Đề tài: Thiết kế hệ thống điều khiển thông minh cho trang trại

Thiết kế mạch điều khiển thiết bị báo động từ xa qua điện thoại di động giúp người nghiên cứu có cái nhìn trực quan hơn với những kiến thức đã tiếp nhận, từ đó nâng cao thêm hiệu quả nghiên cứu. Mạch điều khiển thiết bị báo động từ xa qua điện thoại được thiết kế từ vi điều khiển cùng với một số IC khác nên giá thành tương đối thấp, giúp tiết kiệm được chi phí. Hệ thống có thể được ứng dụng tại, trang trại, nhà riêng, cơ quan xí nghiệp trường học và đặc biệt tại những nơi nguy hiểm…giúp chúng ta có thể điều khiển các thiết bị theo ý muốn, đồng thời mạch còn có chức năng báo động từ xa qua điện thoại giúp người điều khiển kiểm soát được thiết bị và đề phòng cháy, trộm xảy ra

1 HỌC VIỆN CƠNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THƠNG KHOA KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ I - - ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐỀ TÀI THIẾT KẾ HỆ THỐNG THÔNG MINH TRONG TRANG TRẠI NUÔI Giảng viên hướng dẫn: T.S Nguyễn Quốc Uy Sinh viên thực hiện: Đoàn Đắc Minh Lớp: D12DTMT Khóa: 2012 - 2017 Hệ đào tạo: Đại học quy Hà Nội, 2016 i LỜI CẢM ƠN Sau năm học tập tháng thực tập em có điều kiện tiếp cận với thực tế, kết hợp với kiến thức học trường Học viện Cơng Nghệ Bưu Chính Viễn Thông giúp cho em củng cố thêm kiến thức Trong thời gian học Học viện Cơng Nghệ Bưu Chính Viễn thơng, em vơ cảm ơn quan tâm giúp đỡ Ban lãnh đạo, thầy , cô khoa kĩ thuật điện tử I , anh chị khóa trên, đặc biệt thầy: Nguyễn Quốc Uy nhiệt tình dẫn giải đáp thắc mắc em thời gian thực làm đồ án Ngoài ra, em nhận giúp đỡ khơng nhỏ từ nhóm người bạn đồng hành với em để em hồn thành tốt cơng việc học tập suốt năm thời gian làm đồ án Sự giúp đỡ, giảng dạy nhiệt tình thầy cơ, cô anh chị hành trang quý báu cho em sau Em xin kính chúc quý thầy cô, cô anh chị nhiều sức khỏe thành công sống ii MỤC LỤC Lời mở đầu Chương 1: Dẫn nhập sở lý luận .2 Dẫn nhập 1.1 Tổng quan tình hình nghiên cứu 1.2 Hướng giải vấn đề 1.3 Giới hạn đề tài 1.4 Y nghĩa thực tiễn 1.5 Đối tượng nghiên cứu 1.6 Dàn ý, phương tiện phương án thực 1.7 Lập kế hoạch nghiên cứu .5 1.8 Nội dung đề tài .5 Chương 2: Tổng quát trang trại thông minh .6 2.1 Khái niệm hệ thống trang trại thông minh 2.2 Các tiêu trang trại thông minh .6 2.3 Các thành phần hệ thống trang trại thông minh 2.4 Nguyên lý hoạt động Chương 3: Các linh kiện sử dụng 3.1 Kít Arduino 3.1.1 Giới thiệu chung Arduino .9 3.1.2 Giới thiệu board Arduino Uno R3 10 3.1.3 Module cảm biến mưa 14 3.1.4 Cảm biến lửa .15 3.1.5 Module cảm biến ánh sáng 16 3.1.6 Cảm biến nhiệt độ ds18b20 16 3.2 Module GSM/GPRS Sim 900A .17 3.2 Tổng quát hệ thống thông tin di động GSM 17 iii 3.2.2 Tổng quan tin nhắn SMS 19 3.2.3 Giới thiệu Module Sim 900A 20 3.3 Khối cảnh báo 23 3.4 Module relay 24 3.5 Các thiết bị .25 3.5.1 Máy bơm mini .25 3.5.2 Quạt tản nhiệt 25 3.6 Các linh kiện khác 26 Chương 4: Thiết kế phần mềm mơ hình sơ đồ thuật tốn 28 4.1 Thiết kế phần mềm 28 4.1.1 Phần mềm Arduino 1.6.9 .28 4.2 Sơ đồ thuật toán .29 4.3 Chức khối 31 4.3.1 Khối nguồn 32 4.3.2 Khối cảm biến nhiệt độ ds18b20 33 4.3.3 Khối báo động .33 4.3.4 Khối hệ thống uống nước 34 4.3.5 Khối cảm biến lửa, báo cháy .34 4.3.6 Khối cảm biến ánh sáng 35 4.3.7 Khối xử lý 36 