần thiết cho em suốt trình học tập trường Do kiến thức hạn hẹp nên khơng tránh khỏi sai sót cách xây dựng thực đồ án tốt nghiệp đại học Em mong nhận thông cảm đóng góp ý kiến q thầy để em tiếp thu thêm để làm cho đồ án tốt nghiệp đại học em đạt kết tốt Em xin chân thành cảm ơn! LỜI CAM ĐOAN Họ tên sinh viên thực hiện: Lê Trần Minh Nhật 1451030041 Nguyễn Tấn Đạt 1451030015 Lớp DC14 Chuyên ngành: Điện Công Nghiệp – Khoa Điện – Điện tử viễn thông, Trường Đại Học Giao Thông Vận Tải Thành Phố Hồ Chí Minh Nhóm em xin cam đoan đề tài luận văn tốt nghiệp “Hệ thống tưới tiêu tự động” TS.Trần Thanh Vũ hướng dẫn dự án nghiên cứu nhóm em thực Tất tài liệu vật tư sử dụng có nguồn gốc xuất xứ rõ ràng Nếu có gian lận nhóm em xin chịu hồn tồn trách nhiệm trước Hội Đồng, kết luận văn nhóm Tp.HCM ngày tháng năm 2018 Sinh viên thực Lê Trần Minh Nhật Nguyễn Tấn Đạt NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN  Tp HCM, ngày… tháng… năm 2018 Giảng viên hướng dẫn NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN  Tp HCM, ngày… tháng… năm 2018 Giảng viên phản biện NHẬN XÉT CỦA HỘI ĐỒNG BẢO VỆ  Tp HCM, ngày… tháng… năm 2018 Giảng viên hội đồng phản biện MỤC LỤC MỤC LỤC HÌNH ẢNH MỤC LỤC BẢNG LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP GVHD:TRẦN THANH VŨ CHƯƠNG I: MỞ ĐẦU 1.1 Đặt vấn đề Nông nghiệp nước ta lĩnh vực áp dụng cơng nghệ Nơng nghiệp gần phụ thuộc vào kinh nghiệm người nơng dân, giống trồng, thời tiết,… nên suất phụ thuộc nhiều vào yếu tố trên, khiến sản lượng không cao, tốn nhiều nhân cơng, chất lượng mà bị thun giảm Và có số cá nhân, tổ chức lợi dụng khó khăn để vụ lợi hình thức sử dụng loại thuốc tăng trưởng, thúc đẩy, rút ngắn thời gian canh tác vào loại trồng gây ảnh hưởng sức khỏe cộng đồng Đây vấn đề nhức nhối xã hội Trong đó, trước thách thức biến đổi khí hậu, gia tăng dân số nhanh chóng, vấn đề đảm bảo đủ lương thực, thực phẩm thiết yếu thách thức mang tính tồn cầu Ngành nơng nghiệp phải tìm kiếm phương thức tốt để gia tăng hiệu sản xuất Cách áp dụng cơng nghệ vào hoạt động sản xuất, canh tác Trong bối cảnh ngày xã hội lo ngại chất lượng an toàn thực phẩm Điều then chốt việc giải lo ngại góp phần thúc đẩy nâng cao chất lượng, sản lượng sản phẩm nông nghiệp, việc nâng cao tính minh bạch, chuyên nghiệp, khoa học chuỗi sản xuất nơng nghiệp IoT đóng vai trò lớn việc giúp minh bạch chuyên nghiệp trở nên đáng tin cậy Hình Minh hoạ IoT nông nghiệp ĐỒ ÁN TƯỚI TIÊU THÔNG MINH Trang LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP GVHD:TRẦN THANH VŨ Chính vậy, người tiêu dùng sản phẩm nông nghiệp nên chờ mong vào ứng dụng IoT việc đưa ứng dụng IoT vào ngành nông nghiệp giúp minh chứng rõ cho việc IoT đem lại hiệu to lớn Đó lý mà nơng nghiệp lĩnh vực quan tâm đầu tư nhiều startup lựa chọn để gọi vốn 1.2 Mục đích nghiên cứu Mục đích tổng thể nghiên cứu: thiết kế, xây dựng mơ hình vườn giám sát điều kiện mơi trường trồng, tự động bơm tưới thông minh, điều khiển từ xa thông qua Smart Phone phù hợp với trồng nhà khu đô thị hay khu vườn quy mô vừa nhỏ Với mục tiêu cụ thể: - Tự động: hệ thống vườn điều khiển bơm tưới thơng minh có chức tự động, giảm thiểu tối đá sức ảnh hưởng từ sức lao động - Năng suất, hiệu quả: có suất cao, hiệu lớn, chăm sóc theo nhu cầu trồng dựa yếu tố môi trường trồng nhiệt độ, độ ẩm hay độ ẩm đất - Tiết kiệm thời gian: Giảm thiểu tối đa công sức thời gian chăm sóc cho người - Kinh tế: Mơ hình vườn thông minh thiết kế với phận, linh kiện công nghệ tối giản nhằm vừa đáp ứng yêu cầu vừa tiết kiệm chi phí để cho mơ hình vừa có hiệu vừa khơng gây tốn kinh tế - An toàn: trồng hoàn toàn nhờ dinh dưỡng từ chất hữu có từ đất, khơng có loại thuốc hay phân bón - Chủ động: người trồng chủ động thời gian, trồng, chăm sóc, giám sát lúc nơi Phương pháp nghiên cứu: ĐỒ ÁN TƯỚI TIÊU THÔNG MINH Trang LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP GVHD:TRẦN THANH VŨ Nhóm tiến hành phương pháp nghiên cứu dựa tảng có sẵn theo bước sơ đồ sau: Hình Phương pháp nghiên cứu BƯỚC 1: Đặt vấn đề Mục tiêu giới hạn đề tài Các bước thực BƯỚC 2: Thiết kế có phần chính: a Thiết kế phần cứng - Thiết kế mạch điều khiển - Thiết kế mạch động lực - Chọn linh kiện, thiết bị, tủ, b Thiết kế phần mềm BƯỚC 3: Thi cơng mơ hình thực tế, kết nối dựa thiết kế phần trước BƯỚC 4: Vận hành mơ hình hồn chỉnh Kiểm tra tính ổn định chỉnh sửa thông số cho phù hợp CHƯƠNG II: TỔNG QUAN LÍ THUYẾT ĐỒ ÁN TƯỚI TIÊU THÔNG MINH Trang 10 LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP GVHD:TRẦN THANH VŨ • Bước 4: Chúng ta tiếp tục tạo thêm nút bấm để thực điều khiển bơm, đèn quạt từ xa Hình 48 Tạo nút nhấn Blynk Tương tự với nút nhấn Quạt Đèn ĐỒ ÁN TƯỚI TIÊU THÔNG MINH Trang 69 LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP GVHD:TRẦN THANH VŨ • Bước 5: Lấy Auth Tokens Hình 49 Lấy Auth Tokens từ blynk - Auth Tokens địa chương trình Blynk tạo - Sử dụng mã Auth Tokens: char auth[ ] = "mã auth tokens"; Kết ta nhận sau hoàn thành tất bước ĐỒ ÁN TƯỚI TIÊU THÔNG MINH Trang 70 LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP GVHD:TRẦN THANH VŨ Hình 50 Hồn thiện số Blynk ĐỒ ÁN TƯỚI TIÊU THÔNG MINH Trang 71 LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP GVHD:TRẦN THANH VŨ Chương IV PHỤ LỤC CHÚ THÍCH CODE //Các thư viện cần thiết ESP32 wifi, hiển thị #include #include "DHTesp.h" #include #include #include #include #include #include #include #define BLYNK_PRINT Serial LiquidCrystal_I2C lcd(0x27, 16, 2); DHTesp dht; WiFiClient client; //Tên mật wifi const char* ssid = "wifi free; const char* password = "3dh@gtvt"; //Mã kết nối với Blynk char auth[] = "2bc9c2e8713f4123ae2683a9b473673e"; ĐỒ ÁN TƯỚI TIÊU THÔNG MINH LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP GVHD:TRẦN THANH VŨ //Key kênh hiển thị kênh giám sát ThingSpeak const int channelID = 631051; String writeAPIKey = "Q0VFDF5AHAFJ0U5P"; const char* server = "api.thingspeak.com"; const int postingInterval = * 1000; //Các chân xuất tín hiệu relay const int relay1 = 25; const int relay2 = 26; const int relay3 = 23; WiFiUDP ntpUDP; NTPClient timeClient(ntpUDP); //Lấy từ wifi tách chuỗi để sử dụng String formattedDate; String dayStamp; String timeStamp; char a[5],b[5],c[5]; char a1[20],b1[5],c1[5]; int hour,min; int str_len=0;} void setup() { ĐỒ ÁN TƯỚI TIÊU THƠNG MINH LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP //Chân nhận tín hiệu cảm biến DHT dht.setup(27); //Trạng thái ban đầu relay pinMode (relay1, OUTPUT); digitalWrite (relay1, HIGH); pinMode (relay2, OUTPUT); digitalWrite (relay2, HIGH); pinMode (relay3, OUTPUT); digitalWrite (relay3, HIGH); //Xuất thơng tin hình hiển thị