Đồ án tốt nghiệp: Điều Khiển Và Giám Sát Trang Trại Nông Nghiệp​

Các quốc gia trên thế giới đang phải đối mặt với những thách thức rất lớn trong việc đáp ứng nhu cầu lương thực cho người dân khi mà ảnh hưởng của biến đổi khí hậu, sự phụ thuộc vào nguồn nhiên liệu hóa thạch đang làm cho ngành sản xuất nông nghiệp gặp rất nhiều khó khăn. Nhìn về tương lai, việc sản xuất nông nghiệp phải đi với việc gia tăng sản lượng, giảm nhập khẩu từ nước ngoài, bảo tồn đất, và nâng cao nhận thức của người dân về việc đoàn kết và tiến tới tự sản xuất lượng thực tại chỗ. ý tưởng về một “trang trại nổi thông minh” như là một tầm nhìn tương lai của việc sản xuất và kinh doanh trong lĩnh vực nông nghiệp

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP HỒ CHÍ MINH ĐỒ ÁN/ KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT TRANG TRẠI NÔNG NGHIỆP Ngành: ĐIỆN TỬ Chuyên ngành: ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG Giảng viên hướng dẫn : TS VÕ ĐÌNH TÙNG Sinh viên thực : VÕ VĂN HIỀN MSSV : 1515010048 Lớp : 15HDT01 TP Hồ Chí Minh, 2017 BM03/QT05/ĐT-KT Viện Kỹ thuật Hutech PHIẾU THEO DÕI TIẾN ĐỘ THỰC HIỆN ĐỒ ÁN/ KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP Tên đề tài: ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT TRANG TRẠI NÔNG NGHIỆP Giảng viên hướng dẫn: TS.Võ Đình Tùng Sinh viên/ nhóm sinh viên thực đề tài (1) Võ Văn Hiền MSSV: 1515010048 Ngành : Điện tử Chuyên ngành : Điện tử viễn thông Tuần lễ Nội dung Ngày 25/09-1/10 Định hướng chọn đề tài 2/10-8/10 Chọn đề tài thực 9/10-15/10 Chuẩn bị linh kiện 16/10-22/10 Vẽ mạch in 23/10-29/10 Hoàn tất mạch in gắn linh kiện 30/10-5/11 Viết chương trình cho atmega8 6/11-12/11 Cài đặt viết chương trình cho visual basic 6.0 Lớp: 15HDT01 Nhận xét GVHD (Ký tên) Kiểm tra ngày: Đánh giá cơng việc hồn thành: ………… % Được tiếp tục:  13/11-19/11 Chạy thử nghiệm chỉnh sữa 20/11-26/11 Tham khảo tài liệu viết báo cáo theo font nhà trường 10 Không tiếp tục:  BM03/QT05/ĐT-KT Tuần lễ Ngày Nhận xét GVHD (Ký tên) Nội dung 27/11-3/12 Chỉnh sửa báo cáo hoàn tất báo cáo 4/12-10/12 Chuẩn bị làm mơ hình 11/12-17/12 Chỉnh sữa hoàn chỉnh 18/12-24/12 hoàn tất đề tài 11 12 13 14 Giảng viên hướng dẫn phụ (nếu có) (Ký ghi rõ họ tên) TP HCM, ngày … tháng … năm ……… Giảng viên hướng dẫn (Ký ghi rõ họ tên) BM04/QT05/ĐT-KT Viện Kỹ thuật Hutech BẢN NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN ĐỒ ÁN/ KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP (GVHD nộp Bản nhận xét Văn phòng Viện) Họ tên sinh viên/ nhóm sinh viên giao đề tài (sĩ số nhóm ): (1) Võ Văn Hiền MSSV: 1515010048 Lớp:15HDT01 (1) MSSV: ………………… Lớp: (2) MSSV: ………………… Lớp: Ngành : điện tử Chuyên ngành : điện tử viễn thông Tên đề tài: Điều khiển