THIẾT KẾ, CHẾ TẠO HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN GIÁM SÁT TỪ XA NHIỆT ĐỘ ĐỘ ẨM CHO MÔ HÌNH VƯỜN RAU HỮU CƠ TRONG NHÀ KÍNH SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI

THIẾT KẾ, CHẾ TẠO HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN GIÁM SÁT TỪ XA NHIỆT ĐỘ ĐỘ ẨM CHO MÔ HÌNH VƯỜN RAU HỮU CƠ TRONGNHÀ KÍNH SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI Tác giả PHẠM TRỌNG TÍN Khóa luận được đề trình đ

THIẾT KẾ, CHẾ TẠO HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN GIÁM SÁT TỪ XA NHIỆT ĐỘ ĐỘ ẨM CHO MÔ HÌNH VƯỜN RAU HỮU CƠ TRONG

NHÀ KÍNH SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI

Tác giả

PHẠM TRỌNG TÍN

Khóa luận được đề trình để đáp ứng yêu cầu cấp bằng Kỹ sư ngành Cơ điện tử

Giáo viên hướng dẫn Ths NGUYỄN LÊ TƯỜNG

Tháng 6 năm 2017

LỜI CẢM ƠN

Em xin trân trọng cảm ơn tất cả quý Thầy Cô ở trường Đại Học Nông Lâm

TP.HCM, quý Thầy Cô trong khoa CƠ KHÍ – CÔNG NGHỆ và quý Thầy Cô

bộ môn CƠ ĐIỆN TỬ đã giúp đỡ và trang bị cho em những kiến thức quý báu

trong thời gian học tập tại trường để em thực hiện đề tài một cách tốt nhất

Em cũng xin bày tỏ sự biết ơn chân thành đối với Cô Nguyễn Lê Tường đã

tận tình hướng dẫn em trong suốt quá trình thực hiện đề tài này

Đặc biệt, em xin chân thành cảm ơn quý Thầy Cô trong hội đồng đã dành

thời gian để nhận xét và góp ý cho đề tài của em hoàn thiện hơn

Cuối cùng, em xin gửi lời cảm ơn đến những người thân cũng như bạn bè đã

động viên, ủng hộ và luôn tạo điều kiện cho em trong suốt quá trình hoàn thành

đề tài nghiên cứu này

Thành Phố Hồ Chí Minh, Ngày , Tháng , Năm 2017

Sinh Viên Thực Hiện

Phạm Trọng Tín

TÓM TẮT

Đề tài nghiên cứu : “ Thiết kế, chế tạo hệ thống điều khiển giám sát từ xacho mô hình vườn rau hữu cơ trong nhà kính sử dụng năng lượng mặt trời”được thực hiện từ tháng 3 đến tháng 6 năm 2017 tại Trường Đại Học Nông LâmTPHCM

Với việc xây dựng thành công mô hình và đảm bảo độ ổn định trong vậnhành dưới các điều kiện thời tiết khác nhau Em đã đạt được những yêu cầu mànhà trường đề ra

Dựa trên những gì thu được sau khi hoàn thành Em hy vọng đề tài này sẽkhông dừng lại ở mức độ mô hình mà có thể đem vào thực tiễn và là tiền đềphát triển cho các khóa sau tìm hiểu và xây dựng

Kết quả thu được :

 Điều khiển và giám sát được nhiệt độ, độ ẩm, ẩm đất bằng điện thoại và

cả máy tính

 Chế tạo mô hình cho điều hướng cho tấm năng lượng mặt trời

 Thiết kế ứng dụng trên điện thoại và máy tính để điều khiển, giám sát hệthống

Mục lục

LỜI CẢM ƠN 2

TÓM TẮT 3

Chương 1 9

1.1 Tầm quan trọng của năng lượng mặt trời đối với cuộc sống 9

1.1.1 Năng lượng mặt trời: 9

1.1.2 Lợi ích từ năng lượng mặt trời đem lại cho con người 10

1.2 Xây dựng hệ thông giám sát từ xa 11

1.3 Mục tiêu của đề tài 11

Chương 2 12

TỔNG QUAN 12

2.1 Năng lượng mặt trời 12

2.1.1 Tổng quan về năng lượng mặt trời 12

2.1.1.1 Pin mặt trời 12

2.1.1.2 Thiết bị làm lạnh và điều hòa không khí 14

2.2 Các hệ thống giám sát sử dụng cho nhà vườn 15

2.3 Các thiết bị sử dụng trong đề tài 16

2.3.1 Cảm biến – module 16

2.3.1.1 Arduino 16

Thông số cơ bản của Mạch Arduino UNO R3 17

 Lập trình cho Arduino 18

2.3.1.2 Ethernet 19

 Thông số kỹ thuật và sơ đồ chân Ethernet 20

2.3.1.3 Cảm biến đất 21

2.3.1.5 Mạch nguồn LM2596 24

2.3.1.6 Cảm biến quang trở 24

2.3.1.7 Module relay 25

2.4 Các thiết bị thực thi 26

2.4.1 Động cơ bơm tưới 26

2.4.2 Động cơ quạt tản nhiệt 27

2.4.3 Đèn chiếu sáng 28

2.5 Bộ phận truyền động 31

Chương 3 32

NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 32

1) Nội dung thực hiện 32

2) Phương pháp nghiên cứu 32

CHƯƠNG 4 33

KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 33

4.1 Xây dựng mô hình cho hệ thống nhà vườn 33

4.1.1 Thiết kế mô hình cho đề tài 33

4.1.2 Sơ đồ khối tương quan hệ thống 35

4.1.3 Vị trí các khối cảm biến và bộ phận thực thi 36

4.1.4 Xây dựng khối xử lý của hệ thống 37

4.1.4.1 Khối cảm biến 37

4.1.4.1.2 Cảm biến nhiệt độ, độ ẩm DHT11 39

4.1.4.1.3 Khối thực thi và module thực thi 42

4.1 Ứng dụng điều khiểu hệ thống 43

4.2.2 Giao diện cho phần điều khiển 44

4.2.3 Giớ thiệu tổng quan và chức năng các nút bấm 45

4.3 Hệ thống năng lượng mặt trời 47

4.3.3 Board mạch điều khiển cho hệ thống 57

4.3.4 Cách truyền động và cơ cấu sử dụng 58

Chương 5 63

KẾT LUẬ N VÀ ĐỀ NGHỊ 63

5.1 Kết luận 63

5.2 Đề nghị 63

TÀI LIỆU THAM KHẢO 64

PHỤ LỤC 65

 Code điều hướng năng lượng mặt trời 65

 Code điều khiển và giám sát 71

DANH SÁCH HÌNH ẢNH

Hình 1.1: Công trình điện năng lượng mặt trời tại Nhật Bản 10

Hình 2.1: Tấm năng lượng mặt trời 12

Hình 2.2: Thiết bị chạy từ năng lượng mặt trời 13

Hình 2.3: Thiết bị chạy từ năng lượng mặt trời 13

Hình 2.4: Thiết bị làm lạnh không khí 14

Hình 2.5: Thiết bị làm lạnh không khí 14

Hình 2.6: Timer điều khiển bơm nước tự động 15

Hình 2.7: Board Arduino 16

Hình 2.8: Sơ đồ chân và bố trí linh kiện trên Arduino 17

Hình 2.9: Giao diện cho Arduino 18

Hình 2.10: Module Ethernet 19

Hình 2.11: Vị trí các linh kiện trên Ethernet 20

Hình 2.12: Cảm biến độ ẩm đất 21

Hình 2.13: Cảm biến DHT 11 22

Hình 2.14: LM2596 24

Hình 2.15: Cảm biến quang trở 24

Hình 2.16: Module Relay 1 kênh 25

Hình 2.17: Động cơ bơm nước và béc phun sương 26

Hình 2.18: Quạt tản nhiệt 27

Hình 2.19: Led SMD 5630 29

Hình 2.20: Động cơ MG 996R 29

Hình 2.21: Thông số kỹ thuật động cơ MG996R 30

Hình 2.22: Hệ cơ cấu bánh răng trục vít 31

Hình 4.1: Bản vẽ thiết kế mô hình 33

