Báo cáo đồ án tốt nghiệp_Hệ thống tưới cây tự động điều khiển qua web. Là đề tài mang tính thực tiễn, có thể áp dụng vào thực tế tùy vào mục đích sử dụng mỗi người. Hệ thống được xử lí trên nền Arduino kết hợp với Modile wifi Esp 8266 tạo thành 1 hệ thống hoàn chỉnh. Chi tiết tham file đính kèm bên dưới
MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH ẢNH DANH MỤC BẢNG BIỂU DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT CÁC KÍ HIỆU ĐƠN VỊ: • A ( Ampe) • V ( Volt) • Mhz ( Megahertz) • Mm • Cm • M • W ( Watt) • Hz • Gr • G • Mpa • Inch Đơn vị dòng điện Đơn vị điện áp Đơn vị tần số Đơn vị đo khoảng cách Đơn vị đo khoảng cách Đơn vị đo khoảng cách Đơn vị công suất Đơn vị tần số Đơn vị đo trọng lượng Đơn vị đo trọng lượng Đơn vị đo áp lực nước Đơn vị kích thước CÁC CHỮ VIẾT TẮT • AC Alternating Current: Dịng điện xoay chiều • AVR Automatic Voltage Regulator: Hệ thống tự động điều khiển • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • ARM PCB CPU DC IOT VDC HTML điện áp Advanced RISC Machines: Hãng thiết kế vi xử lí Printed Circuit Board: Bảng mạch in Central Prosessing Unit: Bộ điều khiển trung tâm Direct Current: Dòng điện chiều Internet Of Things: Mạng lưới kết nối vạn vật Volts- Direct Current: Dòng điện chiều Hyper Text Markup Language: Ngôn ngữ đánh dấu siêu văn I/O USB IDE NFC RFID Input/Output: Đầu vào/ Đầu Universal Serial Bus: Chuẩn kết nối đa dụng Integrated Development Environment: phần mềm lập trình Near-Field Communications: Cơng nghệ giao tiếp trường gần Radio Frequency Identification: Nhận dạng qua tần số vô CSDL URL COM NC NO GND PC UART tuyến Cơ sở liệu Uniform Resource Locator: Định vị tài nguyên thống Common: Chân chung Normally Closed: Thường đóng Normally Open: Thường mở Ground: Nối đất Personal Computer: Máy tính cá nhân Universal Asynchronous Receiver – Transmitter: Truyền dẫn • • • • • • • • • TX RX PLC WIFI AP CSS SSID STA WAN liệu nối tiếp không đồng Transmit: Truyền liệu Receive: Nhận liệu Programmable Pogic Pontroller: Thiết bị điều khiển lập trình Wireless Fidelity: Hệ thống mạng khơng dây Access Point: Điểm truy cập không dây Cascading Style Sheet language: Ngôn ngữ tạo phong cách Service Set Identifier: Tên mạng cục khơng dây Station: Trạm Wide Area Network: Mạng diện rộng LỜI CAM ĐOAN Em xin cam đoan Đồ án tốt nghiệp cơng trình nghiên cứu thân em hướng dẫn Thầy Lê Ngọc Thành Các kết nêu Đồ án tốt nghiệp trung thực chưa công bố công trình khác Giáo viên hướng dẫn Sinh viên thực Đinh Văn Trí LỜI CẢM ƠN Trong thời gian thực đề tài, em giúp đỡ gia đình, q thầy bạn bè nên đề tài hoàn thành Em xin chân thành gửi lời cảm ơn đến: Thầy Lê Ngọc Thành, giảng viên Trường Cao Đẳng nghề Đà Nẵng trực tiếp hướng dẫn tận tình giúp đỡ tạo điều kiện để em hồn thành tốt đề tài Em xin chân thành cảm ơn đến thầy cô khoa Điện- Điện tử trường Đại Học Duy Tân tận tình dạy