NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TỪ XA ROBOT GIEO HẠT VÀ CHĂM SÓC HOA MÀU TỰ ĐỘNG

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TỪ XA ROBOT GIEO HẠT VÀ CHĂM SÓC HOA MÀU TỰ ĐỘNG Họ và tên sinh viên: NGUYỄN HỒNG THẮNG NGUYỄN HUỲNH QUANG HUY Ngành: CƠ ĐIỆN TƯ Niên khóa: 2013-2017 Tháng 6/2017 NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TỪ XA ROBOT GIEO HẠT VÀ CHĂM SÓC HOA MÀU TỰ ĐỘNG Tác gia NGUYỄN HỒNG THẮNG NGUYỄN HUỲNH QUANG HUY Khóa luận được đệ trình để đáp ứng yêu cầu cấp bằng Kỹ sư ngành Cơ điện tử Giáo viên hướng dẫn Ths NGUYỄN LÊ TƯỜNG Ks VÕ QUANG THU Tháng 6 năm 2017 1 LỜI CẢM ƠN Sau thời gian nghiên cứu, học tập tại trường Đại học Nông Lâm TP Hồ Chí Minh, được sự giúp đỡ và tạo điểu kiện thuận lợi từ quý thầy cô chúng em đã hoàn thành luận văn tốt nghiệp Chúng em xin được bày tỏ lời cảm ơn quý thầy, cô giáo trong khoa Cơ khí Công nghệ, trường Đại học Nông Lâm TP Hồ Chí Minh đã trang bị cho chúng em những kiến thức quý báu trong thời gian học tập tại trường để chúng em thực hiện đề tài Đồng thời cho phép chúng em gửi lời cảm ơn đặc biệt về sự hướng dẫn tận tình của cô Nguyễn Lê Tường và thầy Võ Quang Thu, đã hướng dẫn, giúp đỡ chúng em trong suốt quá trình hoàn thành luận văn Cuối cùng, 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 chúng em hoàn thiện hơn Thành Phố Hồ Chí Minh, ngày 15 tháng 6 năm 2016 Sinh Viên Thực Hiện Nguyễn Hồng Thắng Nguyễn Huỳnh Quang Huy 2 TÓM TẮT Đề tài: “ Nghiên cứu, thiết kế và chế tạo hệ thống điều khiển từ xa Robot gieo hạt và chăm sóc hoa màu tự động ” được chúng em thực hiện với mục tiêu nghiên cứu, chế tạo một mô hình hệ thống tự động, điều khiển từ xa, nhằm nâng cao tính hiện đại và tự động hóa trong nông nghiệp Với việc xây dựng thành công mô hình, tiến hành các khảo nghiệm cho thấy mô hình hoạt động ổn định, chúng em đã đạt được mục tiêu đề ra Dựa trên những kết quả đạt được chúng em hy vọng đề tài này sẽ không dừng lại ở mức độ mô hình mà có thể đem vào thực tiễn và ngày càng cải tiến đem lại hiệu quả cao hơn Sơ lược nội dùng đề tài bao gồm:  Xây dựng mô hình hệ thống điều khiển từ xa mô hình Robot gieo hạt và giám sát, điều khiển việc chăm sóc hoa màu tự động qua các thông số nhiệt độ và độ ẩm đất  Xây dựng phương pháp điều khiển:  Điều khiển và giám sát các thông số nhiệt độ và ẩm độ đất thông qua việc điều khiển hệ thống bơm nước bằng máy tính và điện thoại  Điều khiển và giám sát Robot gieo hạt từ xa qua máy tính 3 MỤC LỤC Trang TRANG TỰA i LỜI CẢM ƠN ii TÓM TẮT iii MỤC LỤC iv DANH SÁCH CÁC HÌNH vii DANH SÁCH CÁC BẢNG ix CHƯƠNG 1 MỞ ĐẦU 1 1.1 Đặt vấn đề 1 1.2 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn 1 1.3 Mục tiêu đề tài .2 CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN 3 2.1 Điều khiển, giám sát từ xa trong nông nghiệp 3 2.2 Hệ thống điều khiển từ xa Robot gieo hạt và chăm sóc hoa màu tự động 3 2.3 Các thiết bị, linh kiện sử dụng trong đề tài .5 2.3.1 Mạch vi điều khiển Arduino 5 2.3.2 Cảm biến hồng ngoại E18_D80MK .8 2.3.3 Cảm biến nhiệt độ, độ ẩm đất SHT10 có vỏ bảo vệ V2 9 2.3.4 Module thu phát RF HC-11 10 2.3.5 Mạch Sim800A tích hợp nguồn xung và ic đệm 11 2.3.6 Mạch giảm áp LM2596 12 4 2.3.7 IRFP 150N, RELAY 12V -10A 13 2.3.8 Công tắc hành trình 15 2.3.9 Bơm nước 15 2.3.10 Đồng hồ đo nhiệt độ độ ẩm K1 16 CHƯƠNG 3 NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 17 3.1 Nội dung thực hiện .17 3.2 Phương pháp nghiên cứu 17 CHƯƠNG 4 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 18 4.1 Sơ đồ khối hệ thống điều khiển từ xa Robot gieo hạt và chăm sóc hoa màu tự động 18 4.2 Robot gieo hạt 20 4.2.1 Thiết kế 20 4.2.2 Sơ đồ vị trí lắp đặt các cảm biến và bộ phận thực thi 22 4.2.3 Cấu trúc Robot gieo hạt 24 4.2.3.1 Nguồn .25 4.2.3.2 Hệ thống trung tâm 25 4.2.3.3 Cơ cấu di chuyển 29 4.2.3.4 Cơ cấu gieo .35 4.2.3.5 Hệ thống kiểm soát hạt 37 4.2.3.6 Cơ cấu xới .40 4.2.3.7 Cơ cấu tưới 43 4.3 Cảm biến môi trường 45 4.3.1 Thiết kế 45 5 4.3.2 Sơ đồ nối dây 46 4.4 Điều khiển giám sát Robot gieo hạt và nhiệt độ độ ẩm đất trên máy tính 50 4.5 Giám sát nhiệt độ độ ẩm bằng điên thoại .51 4.6 Khảo nghiệm 55 4.6.1 Khảo nghiệm độ ổn định cảm biến nhiệt độ, độ ẩm đất 55 4.6.2 Khảo nghiệm hệ thống bơm nước 57 4.6.3 Khảo nghiệm hệ thống kiểm soát hạt 58 CHƯƠNG 5 KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ .60 5.1 Kết luận 60 5.2 Đề nghị 60 TÀI LIỆU THAM KHẢO .61 PHỤ LỤC 63 6 DANH SÁCH CÁC HÌNH Trang Hình 2.1: Robot gieo hạt .3 Hình 2.2: Ảnh hưởng của nhiệt độ, độ ẩm thông qua việc tưới nước cho cây .4 Hình 2.3: Arduino Mega 2560 (trái) và Arduino Nano (phải) .5 Hình 2.4: Giao diện lập trình Arduino IDE 5 Hình 2.5: Thiết kế của Arduino Mega 2560 6 Hình 2.6: Thiết kế của Arduino Mega Nano .7 Hình 2.7: Cảm biến hồng ngoại E18-D80NK .8 Hình 2.8: Cảm biến nhiệt độ, độ ẩm đất SHT10 có vỏ bảo vệ V2 .9 Hình 2.9: Module thu phát RF HC-11 .10 Hình 2.10: Mạch Sim800A tích hợp nguồn xung và ic đệm 11 Hình 2.11: Mạch giảm áp LM2596 12 Hình 2.12: IRF150N 13 Hình 2.13: Các loại mosfet 14 Hình 2.14: Relay 8 chân 12V-10A 14 Hình 2.15: Công tắc hành trình 15 Hình 2.16: Bơm nước 15 Hình 2.17: Đồng hồ đo nhiệt độ, độ ẩm K1 16 Hình 4.1: Sơ đồ khối hệ thống điều khiển từ xa Robot gieo hạt và chăm sóc hoa màu tự động 18 Hình 4.2: Thiết kế của Robot gieo hạt .20 Hình 4.3: Một số hình ảnh thực tế Robot gieo hạt .21 Hình 4.4.1: Vị trí lắp đặt các cảm biến và bộ phận thực thi 22 7 Hình 4.4.2: Vị trí lắp đặt các cảm biến và bộ phận thực thi 23 Hình 4.5: Sơ đồ cấu trúc Robot gieo hạt 24 Hình 4.6: Sơ đồ nối dây khối nguồn 25 Hình 4.7: Sơ đồ nối dây hệ thống trung tâm 25 Hình 4.8: Một số hình thực tế hệ thống xử lý trung tâm 26 Hình 4.9: Layout Board chủ 27 Hình 4.10: Hình thực tế Board chủ 28 Hình 4.11: Sơ đồ nối dây cơ cấu di chuyển .29 Hình 4.12: Sơ đồ nguyên lý mạch driver động cơ .30 Hình 4.13: Mạch layout driver động cơ 32 Hình 4.14: Hình thưc tế driver động cơ .32 Hình 4.15: Sơ đồ nối dây cơ cấu gieo .35 Hình 4.16: Sơ đồ nối dây hệ thống kiểm soát hạt 37 Hình 4.17: Hệ thống kiểm soát hạt 39 Hình 4.18: Sơ đồ nối dây cơ cấu xới 40 Hình 4.19: Sơ đồ nối dây cơ cấu tưới 43 Hình 4.20: Cọc cảm biến 45 Hình 4.21: Hình cọc cảm biến thực tế .45 Hình 4.22: Sơ đồ nối dây cọc cảm biến .46 Hình 4.23: Truyền nhận tín hiệu giữa Robot và máy tính 50 Hình 4.24: Giao diện điều khiển .50 Hình 4.25: Truyền nhận thống tin giữa Robot và điện thoại .51 Hình 4.26: Kiểm tra nhiệt độ, độ ẩm bằng tin