Thiết kế và thi công mô hình thủy canh thông minh

ĐẠI HỌC LẠC HỒNG KHOA CƠ ĐIỆN ĐIỆN TỬ - BÁO CÁO NGHIÊN CỨU KHOA HỌC Đề tài: THIẾT KẾ VÀ THI CƠNG MƠ HÌNH THỦY CANH THƠNG MINH Chuyên ngành: Kỹ thuật Điện - Điện tử NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC TS LÊ PHƯƠNG TRƯỜNG Đồng Nai, 11/2019 LỜI CẢM ƠN Sau thời gian học tập rèn luyện Trường Đại học Lạc Hồng tôn trọng biết ơn, chúng em xin chân thành cảm ơn quý thầy cô trường Đại học Lạc Hồng, quý thầy cô khoa Cơ Điện - Điện Tử truyền dạy tận tình cho chúng em kiến thức quý báu năm học vừa qua Đặc biệt chúng em xin giành lời cảm ơn chân thành đến thầy Lê Phương Trường tận tình truyền đạt kiến thức chia kinh nghiệm hướng dẫn đồng hành chúng em suốt trình học hoàn thành đồ án Chúng em xin gửi lời cảm ơn đến gia đình bạn bè, người quan tâm giúp đỡ để chúng em hoàn thành đồ án cách tốt Tuy nhiên hạn chế thân chúng em, đề tài nghiên cứu khoa học không tránh khỏi thiếu sót Kính mong nhận góp ý quý thầy cô giáo người để đề tài nghiên cứu chúng em hoàn thiện Đồng Nai, ngày 15 tháng 11 năm 2019 Sinh viên thực Lê Đức Hoàng Đào Trung Hiếu Nguyễn Bá Huy Hoàng Trang LỜI CAM ĐOAN Với đề tài “THIẾT KẾ VÀ THI CƠNG MƠ HÌNH THỦY CANH THƠNG MINH” với mong muốn tìm giải pháp tối ưu để nâng cao suất trồng giải phóng sức lao động, đồng thời áp dụng kiến thức học vào thực tế giúp cải thiện suất, nâng cao chất lượng nông nghiệp Chúng xin cam đoan công trình nghiên cứu tôi, số liệu, kết nêu đồ án tốt nghiệp trung thực xác Chúng xin cam đoan giúp đỡ cho việc thực đồ án tốt nghiệp xin phép, tất thơng tin trích dẫn luận văn ghi rõ nguồn gốc Chúng cam đoan cơng trình nghiên cứu tuyệt đối khơng có gian lận, chép liệu từ người khác sẵn sàng chịu trách nhiệm công trình nghiên cứu bị phát gian lận Đồng Nai, ngày 15 tháng 11 năm 2019 Nhóm thực đề tài Lê Đức Hoàng Nguyễn Bá Huy Hoàng Trang Đào Trung Hiếu MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN LỜI CAM ĐOAN MỤC LỤC DANH MỤC BẢNG BIỂU DANH MỤC HÌNH ẢNH .8 DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT .10 CHƯƠNG TỔNG QUAN 11 1.1 Đặt vấn đề 11 1.2 Tình hình nghiên cứu ngồi nước 11 1.2.1 Tình hình nghiên cứu giới .11 1.2.2 Tình hình nghiên cứu nước .12 1.3 Mục đích phạm vi nghiên cứu 13 1.4 Đối tượng nghiên cứu phương pháp nghiên cứu 14 1.5 Ý nghĩa khoa học ý nghĩa thực tiễn đề tài 14 CHƯƠNG CƠ SỞ LÝ THUYẾT .15 2.1 Kỹ thuật trồng rau thủy canh .15 2.1.1 Giới thiệu 15 2.1.2 Giá thể trồng 16 2.1.3 Chất dinh dưỡng cần thiết cho trồng 17 2.1.4 Yếu tố môi trường 18 2.2 Các hệ thống canh tác thủy canh 21 2.3 Internet of Things 24 2.3.1 IoT nông nghiệp 24 Trang 2.3.2 Hệ thống sever ứng dụng Blynk 25 CHƯƠNG THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG 26 3.1 Hệ thống thủy canh 26 3.1.1 Kích thước tổng quan 