dỗ, bảo, cung cấp cho em kiến thức nền, chuyên môn làm sở để hồn thành đề tài Cảm ơn gia đình động viên, ln ln bên cạnh lúc khó khăn Xin gửi lời cảm ơn đến người bạn sinh viên khoa Điện- Điện tử giúp đỡ em để hồn thành tốt đề tài Xin chân thành cảm ơn! Sinh viên thực Đinh Văn Trí MỞ ĐẦU ĐẶT VẤN ĐỀ Hiện với phát triển xã hội, sống ngày nâng cao việc áp dụng công nghệ khoa học kỹ thuật vào đời sống công việc ngày cần thiết Cùng với phát triển ngành khoa học kỹ thuật, công nghệ kỹ thuật điện tử mà đặc biệt kỹ thuật điều khiển tự động đóng vai trị quan trọng lĩnh vực khoa học kỹ thuật, quản lý, công nghiêp, nông nghiệp, đời sống, quản lý thông tin Nước ta đất nước nông nghiệp, nhiên nhiều năm quy mô chất lượng sản lượng nông nghiệp nước ta thấp so với nước khác mà nguyên nhân việc công nghệ sản xuất nước ta lạc hậu, chủ yếu dựa vào tay chân Mơ hình tự động tảng cho tiêu chuẩn chất lượng, công giá trị sản phẩm việc sản xuất nông nghiệp theo hướng nông nghiệp công nghệ cao Tính linh hoạt hệ thống giúp cho người trồng trọt trồng trọt mơi trường nào, diện tích trồng trọt từ vài trăm mét vuông đến hàng chục héc-ta Hệ thống có khả loại bỏ điều kiện mơi trường bất lợi, cung cấp môi trường phát triển tối ưu, tạo mùa sinh trưởng dài hơn, trồng loại trái mùa giống khác nhau, bảo vệ trồng khỏi thời tiết lạnh, mưa đá, gió, mưa gây thiệt hại, loại bỏ dịch bệnh, sâu bệnh hại, tăng tốc độ sinh trưởng nhanh suất cao hơn, chất lượng tốt Tất điều chỉnh điều khiển hoàn toàn tự động áp dụng công nghệ khoa học kỹ thuật vào quy trình giám sát sản xuất Việc sử dụng hệ thống tự động giúp tiết kiệm nhân lực, tăng độ xác giám sát điều khiển môi trường Trên sở yêu cầu từ thực tế, đòi hỏi ngày cao phát triển nông nghiệp công nghệ cao, cộng với phát triển mạnh khoa học công nghệ, đặc biệt công nghệ thông tin, kỹ thuật điện-điện tử Phát triển kỹ thuật điều khiển tự động từ khoảng cách xa nông nghiệp xu phát triển nông nghiệp nên em đề xuất đề tài “THỐNG TỰ ĐỘNG TƯỚI RAU THÔNG MINH” MỤC TIÊU • Tìm hiểu sinh trưởng mong muốn để từ nắm bắt • điều kiện độ ẩm đất thích hợp với phát loại Tìm hiểu sở lý thuyết việc thiết kế thi cơng vườn rau • Thiết kế hệ thống tự động tưới thông qua việc giám sát thơng số độ ẩm • Thiết kế hệ thống cấp điện cho tồn hệ thống tưới • Thiết kế giao diện Webserver giám sát, điều khiển thiết bị thơng qua mạng Internet • Thi cơng mơ hình khu vườn NỘI DUNG NGHIÊN CỨU • Tìm hiểu nghiên cứu cấu tạo phần cứng, nguyên lý hoạt động, tính module Arduino, module NODEMCU ESP8266, van điện từ, động DC, cảm biến độ ẩm đất • Tìm hiểu, nghiên cứu lập trình WebServer, tìm hiểu ngơn ngữ HTML, CSS • Thiết kế hệ thống điều khiển, lưu đồ giải thuật chương trình điều khiển mơ hình • Các giải pháp thiết kế hệ thống, thi cơng mơ hình Thiết kế hồn chỉnh mơ hình thực tế GIỚI HẠN • • Chọn rau xà lách đối tượng nghiên cứu Thiết kế mơ hình có kích thước dài, rộng, cao 75 x 35 x 75 cm khung sắt chữ v gỗ bọc nhựa nilong, có mái phun nước • Sử dụng nguồn tổ ong 12V để cấp nguồn hoạt động cho thiết bị nguồn 5v cho mạch điều khiển • Dừng lại mức độ mơ hình học tập chưa đưa vào thực tế để sử dụng 10 BỐ CỤC Chương 1: Tổng Quan hệ thống tưới tự động Chương trình bày đặt vấn đề dẫn nhập lý chọn đề tài, mục tiêu, nội dung nghiên cứu, giới hạn thông số bố cục đồ án Chương 2: Cơ Sở Lý Thuyết Trong chương trình bày lý thuyết có liên quan đến vấn đề mà đề tài dùng để thực thiết kế, thi cơng cho đề tài Chương 3: Tính Tốn Và Thiết Kế Chương giới thiệu tổng quan yêu cầu đề tài mà thiết kế tính tốn, thiết kế gồm phần Chương 4: Thi Cơng Hệ Thống Chương trình bày trình vẽ mạch in lắp ráp thiết bị, đo kiểm tra mạch, lắp ráp mơ hình Thiết kế lưu đồ giải thuật cho chương trình viết chương trình cho hệ thống Chương 5: Kết Luận Và Hướng Phát Triển Trình bày kết mục tiêu đề sau trình nghiên cứu thi công Từ kết đạt để đánh giá q trình hồn thành phần trăm, trình bày kết mà đồ án đạt được, hạn chế, từ rút kết luận hướng phát triển để giải vấn đề tồn đọng để đồ án hoàn thiện 45 Điện áp đầu 1.25 V - 35 V (có thể điều chỉnh) Có nút nhấn thay đổi hiển thị điện áp ngõ – vào Dòng ngõ tối đa 3A, cơng suất 15W Kích thước : 66mm x 36mm x 14mm Tên linh kiện Arduino Nano Node MCU Module Relay kênh Cảm biến độ ẩm đất Van điện từ Bơm Số lượng 1 4 Dòng tiêu thụ 30 mA 70 mA 400 mA 50 mA 2A 5A (max) Tổng dòng tiêu thụ ~ 8A Bảng Bảng tính tốn thơng số dịng điện tiêu thụ hệ thống Thơng qua tính tốn số liệu linh kiện sử dụng mạch em sử dụng nguồn tổ ong 12V-8.5A để cấp nguồn hoạt động cho thiết bị [6] 46 D0 5V 3.3 SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ CỦA TOÀN MẠCH 3.3.1 Mạch cấp nguồn RL2 G5CLE-1-DC5 D2 R1 1N4007 10k Q1 J6 C1815 DEVICE N2 220V_in DC out+ DC out- LM1 220V_in NGUON DC out+ DC out- v_in+ out + v_in- out - LM2596 Hình 23 Mạch ngun lí giảm áp cấp nguồn cho hệ thống 5V NGUON CAP 47 R2 Q2 16 17 SIL-100-02 18 19 20 D1 RL1 G5CLE-1-DC5 1N4007 5VDC 21 22 23 24 25 26 27 28 12V 29 J12 0V VAL 30 16-A0 ADC0 Tout 15-D0 GP16 17-RSV 14-D1 GP5 18-RSV 13-D2 GP4 19-SD3 GP10 SDD3 20-SD2 GP9 SDD2 11-D4 GP2 21-SD1 MOSI SDD1 22-CMD CS SDCMD 23-SD0 MISO SDD0 24-CLK SCLK SDCLK 25-GND 26-3V3 27-EN 28-RST 29gnd 30-VIN NODE MCU 12-D3 GP0 10-3V3 9-GND 8-D5 GP14 7-D6 GP12 6-D7 RXD2 GP13 5-D8 TXD2 GP15 4-RXD0 GP3 3-TXD0 GP1 2-GND 1-3v3 D0 15 D2 13 VAL CB 18 11 D5 D6 19 J3 10 21 CB 23 J4 24 4 20 22 16 17 12 25 26 27 CB J5 29 12VDC VAL U1 14 J10 C1815 J2 D1 12V 5V D6 12V 5V D5 C1815 VAL Q5 J9 A1 J1 10k Q4 J8 C1815 0V 0V VAL J11 5V J7 C1815 0V J6 C1815 Q3 G5CLE-1-DC5 1N4007 R5 1N4007 10k 10k 10k Q1 2V 5V R3 1N4007 R4 1N4007 RL6 D6 G5CLE-1-DC5 0V 1N4007 10k D4 G5CLE-1-DC5 D3 RL5 D5 G5CLE-1-DC5 0V G5CLE-1-DC5 D2 RL4 D2 RL3 D1 RL2 R1 12V 5V D0 5V 12V 3.3.2 Mạch điều khiển 30 13 