nhắn 52 8 DANH SÁCH CÁC BẢNG Trang Bang 2.1: Thông số kỹ thuật Arduino Mega 2560 .6 Bang 2.2: Thông số kỹ thuật Arduino Nano 7 Bang 2.3: Thông số kỹ thuật cảm biến hồng ngoại E18-D80NK 8 Bang 2.4: Chức năng các chân của cảm biến hồng ngoại E18-D80NK .9 Bang 2.5: Thông số kỹ thuật của cảm biến nhiệt độ, độ ẩm đất SHT10 có vỏ bảo vệ V2 10 Bang 2.6: Chức năng của các chân cảm biến nhiệt độ, độ ẩm đất SHT10 có vỏ bảo vệ V2 10 Bang 2.7: Thông số kỹ thuật module thu phát RF HC-11 11 Bang 2.8: Thông số kỹ thuật mạch Sim800A tích hợp nguồn xung và ic đệm 12 Bang 2.9: Chức năng các chân mạch Sim800A tích hợp nguồn xung và ic đệm .12 Bang 2.10: Thông số kỹ thuật mạch giảm áp LM2596 13 Bang 2.11: Thông số kỹ thuật đồng hồ đo nhiệt độ, độ ẩm K1 16 Bang 4.1: Cú pháp tin nhắn .52 Bang 4.2: Khảo nghiệm độ chênh lệch nhiệt độ 55 Bang 4.3: Khảo nghiệm độ chênh lệch độ ẩm 56 Bang 4.4: Kết quả khảo nghiệm hệ thống bơm nước 57 Bang 4.5: Khảo nghiệm hiệu quả của hệ thống kiểm soát hạt 58 9 analogWrite(5, 0); digitalWrite(29, LOW); analogWrite(4, 0); digitalWrite(27, LOW); dk=1; mySerial.print("g"); } if((ketnoi==1)&&(dieukhien==3)){ mySerial.print("h"); analogWrite(7, 0); digitalWrite(33, LOW); analogWrite(6, 0); digitalWrite(31, LOW); analogWrite(5, 0); digitalWrite(29, HIGH); analogWrite(4, 0); digitalWrite(27, HIGH); dk=1; mySerial.print("g"); } if((ketnoi==1)&&(dieukhien==4)){ mySerial.print("h"); analogWrite(7, 0); 74 digitalWrite(33,HIGH); analogWrite(6, 0); digitalWrite(31, HIGH); analogWrite(5, 0); digitalWrite(29, LOW); analogWrite(4, 0); digitalWrite(27, LOW); dk=1; mySerial.print("g"); } if((ketnoi==1)&&(dieukhien==0)){ if(dk==1){ mySerial.print("h"); analogWrite(7, 255); digitalWrite(33, HIGH); analogWrite(6, 255); digitalWrite(31, HIGH); analogWrite(5, 255); digitalWrite(29, HIGH); analogWrite(4, 255); digitalWrite(27, HIGH); dk=0; } 75 } if((ketnoi==1)&&(gieohat==0)&&(tuoinuoc==0)&&(dieukhien==0)){ Serial.println("da ket noi"); mySerial.print("e"); delay(150); String (ff3)= String(ff); ff4[0]=ff3[0]; mySerial.print(ff4[0]); delay(10); ff4[1]=ff3[1]; mySerial.print(ff4[1]); delay(150); mySerial.print("f"); delay(150); String (hh3)= String(hh); hh4[0]=hh3[0]; mySerial.print(hh4[0]); delay(10); hh4[1]=hh3[1]; mySerial.print(hh4[1]); delay(10); } 76 if((gieohat==0)&&(tuoinuoc==0)&&(dieukhien==0)){ bb.remove(0); mySerial1.print("a"); time1 = millis(); while( (unsigned long) (millis() - time1) < 1000 ){ while(mySerial1.available()){ aa=mySerial1.read(); bb+=aa; cc=1; } } if(cc==1){ for (int i=0;i=0) { String kk = String("NhietDo"); String ll = String (26); 78 String mm = String(" Doam"); String nn = String (37); for (int i=0;i=0) { strncpy(nhietdo1, smstext+7,2); nhietdo1[2]='\0'; pp = atoi(nhietdo1); strncpy(nhietdo2, smstext+9,2); 79 nhietdo2[2]='\0'; qq = atoi(nhietdo2); vitri= -1; uu=1; ut=1; } vitri=tinnhan.indexOf("doam"); if (vitri>=0) { strncpy(doam1, smstext+4,2); doam1[2]='\0'; rr = atoi(doam1); strncpy(doam2, smstext+6,2); doam2[2]='\0'; ss = atoi(doam2); vitri=-1; vv=1; vh=1; } } sms.DeleteSMS(byte(pos));//xóa sms vừa nhận } delay(1000); 80 } if(uu==1){ if((ffqq)){ String kk = String("NhietDo"); String ll = String (ff); for (int i=0;i