lcd.begin(); lcd.backlight(); lcd.clear(); lcd.setCursor(0,0); lcd.print("DH GTVT TPHCM"); lcd.setCursor(0,1); lcd.print("LOP DC14"); delay(3000); lcd.clear(); ĐỒ ÁN TƯỚI TIÊU THÔNG MINH GVHD:TRẦN THANH VŨ LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP GVHD:TRẦN THANH VŨ //Kết nối wifi thơng báo trạng thái hình hiển thị WiFi.begin(ssid, password); while (WiFi.status() != WL_CONNECTED) { delay(1000); lcd.setCursor(0,0); lcd.print("Connecting WiFi."); delay(3000); } lcd.clear(); lcd.setCursor(0,0); lcd.print("Connected Wifi"); delay(1000); lcd.clear(); //Các lệnh để lấy từ wifi, múi timeClient.begin(); timeClient.setTimeOffset(25200);//+GMT timer = timerBegin(0, 80, true); timerAttachInterrupt(timer, &onTimer, true); timerAlarmWrite(timer, 1000000, true); timerAlarmEnable(timer); ĐỒ ÁN TƯỚI TIÊU THÔNG MINH LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP GVHD:TRẦN THANH VŨ //Kết nối với ứng dụng điện thoại Blynk { Blynk.begin(auth, ssid, password); lcd.clear(); lcd.setCursor(0,0); lcd.print("ConnectingBlynk"); } } void getTimeStamp() { while(!timeClient.update()) { timeClient.forceUpdate(); } formattedDate = timeClient.getFormattedDate(); int splitT = formattedDate.indexOf("T"); dayStamp = formattedDate.substring(0, splitT); timeStamp = formattedDate.substring(splitT+1,formattedDate.length()1); } void time() {str_len = timeStamp.length() + 1; ĐỒ ÁN TƯỚI TIÊU THÔNG MINH LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP GVHD:TRẦN THANH VŨ timeStamp.toCharArray(a1, str_len); strncpy(a,a1,2); strncpy(b,a1+3,2); hour = atoi(a); = atoi(b); } void loop() { getTimeStamp(); //Đọc tín hiệu từ cảm biến chuyển đổi int humi = analogRead(A0); int doam = map(humi, 4095, 1900, 0, 100); float nhietdo = dht.getTemperature(); float doamkhongkhi = dht.getHumidity(); int lumen = analogRead(A4); int anhsang = map(lumen, 4095, 0, 0, 100); time(); //Update thơng số đo lên hình Blynk Blynk.virtualWrite(V0, doam); Blynk.virtualWrite(V1, nhietdo); Blynk.virtualWrite(V2, anhsang); ĐỒ ÁN TƯỚI TIÊU THÔNG MINH LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP GVHD:TRẦN THANH VŨ if (client.connect(server, 80)) {long rssi = WiFi.RSSI(); body = "field1="; body += String(anhsang); body += "&field2="; body += String(doam); body += "&field3="; body += String(nhietdo); body += "&field4="; body += String(doamkhongkhi); client.print("POST /update HTTP/1.1\n"); client.print("Host: api.thingspeak.com\n"); client.print("Connection: close\n"); client.print("X-THINGSPEAKAPIKEY: " + writeAPIKey + "\n"); client.print("Content-Type: application/x-www-form-urlencoded\n"); client.print("Content-Length: "); client.print(body.length()); client.print("\n\n"); client.print(body); client.print("\n\n"); } ĐỒ ÁN TƯỚI TIÊU THÔNG MINH LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP client.stop(); {Blynk.run(); } lcd.clear(); lcd.setCursor(0,0); lcd.print("DA:"); lcd.setCursor(6,0); lcd.print("%"); lcd.setCursor(8,0); lcd.print("ND:"); lcd.setCursor(15,0); lcd.print("C"); lcd.setCursor(0,1); lcd.print("AS:"); lcd.setCursor(6,1); lcd.print("%"); lcd.setCursor(3,0); lcd.print(doam); lcd.setCursor(11,0); lcd.print(nhietdo); lcd.setCursor(3,1); lcd.print(anhsang); ĐỒ ÁN TƯỚI TIÊU THÔNG MINH GVHD:TRẦN THANH VŨ LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP lcd.setCursor(8,1); lcd.print(hour); lcd.setCursor(10,1); lcd.print(":"); lcd.setCursor(11,1); lcd.print(min); delay(1000); //Cho phép hoạt động từ đến 18 if (( hour > 6) && ( hour < 18)) { if (doam < 40) {digitalWrite (relay1,LOW);} if (doam > 60) {digitalWrite (relay1,HIGH);} if (nhietdo < 20) { digitalWrite (relay3, HIGH);} if (nhietdo > 25) {digitalWrite (relay3, LOW);} if (anhsang < 20) { digitalWrite (relay2, LOW;} ĐỒ ÁN TƯỚI TIÊU THÔNG MINH GVHD:TRẦN THANH VŨ LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP GVHD:TRẦN THANH VŨ if(anhsang > 90) { digitalWrite (relay2, HIGH);} } else {digitalWrite (relay3, HIGH); digitalWrite (relay2, HIGH); digitalWrite (relay1, HIGH); } } KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC Sau vận hành, hiệu chỉnh • Input - Các thông số cảm biến: nhiệt độ, độ ẩm, độ ẩm đất - Nút nhấn: điều khiển bơm, đèn, quạt • Output - Relay điều khiển bơm - Relay điều khiển đèn - Relay điều khiển quạt - Thông tin điều khiển cần hiển thị lên điện thoại + bật bơm + bật đèn - Hệ thống điều khiển manual - Dữ liệu cần hiển thị LCD - Dữ liệu cần lưu trữ server ĐỒ ÁN TƯỚI TIÊU THÔNG MINH LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP GVHD:TRẦN THANH VŨ Kết cuối đề tài: - Xây dựng mơ hình hoạt động tay - Xây dựng mơ hình hệ thống online tự động bơm tưới nước, bật đèn, quạt - Wed server Thingspeak: hiển thị lưu trữ thông tin - Ứng dụng Blynk: + Đọc hiển thị toàn liệu từ cảm biến trạng thái bơm,đèn + Điều khiển từ xa Đèn Bơm + Gửi thông báo hệ thống offline đèn bơm bật KẾT LUẬN Hướng tích cực Như mục tiêu xây dựng “Hệ thống tưới tiêu thông minh” hoàn thành hầu hết chức năng: - Theo dõi, hiển thị điều kiện môi trường trồng - Tự động điều khiển thông minh bơm, đèn, quạt - Có thể điều khiển thơng qua smart phone Đề tài góp phần nhỏ vào hướng lựa chọn phát triển mơ hình nơng nghiệp mini khu thị hay gia đình, góp phần cung cấp nguồn lương thực tự trồng chăm sóc đảm bảo an tồn chất lượng thực phẩm Khơng mơ hình đưa nhằm tiết kiệm kinh tế, thời gian công sức Phát triển Sau trình tìm hiểu, nghiên cứu xây dựng mơ hình mơ hình nhóm kiến thức hạn hẹp nên số ứng dụng phát triển cho mơ hình hồn thiện hơn: - Giám sát trình sinh trưởng camera ĐỒ ÁN TƯỚI TIÊU THÔNG MINH LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP GVHD:TRẦN THANH VŨ - Kiểm tra thường xuyên độ dinh dưỡng đất, độ pH đất - Tăng giảm ngưỡng độ ẩm, nhiệt độ phù hợp với loại trồng -… TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] [2] [3] [4] [5] http://hocarm.org http://arduino.vn https://en.wikipedia.org http://www.instructables.com https://learn.adafruit.com ĐỒ ÁN TƯỚI TIÊU THÔNG MINH ... sử dụng để giám sát kiểm sốt hệ thống khí, điện điện tử sử dụng nhiều loại hình tòa nhà (ví dụ, công cộng tư nhân, công nghiệp, tổ chức, nhà ở) Hệ thống tự động hóa, tòa nhà tự động hóa hệ thống, ... cụ phát triển ESP32 phát triển hơn, dễ sử dụng ĐỒ ÁN TƯỚI TIÊU THÔNG MINH Trang 22 LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP GVHD:TRẦN THANH VŨ Hình Ứng dụng Esp 2.2.2 Tổng quan ESP32 ESP32 loạt hệ thống lượng thấp,... Sử dụng thiết bị cơng nghiệp • Các mơ-đun Moduino X series X1 X2 TECHBASE máy tính dựa ESP32- WROVER / ESP32- WROVER-B để tự động hóa giám sát ĐỒ ÁN TƯỚI TIÊU THÔNG MINH Trang 26 LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP