Thiết kế hệ thống giám sát ao tôm

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ  BÁO CÁO MÔN HỌC HỆ THỐNG NHÚNG ĐỀ TÀI THIẾT KẾ HỆ THỐNG GIÁM SÁT AO TƠM Tp.Hồ Chí Minh, tháng 05 năm 2019 MỤC LỤC PHẦN 1: TỔNG QUAN 1 Giới thiệu đề tài Mục đích nghiên cứu Đối tượng phạm vi nghiên cứu Thông số giới hạn Phương pháp nghiên cứu PHẦN 2: NỘI DUNG CHƯƠNG CƠ SỞ LÝ THUYẾT 1.1 Mơ tả q trình hoạt động 1.2 Board mạch intel galileo 1.3 Cảm biến nhiệt đọ LM35 1.4 Màn hình LCD 16x2 1.5 Module cảm biến mực nước 1.6 Relay 1.7 Động Cơ Motor Mini V2 3-9VDC 1.8 Mạch chuyển đổi I2C cho LCD 10 CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ PHẦN CỨNG 12 2.1 Thiết kế sơ đồ khơí 12 2.2 Sơ đồ kết nối mạch 12 CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ PHẦN MỀM 15 3.1 Code thực chương trình 15 CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ THỰC HIỆN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 18 4.1 Kết thực 18 4.2 Hướng phát triển 22 PHẦN KẾT LUẬN 23 TÀI LIỆU THAM KHẢO 24 THIẾT KẾ HỆ THỐNG GIÁM SÁT AO TÔM PHẦN 1: TỔNG QUAN Giới thiệu đề tài Ngành nuôi tơm thủy sản Việt Nam gần có bước phát triển vượt bậc thông tin đáng mừng: Chính phủ định tơm nước lợ sản phẩm quốc gia kế hoạch đạt 10 tỷ USD xuất tôm vào năm 2025 Tuy nhiên, thời gian qua, nước ta xảy số cố ảnh hưởng đến môi trường nước nuôi thủy sản, gây nhiều thiệt hại Môi trường nước ô nhiễm tạo điều kiện thuận lợi cho dịch bệnh phát sinh Vào năm 2012, nước có 100.000 ni tơm bị dịch bệnh (gần 15% diện tích ni tơm) Trong năm 2014, 2015, tổng diện tích nuôi tôm nước lợ bị thiệt hại vào khoảng 50.000 Nguyên nhân thời tiết biến đổi, nắng nóng kéo dài dẫn đến thiếu nước, nhiệt độ tăng độ mặn cao làm tôm bị suy yếu, tạo điều kiện cho mầm bệnh phát triển gây bệnh; mầm bệnh lưu hành rộng rãi; yếu tố đầu vào tơm giống, hóa chất dùng xử lý cải tạo môi trường, chế phẩm sinh học chất lượng không đảm bảo Nuôi tôm nuôi nước Để nuôi tôm thành công, cần đảm bảo hàng loạt tiêu chất lượng nước như: nồng độ oxy hòa tan, nhiệt độ, độ pH, TAN, NH3, Nitrit, H2S, độ kiềm, độ mặn, nồng độ khoáng chất, nồng độ nitrat, nồng độ phốt pho, mật độ vi khuẩn, mật độ tảo,…phải nằm ngưỡng cho phép Chỉ cần số tiêu vượt q khỏi ngưỡng tơm bị ảnh hưởng, chậm lớn, giảm sức đề kháng, nhiễm bệnh chết Do vậy, việc kiểm soát tất tiêu chất lượng nước để kịp thời xử lý nhằm đảm bảo chúng nằm ngưỡng cho phép quan trọng Chính thế, có nhiều cơng trình nghiên cứu vấn đề hệ thống giám sát ni tơm Với thực tế trên, nhóm em xin tìm hiểu nghiên cứu đề tài “Thiết kế hệ thống giám sát ao tơm.” mang tính ứng dụng cao, nhằm mục đích phát kịp thời cảnh