Hình 4.2: Hình ảnh mô hình thực tế 33

Hình 4.3: Chậu gieo trồng 34

Hình 4.6: Sơ đồ nhánh cây xử lý hệ thống 37

Hình 4.7: Kết quả cảm biến ẩm đất đổi ra phần trăm 38

Hình 4.8: Cách ly cảm biến DHT11 với ảnh hưởng mưa gió 39

Hình 4.9: Kết quả thu được từ cảm biến DHT11 trong khoảng 1 đêm 40

Hình 4.10: So sánh DHT11 và đồng hồ K1 40

Hình 4.11: Bộ relay điều khiển 41

Hình 4.12: Trên điện thoại Smart Phone 43

Hình 4.13: Giao diện trên máy tính 44

Hình 4.14: Biểu đồ giám sát giá trị (độ ẩm, nhiệt độ, ẩm đất) 45

Hình 4.15: Mô hình điều hướng tấm năng lượng mặt trời 47

Hình 4.16: Mô hình thực tế 47

Hình 4.17: Bánh răng trục vít 51

Hình 4.18: 4 quang trở mắc song song nhau để so sánh và phản hồi tín hiệu 52

Hình 4.19: Hình ảnh thực tế 53

Hinh 4.20: Nắng chiếu vào 2 quang trở phía trên(dưới) 54

Hình 4.21: Nắng chiếu vào 2 quang trở phía trái(phải) 55

HÌnh 4.22: Giá trị trung bình của 4 con quang trở nhận được từ mối trường 56

Hình 4.23: Board mạch điều khiển hệ thống tự điều hướng 57

Hình 4.24: Cơ cấu bánh răng trục vít truyền động 58

Hình 4.25: Motor điều khiển phần quay qua lại (trái – phải) 59

Hình 4.26: Khớp nối giữa motor và trục vít 60

Hình 4.27: Biến trở trong servo được lấy ra ngoài 61

HÌnh 4.28: Biến trở nối với trục quay của tấm pin dùng để phản hồi tín hiệu 61

DANH SÁCH BẢNG THÔNG SỐ

Bảng 2.1: Thông số kỹ thuật cảm biến độ ẩm đất 22

Bảng 2.2: Chức năng các chân cảm biến ẩm đất 22

Bảng 2.3: thông số kỹ thuật DHT11 23

Bảng 2.4: Chức năng các chân DHT11 23

Bảng 4.1: Giá trị analog thu được khi đo độ ẩm 38

Bảng 4.2: Hiệu điện thế và cường độ dòng điện khi thời tiết khác nhau 48

Bảng 4.3: Thông số bánh răng trục vít 50

Chương 1

MỞ ĐẦU

1.1Tầm quan trọng của năng lượng mặt trời đối với cuộc sống.

1.1.1 Năng lượng mặt trời:

Năng lượng mặt trời, bức xạ ánh sáng và nhiệt từ Mặt trời, đãđược khai thác bởi con người từ thời cổ đại bằng cách sử dụng mộtloạt các công nghệ phát triển hơn bao giờ hết Bức xạ mặt trời, cùngvới tài nguyên thứ cấp của năng lượng mặt trời như sức gió và sứcsóng, sức nước và sinh khối, làm thành hầu hết năng lượng tái tạo cósẵn trên Trái Đất Chỉ có một phần rất nhỏ của năng lượng mặt trời cósẵn được sử dụng

Điện mặt trời nghĩa là phát điện dựa trên động cơ nhiệt và pinquang điện Sử dụng năng lượng mặt trời chỉ bị giới hạn bởi sự khéoléo của con người Một phần danh sách các ứng dụng năng lượng mặttrời sưởi ấm không gian và làm mát thông qua kiến trúc năng lượngmặt trời, qua chưng cất nước uống và khử trùng, chiếu sáng bằng ánhsáng ban ngày, nước nóng năng lượng mặt trời, nấu ăn năng lượngmặt trời, và quá trình nhiệt độ cao nhiệt cho công nghiệp purposes Đểthu năng lượng mặt trời, cách phổ biến nhất là sử dụng tấm nănglượng mặt trời

Công nghệ năng lượng mặt trời được mô tả rộng rãi như làhoặc năng lượng mặt trời thụ động hoặc năng lượng mặt trời chủđộng tùy thuộc vào cách chúng nắm bắt, chuyển đổi và phân phốinăng lượng mặt trời Kỹ thuật năng lượng mặt trời hoạt động bao gồmviệc sử dụng các tấm quang điện và năng lượng mặt trời nhiệt thu đểkhai thác năng lượng Kỹ thuật năng lượng mặt trời thụ động bao gồmcác định hướng một tòa nhà về phía Mặt trời, lựa chọn vật liệu

có khối lượng nhiệt thuận lợi hoặc tài sản ánh sáng phân tán, và thiết

kế không gian lưu thông không khí tự nhiên

1.1.2 Lợi ích từ năng lượng mặt trời đem lại cho con người

- Nhờ vào công nghệ mặt trời mà năng lượng mặt trời đã mang lạikhá nhiều lợi ích quan trọng cho cuộc sống ngày nay của chúng ta vàrất thân thiện với môi trường : máy nước nóng năng lượng mặt trời Điều quan trọng là khác với nhiều nguồn năng lượng dùng để sinh ranhiệt than đá, khí đốt, dầu mỏ ở chỗ là năng lượng mặt trời khôngphải tiêu tốn nguồn nhiên liệu hóa thạch ban đầu Và trong quá trìnhsản sinh thì nó không sinh ra bất kì một chất độc hại nào như: CO2,SO2 > những nguyên nhân chính gây biến đổi khí hậu toàn cầu

- Là nguồn năng lượng dồi dào, vô tận và mang lại nhiều ý nghĩa lớncho nhân loại Nếu như các nguồn năng lượng khác như than,khí gasbạn phải bỏ tiền ra để mua thì năng lượng mặt trời lại hoàn toàn miễnphí

- Tạo ra nhiều việc làm hơn cho các bạn sinh viên trong ngành côngnghiệp năng lượng xanh

- Tạo ra nhiều sản phẩm, vật dụng thân thiện với môi trường

- Góp phần giải quyết các vấn đề quá tải điện năng và nâng cao giátrị cuộc sống của con người

- Góp phần thúc đẩy nền kinh tế của các nước đang phát triển

1.2 Xây dựng hệ thông giám sát từ xa

Trong thời đại công nghiệp hóa hiện đại hóa hiện nay, việcứng dụng khoa học kỹ thuật vào trong sản xuất, và trồng trọt đang là

xu thế mới Đáp ứng được các nhu cầu về mặt hiệu quả và năng suất,cũng như đạt chất lượng tốt hơn trong công việc

Hệ thống giám sát và điều khiển từ xa đang phổ biến dầntrong cuộc sống hiện nay Chúng giúp ta có thể quản lý và giám sátcông việc một cách hiệu quả và an toàn hơn

Internet cũng không ngoại lệ hiện nay cũng rất phổ biến trongcuộc sống hầu như người nhà nhà đều đang sử dụng internet mỗi ngàymỗi giờ Chính nhờ sự phổ biến và tiện dụng của internet mà ngàynay đa số các hệ thống điều khiển từ xa đều lấy cảm hứng từ internet.Rất nhiều ứng dụng đã được sử dụng rộng rãi bằng việc giám sát

và điều khiển qua internet như:

- Hệ thống camera giám sát

- Hệ thống nhà thông minh

- Hệ thống tưới cây điều khiển qua internet…

1.3 Mục tiêu của đề tài

Mục tiêu:

Xây dựng hệ thống nhà vườn sử dụng năng lượng từ mặt trời

để hoạt động, giám sát hệ thống từ xa về các thông số nhiệt độ, độ ẩm,

ẩm đất và điều khiển thiết bị đèn, bơm, quạt trong mô hình thông quamạng internet

Giới hạn đề tài:

- Sử dụng vi điều khiển Arduino, Ethernet

- Sử dụng năng lượng mặt trời cấp nguồn cho hệ thống

- Sử dụng cảm biến môi trường, và ứng dụng điều khiển trên điện thoại

và máy tình

- Các thông số môi trường được sử dụng: nhiệt độ, độ ẩm, ẩm đất

Chương 2

TỔNG QUAN2.1 Năng lượng mặt trời

2.1.1 Tổng quan về năng lượng mặt trời

Năng lượng mặt trời là nguồn năng lượng mà con người biết sửdụng từ rất sớm, nhưng ứng dụng năng lượng mặt trời vào các côngnghệ sản xuất và trên quy mô rộng thì mới chỉ thực sự vào cuối thế kỉ

18 và cũng chủ yếu ở những nước nhiều năng lượng mặt trời, nhữngvùng sa mặc Từ sau các cuộc khủng hoảng năng lượng thế giới năm

1968 và 1973, năng lượng mặt trời càng được đặc biệt quan tâm Cácnước công nghiệp phát triển đã tiên phong phát triển và nghiên cứu sửdụng năng lượng mặt trời Các ứng dụng năng lượng mặt trời phổbiến hiện nay

