KHOA LUAN TOT NGHIEP NHOM tân THOAI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP.HCM KHOA CÔNG NGHỆ ĐIỆN TỬ BỘ MƠN ĐIỆN TỬ TỰ ĐỘNG KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐỀ TÀI: GIÁM SÁT, ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG TƯỚI NƯỚC VÀ CHĂM SÓC CÂY BẰNG ĐIỆN THOẠI DI ĐỘNG GVHD: TH.S CAO VĂN KIÊN TH.S TRẦN NGUYÊN BẢO TRÂN SINH VIÊN: NGUYỄN NHẬT TÂN MSSV: 15031301 NGUYỄN LÊ VĨNH THOẠI MSSV: 15026401 HỆ ĐÀO TẠO: CHÍNH QUY NIÊN KHĨA: 2015-2019 Tp HCM, tháng 06 năm 2019 LỚP: ĐHĐTTĐ11A LỚP: ĐHĐTTĐ11D LỜI CAM ĐOAN Trong trình nguyên cứu thực đề tài đồ án, chúng em cam đoan không chép kết đề tài hay cơng trình ngun cứu khác Tp HCM, ngày tháng năm 2019 (Nhóm) Sinh viên thực (Ký ghi rõ họ tên) LỜI MỞ ĐẦU Khu vườn nhỏ sân thượng khơng xa lạ với người đặc biệt hộ gia đình thành phố với khơng gian sống chật hẹp Vì sống hối hả, bận rộn, có thời gian chăm sóc trồng nên nhiều người chọn hệ thống tưới tự động để giúp chăm chăm sóc Tuy nhiên đa phần hệ thống tưới có nhiệm vụ tưới nước cho khoảng thời gian đặt trước gọi điện tới trạm thu phát hệ thống để kích hoạt tưới nước, mà đo đuợc yếu tố cần thiết giám sát trồng cách tốt Vì lí đó, nhóm sinh viên thiết kế hệ thống giám sát điều khiển, tưới nước chăm sóc trồng cách tự động, thông số cần thiết hiển thị lên điện thoại di động điều khiển hệ thống thơng qua mạng internet LỜI CẢM N Nhóm sinh viên sinh chân thành cảm giúp đỡ thầy cô trường Đại học Cơng nghiệp thành phố Hồ Chí Minh nói chung thầy Khoa Cơng nghệ Điện Tử trường Đại học Cơng nghiệp thành phố Hồ Chí Minh nói riêng dạy cho nhóm em kiến thức cần thiết để nhóm thực khóa luận tốt nghiệp, đặc biệt xin cảm ơn thầy Th.s Cao Văn Kiên thầy Th.s Trần Nguyên Bảo Trân trực tiếp hướng dẫn bảo tận tình nhóm em thực khóa luận tốt nghiệp cách tốt Trong q trình học tập, tìm tòi, nghiên cứu thực khóa luận tốt nghiệp, sinh viên, nhóm em khó tránh khỏi thiếu xót, sai phạm, phiền phức khó khăn Vì vậy, em mong nhà trường Quý thầy cô thông cảm bỏ qua đồng thời đưa ý kiến góp ý, đánh giá để em sửa chữa, học hỏi để tích lũy kinh nhiệm giúp em hồn thành thân tốt đáp ứng đáp ứng nhu cầu công việc thực tế tương lai Cuối em xin chân thành cảm ơn đến bạn học chung khóa, chung lớp giúp đỡ đóng góp ý kiến cho nhóm em suốt q trình làm khóa luận tốt nghiệp Đặc biệt cảm ơn thầy Th.s Cao Văn Kiên thầy Th.s Trần Nguyên Bảo Trân người đồng hành chúng em suốt năm qua Chúc người có thật nhiểu sức khỏe, có thật nhiều thành cơng cơng việc sống NHẬN T C A GIẢNG VIÊN HƯỚNG D N Họ tên GVHD: ThS Cao Văn Kiên Ngàm giao S tài:  i áo cáo th Nh n Ngàm hoàn thành tài: ng R: t chng: Điểm hướng dẫn: Tp HCM, ngày tháng năm Giảng viên hướng dẫn Ký ghi rR họ tên쳌 NHẬN T C A GIẢNG VIÊN PHẢN BIỆN Điểm đánh giá giảng viên phản biện: Tp HCM, ngày tháng năm Gi ng viên ph n iện MỤC LỤC CHƯƠNG 14 TỔNG QUAN 14 1.1 Đặt vấn đề 14 1.2 Tổng quan chung lĩnh vực nghiên cứu .14 1.3 Mức độ phổ biến đề tài 15 1.4 Mục tiêu thực đề tài 16 1.5 Giới hạn đề tài 16 1.6 Phương pháp thực 17 CHƯƠNG 18 CƠ SỞ LÝ THUYẾT 18 2.1 Cách gieo trồng cách chăm sóc loại trồng hệ thống 18 2.1.1 Cây cải xanh 18 2.1.2 Cây xà lách 18 2.1.3 Cây mồng tơi 19 2.1.4 Phương pháp điều khiển PID 20 2.2 IoT Thingspeak 21 2.2.1 IoT .21 2.2.2 ThingSpeak .23 CHƯƠNG 25 THIẾT KẾ HỆ THỐNG GIÁM SÁT, ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG TƯỚI NƯỚC VÀ CHĂM SÓC CÂY BẰNG ĐIỆN THOẠI DI ĐỘNG 25 3.1 Sơ đồ nguyên lý vận hành 25 3.2 Lưa chon cac thiết bị 26 3.2.1 Cảm biền độ ẩm đất 26 3.2.2 Cảm biến độ ẩm, nhiệt độ DHT11 28 3.2.3 Module thời gian thực 31 3.2.4 Module relay 5VDC 34 3.2.5 Motor phun sương DP-521 35 3.2.6 Nguồn tổ ong 12V-10A 36 3.3 Lưa chon bô điêu khiên 37 3.3.1 Module Wifi ESP8266 Node MCU 37 3.3.2 Arduino .38 3.4 Thiêt kê va lưa chon phân công suât .39 3.4.1 Thiết kế phần khung bảo vệ 39 3.4.2 Thiết kế phần khay trồng 40 3.4.3 Thiết kế lựa chọn motor ống nước 42 3.4.4 Tính tốn lượng nước thời gian cần để tưới cho 43 3.5 Sơ đô đâu nôi phân cưng va qui đinh ngo vao/ra 43 3.6 Lưu đô điêu khiên 45 CHƯƠNG 47 MÔ HINH THƯC TÊ VÀ KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM 47 4.1 Các thiết bị có mơ hình thực tế 47 4.2 Lắp đặc ghép nối mô hinh va kiểm tra thực nghiệm 51 4.2.1 Lắp đặt kiểm tra phần khung bảo vệ 51 4.2.2 Lựa chọn kiểm tra phần hộp bảo vệ 52 4.2.3 Lắp đặt phần vách ngăn, ống nước béc phun sương 53 4.2.4 Lắp đặt kiểm tra hoạt động motor DP-521 54 4.2.5 Kiểm tra Module Wifi ESP8266 Node MCU 55 4.3 Kêt qua thông qua cac lân chay mô hinh 56 4.4 Kết thu từ trang web ThingSpeak 58 4.5 Sản phẩm đạt mơ hình 59 CHƯƠNG 62 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI 62 5.1 Đánh giá: 62 5.2 Kết luận: 63 5.3 Hướng phát triển đề tài: 65 DANH SÁCH CÁC HÌNH .11 DANH SÁCH CÁC BẢNG 11 Hình 1.1: Hệ thống tưới tự động MIKA .15 Hình 2.1: Sơ đồ nguyên lí PID 20 Hình 2.2: Ứng dụng IoT 21 Hình 2.3: IoT công nghiệp .22 Hình 3.1: Sơ đồ ngun lí hệ thống 25 Hình 3.2: Cảm biến độ ẩm đất 26 Hình 3.3: Cảm biến DHT11 28 Hình 3.4: MCU gửi tín hiệu cho DHT11 29 Hình 3.5: Bit 30 Hình 3.6: Bit 31 Hình 3.7: Module thời gian thực DS1307 31 Hình 3.8: Sơ đồ ngun lí DS1307 .32 Hình 3.9: Module Relay 5VDC 34 Hình 3.10: Motor phun sương DP-521 35 Hình 3.11:Nguồn tổ ong 12V-10A 36 Hình 3.12: Module Wifi ESP8266 Node MCU 37 Hình 3.13:Arduino Mega 2560 38 Hình 3.14: Sắt V lỗ 3x3 .40 Hình 3.15: Khung bảo vệ hệ thống 40 Hình 3.16: Khay trồng 40 Hình 3.17: Ván ngăn 41 Hình 3.18: Phần khay trồng hệ thống 41 Hình 3.19: Bộ motor béc, ống 42 Hình 3.20: ống béc phun hệ thống 42 Hình 3.21: Sơ đồ đấu nối phần phần cứng 43 10 Hình 4.1: Phần khung hệ thống Phần khung tạo từ sắt V lỗ 3x3 gắn nối ốc nên chắn, đủ sức thêm khay trồng phía khung muốn mở rộng diện tích Để kiểm chứng độ chắn khung nhóm sinh viên kiểm tra cách trực tiếp đặt khay trồng lên khung kết khung chắn không rung lắc hay móp méo hình 4.2쳌 Hình 4.2: Kiểm tra phần khung bảo vệ 4.2.2 Lựa chọn iểm tra phần hộp o vệ - Đối với phần bảo vệ cho điều khiển, motor nguồn, nhóm sinh viên sử dụng hộp nhựa có khích thước khác hình 4.3쳌 Việc đặt thiêt bị vào hộp giúp bảo vệ chúng khỏi nước tác nhân bên Để đảm bảo 52 việc bảo vệ chống nước tốt nhóm sinh viên dung keo nến dán bít vịt trí hở phần nắp Để kiểm tra phần bảo vệ nhóm sinh viên dán keo nến cho khay vào nước sau lau khô mở bên khoog có tượng rỉ nước vào Hình 4.3: Hộp chứa thiết bị điều 4.2.3 Lắp ặt phần vách ngăn, ng n ớc c phn s ơng - Phần vách ngăn phân chia khu vực loại riêng biệt việc làm vách ngăn có tác dụng ngăn cách loại để dễ kiểm tra trồng nhiều loại trường hợp khơng thể trồng xen lẫn với Kích thước vàn 45x32cm Khi gắn vào khây đất gia cố them keo nến để thêm phần chắn Để tránh tượng ván ép thấm nước dẫn đến hư hỏng sản sinh nấm mốc, nhóm sinh viên dung decal dán kín lại, giảm tới mức tối thiểu việc thấm nước decal - Sau gắn vách ngăn, ta tiến hành gắn đường ống nước béc phun sương Ống gắn thành hàng song song với mặt đất cách 10cm Mỗi khu vực loại bố trí béc, với khu vực trồng có béc phun sương Các béc phun sương ống gắn với xuyên qua vách ngăn cho béc nằm phần trồng đầu béc cách mặt đất 30cm Với bố trí ống vàkhoảng cách béc tưới nước phân khu vực trồng Phần cuối ống kết nối với đầu chữ T giúp ghép 53 nối phần ống tới khay với phần motor phun sương Để kiểm vị trí đặt ống béc tưới cho hợp lí nhóm sinh thử nhiều vị trí khác nhau, từ số lượng béc phun đủ, vị trí đặt ống cho hợp lí sau nhiều lần thử nhóm sinh viên định vị trí số lượng béc tưới Sau ghép nối ống với khay trồng ta hình 4.4 Hình 4.4: Ống nước, vách ngăn béc 4.2.4 Lắp ặt iểm tra hoạt ộng motor DP-521 Motor phun sương DP-521 ghép nối với module relay 5VDC có tích hợp sẵn opto quang chống tải cách ly bảo vệ điều khiển Khi lắp đặt chân in relay gắn với chân điều khiển motor Arduino Mega 2560, chân DC+ DC- nối với nguồn âm dương 5VDC, chân NO relay nối