27 3.1.2 Vật liệu .27 3.1.3 Thi cơng mơ hình .28 3.2 Hệ thống điện .29 3.2.1 Thiết kế hệ thống 29 3.2.2 Khối truyền liệu tín hiệu 30 3.2.3 Khối xử lý điều khiển trung tâm 31 3.2.4 Khối cảm biến 36 3.2.5 Khối thiết bị chấp hành 42 3.2.6 Khối nguồn động lực 46 3.2.7 Khối nguồn điều khiển .46 3.3 Giải thuật lập trình .47 3.3.1 Giải thuật kết nối truyền liệu 47 3.3.2 Giải thuật điều khiển máy bơm 48 3.3.3 Giải thuật điều khiển hệ thống chiếu sáng 48 3.3.4 Giải thuật điều khiển hệ thống phun sương 49 3.3.5 Giải thuật điều khiển hệ thống van điện độ pH 49 3.3.6 Giải thuật điều khiển hệ thống van điện TDS 50 3.4 Thiết kế giao diện ứng dụng Blynk 51 CHƯƠNG KẾT QUẢ .55 4.1 Trồng rau mô hình thủy canh .55 4.2 Đánh giá phần điện .56 Trang 4.3 Đánh giá mơ hình thủy canh 57 4.4 Lợi ích kinh tế .57 4.5 Kết ứng dụng Blynk 57 CHƯƠNG KẾT LUẬN 58 TÀI LIỆU THAM KHẢO 60 PHỤ LỤC i Trang DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng So sánh thủy canh thổ canh [2] 16 Bảng 2 Chất dinh dưỡng cần thiết cho trồng [3] 17 Bảng Vật liệu hệ thống thủy canh 28 Bảng Thông số kỹ thuật Module NodeMCU ESP8266 [7] 31 Bảng 3 Thông số kỹ thuật Arduino Mega 2560 [8] 32 Bảng Các cổng Serial board Arduino Mega 2560 [8] 33 Bảng Thông số kỹ thuật Module RTC DS1307 [9] 35 Bảng Thông số kỹ thuật Module L298N [10] 35 Bảng Thông số kỹ thuật module TDS Meter [11] 36 Bảng Bảng thông số kỹ thuật module cảm biến độ pH [12] 37 Bảng Sơ đồ chân module DFRobot pH [12] 38 Bảng 10 Bảng quy đổi điện áp đầu với giá trị pH tương ứng [12] 38 Bảng 11 Thông số kỹ thuật cảm biến DS18B20 [13] 39 Bảng 12 Thông số kỹ thuật module cảm biến DHT22 [14] 40 Bảng 13 Thông số kỹ thuật cảm biến quang trở CDS [15] 40 Bảng 14 Thông số kỹ thuật cảm biến XKC-Y25-V [16] 41 Bảng 15 Thông số kỹ thuật 42 Bảng 16 Bảng thông số kỹ thuật Module relay 5V 43 Bảng 17 Bảng thông số kỹ thuật máy bơm DP-521 44 Bảng 18 Thông số kỹ thuật AP3100 45 Bảng 19 Thông số kỹ thuật Thanh led 5WA1RD-500 46 Bảng Một số loại rau trồng 56 Trang DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1 Một số sản phẩm giới 12 Hình Một số hệ thống thủy canh nhà 12 Hình Một số hệ thống thủy canh trời 13 Hình Cây trồng nước 15 Hình 2 Bút đo nồng độ dinh dưỡng 17 Hình Dung dịch thủy canh 18 Hình Thang đo pH 20 Hình Bút đo độ pH .20 Hình Nguyên lý dạng bấc [4] .21 Hình Nguyên lý thủy canh tĩnh[4] 22 Hình Nguyên lý ngập rút định kỳ[4] 22 Hình Nguyên lý màng dinh dưỡng[4] 23 Hình 10 Ngun lý khí canh[4] .23 Hình 11 Internet kết nối vạn vật 24 Hình 12 Sơ đồ nguyên lý hoạt động hệ thống với Blynk 25 Hình Mơ hình thủy canh 3D Solidworks 26 Hình Sơ đồ khối tổng quan hệ thống điện 29 Hình 3 Module Wi-Fi NodeMCU 31 Hình Board Arduino Mega 2560 32 Hình Giao diện phần mềm lập trình IDE .33 Hình Module RTC DS1307 34 Hình