giám sát trang trại nông nghiệp Tổng quát ĐA/KLTN: Số trang: 84 Số chương: Số bảng số liệu: Số hình vẽ: 45 Số tài liệu tham khảo: Phần mềm tính tốn: visual basic 6.0 Số vẽ kèm theo: Hình thức vẽ: Hiện vật (sản phẩm) kèm theo: mơ hình phần cứng Nhận xét: a) Về tinh thần, thái độ làm việc sinh viên: b) Những kết đạt ĐA/KLTN: c) Những hạn chế ĐA/KLTN: Đề nghị: Được bảo vệ (hoặc nộp ĐA/KLTN để chấm)  Không bảo vệ  TP HCM, ngày … tháng … năm ……… Giảng viên hướng dẫn (Ký ghi rõ họ tên) Ghi chú: Đính kèm Phiếu chấm điểm ĐA/KLTN BM05/QT05/ĐT-KT Viện kỹ thuật Hutech BẢN NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN PHẢN BIỆN ĐỒ ÁN/ KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP (GVPB nộp Bản nhận xét Văn phòng Viện) Họ tên sinh viên/ nhóm sinh viên giao đề tài (sĩ số nhóm 1): (1) Võ Văn Hiền MSSV: 1515010048 Lớp:15HDT01 (1) MSSV: ………………… Lớp: (2) MSSV: ………………… Lớp: Tên đề tài: Điều khiển giám sát trang trại nông nghiệp Nhận xét: a) Những kết đạt ĐA/KLTN: b) Những hạn chế ĐA/KLTN: Đề nghị: Được bảo vệ  Bổ sung thêm để bảo vệ  Không bảo vệ  Các câu hỏi sinh viên cần trả lời trước Hội đồng: (1) (2) (3) TP HCM, ngày … tháng … năm ……… Giảng viên phản biện (Ký ghi rõ họ tên) Ghi chú: Đính kèm Phiếu chấm điểm ĐA/KLTN LỜI CAM ĐOAN Em xin cam đoan tất hình ảnh kết nghiên cứu đồ án trung thực chưa sử dụng để bảo vệ học vị Mọi giúp đỡ cho việc thực đồ án cảm ơn thơng tin trích dẫn đồ án rõ nguồn gốc phép công bố LỜI CẢM ƠN  Để luận văn đạt kết tốt đẹp, em nhận hỗ trợ, giúp đỡ thầy TS Võ Đình Tùng Với tình cảm sâu sắc, chân thành, cho phép em bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến thầy tạo điều kiện giúp đỡ trình học tập nghiên cứu đề tài Trước hết em xin gửi tới thầy cô khoa điện-điện tử trường Đại học công nghệ thành phố Hồ Chí Minh lời chào trân trọng, lời chúc sức khỏe lời cảm ơn sâu sắc Với quan tâm, dạy dỗ, bảo tận tình chu đáo thầy cơ, đến em hồn thành luận văn, đề tài: “Thiết kế hệ thống điều khiển giám sát trang trại nông nghiệp” Với điều kiện thời gian kinh nghiệm hạn chế học viên, luận văn tránh thiếu sót Em mong nhận bảo, đóng góp ý kiến thầy để em có điều kiện bổ sung, nâng cao ý thức mình, phục vụ tốt cơng tác thực tế sau Em xin chân thành cảm ơn! Mục lục LỜI MỞ ĐẦU Error! Bookmark not defined Tính cấp thiết đề tài Error! Bookmark not defined Mục đích nghiên cứu Error! Bookmark not defined Nhiệm vụ nghiên cứu Error! Bookmark not defined Phương pháp nghiên cứu Error! Bookmark not defined Các kết đạt đề tài Error! Bookmark not defined Kết cấu đồ án : Error! Bookmark not defined Chương 1: MÔ TẢ TRANG TRẠI NÔNG NGHIỆPError! Bookmark not defined 1.1 Mô tả Error! Bookmark not defined 1.2 Yêu cầu loại Error! Bookmark not defined 1.3 