Đồ án tốt nghiệp hệ thống giám sát nông nghiệp bằng công nghệ iot

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: HỆ THỐNG GIÁM SÁT NÔNG NGHIỆP BẰNG CÔNG NGHỆ IOT GVHD : Ths Trần Thanh Mai SVTH : Võ Đình Khải MSSV : 13141137 Tp Hồ Chí Minh – 7/2018 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 KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ TRUYỀN THÔNG ĐỀ TÀI: HỆ THỐNG GIÁM SÁT NÔNG NGHIỆP BẰNG CÔNG NGHỆ IOT GVHD : Ths Trần Thanh Mai SVTH : Võ Đình Khải MSSV : 13141137 Tp Hồ Chí Minh – 7/2018 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 02 tháng 07 năm 2018 NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên: Chuyên ngành: Hệ đào tạo: Khóa: I TÊN ĐỀ TÀI: Nguyễn Quốc Thành Võ Đình Khải Điện tử cơng nghiệp Đại học quy 2013 MSSV: 13141312 MSSV: 13141137 Mã ngành: 01 Mã hệ: Lớp: 13141DT3A HỆ THỐNG GIÁM SÁT NÔNG NGHIỆP BẰNG CÔNG NGHỆ IOT II NHIỆM VỤ Các số liệu ban đầu: Mơ hình cần kiểm tra hệ thống giám sát nơng nghiệp có ứng dụng cơng nghệ IOT có đặc tính sau: - Kích thước :90 cm x 60cm x 50cm - Chất liệu : Sắt, mica Nội dung thực hiện: Nội dung 1: Tìm hiểu, lựa chọn giải pháp, linh kiện sử dụng để giải yêu cầu đặt Nội dung 2: Thiết kế, thi cơng mơ hình hệ thống Nội dung 3: Tính tốn, thiết kế khối chức hệ thống Nội dung 4: Vận hành thử nghiệm hiệu chỉnh lỗi Nội dung 5: Đánh giá kết thực III NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 23/03/2018 IV NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 02/07/2018 V HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: ThS.GVC Trần Thanh Mai CÁN BỘ HƯỚNG DẪN BM ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH ii 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 02 tháng 07 năm 2018 LỊCH TRÌNH THỰC HIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên 1: Nguyễn Quốc Thành Lớp: 13141DT1A MSSV: 13141312 Họ tên sinh viên 2: Võ Đình Khải Lớp: 13141DT3A MSSV: 13141137 Tên đề tài: HỆ THỐNG GIÁM SÁT NÔNG NGHIỆP BẰNG CÔNG NGHỆ IOT Tuần Nội dung Xác nhận GVHD Tuần Gặp GVHD, nhận đề tài Tuần Viết đề cương Tuần Tìm hiểu giải pháp cho đề tài Tuần Tiến hành thiết kế sơ đồ khối Tuần Tìm hiểu Adruino Mega 2560 Tuần Tìm hiểu ESP8266 nodeMCU Tuần Tìm hiểu cảm biến ánh sáng cảm biến độ ẩm đất Tuần Tìm hiểu module cảm biến nhiệt độ độ ẩm đất DHT11 Tuần Tìm hiểu mạch cầu H L298 Tuần 10 Tìm hiểu LCD 16x2 Tuần 11 Thiết kế, thi công phần cứng Tuần 12 Vẽ lưu đồ giải thuật viết chương trình Tuần 13 Chạy thử nghiệm, kiểm tra, hiệu chỉnh mơ hình Tuần 14 Viết báo cáo GV HƯỚNG DẪN (Ký ghi rõ họ tên) iii LỜI CAM ĐOAN Đề tài cơng trình nghiên cứu nhóm tự thực dựa vào số tài liệu trước khơng chép từ tài liệu hay cơng trình có trước Người thực đề tài Võ Đình Khải Nguyễn Quốc Thành iv LỜI CẢM ƠN Nhóm em xin gởi lời cảm ơn sâu sắc đến Cô Trần Thanh Mai _ Giảng viên môn Điện Tử Cơng Nghiệp – Y Sinh, tận tình giúp đỡ chúng em lựa chọn đề tài trình thực đề tài Trong trình thực đồ án xảy nhiều khó khăn, thiếu sót hỗ trợ góp ý Cơ nên nhóm hồn thành đồ án Một lần nhóm em xin chân thành cảm ơn Cô Trong suốt thời gian theo học trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM, em nhận nhiều quan tâm giúp đỡ từ Thầy Cơ bạn bè Với lòng biết ơn sâu sắc, em