với chân dương motor phun sương, chân âm motor nối với nguồn âm nguồn tổ ong, chân com relay nối với nguồn dương nguồn tổ ong Khi có tín hiệu điều khiển từ Arduino chân in relay kích, có điện tiếp điểm lại dẫn điện cho motor chạy Khi ta kết nối Arduino, module relay motor hình 4.5 54 Hình 4.5:Arduino với relay motor 4.2.5 Kiểm tra Modle Wifi ESP8266 Node MCU Kiểm tra Module Wifi ESP8266 Node MCU nạp code thử led Đối với Module Wifi ESP8266 Node MCU ta phải tải thư viện module kiểm tra leg nhấp nháy theo thời gian đặt, thay đổi thời gian sáng tắt code led sáng tắt module hoạt động tốt hình 4.6쳌 Hình 4.6: Kiểm tra Module Wifi ESP8266 55 4.3 Kết q th ng qa lần chạm m hình Các lần chạy thử mơ hình thực tế thể qua bảng 4.2 : Số lần Kết Lý chạy thử - Đọc cảm biến chưa ổn định Vẫn chưa hiểu rR cảm biến - Chưa kết nối kit module wifi với mạng module wifi Internet - Đọc cảm biến ổn định Chưa tìm hiểu rR cách kết nối - Kết nối kit module wifi với mạng với mạng Internet Internet chưa ổn định - Kết hợp cảm biến module wifi chưa Chưa hiểu rR cách kết hợp ổn định module wifi với cảm biến - Kết nối moudle wifi với mạng ổn - Kết nối cảm biến với module wifi tốt Vẫn tìm cách đưa liệu - Đưa liệu thu thập từ cảm biến từ cảm biến qua module lên trang web ThingSpeak wifi đưa lên trang web ThingSpeak - Thông tin thu thập đưa lên web chưa ổn Đường truyền đưa từ module định wifi lên Internet chưa ổn định - Chưa thu thập liên tục liệu nên liệu ngắt quãng - Khắc phục hạn chế việc đường truyền bị Hạn chế việc ngắt quảng ngắt quãng để liệu ổn định đường truyền liệu - cách ổn định cấp nguồn Kết nối module thời gian thực với Arduino Mega 2560 để canh chỉnh thời gian wifi Vẫn chưa rR cách kết nối module thời gian thực Arduino Mega 2560 - Chưa đặt thời gian để điều khiển Vẫn chưa hiểu cách lập 56 motor tưới trình để điều khiển motor module thời gian thực - Kết hợp module thời gian điều Chỉnh sửa nhiều lần code khiển motor - điều khiển Chưa sử dụng liệu truyền từ Chưa biết cách kết hợp cảm biến để điều khiển motor cảm biến motor Bảng 4.2 : Các lần chạy thử kết mơ hình thực nghiệm 57 4.4 Kết q th từ trang we ThingSpea Sau nhận liệu cảm biến thơng qua module wifi ThingSpeak tổng hợp lưu trữ liệu thể hiền thành dạng đồ thị - Kết thu thập cảm biến từ ngày 19/5 đến ngày 30/5 hình 4.6쳌 Hình 4.6: Biểu đồ từ ThingSpeak - Kết thu theo ngày hiển thị theo khung ngày hình 4.7 hình 4.8쳌: Hình 4.7 : Biểu đồ hiển thị ngày 58 Hình 4.8: Giao diện giám sát liệu 4.5 S n phẩm ạt ợc m hình Sau chuẩn bị xong phần cứng, sinh viên thực hiên trồng Hình 4.9: rau sau trồng ngày 59 Hình 4.10: Rau xà lách trồng