Tưới phun sương tự động Error! Bookmark not defined 1.4 Cường độ ánh sáng Error! Bookmark not defined 1.4.1 ÁNH SÁNG BAO NHIÊU đủ cho loại trồng ? Error! Bookmark not defined CÂY CÓ THỂ chịu nhiều ánh sáng?Error! Bookmark not defined 1.4.2 1.5 Nhà kính Error! Bookmark not defined 1.5.1 Vật liệu kính Error! Bookmark not defined 1.5.2 Loại khí hậu thiết kế nhà kính phù hợpError! Bookmark not defined 1.6 Nhiệt độ nhà lưới Error! Bookmark not defined 1.7 Nóc mái Error! Bookmark not defined 1.8 Bộ thổi khí Error! Bookmark not defined 1.9 Cây cà chua Error! Bookmark not defined 1.9.1 Làm đất: Error! Bookmark not defined 1.9.2 Mật độ trồng: Error! Bookmark not defined 1.10 Dưa lê ( Kim cô nương) Error! Bookmark not defined 1.10.1 Thời vụ: Error! Bookmark not defined i 1.10.2 Cách ngâm ủ hạt: Error! Bookmark not defined 1.10.3 Thu hoạch: Error! Bookmark not defined Cây dưa leo (dưa chuột) Error! Bookmark not defined 1.11 1.11.1 Thời vụ Error! Bookmark not defined 1.11.2 Cách Trồng dưa leo (dưa chuột) Error! Bookmark not defined Chương 2: GIỚI THIỆU LINH KIỆN Error! Bookmark not defined 2.1 Vi điều khiển Atmega8 Error! Bookmark not defined 2.1.2 Hệ thống xung clock lập trình nhớ on-chipError! Bookmark not defined 2.1.3 Các phận ngoại vi khác Error! Bookmark not defined 2.2 Chip DS1307 Error! Bookmark not defined 2.3 LCD HD44780 Error! Bookmark not defined 2.4 Relay Error! Bookmark not defined 2.4.1 Giới thiệu Error! Bookmark not defined 2.4.2 Các loại relay cách xác định trạng thái nóError! Bookmark not defined 2.4.3 Thông số module relay Error! Bookmark not defined 2.4.4 Cách sử dụng relay Error! Bookmark not defined 2.5 Cảm biến DHT11 Error! Bookmark not defined Chương 3: TÍNH TỐN & THIẾT KẾ Error! Bookmark not defined 3.1 Sơ đồ khối Error! Bookmark not defined 3.2 Chức khối Error! Bookmark not defined 3.2.1 Khối điều khiển: Error! Bookmark not defined 3.2.2 Khối thu tín hiệu: Error! Bookmark not defined 3.2.3 Khối điều khiển động cơ: Error! Bookmark not defined 3.2.4 Khối hiển thị thông tin: Error! Bookmark not defined 3.3 Cảm biến mưa Error! Bookmark not defined ii 3.3.1 Mô tả: Error! Bookmark not defined 3.3.2 Nguyên lý hoạt động: Error! Bookmark not defined 3.3.3 ứng dụng: Error! Bookmark not defined 3.4 Khối hiển thị LCD Error! Bookmark not defined 3.5 Sơ đồ nguyên lý Error! Bookmark not defined 3.6 Nguyên lý hoạt động Error! Bookmark not defined Chương 4: THI CÔNG MẠCH Error! Bookmark not defined 4.1 Phần mềm vẽ mạch Error! Bookmark not defined 4.2 Mạch in layout thực tế Error! Bookmark not defined 4.3 Lưu đồ giải thuật Error! Bookmark not defined Chương 5: ĐÁNH GIÁ VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂNError! Bookmark not defined 5.1 Ứng dụng vào thực tế Error! Bookmark not defined 5.2 Đánh giá Error! Bookmark not defined 5.3 Hướng phát triển Error! Bookmark not defined Tài liệu tham thảo Error! Bookmark not defined Phụ lục Error! Bookmark not defined iii Luận văn tốt nghiệp năm 2017 #define OFF_RELAY2 RELAY_DATA = RELAY_DATA & 0B10111111 #define OFF_RELAY3 RELAY_DATA = RELAY_DATA & 0B01111111 // for DHT11, // VCC: 5V or 3V // GND: GND // DATA: int pinDHT11 = 9; SimpleDHT11 dht11; // initialize the library with the numbers of the interface pins LiquidCrystal lcd(8, 7, 6, 5, 12, 13); unsigned char second, minute, hour, day, wday, month, year; unsigned char KT_MODE = 0, tmin = 5, tmax = 10, hmin = 10, hmax = 15; void setup() { Serial.begin(9600); pinMode(latchPin, OUTPUT); pinMode(clockPin, OUTPUT); pinMode(dataPin, OUTPUT); pinMode(MODE, INPUT_PULLUP); pinMode(UP, INPUT_PULLUP); pinMode(DOWN, INPUT_PULLUP); 73 SVTH: VÕ VĂN HIỀN GVHD: TS VÕ ĐÌNH TÙNG Luận văn tốt nghiệp năm 2017 Wire.begin(); // set up the LCD's number of columns and rows: lcd.begin(16, 2); lcd.clear(); tmin = EEPROM.read(0); tmax = EEPROM.read(1); hmin = EEPROM.read(2); hmax = EEPROM.read(3); if((tmin > 100) || (tmax > 100) || (hmin >100) || (hmax>100)){ EEPROM.write(0, 30); EEPROM.write(1, 40); EEPROM.write(2, 30); EEPROM.write(3, 40); } OFF_RELAY1;OFF_RELAY2;OFF_RELAY3; //setTime(1, 27, 0, 5, 21, 6, 17); // Print a message to the LCD } byte temperature = 0; byte humidity = 0; void loop() { check_button(); dht11.read(pinDHT11, &temperature, &humidity, NULL); if(KT_MODE == 0) {readDS1307();digitalClockDisplay();} unsigned long currentMillis = millis(); 74 SVTH: VÕ VĂN HIỀN GVHD: TS VÕ ĐÌNH TÙNG Luận văn tốt nghiệp năm 2017 if (currentMillis - previousMillis >= 200) { previousMillis = currentMillis; if(temperature > tmax) ON_RELAY1; else if(temperature < tmin) OFF_RELAY1; if(humidity > hmax) ON_RELAY2; else if(humidity < hmin) OFF_RELAY2; if((hour > 7) && (hour 23) hour=0; while(!digitalRead(UP)); } lcd.setCursor(0,1); lcd.print(hour/10); lcd.print(hour%10); } break; //chinh phut case 2: { lcd.setCursor(0,0); lcd.print("Set minute:"); if(!digitalRead(UP)) { delay(20); 77 SVTH: VÕ VĂN HIỀN GVHD: TS VÕ ĐÌNH TÙNG Luận văn tốt nghiệp năm 2017 minute++; if(minute>59) minute=0; while(!digitalRead(UP)); } lcd.setCursor(0,1); lcd.print(minute/10); lcd.print(minute%10); } break; case 3: { lcd.setCursor(0,0); lcd.print("Set T:"); if(!digitalRead(UP)) { delay(20); tmin++; if(tmin>tmax-1) tmin = 0; EEPROM.write(0, tmin); 78 SVTH: VÕ VĂN HIỀN GVHD: TS VÕ ĐÌNH TÙNG Luận văn tốt nghiệp năm 2017 while(!digitalRead(UP)); } lcd.setCursor(0,1); lcd.print(tmin/10); lcd.print(tmin%10); } break; case 4: { lcd.setCursor(0,0); lcd.print("Set