xin gửi lời cảm ơn tới quý Thầy Cô, người truyền lại cho em nhiều kinh nghiệm kiến thức quý báu, giúp đỡ tiếp thêm động lực cho em vững bước đường chọn Và đặc biệt đặc biệt Thầy, Cô khoa Điện – Điện tử truyền đạt kiến thức, kinh nghiệm tạo điều kiện tốt để nhóm em hồn thành đề tài Nhóm gửi lời đồng cảm ơn đến bạn lớp 13141DT chia sẻ trao đổi kiến thức kinh nghiệm quý báu thời gian thực đề tài Cảm ơn cha mẹ, anh chị người động viên tạo điều kiện tốt sống, học tập q trình thực hồn thành đề tài Cảm ơn Sư Phạm Kỹ Thuật ! Xin chân thành cảm ơn! Người thực đề tài Võ Đình Khải Nguyễn Quốc Thành v MỤC LỤC Trang bìa i Nhiệm vụ đồ án ii Lịch trình iii Cam đoan iv Lời cảm ơn v Mục lục vi Liệt kê hình vẽ ix Liệt kê bảng vẽ xi Tóm tắt xii 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 Ứng dụng IOT nông nghiệp 2.1.1 Giới thiệu 2.1.2 Cấu trúc hệ thống ứng dụng công nghệ IOT 2.2 Các chuẩn truyền liệu, chuẩn kết nối 2.2.1 Chuẩn giao tiếp UART 2.2.2 Chuẩn giao tiếp I2C 2.2.3 Giao thức truyền liệu Bluetooth 10 2.2.4 Giao thức MQTT 11 2.2.5 Logic Mờ 12 2.3 Giới thiệu phần cứng 12 2.3.1 Board Adruino Mega 2560 12 vi 2.3.2 LCD 16x2 15 2.3.3 Module giao tiếp Wifi ESP8266 node MCU 24 2.3.4 Mạch cầu H L298N 26 2.3.5 Module LDC I2C 28 2.3.6 Module Bluetooth HC05 29 2.3.7 Module cảm biến nhiệt độ độ ẩm DHT11 30 2.3.8 Module cảm biến ánh sáng 31 2.3.9 Module cảm biến độ ẩm đất 32 CHƯƠNG TÍNH TỐN VÀ THIẾT KẾ 34 3.1 Giới thiệu 34 3.2 Tính toán thiết kế hệ thống 34 3.2.1 Thiết kế sơ đồ khối hệ thống 34 3.2.2 Tính tốn thiết kế mạch 35 3.2.3 Sơ đồ nguyên lý toàn mạch 42 CHƯƠNG THI CÔNG HỆ THỐNG 45 4.1 Giới thiệu 45 4.2 Thi công hệ thống 45 4.2.1 Thi công bo mạch 45 4.2.2 Lắp ráp kiểm tra 48 4.3 Thi cơng mơ hình 48 4.4 Lập trình hệ thống 51 4.4.1 Lưu đồ giải thuật 51 4.2.2 Phần mềm lập trình 54 CHƯƠNG KẾT QUẢ_NHẬN XÉT_ĐÁNH GIÁ 68 5.1 Kết 68 5.1.1 Nội dung 68 5.1.2 Kết nghiên cứu 68 5.2 Nhận xét 71 vii 5.3 Đánh giá 71 CHƯƠNG KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 72 6.1 Kết luận 72 6.2 Hướng phát triển 72 TÀI LIỆU THAM KHẢO 74 PHỤ LỤC 75 viii PHỤ LỤC Code chương trình * Code điều khiển ESP8266 #include #include #include SoftwareSerial datacontrol(D4,D5, false, 256); #define ssid "Bich Tram" #define password "0962680664" #define mqtt_server "m20.cloudmqtt.com" #define mqtt_topic_pub "event1" #define mqtt_topic_sub "control1" BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 80 PHỤ LỤC #define mqtt_user "ctcjmuyy" #define mqtt_pwd "NFFKErc6QcQt" const uint16_t mqtt_port = 12733; WiFiClient espClient; PubSubClient client(espClient); void setup() { Serial.begin(115200); datacontrol.begin(115200); Serial.println("reseting esp8266 nodemcu"); setup_wifi(); client.setServer(mqtt_server, mqtt_port); client.setCallback(callback); } void setup_wifi() { delay(10); // We start by connecting to a WiFi network Serial.println(); Serial.print("Connecting to "); Serial.println(ssid); WiFi.begin(ssid, password); while (WiFi.status() != WL_CONNECTED) { delay(500); Serial.print("."); } Serial.println(""); Serial.println("WiFi connected"); Serial.println("IP address: "); Serial.println(WiFi.localIP()); } void callback(char* topic, byte* payload, unsigned