Hình 4.11: Rau cải xanh trồng tuần Hình 4.12: Rau mồng tơi trồng ngày 60 Hình 4.13: Rau mồng tơi trồng ngày Hình 4.14: rau mồng tơi trồng ngày 61 CHƯ NG KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI 5.1 Đánh giá: Sau q trình tìm tòi, nghiên cứu, thực khóa luận tốt nghiệp với nội dung “: giám sát, điều khiển tự động tưới nước chăm sóc điện thoại di động” hướng dẫn tận tình thầy Ths.Trần Nguyên Bảo Trân thầy Ths Cao Văn Kiên, góp ý chân thành bạn bè, nhóm sinh viên thiết kế điều khiển hệ thống bao gồm: - Đã nguyên cứu xây dựng phần cứng hệ thống bao bồm khung bảo vệ giá đỡ cho khay trồng, thiết kế tính tốn cách bố trí hệ thống ống nước tưới béc tưới cho hợp lí - Tìm hiểu cách trồng cách chăm sóc từ phát triển hệ thống - Đo nhiệt độ, độ ẩm môi trường, độ ẩm đất, yếu tố quan trọng cho đề tài - Thiết kế cách điều khiển hệ thống tưới theo thời gian định để tưới phù hợp với trồng - Tìm hiểu IoT tầm quan trọng IoT sống ứng dụng vào đề tài - Tạo biểu đồ giám sát trang web ThingSpeak dạng biểu đồ , giúp việc giám sát dễ dàng - Hệ thống trồng rau giúp rau phát triển tốt Trong trình nguyên cứu thực đề tài cần phải tìm hiểu nhiều điều liên quan tới việc lập trình điều khiển cho cảm biến việc đưa liệu lên trang web gặp nhiều khó khăn: phải chọn lọc nguồn tin đáng tin cậy, đọc datasheet, tài liệu nước ngoài, nên dễ gây nhầm lẫn dịch nghĩa làm cho trình nguyên cứu bị chậm tiến độ, việc lựa chọn thiết bị để lắp ráp phần 62 cho mơ hình gặp nhiều khó khăn cơng sứ Tuy gặp nhiều khó khăn nhóm sinh viên cố gắng để thực cách tốt hoàn thành đề tài Đối với đề tài này, nhóm sinh viên tự đánh giá rút ưu nhược điểm đề tài - Ưu điểm:  Tiết kiệm chi phí nhân cơng  Tiết kiệm thời gian cho người sử dụng  Tối ưu lượng nước tưới  Tăng hiệu suất làm việc  Giảm chi phí tiêu thụ điện - Nhược điềm:  Chi phí sản suất ban đầu lớn  Chi phí bảo trì cao so với làm thủ cơng  Mơ hình phần chưa đẹp mắt  Chưa tối ưu cho hệ thống 5.2 Kết l n: Sau hoàn thành hệ thống, nhóm sinh viên tính tốn chi phí giá thành sản phảm đạt thực tế mơ hình Cách tính giá thành sản phẩm bán là: Giá thành sản phẩm = Chi phí sản xuất hệ thống + chi phí tiêu thụ điện nước + chi phí bảo trì hệ thống쳌 / Sản lượng sản phẩm Trong đó:  Chi phí sản suất hệ thống chi phí thiết kế, thi cơng lắp đặt hệ thống  Chi phí tiêu thụ điện nước số tiền chi trả cho lượng nước điện tiêu thụ khoảng thời gian hoạt động hệ thống  Chi phí bảo trì hệ thống chi phí sửa chửa hệ thống gặp cố 63  Sản lượng sản phẩm sản lượng thu hoạch sản phẩm thời gian hệ thống hoạt động Diện tích m2쳌 0.279 10 200 1000 Giá thành đồng/kg쳌 85000 36700 19600 19100 12500 Bảng 5.1: Bảng số liệu tính tốn giá thành sản phẩm Hình 5.1: Biểu đồ kinh tế Bảng 5.1 hình 5.1 thấy với diện tích nhỏ với 1kg ta bán với giá cao so với thị trường bên ngồi lợi nhuận mơ hình nhỏ Tuy nhiên, hệ thống có diện tích lớn ví dụ 1000m2 giá thành kg sản phẩm có giá tương đương hoạc nhỏ so với giá thị trường mà lợi nhuận thu lại cao Qua đó, ta thấy việc sử sụng mơ hình giúp ta có lợi nhuận cao nhiều so với bên 64 5.3 H ớng phát triển tài: Sau hồn thành đề tài, nhóm sinh viên có hướng phát triển đề tài sau: - Đo hiển thị liệu cảm biến lên hình LCD để tiện theo dRi mơ hình - Lắp đặt thêm hệ thống mái che để trời nắng mưa lớn giảm ảnh hưởng đến trồng - Mở rộng diện tích trồng thêm nhiều loại trồng khác rau - Tùy vào nơi trồng mà lắp đặt thêm thiết bị cho hệ thống cách hợp lí Ví dụ, khu vực thiếu ánh sáng tích hợp thêm hệ thống chiếu sáng - Cải tiến hệ thống cảm biến, lắp đặt thêm nhiều cảm biến để phát triển tốt cho trồng cảm biến độ pH, cảm biến mưa, cảm biến ánh sáng, từ thêm thiết bị hỗ trợ cho cảm biến bồn trộn hóa chất trung hòa độ pH, 65 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] :https://maka.vn/blogs/giai-phap-tuoi-tu-dong/he-thong-tuoi-tu-dong [2] [3] [4] [5] [6] [7] : http://quangnam.gov.vn/CMSPages/BaiViet/Default.aspx?IDBaiViet=19013 [8] [9] [10] : https://nongnghieppho.vn/products/hat-giong-mong-toi-cao-san-lato?KmTop-QCdong&gclid=EAIaIQobChMIp-C2l4K84gIViRsqCh1z3wgEAAYAiAAEgJgefD_BwE [11]: http://www2.hcmuaf.edu.vn/data/phucnt/file/bo-dieu-khien_pid.pdf [12]: https://hshop.vn/products/cam-bien-do-am-dat-2 [13]: http://linhkienmcu.vn/cam-bien-do-am-dat [14] https://hshop.vn/products/cam-bien-do-am-nhiet-do-dht11 [15] http://hocdientu.vn/threads/dht11-cam-bien-do-am.122/ [16] https://hshop.vn/products/mach-thoi-gian-thuc-rtc-ds1307 [17] http://dammedientu.vn/hoc-avr-bai-7-giao-tiep-ic-thoi-gian-thuc-ds1307/ [18] https://hshop.vn/products/module-1-relay-5vdc-ky-019 [19] http://www.shoplinhkiendiy.com/product/bo-may-phun-suong-12v-5-bec- phun/ [20] http://www.shoplinhkiendiy.com/product/nguon-to-ong-12v-10a/ [21] https://hshop.vn/products/kit-rf-thu-phat-wifi-esp8266-nodemcu [22] https://hshop.vn/products/arduino-mega-2560r3 66 ... chân thành cảm giúp đỡ thầy cô trường Đại học Cơng nghiệp thành phố Hồ Chí Minh nói chung thầy cô Khoa Công nghệ Điện Tử trường Đại học Cơng nghiệp thành phố Hồ Chí Minh nói riêng dạy cho nhóm em... vv Một số công ty làm tưới nước tự động: công ty Walton Group, công ty Tưới Tự Động Maka, Viện Khoa Học Thủy Lợi Việt Nam, 1.3 Mức ộ ph iến tài Đối với đề tài tưới tự động thị trường phổ biến