Chương 5: Kết luận kiến nghị 37 5.1 Kết luận 37 5.2 Kiến nghị 37 Tài liệu tham khảo 38 Phụ lục 39 iv THUẬT NGỮ VÀ CHỮ VIẾT TẮT GSM: Global system for mobile Mạng thơng tin di động tồn cầu SMS: Short message service Dịch vụ tin nhắn ngắn SMSC: Short message service center Trung tâm tin nhắn SIM: Subcriber Identity Modules Module nhận dạng tin nhắn GPRS: General packet radio service Dịch vụ gói vơ tuyến chung CPU: Central processing unit Khối xử lí trung tâm CDMA: Code division multiple access Đa truy nhập phân chia theo mã TDMA: time division multiple access Đa truy nhập phân chia theo thời gian BTS: Base Transceiver Station Trạm thu phát gốc BSC: Base station subsystem Bộ điều khiển trạm gốc DANH MỤC HÌNH v Hình ảnh Tên hình ảnh Trang số 2.1 Sơ đồ hệ thống trang trại thông minh 3.1 Kít arduino 3.2 Board Arduino Uno R3 10 3.3 Chip Atmega 328 11 3.4 Các chân board mạch Arduino Uno R3 12 3.5 Hình ảnh thực tế cảm biến mưa 14 3.6 Cấu tạo cảm biến mưa 14 3.7 Cảm biến nhiệt độ ds18b20 16 3.8 Cấu trúc mạng GSM 18 3.9 Sơ đồ cấu trúc thành phần GSM 18 3.10 Sim 900A 21 3.11 Module Sim 900A 21 3.12 Sơ đồ chân Sim 900A 22 3.13 Khối cảnh báo 24 3.14 Relay 24 3.15 Máy bơm mini 25 3.16 Quản tản nhiệt 26 3.17 Led đơn 26 3.18 Động Servo 26 4.1 Phần mềm lập trình Arduino 28 4.2 Sơ đồ thuật tốn báo cháy 29 4.3 Sơ đồ hệ thống cho ăn 29 4.4 Sơ đồ hệ thống ánh sáng 30 4.5 Sơ đồ hệ thống làm mát 30 4.6 Sơ đồ uống nước tự động 31 4.7 Sơ đồ thiết bị trang trại 31 4.8 Nguồn máy tính 32 4.9 Các chân nguồn 32 4.10 Sơ đồ kết nối cảm biến ds18b20 33 4.11 Khối báo động 33 4.12 Sơ đồ kết nối cảm biến mưa 34 4.13 Sơ đồ kết nối cảm biến lửa 35 vi 4.14 Sơ đồ kết nối cảm biến ánh sáng 35 DANH MỤC BẢNG Bảng Tên bảng Trang Chỉ tiêu nhiệt độ Thơng số kít Arduino Uno R3 12 vii i Hình 4.8: Nguồn máy tính Hệ thống sử dụng nguồn 5VDC 12VDC Hình 4.9: Các chân nguồn 4.3.2 Khối cảm biến nhiệt độ 33 Hình 4.10: Sơ đồ kết nối chân cảm biến ds 18b20 Khi bắt đầu chuyển đổi nhiệt độ chân DQ kéo xuống mức thấp chuyển đổi xong mức cao.Như ta vào tượng để xác định chuyển đổi xong nhiệt độ Lưu ý phải dùng điện trở tầm 4.7k trở lên vào chân DQ treo lên nguồn sơ đồ mắc Dưới ví dụ mẫu đo nhiệt độ ds18b20 hiển thị LCD bạn tham khảo hiểu rõ sử dụng cảm biến Đồng thời tham khảo thêm datasheet ds18b20 4.3.3 Khối báo động Gồm có báo động loa led Hình 4.11: Khối báo động 34 Ở khối báo động loa, ta sử dụng tranzitor loại NPN C 1815làm khóa điện tử để đóng mở nguồn 5V cung cấp cho loa hoạt động ĐIện trở R7 để hạn dòng vào chân B tranzitor R7 = 1KΩ, R8 = 10KΩ Sử dụng Led sáng nhấp nháy hệ thống chuyển sang trạng thái báo động có cháy Điện trở 220Ω dùng để hạn dòng cho Led (Xem lại text) 4.3.4 Khối hệ thống uống nước Hình 4.12: Sơ đồ kết nối cảm biến mưa Cảm biến hoat động chế độ analog digital  Do arduino hỗ trợ ngõ vào tương tự với độ phân giải 10 bít có 1024 giá trị khác Giá trị mưa thay đổi từ đến 1024 Mặc định chưa tác động 1024  Chế độ digital cảm biến trả giá trị LOW hay HIGH 35 4.3.5 Khối cảm biến lửa, báo cháy Hình 4.13: Sơ đồ kết nối cảm biến lửa Mọi vật có nhiệt độ lớn độ K phát tia hồng ngoại bước sóng khác nhau, ví hồng ngoại remote điều khiển có bước sóng từ 0,75-1,4 micromet lửa thường dải 760-1100 nanomet (đối với vật liệu cháy hợp chất hữu thơng