Thiết kế và thi công hệ thống chăm sóc vườn lan sử dụng năng lượng mặt trời

BỘ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH - ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ TRUYỀN THÔNG ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG HỆ THỐNG CHĂM SÓC VƯỜN LAN SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI GVHD : ThS Võ Đức Dũng SVTH1 : Hàn Văn Hải MSSV : 13141078 Tp Hồ Chí Minh - 01/2019 NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP TRƯỜNG ĐH SƯ PHẠM KỸ THUẬT CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TP HỒ CHÍ MINH ĐỘC LẬP - TỰ DO - HẠNH PHÚC KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP Y SINH Tp HCM, ngày 07 tháng 01 năm 2019 NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên: Hàn Văn Hải MSSV: 13141078 Chuyên ngành: Điện tử công nghiệp Mã ngành: 141 Hệ đào tạo: Đại học quy Mã hệ: Khóa: 2013 Lớp: 13141DT3A I TÊN ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG HỆ THỐNG CHĂM SÓC VƯỜN LAN SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI II NHIỆM VỤ Các số liệu ban đầu: [1] Mr Good, “Tổng Quan Về Website”, http://www.oktot.com/tong-quan-ve-website/ [2] Lê Chí Huy, “Học lập trình”, https://freetuts.net/ [3] “Language Reference”, https://www.arduino.cc/en/Reference/HomePage [4] Internet Of Things (IoT) với ESP8266 ,https://arduino.esp8266.vn Nội dung thực hiện: Nội dung 1: Tổng quan Nội dung 2: Cơ sở lý thuyết Nội dung 3: Tính tốn thiết kế hệ thống Nội dung 4: Thi công hệ thống Nội dung 5: Kết quả-Nhận xét-Đánh giá Nội dung 6: Kết luận hướng phát triển III NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 01/10/2018 IV NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 07/01/2019 V HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: CÁN BỘ HƯỚNG DẪN ThS Võ Đức Dũng BM ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP - Y SINH BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP-Y SINH i LỜI CAM ĐOAN TRƯỜNG ĐH SƯ PHẠM KỸ THUẬT CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TP HỒ CHÍ MINH ĐỘC LẬP - TỰ DO - HẠNH PHÚC KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH Tp HCM, ngày 13 tháng 10 năm 2018 LỊCH TRÌNH THỰC HIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên 1: Hàn Văn Hải Lớp: 13141DT3A MSSV: 13141078 Tên đề tài: Thiết kế thi công hệ thống chăm sóc vườn lan sử dụng lượng mặt trời Tuần/ngày Tuần 1/10 – 07/10 - Tuần 08/10 – 14/10 - Nội dung Gặp giáo viên hướng dẫn, nhận nhiệm vụ đồ án Viết đề cương chi tiết Khảo sát hệ thống ngồi thực tế Tìm hiểu linh kiện phục vụ nghiên cứu đề tài Thiết kế sơ đồ khối hệ thống Tuần 15/10 – 21/10 Tuần 22/10 – 28/10 - Lập trình kết nối Internet với mạch điều khiển ESP Tuần 29/10 – 4/11 - Lập trình giao tiếp ESP với arduino Tuần 5/11 – 11/11 - Thiết kế thi công khối nguồn dùng pin lượng mặt trời Tuần 12/11 – 18/11 Tuần 19/11 – 25/11 Tuần 26/11 – 02/12 Tuần 10 03/12 – 09/12 Tuần 11 10/12 – 16/12 Tuần 12 17/12 – 23/12 - Thiết kế lập trình web - Thiết kế giám sát điều khiển qua web Thiết kế, tính tốn mạch, cắm chạy thử test board Truyền nhận liệu từ sở liệu xuống hệ thống Thi công mạch Viết báo cáo Chạy