2.1.1.1 Pin mặt trời

Pin mặt trời là phương pháp sản xuất điện trực tiếp từ năng lượngmặt trời qua thiết bị biến đổi quang điện Pin mặt trời có ưu điểm làgọn nhẹ có thể lắp bất cú nơi đâu có ánh sáng mặt trời, đặc biệt tronglĩnh vực tàu vũ trụ Ứng dụng năng lượng mặt trời dưới dạng nàyđược phất triển với tố độ rất nhanh, nhất là các nước phát triển Ngàynay con đã ứng dụng nguồn năng lượng này để chạy xe thay thế dầndùng nguồn năng lượng truyền thống

Ở Việt Nam, với sự hỗ trợ của một số tổ chức quốc tế đã thực hiệnthành công việc xây dựng các trạm pin năng lượng mặt trời có côngsuất khác nhau phục vụ nhu cầu sinh hoạt của các địa phương vùngsâu, vùng xa, nhất là đồng bằng sông cửu long va Tây Nguyên Tuynhiên hiện nay pin mặt trời vẫn đang còn là món hàng xa xỉ đối vớicác nước nghèo như cúng ta.

 Một vài ứng dụng

Hình 2.2: Thiết bị xe chạy từ năng lượng mặt trời

Hình 2.3: Thiết bị máy bay chạy từ năng lượng mặt trời

2.1.1.2 Thiết bị làm lạnh và điều hòa không khí

Trong số những ứng dụngcủa năng lượng mặt trời thìlàm lạnh và điều hòa khôngkhí là ứng dụng hấp dẫnnhất vì nơi nào có khí hậunóng nhất thì nơi đó có nhucầu về làm lạnh lớn nhất,đặc biệt là ở những vùng xaxôi hẻo lánh thuộc các nướcđang phát triển không cólưới điện quốc gia và giánguyên liệu quá đắt so vớingười dân Với các máylạnh làm việc trên nguyên lýbiến đổi năng lượng mặt trời thành điện năng nhờ pin mặt trời là thuận tiệnnhất, nhưng trong giai đoạn hiện nay giá thành pin mặt trời còn quá cao

Ngoài ra các hệ thống lạnh còn được sử dụng năng lượng mặt trời dưới dạngnhiệt năng để chạy máy lạnh hấp thụ, loại thiết bị này càng được ứng dụngnhiều trong thực tế, tuy nhiên hiện nay vẫn chưa được thương mại hóa và sử

dụng rộng rãi vì giá thànhcòn cao và hơn nữa các bộthu dùng trong các hệ thốngnày chủ yếu là bộ thu dùngtrong các hệ thống là bộ thuphẳng với hiệu suất còn thấpnên diện tích lắp đặt bộ thucần rất lớn chưa phù hợpvới nhu càu thực tế

2.2 Các hệ thống giám sát sử dụng cho nhà vườn

Từ những năm gần đây, con người đã bắt đầu tìm đến những phương phápgiúp tự động hóa, hiện đại hóa quá trình canh tác cây trồng Những thiết bị điềukhiển từ xa điều khiển tự động lần lượt ra đời thay thế sức người, tiêu biểu như

hệ thống tưới từ xa, bộ hẹn giờ tưới … Các hệ thống này có khả năng làm việctốt, giá thành rẻ và được bày bán rộng rãi trên thị trường nên đang dần trở thành

sự lựa chọn chính cho các nhà vườn canh tác nông nghiệp sạch, hiện đại

Các hệ thống đó đã đem lại những hiệu quả cao trong canh tác, giúp thaythế sức người, quản lý từ xa các thiết bị Tuy nhiên điểm chung của các hệthống đó là người dùng vẫn chưa có một giao diện trực quan và chưa thể truycập các thông số môi trường nhằm điều khiển hệ thống đạt hiệu quả nhất

Hình 2.6: Timer điều khiển bơm nước tự động

2.3Các thiết bị sử dụng trong đề tài

2.3.1 Cảm biến – module

2.3.1.1 Arduino

Mạch Arduino Uno là dòng mạch Arduino phổ biến, khi mới bắt

đầu làm quen, lập trình với Arduino thì mạch Arduino thường nói tớichính là dòng Arduino UNO Hiện dòng mạch này đã phát triển tới

thế hệ thứ 3 (Mạch Arduino Uno R3).