báo điều kiện ao tôm không đảm bảo giúp người nuôi đạt suất cao hạn chế rủi ro Trang THIẾT KẾ HỆ THỐNG GIÁM SÁT AO TƠM Mục đích nghiên cứu  Tạo thiết bị giám sát mực nước ao tôm  Thiết bị có khả bơm nước ao cạn hút nước ao đầy  Đo nhiệt độ ao tơm  Cấp khí oxy cho ao tơm Đối tượng phạm vi nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu:  Hoạt động cảm biến nhiệt độ LM35, Module cảm biến mực nước  Hoạt đơng đóng ngắt relay  Gửi liệu hiển thị lên LCD  Cách lập trình Intel galileo  Cách điều khiển động Phạm vi nghiên cứu:  sử dụng Arduino để lập trình cho Galileo  Khơng kết nối với thiết bị ngoại vi  Đề tài thực mơ hình ni tơm giả định Thông số giới hạn  Cấp nguồn pin 9V cho board mạch intel galileo  Không kết nối với thiết bị ngoại vi điện thoại, remote Phương pháp nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu lý luận: thơng qua việc đọc phân tích tài liệu cần thiết phục vụ cho đề tài… thu thập tài liệu liên quan hệ thống hóa sở lý luận, đưa quan điểm nghiên cứu cụ thể, rõ ràng, thuyết phục Trang THIẾT KẾ HỆ THỐNG GIÁM SÁT AO TƠM Phương pháp tiếp cận mơi trường: qua khảo sát thực tiễn, nghiên cứu ứng dụng nhằm mang lại lợi ích thiết thực, có tính ứng dụng cao có khả phát triển mở rộng Trang THIẾT KẾ HỆ THỐNG GIÁM SÁT AO TÔM PHẦN 2: NỘI DUNG CHƯƠNG CƠ SỞ LÝ THUYẾT 1.1 Mơ tả q trình hoạt động Hệ thống giám sát thông số nhiệt độ, mực nước, cung cấp Oxy cho ao tôm Dữ liệu hiển thị LCD Hệ thống có chức bơm thêm nước vào ao mực nước thấp hơm quy định hút nước mực nước cao 1.2 Board mạch intel galileo Intel Galileo bo mạch vi điều khiển mang kiến trúc Intel, thiết kế để phần cứng phần mềm tương thích với Arduino shields thiết kế cho Arduino UNO R3 Intel Galileo lập trình Arduino IDE Hình 1.1 Board mạch intel galileo 1.3 Cảm biến nhiệt đọ LM35 Cảm biến LM35 cảm biến nhiệt mạch tích hợp xác cao mà điện áp đầu tỷ lệ tuyến tính với nhiệt độ theo thang độ Celsius Chúng không yêu cầu Trang THIẾT KẾ HỆ THỐNG GIÁM SÁT AO TÔM cân chỉnh ngồi vốn chúng cân chỉnh Cảm biến LM35 hoạt động cách cho giá trị hiệu điện định chân Vout (chân giữa) ứng với mức nhiệt độ Hình 1.2 Cảm biến LM35 Thông số kỹ thuật: Điện áp đầu vào từ 4V đến 30V Điện áp ra: -1V đến 6V Công suất tiêu thụ 60uA Độ phân giải điện áp đầu 10mV/oC Độ xác cao 25 C 0.5 C Trở kháng đầu thấp 0.1 cho 1mA tải Độ xác thực tế: 1/4°C nhiệt độ phòng 3/4°C ngồi khoảng -55°C tới 150°C 1.4 Màn hình LCD 16x2 LCD (Liquid Crystal Display) sử dụng nhiều ứng dụng Vi Điều Khiển LCD có nhiều ưu điểm so với dạng hiển thị khác Nó có khả hiển thị kí tự đa dạng, trực quan (chữ, số kí tự đồ họa), dễ dàng đưa vào mạch ứng dụng theo