12 3.3 11 EF 10 A0 A1 A2 A3 A4 A5 A6 A7 5V GND RST RST GND RX0 VIN TX1 15 14 13 12 11 10 28 ARDUINO_NANO CB Hình 24 Sơ đồ ngun lí tồn hệ thống Sau tiến hành nghiên cứu, chọn linh kiện, thiết kế hệ thống, tồn mạch sử dụng: • cấu Relay để tác động đóng ngắt thiết bị • Sử dụng chân tín hiệu từ Arduino • Loại cảm biến sử dụng cảm biến độ ẩm đất • Các thiết bị ngoại vi bao gồm: động bơm nước 12V, van điện từ 12V, ESP8266 NodeMCU, nguồn tổ ong 12V/8.5A Ngồi cịn số thiết bị khác 48 CHƯƠNG THI CÔNG HỆ THỐNG 4.1 GIỚI THIỆU Sau q trình tính tốn thiết kế chọn thiết bị hợp lý tiến hành thi công PCB, lắp ráp test mạch 4.2 THI CÔNG HỆ THỐNG Hình Kết nối nguồn với Module LM2596 4.2.1 Thi công kết nối mạch giảm áp cung cấp nguồn Hình Kết nối LM2596 với hệ thống điều khiển Như hình bên mạch hạ áp từ 12V xuống 5V để cấp nguồn cho hệ thống 49 cấu sử dụng nguồn 5V Từ nguồn 12V nguồn nối cực âm cực dương vào cực âm cực dương ngõ vào module hạ áp LM2596 Sau đó, điều chỉnh biến trở cho áp ngõ phù hợp Tiếp đến, nối cực âm cực dương module LM2596 vào domino lấy nguồn 5V cấp cho hệ thống sử dụng 4.2.2 Thi công kết nối module relay điều khiển ngõ Trước hết ta cấp nguồn 5V cho mạch hoạt động Ngõ relay có chân bao gồm: chân COM, chân Normal Close chân Normal Open Ta nối chân âm thiết bị vào chân COM ngõ ra, chân dương thiết bị ta nối vào chân Normal Close ngõ Khi ngõ vào IN relay có tín hiệu điều khiển từ NodeMCU chân Normal Close hở làm cho thiết bị hoạt động Hình Kết nối thiết bị với relay 4.2.3 Thi công kết nối nguồn dây cho điều khiển trung tâm Hình 4 Hệ thống cấp nguồn cho trung tâm điều khiển 4.3 ĐĨNG GĨI VÀ THI CƠNG MƠ HÌNH 4.3.1 Đóng gói tủ điều khiển Sau kiểm tra mạch hoạt động tốt ta tiến hành đóng hộp khối điều khiển Bộ 50 điều khiển hình hộp chữ nhật gỗ với kích thước 30x22x18 cm Hình Tủ điều khiến hệ thống 51 4.3.2 Thi cơng mơ hình Mơ hình hệ thống thực với khung sắt gỗ, kích thước sau: 75x35x75cm Hình Mặt trước mơ hình 52 Hình Mơ hình nhìn từ phía sau 4.4 LẬP TRÌNH HỆ THỐNG LƯU ĐỒ GIẢI THUẬT Hệ thống điều khiển vườn rau giao diện web Sau đó, liệu cảm biến, trạng thái hoạt động thiết bị gửi lên Internet Hệ thống có chế độ hoạt động Manual Auto Ở chế độ Manual người dùng điều khiển thiết bị cách chủ động, bật tắt thiết bị tùy ý mà không cần phụ thuộc vào điều kiện môi trường Còn chế độ Auto thiết bị tự động hoạt động theo thông số mà môi trường đo đạc Khi chuyển chế độ hoạt động web thơng qua Internet phần cứng chuyển đổi chế độ hoạt động theo 53 4.4.1 Lưu đồ điều khiển chế độ hoạt động Quy trình điều khiển chế độ làm việc thể sơ đồ Chương trình bắt đầu vào khởi động giao diện web, khởi tạo biến Sau kiểm tra biến trạng thái chế độ hoạt động Mặc định chương trình vào chế độ Auto trước Ở chế độ Auto cho phép hiển thị thơng số mơi trường Cùng lúc đó, Arduino kiểm tra trạng thái từ NodeMCU gửi từ web để chuyển chế độ phần cứng cập nhật chế độ hoạt động Ở chế độ Manual cho phép người dùng điều khiển thiết bị cách tùy ý cập nhật lên web Bắt đầu Khởi động giao diện S Chế độ bị thay đổi Đ Đảo biến trạng thái chế độ S Chế độ Auto Đ Chạy chế độ auto Chạy chế độ manu Truyền nhận liệu Kết thúc Hình Lưu đồ chọn chế độ hoạt động 54 4.4.2 Lưu đồ điều khiển chế độ MANUAL Bắt đầu Khởi động giao diện điều khiển hệ thống Nút nhấn van1 tác động Đ ON Bơm ON Van1 S Nút nhấn van2 tác động Đ ON Bơm ON Van2 S Nút nhấn van3 tác động Đ ON Bơm ON Van3 S Nút nhấn van4 tác động ON Bơm ON Van4 S Hình Lưu đồ chế độ Manual Giải thích lưu đồ: Trong chế độ manual, chương trình quét liên tục nút nhấn, có nút nhấn tác động tiến hành đảo trạng thái nút nhấn đó, tùy thuộc vào biến trạng thái mà bật tắt thiết bị mà không cần quan tâm đến thông số môi trường 55 4.4.3 Lưu đồ điều khiển chế độ AUTO Bắt đầu Khởi động giao diện hệ thống Đọc cảm biến độ ẩm Độ ẩm thực tế < 61% OFF Van1 OFF Bơm ON Bơm ON Van1 Đọc cảm biến độ ẩm OFF Van2 OFF Bơm Độ ẩm thực tế < 61% ON Bơm ON Van2 Đọc cảm biến độ ẩm Độ ẩm thực tế < 61% OFF Van3 OFF Bơm ON Bơm & ON Van3 Giải thích lưu đồ: Đọc cảm biến độ ẩm Trong chế độ AUTO, chương trình quét liên tục cảm biến đo thông số giới hạn mơi trường, có cảm biến tác động đến giá trị thông số Độ ẩm thực tế < 61% OFF Van4 OFF Bơm mơi trường tùy thuộc vào giá trị giới hạn mà bật tắt thiết bị để ổn định giá trị độ ẩm Các thông số môi trường cập nhật lên web Bơm &dữ ON Van4 4.4.4 Quy trình truyềnONnhận liệu hệ thống thông qua WIFI Cảm Biến Arduino Nano ESP8266 Node MCU Hình 10 Lưu đồ chế độ Auto Webserver ESP8266 Node MCU Thiết bị ngoại vi Webserver 56 Hình 11 Quy trình truyền nhận liệu hệ thống Giải thích lưu đồ: Ban đầu cảm biến độ ẩm đất đo thơng số thực tế từ mơi trường sau chúng gửi vào Arduino để xử lí, Arduino đảm nhận cơng việc truyền nhận liệu mà vừa xử lí qua board ESP8266 NodeMCU tiếp tục đẩy liệu từ ESP lên giao diện web viết từ trước Khi liệu hiển thị lên web đồng thời lúc liệu gửi lại NodeMCU để xử lí điều khiển thiết bị 57 CHƯƠNG KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 5.1 KẾT QUẢ Sau thời gian tìm hiểu, nghiên cứu tài liệu chuyên ngành tiếng Việt tiếng Anh, tìm hiểu thêm qua mạng Internet, tổng hợp lại kiến thức học suốt năm hướng dẫn GVHD Thầy Lê Ngọc Thành Em hoàn thành đồ án tốt nghiệp với đề tài “HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG TƯỚI RAU THÔNG MINH” Sau đề tài đồ án này, em nghiên cứu tích lũy thêm nhiều hiểu biết, kiến thức mới, hiểu biết sâu sử dụng tính Arduino giao tiếp Arduino với module, cảm biến như: cảm biến độ ẩm đất, module relay, van điện từ, động bơm nước Nghiên cứu biết chuẩn giao tiếp cần sử dụng cách kết nối Arduino với cảm biến, module nói Hiểu cấu tạo, chức năng, chuẩn kết nối, giao tiếp module ESP8266 Node MCU để qua hiểu lĩnh vực IoTs có tiềm phát triển Tìm