thường, vật liệu cháy khác bước sóng khác nhau), ví dụ có dãi bước sóng Hồng ngoại gần Nên mơ đun phát lữa dùng led thu tín hiệu hồng ngoại để bắt tín hiệu hồng ngoại mà lữa phát ra, dấu hiệu rõ ràng cháy Cảm biến hoạt động chế độ digital, có cháy xảy tất nguồn điện tắt hết Lúc đèn báo hiệu số 13 nháy, còi báo động kêu sim 900 báo co chủ trang trại có cố cháy xảy Đồng thời lúc hệ thống chữa cháy tự động phun nước để chữa cháy 4.3.6 Khối cảm biến ánh sáng Hình 4.14: Sơ đồ kết nối module cảm biến ánh sáng 36 Cảm biến dạng digital - tín hiệu xuất giá trị Digital HIGH (5V) LOW Tại chân OUT, mạch trả mức HIGH (5V) trời tối ( cường độ ánh sáng chiếu vào thấp) LOW ngược lại 4.3.7 Khối xử lý  Xử lí tín hiệu thu từ cảm biến, công tắc khẩn, giả sử có cháy xảy ( nhiệt độ thu từ cảm biến nhiệt đến mức cho trước, nồng độ khói tăng cao đến ngưỡng tác động, cơng tắc khẩn bật ) cảm biến truyền tín hiệu đến vi điều khiển để vi điều khiển xử lí đưa hệ thống cảnh báo tương ứng  Điều khiển hệ thống cảnh báo (báo động) 37 CHƯƠNG 5: KẾT LUÂN VÀ KIẾN NGHỊ 5.1 Kết luận Những  Hoàn thành cảm biến với Arduino  Hoàn thành cảnh báo cháy qua module sim Những chưa đạt  Mơ hình chưa hư mong muốn  Chỉ dừng lại hệ thống tự động đơn giản 5.2 Kiến nghị  Nguồn lượng dự phòng lấy từ pin lượng mặt trời  Kết nối Arduino tới internet wifi  Liên hệ thự tế tới trang trại hay hộ gia đình để làm mơ hình thực tế  Điều khiển thơng qua giọng nói 38 Tài liệu tham khảo [1] Báo chí viết trang trại thơng minh ơng Nguyễn Trung Hiếu [2] Lịch sử phát triển Arduino wikipedia.com/arduino- uno [3] Các tài liệu mạng như:  Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 5738:2000 Yêu cầu kĩ thuật hệ thống báo cháy tự động  Diễn đàn điện tử Việt Nam http://www.dientuvietnam.net/  Cộng đồng arduino Việt Nam Quốc tế http://arduino.vn/ http://arduino.cc/ 39 PHỤ LỤC [A] _ Hệ thống cho ăn hệ thống ánh sáng #define sensorPin A0 #define Led 13 #include Servo myservo; // khởi tạo đối tượng Servo với tên gọi myservo // bạn tạo tối đa đối tượng Servo int pos = 0; // biến pos dùng để lưu tọa độ Servo void setup() { // put your setup code here, to run once: Serial.begin(9600); pinMode(sensorPin, INPUT); pinMode(Led, OUTPUT); myservo.attach(10); // attach (đính) servo chân digital 10 } void anh_sang() { // put your main code here, to run repeatedly: float val; val = analogRead(sensorPin); Serial.println(val); delay(20); if( val > 1000) { digitalWrite(Led, HIGH); } else digitalWrite(Led, LOW); 40 } void sytem_eat() { for(pos = 25; pos < 60; pos += 10) // cho servo quay từ 25->60 độ { // bước vòng lặp tăng 10 độ myservo.write(pos); delay(100); // xuất tọa độ cho servo // đợi 1000ms=1s cho servo quay đến góc tới bước } for(pos = 60; pos>=40; pos-=20) // cho servo quay từ 60 >40 độ, bước quay 20 độ { myservo.write(pos); delay(100); // xuất tọa độ cho servo // đợi 100 ms cho servo quay đến góc tới bước } delay(500); // đợi 2h lặp lại trình } void loop() { anh_sang(); sytem_eat(); } 41 [B]_ Hệ thống báo cháy #include SoftwareSerial SIM900(3, 4); // CHÂN TX NỐI VỚI CHÂN 3, CHÂN RX NỐI VỚI CHÂN #define GOI #define led 13 #define In1 #define buz char tempchar; int sensorPin = A0; void setup() { pinMode(led, OUTPUT); pinMode(buz, OUTPUT); pinMode(In1, OUTPUT); pinMode(GOI, INPUT); Serial.begin(9600); SIM900.begin(9600); pinMode(sensorPin, INPUT); } void