nhiều giao thức giao tiếp khác nhau, tốn tài nguyên hệ thống giá thành rẻ… Trang THIẾT KẾ HỆ THỐNG GIÁM SÁT AO TÔM Hình 1.3 Màn hình LCD Thơng số kỹ thuật  Điện áp hoạt động: 5V  Hiển thị tối đa 16 ký tự dòng Chức chân LCD - Chân 1: (Vss) Chân nối đất cho LCD, thiết kế mạch ta nối chân với GND mạch điều khiển - Chân 2: VDD Là chân cấp nguồn cho LCD, thiết kế mạch ta nối chân với VCC = 5V mạch điều khiển - Chân 3: VEE chân điều chỉnh độ tương phản LCD - Chân 4: RS Là chân chọn ghi (Register select) Nối chân RS với logic “0” (GND) logic “1” (VCC) để chọn ghi.bLogic “0”: Bus DB0-DB7 nối với ghi lệnh IR LCD (ở chế độ “ghi” - write) nối với đếm địa LCD (ở chế độ “đọc” - read) Logic “1”: Bus DB0-DB7 nối với ghi liệu DR bên LCD - Chân 5: R/W chân chọn chế độ đọc/ghi (Read/Write) Nối chân R/W với logic “0” để LCD hoạt động chế độ ghi, nối với logic “1” để LCD chế độ đọc - Chân 6: E Là chân cho phép (Enable) Sau tín hiệu đặt lên bus DB0DB7, lệnh chấp nhận có xung cho phép chân E - Chân - 14: DB0 - DB7 - Tám đường bus liệu dùng để trao đổi thông tin với MPU Có chế độ sử dụng đường bus này: - Chân 15: Nguồn dương cho đèn - Chân 16: GND cho đèn Trang THIẾT KẾ HỆ THỐNG GIÁM SÁT AO TÔM 1.5 Module cảm biến mực nước Modle cảm biến mức nước đơn giản, dễ sử dụng, đo giá trị xác cảm biến đo mức nước khác cách có loạt đường thẳng song song tiếp xúc với mức nước đo để xác định kích thước mực nước Dễ dàng để chuyển giá trị nước sang analog, đầu đưa trực tiếp vào board Arduino Hình 1.4 Cảm biến mực nước Thông số kỹ thuật - Điện áp hoạt động: DC 3-5V - Dòng hoạt động: 20mA - Tín hiệu ngõ ra: Analog - Nhiệt độ làm việc: 10-30 độ C - Độ ẩm làm việc: 10 - 90%Kích thước: 62 x 20 x 8mm 1.6 Relay Rơle (relay) chuyển mạch hoạt động điện Dòng điện chạy qua cuộn dây rơle tạo từ trường hút lõi sắt non làm thay đổi cơng tắc chuyển mạch Dòng điện qua cuộn dây bật tắt rơle có hai vị trí chuyển mạch qua lại Nó cơng tắc có trạng thái ON OFF Rơ le trạng thái ON hay OFF phụ thuộc vào có dòng điện chạy qua rơ le hay khơng Trang THIẾT KẾ HỆ THỐNG GIÁM SÁT AO TÔM - Động chạy ổn định 3V - Tốc độ: 3V 12.000r/Min - Dòng tiêu thụ: 0.3-0.4A 1.8 Mạch chuyển đổi I2C cho LCD LCD có nhiều chân gây khó khăn q trình kết nối chiếm dụng nhiều chân vi điều khiển? Module chuyển đổi I2C cho LCD giải vấn đề cho bạn, thay sử dụng tối thiểu chân vi điều khiển để kết nối với LCD (RS, EN, D7, D6, D5 D4) với module chuyển đổi bạn cần sử dụng chân (SCL, SDA) để kết nối Module chuyển đổi I2C hỗ trợ loại LCD sử dụng driver HD44780(LCD 1602, LCD 2004, … ), kết nối với vi điều khiển thông qua giao tiếp I2C, tương thích với hầu hết vi