thử mạch, kiểm tra tổng thể hoạt động sản phẩm so - Xác nhận GVHD BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP-Y SINH ii LỜI CAM ĐOAN Tuần 13 24/12 – 30/12 - Tuần 14 31/12 – 06/01 - sánh với mục tiêu ban đầu đồ án, hoàn thiện sản phẩm Viết báo cáo Viết báo cáo Làm poster side thuyết trình Giáo viên hướng dẫn kiểm tra báo cáo điều chỉnh sai sót GV HƯỚNG DẪN (Ký ghi rõ họ tên) BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP-Y SINH ii LỜI CAM ĐOAN LỜI CAM ĐOAN Đề tài nhóm sinh viên Hàn Văn Hải Bùi Văn Hải tự thực hiện, dựa vào số tài liệu trước khơng chép từ tài liệu hay cơng trình có trước Người thực đề tài Hàn Văn Hải BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP-Y SINH ii LỜI CẢM ƠN LỜI CẢM ƠN Trong thời gian thực đề tài, người thực giúp đỡ gia đình, quý thầy cô bạn bè nên đề tài hoàn thành Những người thực xin chân thành gửi lời cảm ơn đến: Thầy Võ Đức Dũng, giảng viên trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Tp.HCM trực tiếp hướng dẫn tận tình giúp đỡ tạo điều kiện để nhóm hồn thành tốt đề tài Những người thực xin chân thành cảm ơn đến thầy cô khoa Điện - Điện tử trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Tp.HCM tận tình dạy dỗ, bảo, cung cấp cho người thực kiến thức nền, chuyên môn làm sở để hoàn thành đề tài Cảm ơn gia đình động viên ln ln bên cạnh lúc khó khăn Xin gửi lời cảm ơn đến người bạn sinh viên khoa Điện-Điện tử giúp đỡ người thực đề tài để hồn thành tốt đề tài Xin chân thành cảm ơn! Người thực đề tài: Hàn Văn Hải BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP-Y SINH vii MỤC LỤC MỤC LỤC NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP i LỊCH TRÌNH THỰC HIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP…………………….……… iii LỜI CAM ĐOAN iv LỜI CẢM ƠN vii MỤC LỤC viii DANH MỤC HÌNH ẢNH xi DANH MỤC BẢNG BIỂU xv TÓM TẮT xvi Chương TỔNG QUAN 1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ 1.2 MỤC TIÊU 1.3 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 1.4 GIỚI HẠN 1.5 BỐ CỤC Chương CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 GIỚI THIỆU PIN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI 2.2 QUY TRÌNH TRỒNG HOA LAN 2.2.1 Đặc tính sinh trưởng hoa lan 2.2.2 Mô tả quy trình chăm sóc hoa lan 2.3 TỔNG QUAN VỀ ARDUINO 2.4 GIỚI THIỆU PHẦN CỨNG 2.4.1 Arduino UNO R3 2.4.2 Module Wifi ESP8266 V1 10 2.4.3 Cảm biến DHT11 11 2.4.4 Cảm biến độ ẩm đất 12 2.4.5 Màn hình LCD 20x4 13 2.4.6 Mạch chuyển giao tiếp LCD 20x4 14 2.4.7 Nút nhấn đơn R13 15 2.4.8 Động bơm nước 5V 15 2.4.9 Mạch phun sươn 5V 16 2.4.10 Relay 5V 10A chân 16 BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP-Y SINH viii MỤC LỤC 2.4.11 Quạt tản nhiệt 12V 17 2.5 HỆ THỐNG PIN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI 17 2.5.1 Tấm pin lượng mặt trời 17 2.5.2 Bộ điều khiển sạc 19 2.5.3 Bình ắc-quy 20 2.5.4 Mạch giảm áp L2596 21 2.6 CÁC CHUẨN GIAO TIẾP 21 2.6.1 Chuẩn giao tiếp UART 21 2.6.2 Chuẩn giao tiếp SPI 22 2.6.3 Chuẩn giao tiếp I2C 22 Chương TÍNH TỐN VÀ THIẾT KẾ 23 3.1 THIẾT KẾ SƠ ĐỒ KHỐI 23 3.2 Tính tốn thiết kế mạch 24 3.2.1 Khối xử lý trung tâm 24 3.2.2 Khối module wifi ESP 