Arduino Uno R3 là dòng cơ bản, linh hoạt, thường được sử dụng

cho người mới bắt đầu Bạn có thể sử dụng các dòng Arduino khácnhư: Arduino Mega, Arduino Nano, Arduino Micro… Nhưng vớinhững ứng dụng cơ bản thì mạch Arduino Uno là lựa chọn phù hợpnhất

Hình 2.7: Board Arduino

Thông số cơ bản của Mạch Arduino UNO R3

 Lập trình cho Arduino

Các thiết bị dựa trên nền tảng Arduino được lập trình bằng ngônriêng Ngôn ngữ này dựa trên ngôn ngữ Wiring được viết cho phầncứng nói chung Và Wiring lại là một biến thể của C/C++ Một sốngười gọi nó là Wiring, một số khác thì gọi là C hay C/C++ Riêng

mình thì gọi nó là “ngôn ngữ Arduino”, và đội ngũ phát triển Arduino

cũng gọi như vậy Ngôn ngữ Arduino bắt nguồn từ C/C++ phổ biếnhiện nay do đó rất dễ học, dễ hiểu Nếu học tốt chương trình Tin học

11 thì việc lập trình Arduino sẽ rất dễ thở đối với bạn

Để lập trình cho Mạch Arduino, nhà phát triển cung cấp một môitrường lập trình Arduino được gọi là Arduino IDE

Hình 2.9: Giao diện cho Arduino

2.3.1.2 Ethernet

Ethernet shield là một mạch mở rộng cho arduino, giúp arduino cóthể kết nối với thế giới internet rộng lớn Ứng dụng của shield này làtruyền nhận thông tin giữa arduino với thiết bị bên ngoài sử dụnginternet, shield này đặc biệt hữu ích cho các ứng dụng IoT, điều khiển

và kiểm soát hệ thống vì internet luôn liên tục, dữ liệu truyền đinhanh, khoảng cách là vô tậnăn đứt sóng RF , rẻ hơn với cách truyền

từ xa bằng tin nhắn

Hình 2.10: Module Ethernet

 Thông số kỹ thuật và sơ đồ chân Ethernet

Để sử dụng phải có board mạch Arduino đi kèm

- Hoạt động tại điện áp 5V (được cấp từ mạch Arduino)

- Chip Ethernet: W5100 với buffer nội 16KB

- Tốc độ kết nối: 10/100Mb

- Kết nối với mạch Arduino qua cổng SPI

- Thư viện và code mẫu có sẵn trong chương trình Arduino

Lưu ý rằng bởi vì W5100 và SD card sử dụng chung chuẩn truyềnSPI, vì vậy một thiết bị duy nhất có thể được hoạt động tại một thờiđiểm Nếu bạn đang sử dụng cả hai thiết bị ngoại vi trong chươngtrình của bạn, điều này cần được xử lý bởi các thư viện tương ứng

Hình 2.11: Vị trí các linh kiện trên Ethernet

2.3.1.3 Cảm biến đất

Cảm biến độ ẩm đất, được cấu tạo từ đầu thu tín hiệu là hai bản kim loại

có tính dẫn điện đặ cách xa nhau Khi đặt hai bản cực vào môi trường dung môihoặc môi trường có tính chất dẫn điện mà cụ thể ở đây ta xét đến là đất, độ dẫnđiện của đất cũng chính là giá trị độ ẩm của đất Tín hiệu này được một bộ sosánh trên module chuyển thành hai dạng giá trị là Analog và digital Trạngthái đầu ra ở mức thấp (0 – 0 analog ), khi đất thiếu nước đầu ra sẽ là mức cao(1 – 1023 analog), độ nhạy cao có thể điều chỉnh được bằng biến trở

Ứng dụng : đọc độ ẩm đất, phục vụ cho các hệ thống tưới tiêu tự động,

Hình 2.12: Cảm biến độ ẩm đất

 Thông số kỹ thuật

Bảng 2.1: Thông số kỹ thuật cảm biến độ ẩm đất

 Chức năng các chân

Bảng 2.2: Chức năng các chân cảm biến ẩm đất 2.3.1.4 Cảm biến nhiệt độ độ ẩm không khí DHT11

Cảm biến DHT11 là cảm biến có thể đọc được dữ liệu nhiệt độ, độ ẩm từ môi trường với độ chính xác khá cao, và hiện đang phổ biến trên thị trường với giá thành khá rẻ, nhỏ gọn và độ chính xác