max T:"); if(!digitalRead(UP)) { delay(20); tmax++; if(tmax>60) tmax = tmin+1; EEPROM.write(1, tmax); while(!digitalRead(UP)); } lcd.setCursor(0,1); 79 SVTH: VÕ VĂN HIỀN GVHD: TS VÕ ĐÌNH TÙNG Luận văn tốt nghiệp năm 2017 lcd.print(tmax/10); lcd.print(tmax%10); } break; case 5: { lcd.setCursor(0,0); lcd.print("Set H:"); if(!digitalRead(UP)) { delay(20); hmin++; if(hmin>hmax-1) hmin = 0; EEPROM.write(2, hmin); while(!digitalRead(UP)); } lcd.setCursor(0,1); lcd.print(hmin/10); lcd.print(hmin%10); } 80 SVTH: VÕ VĂN HIỀN GVHD: TS VÕ ĐÌNH TÙNG Luận văn tốt nghiệp năm 2017 break; case 6: { lcd.setCursor(0,0); lcd.print("Set max H:"); if(!digitalRead(UP)) { delay(20); hmax++; if(hmax>99) hmax = hmin+1; EEPROM.write(3, hmax); while(!digitalRead(UP)); } lcd.setCursor(0,1); lcd.print(hmax/10); lcd.print(hmax%10); } break; } } 81 SVTH: VÕ VĂN HIỀN GVHD: TS VÕ ĐÌNH TÙNG Luận văn tốt nghiệp năm 2017 } void readDS1307() { Wire.beginTransmission(DS1307); Wire.write((byte)0x00); Wire.endTransmission(); Wire.requestFrom(DS1307, NumberOfFields); second = bcd2dec(Wire.read() & 0x7f); minute = bcd2dec(Wire.read() ); hour = bcd2dec(Wire.read() & 0x3f); // chế độ 24h wday = bcd2dec(Wire.read() ); day = bcd2dec(Wire.read() ); month = bcd2dec(Wire.read() ); year = bcd2dec(Wire.read() ); year += 2000; } /* Chuyển từ format BCD (Binary-Coded Decimal) sang Decimal */ int bcd2dec(byte num) { return ((num/16 * 10) + (num % 16)); 82 SVTH: VÕ VĂN HIỀN GVHD: TS VÕ ĐÌNH TÙNG Luận văn tốt nghiệp năm 2017 } /* Chuyển từ Decimal sang BCD */ int dec2bcd(byte num) { return ((num/10 * 16) + (num % 10)); } void digitalClockDisplay(){ // digital clock display of the time Serial.print(hour); printDigits(minute); printDigits(second); Serial.println("\n"); lcd.setCursor(0, 0); lcd.print(hour/10);lcd.print(hour%10);lcd.print("-"); lcd.print(minute/10);lcd.print(minute%10);lcd.print("-"); lcd.print(second/10);lcd.print(second%10); lcd.print(" TH: "); lcd.print(humidity); lcd.setCursor(0, 1); lcd.print("T: "); lcd.print(temperature); lcd.print(" "); } void printDigits(int digits){ // thành phần thời gian ngăn chách dấu : Serial.print(":") 83 SVTH: VÕ VĂN HIỀN GVHD: TS VÕ ĐÌNH TÙNG Luận văn tốt nghiệp năm 2017 if(digits < 10) Serial.print('0'); Serial.print(digits); } /* cài đặt thời gian cho DS1307 */ void setTime(byte hr, byte min, byte sec, byte wd, byte d, byte mth, byte yr) { Wire.beginTransmission(DS1307); Wire.write(byte(0x00)); // đặt lại pointer Wire.write(dec2bcd(sec)); Wire.write(dec2bcd(min)); Wire.write(dec2bcd(hr)); Wire.write(dec2bcd(wd)); // day of week: Sunday = 1, Saturday = Wire.write(dec2bcd(d)); Wire.write(dec2bcd(mth)); Wire.write(dec2bcd(yr)); Wire.endTransmission(); } 84 