int length) { BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 81 PHỤ LỤC char message[200]; Serial.print("Message arrived ["); Serial.print(topic); Serial.print("] "); for (int i = 0; i < length; i++) { message[i] = (char)payload[i]; } datacontrol.println(message); Serial.println(message); } void reconnect() { // Loop until we're reconnected while (!client.connected()) { Serial.print("Attempting MQTT connection "); // Attempt to connect if (client.connect("ESP8266Client",mqtt_user, mqtt_pwd)) { Serial.println("connected"); // Once connected, publish an announcement client.publish(mqtt_topic_pub, "ESP_reconnected"); // and resubscribe client.subscribe(mqtt_topic_sub); } else { Serial.print("failed, rc="); Serial.print(client.state()); // Serial.println(" try again in seconds"); // Wait seconds before retrying } } } BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 82 PHỤ LỤC void loop() { if (!client.connected()) { reconnect(); } client.loop(); if(Serial.available()) { String payload = Serial.readString(); Serial.println("Publish message: "); Serial.println(payload); client.publish(mqtt_topic_pub, (char*) payload.c_str()); } } * Code chương trình Arduino Mega2560  Chương trình đọc liệu cảm biến, gửi lên web ứng dụng android void thietbi() { int DADT = analogRead(A0); DAD = map(DADT, 0, 1023, 0, 100); DA = dht.readHumidity(); ND = dht.readTemperature(); AS = digitalRead(cb_anhsang); gui_dulieu(ND, DA, DAD, tt_den, tt_quat, tt_bom, tt_phunsuong,chedo); dulieu_hc05(chedo, ND, DA, DAD, tt_denb, tt_quatb, tt_bomb, tt_phunsuongb); }  Chương trình gửi liệu lên web BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 83 PHỤ LỤC void gui_dulieu(int ND, int DA, int DAD, String tt_den, String tt_quat, String tt_bom, String tt_phunsuong,int mode) { String payload = (String)ND; payload += "°C"; payload += ","; payload += DA; payload += "%"; payload += ","; payload += DAD; payload += "%"; payload += ","; payload += tt_den; payload += ","; payload += tt_quat; payload += ","; payload += tt_bom; payload += ","; payload += tt_phunsuong; payload += ","; payload += mode; Serial.println(payload);//gửi liệu cho esp8266 }  Chương trình gửi liệu qua module bluetooth void dulieu_hc05(int chedo, int ND, int DA, int DAD, int tt_denb, int tt_quatb, int tt_bomb, int tt_phunsuongb) { String payload = (String) chedo; payload += "|"; payload += ND; BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 84 PHỤ LỤC payload += "°C"; payload += "|"; payload += DA; payload += "%"; payload += "|"; payload += DAD; payload += "%"; payload += "|"; payload += tt_denb; payload += "|"; payload += tt_quatb; payload += "|"; payload += tt_bomb; payload += "|"; payload += tt_phunsuongb; Serial3.print(payload); }  Chương trình kiểm tra chế độ hoạt động hệ thống if (chedo == 1) { Manual(); thietbi(); } if (chedo == 0) { Auto(); thietbi(); } if (count < ) BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 85 PHỤ LỤC { hienthi_cambien(); } if (count >= 5) { hienthi_tai(); } if(count >=8) { count = 0; } delay(1000); }  Chương trình điều khiển quạt void DK_QUAT() { if (ND > 27 ) { Q = 255; tt_quat = "on"; tt_quatb = 1; } else if ((ND >= 20)&(ND = 30)&(DAD = 30)&(DA