loop() { float temp = analogRead(sensorPin); Serial.println(temp); delay(10); if(temp < 100) { digitalWrite(In1, LOW); 42 digitalWrite(buz, HIGH); digitalWrite(led, HIGH); delay(200); goidien(); } else { digitalWrite(In1, HIGH); digitalWrite(led, LOW); digitalWrite(buz, LOW); } } void goidien() { SIM900.println("ATD++84975744798;"); delay(200); SIM900.println(); } 43 [C] _ Hệ thống uống nước hệ thống làm mát //Include thư viện #include #include #define Led 13 #define NGUONG_TREN 24 #define NGUONG_DUOI 20 #define ONE_WIRE_BUS //Thiết đặt thư viện onewire OneWire oneWire(ONE_WIRE_BUS); //Mình dùng thư viện DallasTemperature để đọc cho nhanh DallasTemperature sensors(&oneWire); #include Servo myservo; // khởi tạo đối tượng Servo với tên gọi myservo // bạn tạo tối đa đối tượng Servo int pos = 0; int rainSensor = 6; // Chân tín hiệu cảm biến mưa chân digital (arduino) void setup() { myservo.attach(10); pinMode(rainSensor,INPUT);// Đặt chân cảm biến mưa INPUT, tín hiệu truyền đến cho Arduino Serial.begin(9600);// Khởi động Serial baudrate 9600 Serial.println("Da khoi dong xong"); pinMode( Led, OUTPUT); digitalWrite(Led, LOW); } void ht_thoat_nuoc() { int value = digitalRead(rainSensor);//Đọc tín hiệu cảm biến mưa 44 if (value == HIGH) { Serial.println("Dang mua"); for(pos = 25; pos < 60; pos += 10) // cho servo quay từ 25->60 độ { // bước vòng lặp tăng 10 độ myservo.write(pos); delay(1000); // xuất tọa độ cho servo // đợi 1000ms=1s cho servo quay đến góc tới bước } for(pos = 60; pos>=40; pos-=20) // cho servo quay từ 60 >40 độ, bước quay 20 độ { myservo.write(pos); delay(100); // xuất tọa độ cho servo // đợi 100 ms cho servo quay đến góc tới bước } for(pos = 40; pos>=60; pos+=20) // cho servo quay từ 40 >60 độ, bước quay 20 độ { myservo.write(pos); delay(100); // xuất tọa độ cho servo // đợi 100 ms cho servo quay đến góc tới bước } for(pos = 60; pos>=40; pos-=20) // cho servo quay từ 60 >40 độ, bước quay 20 độ { myservo.write(pos); delay(100); // xuất tọa độ cho servo // đợi 100 ms cho servo quay đến góc tới bước 45 } for(pos = 40; pos>=60; pos+=20) // cho servo quay từ 40 >60 độ, bước quay 20 độ { myservo.write(pos); delay(100); // xuất tọa độ cho servo // đợi 100 ms cho servo quay đến góc tới bước } } delay(1000); void ht_nhiet_do() { sensors.requestTemperatures(); unsigned int temp = sensors.getTempCByIndex(0); // Doc nhiet cua sensor Serial.print("Nhiet do: "); Serial.println(temp); if (temp > NGUONG_TREN) { digitalWrite(Led, HIGH); } if (temp < NGUONG_DUOI) { digitalWrite(Led, HIGH); } delay(10); } void loop() { ht_thoat_nuoc(); 46 ht_nhiet_do(); } 47 ...  Thiết kế hệ thống báo cháy qua module sim900  Thiết kế hệ thống cho ăn,uống nước  Thiết kế hệ thống làm mát, sưởi  Thiết kế hệ thống đèn, thoát nước 1.4 Ý nghĩa thực tiến Thiết kế mạch điều. .. dung đề tài .5 Chương 2: Tổng quát trang trại thông minh .6 2.1 Khái niệm hệ thống trang trại thông minh 2.2 Các tiêu trang trại thông minh .6 2.3 Các thành phần hệ thống trang. .. Code cho hệ thống báo cháy [ Phụ lục [B] – Trang 41 ] Hình 4.2: Sơ đồ hệ thống báo cháy Code cho hệ thống cho ăn [Phụ lục [A] – Trang 39 ] 29 Hình 4.3: Sơ đồ hệ thống cho ăn Code cho hệ thống