8266 V1 25 3.2.3 Khối cảm biến độ ẩm đất 27 3.2.4 Khối cảm biến DHT11 28 3.2.4 Khối chấp hành 28 3.2.5 Khối hiển thị 29 3.2.6 Khối ngoại vi 31 3.2.7 Khối relay 33 3.2.8 Khối nguồn 34 3.2.9 Sơ đồ nguyên lý toàn mạch 37 Chương THI CÔNG HỆ THỐNG 39 4.1 GIỚI THIỆU 39 4.2 THI CÔNG HỆ THỐNG 39 4.2.1 Thi công mạch hệ thống điều khiển 39 4.2.2 Lắp ráp kiểm tra bo mạch hệ thống 40 4.3 ĐĨNG GĨI VÀ THI CƠNG MƠ HÌNH 40 4.3.1 Đóng gói điều khiển 40 4.3.2 Thi công mô hình 43 4.4 LẬP TRÌNH HỆ THỐNG 46 BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP-Y SINH ix MỤC LỤC 4.4.1 Lưu đồ giải thuật 46 4.4.2 Phần mềm lập trình cho vi điều khiển 54 4.4.3 Phần mềm lập trình web 59 4.5 VIẾT TÀI LIỆU HƯỚNG DẪN SỬ DỤNG, THAO TÁC 63 Chương KẾT QUẢ - NHẬN XÉT - ĐÁNH GIÁ 64 Chương KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 73 6.1 KẾT LUẬN 73 6.2 HƯỚNG PHÁT TRIỂN 74 TÀI LIỆU THAM KHẢO 75 PHỤ LỤC BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CƠNG NGHIỆP-Y SINH x DANH MỤC HÌNH ẢNH DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 2.1: Các loại Board Arduino Hình 2: Hình ảnh board Aduino Uno R3 Hình 2.3: Module wifi ESP8266 V1 10 Hình 2.4: Sơ đồ kết nối Arduino với ESP 8266 11 Hình 2.5: Cảm biến DHT11 11 Hình 2.6: Sơ đồ kết nối vi điều khiển với DHT11 12 Hình 2.7: Cảm biến độ ẩm đất 12 Hình 2.8: Sơ đồ kết nối vi điều khiển với cảm biến độ ẩm đất 13 Hình 2.9: Màn hình LCD 20x4 13 Hình 2.10: Mạch chuyển giao tiếp LCD 20x4 14 Hình 2.11: Màn hình LCD 20x4 voi I2C 14 Hình 2.12: Sơ đồ kết nối vi xử lý với I2C 14 Hình 2.13: Nút nhấn R13 15 Hình 2.14: Sơ đồ nút nhấn 15 Hình 2.15: Động tạo nước VDC 15 Hình 2.16: Động bơm nước 5V 15 Hình 2.17: Mạch tạo sương 5V 16 Hình 2.18: Sơ đồ cấu tạo Relay 5V10A chân 16 Hình 2.19: Quạt 12V 17 Hình 2.20: Tấm pin lượng mặt trời 10W 17 Hình 2.21: Ứng dụng pin lượng mặt trời vào trồng trọt 19 Hình 2.22: Bình ắc-quy 12V-5Ah 20 Hình 2.23: Mạch giảm áp L2596 21 Hình 2.24: Hệ thống truyền liệu bất đồng 21 Hình 2.25: Hệ thống truyền liệu bất đồng 22 Hình 2.26 Biểu đồ thời gian giao thức I2C 22 Hình 3.1: Sơ đồ khối hệ thống vườn lan sử dụng lượng mặt trời 23 Hình 3.2 Sơ đồ khối hệ thống thiết bị thực tế 24 Hình 3.3 Khối xử lý trung tâm sử dụng board Arduino UNO R3 25 Hình 3.4: Module wifi ESP 8266 V1 25 Hình 3.5: Sơ đồ nguyên lý Module wifi ESP 8266 V1 với Arduino UNO R3 26 BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP-Y SINH xi CHƯƠNG KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN Chương KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 6.1 KẾT LUẬN Sau thời gian tìm hiểu, nghiên cứu thực hiện, nhóm hồn thành đề tài “THIẾT KẾ VÀ THI CƠNG HỆ THỐNG CHĂM SĨC VƯỜN LAN ỨNG DỤNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI” Hệ thống đáp ứng đầy đủ tính năng, nội dung mục tiêu ban đầu đề ra:  Thiết kế hệ thống pin lượng mặt trời  Tính tốn xây dựng hệ thống phần cứng  Giao tiếp truyền liệu thành công Arduino UNO R3 với module Wifi ESP 8266V1, module Bluetooth-HC05, cảm biến DHT11, cảm biến độ ẩm đất, hình LCD, nút nhấn đơn, động 5V, module relay, mạch tạo sương  Thiết kế mạch điều khiển thiết bị điện 5V DC  Thiết