SVTH: VÕ VĂN HIỀN GVHD: TS VÕ ĐÌNH TÙNG Luận văn tốt nghiệp năm 2017 MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU 1 Tính cấp thiết đề tài Mục đích nghiên cứu Nhiệm vụ nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu Các kết đạt đề tài Kết cấu đồ án : Chương 1: MÔ TẢ TRANG TRẠI NÔNG NGHIỆP 1.1 Mô tả 1.2 Yêu cầu loại 1.3 Tưới phun sương tự động 1.4 Cường độ ánh sáng 1.4.1 ÁNH SÁNG BAO NHIÊU đủ cho loại trồng ? 1.4.2 CÂY CÓ THỂ chịu nhiều ánh sáng? 1.5 Nhà kính 10 1.5.1 Vật liệu kính 13 1.5.2 Loại khí hậu thiết kế nhà kính phù hợp 13 1.6 Nhiệt độ nhà lưới 14 1.7 Nóc mái 14 1.8 Bộ thổi khí 15 1.9 Cây cà chua 17 1.9.1 Làm đất: 18 1.9.2 Mật độ trồng: 18 1.10 Dưa lê ( Kim cô nương) 18 1.10.1 Thời vụ: 19 1.10.2 Cách ngâm ủ hạt: 19 1.10.3 Thu hoạch: 20 1.11 Cây dưa leo (dưa chuột) 20 1.11.1 Thời vụ 21 1.11.2 Cách Trồng dưa leo (dưa chuột) 21 85 SVTH: VÕ VĂN HIỀN GVHD: TS VÕ ĐÌNH TÙNG Luận văn tốt nghiệp năm 2017 Chương 2: GIỚI THIỆU LINH KIỆN 23 Vi điều khiển Atmega8 23 2.1 2.1.2 Hệ thống xung clock lập trình nhớ on-chip 24 2.1.3 Các phận ngoại vi khác 25 2.2 Chip DS1307 30 2.3 LCD HD44780 36 2.4 Relay 40 2.4.1 Giới thiệu 40 2.4.2 Các loại relay cách xác định trạng thái 41 2.4.3 Thông số module relay 42 2.4.4 Cách sử dụng relay 43 2.5 Cảm biến DHT11 44 Chương 3: TÍNH TỐN & THIẾT KẾ 47 3.1 Sơ đồ khối 47 3.2 Chức khối 47 3.2.1 Khối điều khiển: 47 3.2.2 Khối thu tín hiệu: 47 3.2.3 Khối điều khiển động cơ: 47 3.2.4 Khối hiển thị thông tin: 47 3.3 Cảm biến mưa 55 3.3.1 Mô tả: 55 3.3.2 Nguyên lý hoạt động: 56 3.3.3 ứng dụng: 56 3.4 Khối hiển thị LCD 56 3.4.1 Sơ đồ nguyên lý 59 3.4.2 Nguyên lý hoạt động 60 Chương 4: THI CÔNG MẠCH 61 4.1 Phần mềm vẽ mạch 61 4.2 Mạch in layout thực tế 64 4.3 Lưu đồ giải thuật 65 Chương 5: ĐÁNH GIÁ VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 67 86 SVTH: VÕ VĂN HIỀN GVHD: TS VÕ ĐÌNH TÙNG Luận văn tốt nghiệp năm 2017 5.1 Ứng dụng vào thực tế 67 5.2 Đánh giá 69 5.3 Hướng phát triển 69 Tài liệu tham thảo 71 Phụ lục 72 87 SVTH: VÕ VĂN HIỀN GVHD: TS VÕ ĐÌNH TÙNG ...BM03/QT05/ĐT-KT Viện Kỹ thuật Hutech PHIẾU THEO DÕI TIẾN ĐỘ THỰC HIỆN ĐỒ ÁN/ KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP Tên đề tài: ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT TRANG TRẠI NÔNG NGHIỆP Giảng viên hướng dẫn: TS.Võ Đình Tùng Sinh viên/... kế hệ thống điều khiển giám sát trang trại nông nghiệp” Với điều kiện thời gian kinh nghiệm hạn chế học viên, luận văn tránh thiếu sót Em mong nhận bảo, đóng góp ý kiến thầy để em có điều kiện... xảy khơng có đủ ánh sáng Cường độ ánh sáng đủ cho theo cần thiết, cá nhân không nhận ánh sáng cần thiết bị che lân cận Để tránh điều này, cần khoảng cách thích hợp với để có ánh sáng đầy đủ phát