điều khiển Hình 1.8 Mạch chuyển đổi I2C cho LCD Ưu điểm Tiết kiệm chân cho vi điều khiển Dễ dàng kết nối với LCD Thông số kĩ thuật Điện áp hoạt động: 2.5-6V DC Hỗ trợ hình: LCD1602,1604,2004 (driver HD44780) Giao tiếp: I2C Trang 10 THIẾT KẾ HỆ THỐNG GIÁM SÁT AO TƠM Địa mặc định: 0X27 (có thể điều chỉnh ngắn mạch chân A0/A1/A2) Kích thước: 41.5mm(L)x19mm(W)x15.3mm(H) Trọng lượng: 5g Tích hợp Jump chốt để cung cấp đèn cho LCD ngắt Tích hợp biến trở xoay điều chỉnh độ tương phản cho LCD Trang 11 THIẾT KẾ HỆ THỐNG GIÁM SÁT AO TÔM CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ PHẦN CỨNG 2.1 Thiết kế sơ đồ khơí Hình 2.1 Sơ đồ khối Giải thích chức khối: - Khối nguồn: Cung cấp nguồn điện 9V cho board intel galileo - Khối cảm biến: Cảm biến mực nước nhiệt độ từ môi trường gửi cho khối xử lý - Khối xử lý: Nhận tín hiệu từ cảm biến đem xử lý hiển thị lại LCD từ điều khiển động bơm hút nước - Khối hiển thị điều khiển: Hiển thị giá trị nhiệt độ mực nước lên LCD, điều khiển quạt quay cấp oxy cho nước điều khiển việc điều chỉnh lượng nước ao cho phù hợp 2.2 Sơ đồ kết nối mạch Kết nối board intel galileo với relay động Trang 12 THIẾT KẾ HỆ THỐNG GIÁM SÁT AO TƠM Hình 2.2 Kết nối relay động Sơ đồ kết nối với cảm biến LM35 Hình 2.3 kết nối với cảm biến LM35 So đồ kết nối với LCD mạch chuyển đổi I2C Trang 13 THIẾT KẾ HỆ THỐNG GIÁM SÁT AO TƠM Hình 2.4 kết nối với LCD mạch chuyển đổi I2C Chân S cảm biến mực nước nối với chân A2 Trang 14 THIẾT KẾ HỆ THỐNG GIÁM SÁT AO TÔM CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ PHẦN MỀM 3.1 Code thực chương trình #include ; #include ; int level; int nhietdo = 0; const int Mucnuoc = A2; int sensorPin = A0; /* cam bien muc nuoc*/ LiquidCrystal_I2C lcd(0x27,16,2); void setup() { Serial.begin(9600); pinMode(9,OUTPUT); pinMode(10,OUTPUT); pinMode(11,OUTPUT); // lcd: chon che lcd.init(); lcd.clear(); lcd.backlight(); lcd.setCursor(0, 0); Trang 15 THIẾT KẾ HỆ THỐNG GIÁM SÁT AO TÔM lcd.print("AO TOM 2019"); lcd.setCursor(0, 1); lcd.print("Nhom READY "); delay(2000); lcd.clear(); } void loop() { level = analogRead(Mucnuoc); level = 786; lcd.setCursor(0, 1); lcd.print("Muc nuoc:"); lcd.setCursor(10,1); lcd.print(level); delay(1000); int reading = analogRead(sensorPin); float voltage = reading * 5.0 / 1024.0; float temp = voltage * 100.0+25; nhietdo = temp/100; lcd.setCursor(0,0); lcd.print("Nhiet do:"); lcd.setCursor(10,0); lcd.print(nhietdo); lcd.setCursor(12,0); Trang 16 THIẾT KẾ HỆ THỐNG GIÁM SÁT AO TÔM lcd.print("do C"); digitalWrite(11,1); delay(5000); digitalWrite(11,0); if (level500&&level 700) { digitalWrite(9,0); digitalWrite(10,1); delay(3000); } } Trang 