hiểu nắm bắt cách lập trình webserver – giao diện người dùng 5.2 NHẬN XÉT – ĐÁNH GIÁ Sau thời gian nghiên cứu, thi cơng đồ án tốt nghiệp em với đề tài “HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG TƯỚI RAU THƠNG MINH” hồn thiện • Mơ hình hoạt động ổn định, làm việc liên tục Hệ thống sử dụng nguồn cấp từ nguồn tổ ong có dải điện áp từ 5V đến 12V nên an toàn cho người sử dụng trước nguy điện giật • Website có giao diện trực quan, hiển thị thông tin cần thiết thông số cảm biến, trạng thái thiết bị điều khiển hệ thống dễ dàng web mà không cần tác động vào phần cứng Đã lắp đặt mơ hình hệ thống tương đối hồn chỉnh Tuy nhiên hệ thống nhiều hạn chế tồn như: • Thời gian phản hồi cập nhật trạng thái thiết bị, thông số cảm biến web đơi cịn chậm, phụ thuộc tốc độ mạng • Mơ hình to cồng kềnh, dây tủ điều khiển cịn chưa đẹp, tính thẩm mỹ chưa cao • Cảm biến hoạt động mơi trường ẩm ướt nên dễ gây rỉ điểm tiếp xúc • với dây dẫn, dẫn đến đơi cịn chưa hoạt động ổn định Hệ thống chưa có nguồn điện dự trữ đề phòng trường hợp điện 58 5.3 KẾT LUẬN Em hoàn thành đề tài “HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG TƯỚI RAU THÔNG MINH” Hệ thống đáp ứng tính năng, nội dung mục tiêu ban đầu đề ra: • Tham khảo mơ hình thực tế • Thiết kế hệ thống cấp điện cho tồn hệ thống • Thiết kế thi cơng mơ hình trồng tự động điều khiển tùy thuộc vào thơng số mơi trường • Thiết kế webserver điều khiển khu vườn cách gián tiếp thông qua Internet • Hệ thống website điều khiển thiết bị dễ sử dụng, tiện lợi, đáp ứng nhu cầu sử dụng thiết bị người dùng 5.4 HƯỚNG PHÁT TRIỂN • Thiết kế, lập trình ứng dụng Android di động để giám sát, điều khiển thiết bị • Thiết kế hệ thống có nguồn điện lưu trữ đề phòng điện 59 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng việt [1] K X Thực, Vi điều khiển cấu trúc lập trình ứng dụng, Hà Nội: Nhà xuất Giáo dục, (2008) [2] “Trang chủ Arduino,” http://arduino.vn/ [Trực tuyến] [3] “Internet_of_things,” https://iotmakervn.github.io/iot-starter-book/ [Trực tuyến] [4] P V Ất, Kĩ thuật lập trình C sở nâng cao, Hà Nội: Giao thông vận tải, (2009) [5] “Datasheet linh kiện,” https://alldatasheet.com/ [Trực tuyến] Tiếng Anh [6] M Droettboom, UnderstandingJSONchema, Viện Khoa học Kính viễn vọng Khơng gian, 2013-1016 ... hình hệ thống tự động Sử dụng cảm biến độ ẩm đất kết nối với Arduino điều khiển động tạo hệ thống tưới tự động Tất việc tự động diễn trình cài đặt sẵn qua cảm biến để điều tiết việc tưới hợp... công hệ thống tự động tưới rau thông minh” bao gồm: Hệ thống điều khiển vườn rau giao diện web Sau đó, liệu cảm biến, trạng thái hoạt động thiết bị gửi lên Internet Hệ thống có chế độ hoạt động. .. nước cho lần tưới, số lần tưới/ tháng, số 15 tháng cần tưới, ta xác định nhu cầu nguồn nước tưới b ) Phân chia khu tưới: Nếu bạn tưới cho diện tích nhỏ trở lại khu tưới diện tích tưới lớn phải