kế tủ điểu khiển hệ thống  Hiển thị nhiệt độ, độ ẩm hình LCD website  Cập nhật liệu lên website thành công  Kiểm tra trạng thái đóng mở thiết bị; thông số nhiệt độ, độ ẩm Tuy nhiên, hạn chế kiến thức thời gian thực hiện, nguồn tài liệu tham khảo chủ yếu thông qua internet nên đề tài khơng tránh khỏi sai sót cịn số hạn chế:  Vì điều kiện kinh phí thời gian có hạn, nên nhóm thực mơ hình tương đối hồn chỉnh  Nhưng nhận xét tổng quan hệ thống thì:  Tồn hệ thống chạy tương đối ổn định, đạt kết tốt Tuy nhiên đôi lúc bị ảnh hưởng đáp ứng tác động hệ thống phần cứng  Module Wifi ESP 8266 V1 hoạt động tốt nhiệm vụ truyền nhận liệu bắt Wifi  Các cảm biến hoạt động ổn định, sai số tương đối không 2%  Hệ thống website quản lý giá trị nhiệt độ, độ ẩm dễ sử dụng, đáp ứng nhu cầu thực tiễn  Hệ thống website điều khiển thiết bị dễ sử dụng, tiện lợi, đáp ứng nhu cầu sử dụng thiết bị người dùng BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP-Y SINH 73 CHƯƠNG KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 6.2 HƯỚNG PHÁT TRIỂN  Có thể kết hợp với camera để giám sát thơng qua hình ảnh trực tiếp  Giám sát điều khiển thiết bị thông tin nhắn điện thoại khơng có wifi  Kết hợp với số module cảm biến đo độ dinh dưỡng  Kết hợp với khóa tay để tăng tính bảo mật hệ thống  Phát triển hệ thống với quy mô lớn kết hợp nguồn lượng gió thay pin mặt trời khơng có nắng đáp úng hoạt đọng liên tục hệ thống BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP-Y SINH 74 TÀI LIỆU THAM KHẢO TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Mr Good, “Tổng Quan Về Website”, http://www.oktot.com/tong-quan-ve-website/ [2] Lê Chí Huy, “Học lập trình”, https://freetuts.net/ [3] “Language Reference”, https://www.arduino.cc/en/Reference/HomePage [4]Giáo trình Đo lường cảm biến - Lê Chí Kiên [5]Các ứng dụng arduino –Jonathan Oxer and Hugh Blemings [6] Giáo trình Điện tử bản/ Trần Thu Hà, Trương Thị Bích Ngà, Nguyễn Thị Lưỡng, Tp Hồ Chí Minh: Đại học Quốc gia Tp HCM, 2013 [7] Giáo trình kỹ thuật số/ Nguyễn Việt Hùng, Hà A Thồi Tp HCM: Đại học Sư phạm Kỹ thuật, 2007 [8] Giáo trình mạch điện/ TS Nguễ Minh Tâm, Ths Trần Tùng Giang-Ths Lê Thị Thanh Hoàng [9] Internet Of Things (IoT) với ESP8266 ,https://arduino.esp8266.vn [10] ESP8266 Technical Reference, https://www.espressif.com/sites/default/files/documentation/esp8266technical_reference_en.pdf DATASHEET [11] Arduino UNO R3, https://www.arduino.cc/en/uploads/Main/arduinomega2560_R3-schematic.pdf [12]Module wifi ESP 8266 V1, http://codientuvina.com/module-wifi-esp8266-v1.html [13] Cảm biến DHT11, http://www.micropik.com/PDF/dht11.pdf [14]LCD20x4, http://mathcs.holycross.edu/~kwalsh/zebra/Systronix_20x4_lcd_brief_data.pdf [15] Relay 5V 10A, http://www.songle.com/en/pdf/20084141716341001.pdf BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP-Y SINH 75 PHỤ LỤC PHỤ LỤC  ĐOẠN CODE CHƯƠNG TRÌNH CHÍNH //#include //SoftwareSerial mySerial(10, 11); // defines the rx/tx pins (rxpin, txpin) //Libraries #include #include // for LCD,DS3231/DS1307 // GND // VCC: 5V // SCL: A5 // SDA: A4 LiquidCrystal_I2C lcd(0x3F,20,4); // set the LCD address to 