17 THIẾT KẾ HỆ THỐNG GIÁM SÁT AO TÔM CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ THỰC HIỆN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 4.1 Kết thực Hình 4.1 Sản phẩm hồn thành Khi khởi động LCD hiển thị “ AO TOM 2019’’ "Nhom READY " Trang 18 THIẾT KẾ HỆ THỐNG GIÁM SÁT AO TƠM Hình 4.2 Khi khởi động hệ thống Trường hợp mực nước đo 500 động bơm nước vào ao tôm Trang 19 THIẾT KẾ HỆ THỐNG GIÁM SÁT AO TƠM Hình 4.3 mực nước đo 500 Trường hợp mực nước đo 500 700 động khơng thực mực nước phù hợp Trang 20 THIẾT KẾ HỆ THỐNG GIÁM SÁT AO TƠM Hình 4.4 Trường hợp mực nước đo 500 700 Trường hợp mực nước đo 700 động hút nước khỏi vào ao tôm Trang 21 THIẾT KẾ HỆ THỐNG GIÁM SÁT AO TÔM Hình 4.5 mực nước đo 700 4.2 Hướng phát triển - Kết hợp đo thêm nhiều thông số khác như: nồng độ khí oxy, đo độ ẩm, đo độ phèn nước - Kết nối với thiết bị ngoại vi gửi liệu đo điện thoại, người ni tơm điều khiển thông số từ xa Trang 22 THIẾT KẾ HỆ THỐNG GIÁM SÁT AO TÔM PHẦN KẾT LUẬN Trong thời gian làm đề tài với hạn chế thời gian, tài liệu, sở vật chất hạn chế kiến thức đòi hỏi thân chúng em phải cố gắng tìm tòi nhiệt tình cơng việc nghiên cứu đề tài Đó kết thời gian dài nỗ lực nghiên cứu chúng em hướng dẫn tận tình giáo viên hướng dẫn Với đồ án này, kiến thức học, chúng em tìm hiểu ứng dụng tạo sản phẩm phục vụ cho sống Từ dẫn dắt chúng em làm quen với việc ứng dụng kiến thức học vào thực tế, tạo khả tự lập nghiên cứu vấn đề Tuy nhiên q trình làm việc chúng em khơng thể tránh khỏi sai sót Rất mong quý thầy cô thông cảm bảo Trang 23 THIẾT KẾ HỆ THỐNG GIÁM SÁT AO TÔM TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Nguyễn Đình Phú, Trương Ngọc Anh, Giáo Trình Vi Điều Khiển, khoa Điện-Điện Tử, trường ĐHSPKT, Tp.HCM, 2013 [2] Lê Mỹ Hà, Phạm Quang Huy, Lập trình IOT với Arduino, nhà xuất niên [3] Trần Thu Hà, Trương Thị Bích Ngà, Nguyễn Thị Lưỡng, Bùi Thị Tuyết Đan, Phù Thị Ngọc Hiếu, Dương Thị Cẩm Tú, Giáo Trình Điện Tử Cơ Bản, khoa Điện-Điện tử, trường ĐHSPKT, Tp.HCM, 2013 Trang 24 ... READY " Trang 18 THIẾT KẾ HỆ THỐNG GIÁM SÁT AO TƠM Hình 4.2 Khi khởi động hệ thống Trường hợp mực nước đo 500 động bơm nước vào ao tôm Trang 19 THIẾT KẾ HỆ THỐNG GIÁM SÁT AO TƠM Hình 4.3 mực nước... báo điều kiện ao tôm không đảm bảo giúp người nuôi đạt suất cao hạn chế rủi ro Trang THIẾT KẾ HỆ THỐNG GIÁM SÁT AO TÔM Mục đích nghiên cứu  Tạo thiết bị giám sát mực nước ao tơm  Thiết bị có... hợp Trang 20 THIẾT KẾ HỆ THỐNG GIÁM SÁT AO TƠM Hình 4.4 Trường hợp mực nước đo 500 700 Trường hợp mực nước đo 700 động hút nước khỏi vào ao tôm Trang 21 THIẾT KẾ HỆ THỐNG GIÁM SÁT AO TƠM Hình