2.3.1.5 Mạch nguồn LM2596

Với việc có khá nhiều module sử dụng trong đề tài đều hoạtđộng với điện áp 5DVC, đặt ra một vấn đề và nguồn cấp cho toàn bộcác module hoạt động với tiêu chí ổn định và dòng đủ lớn Sử dụngmạch LM2596 cho hệ thống module vì các lý đó:

+ Điện áp đầu ra linh hoạt, có thể tùy chỉnh, tinh chỉnh với độ chia nhỏ

+ Độ ổn định cao, độ hài điện áp ngõ ra thấp ,dòng đáp ứng tối đa lên đến 3A

từ vài trăm Ohm cho tới 1 mega Ohm

Với quang trở 5mm bạn hoàn toàn có thể tự tạo cho mình mạchcảm biến ánh sáng: tự động bật đèn khi trởi tối, tự động tắt đèn khitrời sáng thông qua module rơ le

2.3.1.7 Module relay

Đóng vai trò như một khóa điện tử trong đề tài Việc có thể chịuđược dòng điện và điện áp lớn giúp cho module trở nên đa dụng, cóthể dùng để thao tác tắt mở cho nhiều loại thiết bị Với hai kênh hoạtđộng độc lập, tín hiệu điều khiển được chống nhiễu và đèn báo trạngthái sẽ giúp cho người dùng thao tác và giám sát dễ dàng hơn

Hình 2.16: Module Relay 1 kênh

2.4Các thiết bị thực thi

2.4.1 Động cơ bơm tưới

Trong việc cân bằng môi trường bên trong mô hình, việc tướitiêu phải đảm bảo kĩ thuật để có thể canh tác tốt nhất, không gây gãy

đổ, xói mòn, tưới không đều …

Lựa chọn sử dụng động cơ bơm chân không 12V với các thông

số kĩ thuật :

+ Điện áp vận hành là 12V Rất phù hợp với các bộ nguồn thôngdụng ngoài thị trường

+ Gọn nhẹ, dễ lắp đặt, giá thành thấp+ Công suất nhỏ thích hợp cho việc khi sử dụng nguồn từNLMT

Đi kèm với động cơ bơm là một bộ béc phun 3 chấu nghiêng,giúp dòng nước thoát ra theo nhiều hướng dưới dạng sương Đảm bảo

độ tỏa đều và lực nước hợp lý để cây không bị xói mòn hoặc ngã đổ

Hình 2.17: Động cơ bơm nước và béc phun sương

2.4.2 Động cơ quạt tản nhiệt

- Thông số kỹ thuật :

+ Hoạt động trên điện áp 5V – 12V

+ Dòng tối đa sử dụng : 0.12A

+ Kích thước : độ dài cạnh 8cm hoặc 12cm

Hình 2.18: Quạt tản nhiệt

+ Gồm 72 led 5630 SMD trải dài trên chiều dài 1m của thanh nhôm.

+ Các bóng led được gia công trên pcb chất liệu nhôm giúp tản nhiệt tốt và độbền cao, có thể cắt nhỏ hoặc nối dài thêm tùy nhu cầu người dùng

+ Chi phí thấp, dễ dàng lắp đặt và thay thế

Hình 2.19: Led SMD 5630

2.4.4 Motor servo RC MG996R

Động cơ RC servo MG996R là phiên bản nâng cấp của MG995, là dòngsản phẩm thiên thêm về tốc độ phản ứng nhanh và lực kéo mạnh, thường được

sử dụng trong thiết kế Robot, cánh tay Robot,…

Động cơ RC MG996R có lực kéo mạnh, các khớp bánh răng được làmhoàn toàn bằng kim loại nên có độ bền cao, động cơ được tích hợp sẵn driverđiều khiển động cơ bên trong cơ chế phát xung- quay góc nên dễ dàng sử dụng

Hình 2.20: Động cơ MG 996R

- 0.19 sec/60 degrees (4.8V không tải)

- 0.15 sec/60 degrees (6V không tải)

Hình 2.21: Thông số kỹ thuật động cơ MG996R

Chương 3

NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU1) Nội dung thực hiện

 Sử dụng năng lượng mặt trời cấp nguồn hoạt động cho nhà vườn

 Xây dựng hệ thống giám sát và điều khiển từ xa cho mô hình

 Giám sát và điều khiển qua smart phone và máy tính

 Giải pháp tận dụng được nhiều nguồn năng lượng từ mặt trời nhất

2) Phương pháp nghiên cứu

Về lý thuyết:

 Sử dụng kiến thức đã học trong nhà trường về vi điều khiển, cơ học,

… chọn lọc thiết bị va khai thác tính năng của chúng

 Tìm các tài liệu liên quan tới cách sử dụng năng lượng mặt trời vàcách điều khiển chúng

 Tham khảo các phần mềm có thể giám sat và điều khiển cho hệ thống

Về thực tế:

 Tiến hành giao tiếp các thiết bị, kết nối với vi điều khiển và lập trình

để có thể hệ thống hoạt động ổn định

 Xây dựng mô hình năng lượng mặt trời dùng cho hệ thống

 Xây dựng chương trình giám sát và điều khiển cho hệ thống từ xathông qua internet cho hệ điều hành Android, IOS và trên máy tính

 Tiến hành khao nghiệm, so sánh kết quả thu được, tính thực tế của đềtài

CHƯƠNG 4

KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN

4.1 Xây dựng mô hình cho hệ thống nhà vườn 4.1.1 Thiết kế mô hình cho đề tài

 Bản vẽ thiết kế

Hình 4.1: Bản vẽ thiết kế mô hình



 Vật liệu được lựa chọn

- Phần khung : Sử dụng sắt V loại 3cm có lỗ sẵn với ưu điểm gọn

nhẹ, dễ dàng gia công, có thể tùy biến kích thước theo yêu cầu

- Phần mái : được lợp từ nhựa miếng PP xanh dương, bên dưới là

khung sắt dạng lưới để gia cố và chịu lực Việc sử dụng PP xanhdương nhằm mục đích lọc ánh sáng mặt trời đi qua mái vòm , hạnchế tia UV và các bức xạ khác

- Phần lưới bao : sử dụng lưới cước trắng, kích thước lỗ lưới rất

nhỏ Độ đàn hồi và độ bền cao, ngăn chặn sự xâm nhập của côntrùng gây hại và tránh mưa giông mạnh

- Phần cửa và chậu gieo trồng : 2 cửa được cấu tạo từ khung nhôm

và bọc lưới Chậu gieo trồng có kích thước 600 x 400 x150

Hình 4.3: Chậu gieo trồng

 Ưu điểm của thiết kế :

- Với cửa thông gió đôi, mô hình sẽ có sự thông thoáng tốt,giúp giảm diện tích bị nung nóng và làm phân tầng không khítrong nhà kính, nhờ đó tăng được hiệu quả làm mát vào mùa hè,kiểm soát tốt sự ngưng tụ của hơi nước Mái vòm lồi phía trên cótác dụng che chắn mưa, hệ thống sẽ không bị ảnh hưởng bởi thờitiết Giữa phần mái chính và mái lồi được phủ lưới chống côntrùng gây hại

Giới hạn của thiết kế : Do những hạn chế về vật tư cũng như yêu

cầu của đề tài nên mô hình chỉ được che phủ bằng lưới, các vật liệu khác sử dụng trong mô hình cũng không đạt độ tối ưu Tính khí động học của mô hình cũng chưa được chú trọng

4.1.2 Sơ đồ khối tương quan hệ thống

Hình 4.4: Sơ đồ khối tương quan hệ thống

Nguồn nuôi của hệ thống (Acquy) sẽ phải cấp nguồn 12V chocác thiết bị ngoại vi, đồng thời sẽ cấp nguồn 5V cho hệ thống xử lýtrung tâm và các cảm biến Do đó khối nguồn đóng vai trò rất quantrọng đến sự ổn định của toàn hệ thống, việc sụt nguồn, không đủdòng hoặc nguồn nóng lên quá nhanh sẽ gây hại đến toàn bộ hệthống

Các cảm biến sẽ lấy các thông số từ môi trường về (nhiệt độ, độẩm) từ đó ta có thể xem xét điều khiển đóng mở các thiết bị sao chophù hợp với với nhu cầu của chúng ta, và căn chỉnh được lưu lượnánh sáng, nhiệt độ, độ ẩm một cách hợp lý

Tất cả đều được xử lý và phản hồi tín hiệu thông qua mạngInternet, thông qua Ethernet shield Khi ta truyền dữ liệu từ Internetxuống bộ phận xử lý thông qua Blynk, ta có thể điều khiển được thiết