0x27 for a 20 chars and line display #include int pinDHT11 = 7; SimpleDHT11 dht11; //Variables float hum; //Stores humidity value float temp; //Stores temperature value float y; int r1 = 2; //relay1 int r2= 3; //relay2 int r3 = 4; //relay3 int r4= 5; //relay4 int i1 = 8; //relay1 int i2= 9; //relay2 int i3 = 10; //relay3 int i4= 11; //relay4 int i5= 12; int answer; BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP-Y SINH 76 PHỤ LỤC short sms_mode=false; const int buffer_size = 300; // Buffer size you can adjust this size char c=0; char c1=0; char *ptr1=0; char *ptr2=0; char *ptr3=0; char *buffer_map=0; char aux_string[30]; char buff[100]; char buffer[buffer_size]; // Data from UART int xbuff=0; //char str_tk[200]; //int ch=0; int nd_t=38,nd_c=40,da_t=70,da_c=80,dad_t=70,dad_c=80,tt; float aa=0,bb=0,cc=0,dd=0,ee=0,ff=0,t=0,volt; int t1=1,t2,t3,t4,t5,t6,t7; int led1,led2,led3,led4,led5,led6,tt_led; int A=1,u=0,v=0,z=0; //*************************************************************** *************************************** void setup() { Wire.begin(); lcd.init(); // initialize the lcd lcd.backlight(); LCD_chonvitri(0,1); LCD_guichuoi("VUON LAN"); LCD_chonvitri(1,0); LCD_guichuoi("T: *C"); LCD_chonvitri(2,0); LCD_guichuoi("H: %"); LCD_chonvitri(3,0); BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP-Y SINH 77 PHỤ LỤC LCD_guichuoi("D: %"); LCD_chonvitri(0,17); LCD_guichuoi("M:"); LCD_chonvitri(1,11); LCD_guichuoi("( - )*C"); LCD_chonvitri(2,11); LCD_guichuoi("( - )%"); LCD_chonvitri(3,11); LCD_guichuoi("( - )%"); Serial.begin(115200);//SIM808 pinMode(i1, INPUT);//in1 pinMode(i2, INPUT);// pinMode(i3, INPUT);//in3 pinMode(i4, INPUT);// pinMode(i5, INPUT);// pinMode(r1, OUTPUT);//relay1 pinMode(r2, OUTPUT);//relay2 digitalWrite(r1,HIGH); digitalWrite(r2,HIGH); pinMode(r3, OUTPUT);//relay3 pinMode(r4, OUTPUT);//relay4 digitalWrite(r3,HIGH); digitalWrite(r4,HIGH); pinMode(6, OUTPUT);//o1 pinMode(13, OUTPUT);//o2 digitalWrite(13,HIGH); digitalWrite(6,HIGH); } //*************************************************************** *************************************** void loop() { int i1 = digitalRead(8); //Đọc trạng thái BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP-Y SINH 78 PHỤ LỤC int i2 = digitalRead(9); int i3 = digitalRead(10); //Đọc trạng thái int i4 = digitalRead(11); int i5 = digitalRead(12); for(int i=0;i0) { c= Serial.read(); if (xbuff >= buffer_size) { xbuff=0; } else{ buffer[xbuff++]=c; } if (strstr(buffer,"\n") != NULL) //Checking Caller { aa=atof(strtok(buffer, ","));//LAY DATA cai bb=atof(strtok(NULL, ","));//LAY DATA cai cc=atof(strtok(NULL, ","));//LAY DATA cai dd=atof(strtok(NULL, ","));//LAY DATA cai ee=atof(strtok(NULL, ","));//LAY DATA cai ff=atof(strtok(NULL, ","));//LAY DATA cai t=atof(strtok(NULL, "\n"));//LAY DATA cai if(aa>1){ nd_c=aa;//LAY DATA cai BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP-Y SINH 80 PHỤ LỤC nd_t=bb;//LAY DATA cai da_c=cc;//LAY DATA cai da_t=dd;//LAY DATA cai dad_c=ee;//LAY DATA cai dad_t=ff;//LAY DATA cai tt=t;//LAY DATA cai if(A==1){ if(temp>=nd_c ) digitalWrite(r3,LOW); else if (temp