Module L298N 35 Hình Module đo TDS 36 Hình Cảm biến pH hãng DFRobot .37 Hình 10 Cảm biến DS18B20 39 Hình 11 Module cảm biến DHT22 39 Hình 12 Cảm biến quang trở CDS 40 Trang Hình 13 Cảm biến XKC-Y25-V 41 Hình 14 Phao điện từ .42 Hình 15 Module relay 43 Hình 16 Van nước điện từ 10mm 12VDC .43 Hình 17 Hộp đựng dung dịch cân pH nồng độ dinh dưỡng 44 Hình 18 Máy bơm phun sương 44 Hình 19 Máy bơm Lifetech AP3100 .45 Hình 20 Thanh led cho rau – 5WA1RD – 500 46 Hình 21 Bộ adapter chuyển đổi nguồn 220VAC sang 12VDC 46 Hình 22 Bộ adapter chuyển đồi nguồn 220VAC sang 5VDC 47 Hình 23 Lưu đồ giải thuật kết nối truyền liệu 47 Hình 24 Lưu đồ giải thuật lập trình máy bơm 48 Hình 25 Lưu đồ giải thuật lập trình đèn 48 Hình 26 Lưu đồ giải thuật hệ thống phun sương 49 Hình 27 Lưu đồ giải thuật hệ thống van điện pH 50 Hình 28 Lưu đồ giải thuật hệ thống van điện TDS 50 Hình 29 Tạo dự án Blynk 51 Hình 30 Chọn thiết bị kết nối với mạch điện 52 Hình 31 Chọn giao thức kết nối 52 Hình 32 Khởi tạo hình hiển thị thơng số 53 Hình 33 Tùy chọn chân kết nối thời gian làm thông số 53 Hình 34 Giao diện sau tạo xong 54 Hình Biểu đồ nhiệt độ, độ ẩm khơng khí nhiệt độ nước ngày 55 Hình Mơ hình thực tế 55 Hình Tủ điện sau hoàn thành 56 Hình 4 Thông số môi trường báo ứng dụng Blynk 57 Trang DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT DC Direct Current AC Alternating Current GND Gemeinsame Normdatei IoT Internet of Things TDS Total Dissolved Solids USB Universal Serial Bus UART Universal Asynchronous Receiver / Transmitter LED Light Emitting Diode I2C Inter-Integrated LCD Liquid Crystal Display OLED Organic light-emitting diode SRAM Static Random Access Memory EEPROM Electrically Erasable Programmable Read Only Memory PPM Parts per million Ca Cansium K2O Potassium Oxide P2O5 Phosphorus Nitrogen NH4 Ammonium Nitrogen Mg Magnesium Zn Zincum Cu Cuprum Trang 10 EEPROM.write(addr+1, value_2[row][0]);EEPROM.write(addr+2, value_2[row][1]); EEPROM.write(addr+3, value_2[row][2]); EEPROM.write(addr+4, value_2[row][3]);EEPROM.write(addr+5, value_2[row][4]); EEPROM.commit();} void writeEEPROM_3(int row, int addr){ EEPROM.write(addr+1, value_3[row][0]);EEPROM.write(addr+2, value_3[row][1]); EEPROM.write(addr+3, value_3[row][2]); EEPROM.write(addr+4, value_3[row][3]);EEPROM.write(addr+5, value_3[row][4]); EEPROM.commit();} void writeEEPROM_4(int row, int addr){ EEPROM.write(addr+1, value_4[row][0]);EEPROM.write(addr+2, value_4[row][1]); EEPROM.write(addr+3, value_4[row][2]);EEPROM.write(addr+4, value_4[row][3]); EEPROM.write(addr+5, value_4[row][4]);EEPROM.commit();} Lib GetTime: void getCurrentTime(){ getTime.update();currentHours = getTime.getHours(); currentMinutes = getTime.getMinutes();currentSeconds = getTime.getSeconds(); delay(1000); for(int i=0;i