vườn cây thông minh sử dụng stm32

HỌC VIỆN KỸ THUẬT MẬT MÃ KHOA ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG BÁO CÁO MÔN HỌC ĐỀ TÀI: VƯỜN CÂY THÔNG MINH Giáo viên hướng dẫn : TH.S DƯƠNG PHÚC PHẦN Nhóm sinh viên : Lê Khánh Vũ – DT010145 Trình Văn Đại – DT010206 Vũ Tân Thiếu Đô – DT010105 HÀ NỘI - 2021 NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN Hà Nội , ngày…… tháng…… Năm…… MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU 1 Lý chọn đề tài .1 Mục tiêu nghiên cứu Đối tượng phạm vi nghiên cứu Cấu trúc đề tài CHƯƠNG : CƠ SỞ LÝ THUYẾT & GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI “NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG HỆ THỐNG CHĂM SÓC VƯỜN CÂY THÔNG MINH ” 1.1 Năng suất rau trồng yếu tố ảnh hưởng từ môi trường 1.2 Giới thiệu dự án áp dụng cơng nghệ tự động mơ hình nhà vườn CHƯƠNG : LỰA CHỌN THIẾT BỊ , CÔNG NGHỆ XÂY DỰNG ĐỀ TÀI 2.1 Microcontroler STM32 & module KIT 2.1.1 Tổng quan Microcontroler STM32 .7 2.1.2 STM32F103C8T6 11 2.2 DHT11 Censor – cảm biến nhiệt độ , độ ẩm .15 2.2.1 Ứng dụng 15 2.2.2 Thông số kỹ thuật 15 2.2.3 Sơ đồ nguyên lý .16 2.3 Cảm biến độ ẩm đất 17 2.3.1 Tổng quan 17 2.3.2 Thông số kỹ thuật 17 2.3.3 sơ đồ chân .18 2.4 Quang trở 19 2.4.1 Tổng quan 19 2.4.2 Nguyên lý hoạt động .19 2.4.3 Các vật liệu dùng cho chế tạo quang trở có: 20 2.4.4 Ứng dụng 20 2.5 Module giao tiếp I2C LCD 20 × 21 2.5.1 Giới thiệu giao tiếp I2C 21 2.5.2 Đặc điểm 21 2.5.3 CÁCH THỨC HOẠT ĐỘNG CỦA I2C 22 2.5.4 MỘT MASTER VỚI NHIỀU NÔ LỆ .27 2.5.5 LCD 20 × .28 2.6 Module relay 30 2.7 Bơm Chìm 31 2.8 Quạt tản nhiệt 32 CHƯƠNG : THIẾT KẾ HỆ THỐNG 35 3.1 Sơ đồ khối 35 3.2 Sơ đô nguyên lý 37 3.3 Sơ đồ giải thuật 38 3.4 Mơ hình thực tế 39 CHƯƠNG : HỒN THIỆN MƠ HÌNH VÀ KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC .40 4.1 Ưu nhược điểm hệ thống 40 4.1.1 Ưu điểm 40 4.1.2 Nhược điểm .40 4.2 Kết đạt 40 PHỤ LỤC 41 TÀI LIỆU THAM KHẢO : .47 DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 01 : Một vườn nhà kính thực tế Hình 02 : Kiến trúc STM32 nhánh Performance Access Nhánh Performance Hình 03 : Đặc điểm bốn nhánh họ STM32 10 Hình 04 : KIT STM32_F103C8T6 .11 Hình 05 : KIT STM32_F103C8T6 thực tế 13 Hình 06 : sơ đồ chân chức KIT STM32F103C8T6 .14 Hình 07 : cảm biến nhiệt DHT11 .15 Hình 08 : sơ đồ nguyên lý DHT11 16 Hình 09 : cảm biến độ ẩm đất 17 Hình 10 : Quang trở 19 Hình 11 : Module giao tiếp I2C 21 Hình 12 : LCD_2004 28 Hình 13: Sơ đồ nguyên lý (đấu nối) 37 Hình 14 : Sơ đồ thuật tốn 38 Hình 15: sản phẩm hồn thiện 39 LỜI MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài Ngày khoa học công nghệ ngày phát triển, vi điều khiển AVR vi điều khiển ARM ngày thông dụng hoàn thiện Trên sở kiến thức học môn học Thiết kế hệ thống nhúng ,… với hiểu biết thiết bị điện tử, chúng em định thực đề tài :“NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ HỆ THÔNG VƯỜN THÔNG MINH” với mục đích để tìm hiểu thêm ARM , làm quen với thiết bị điện tử nâng cao hiểu biết cho thân Sử dụng cảm biến gắn vào vi điều khiển để chăm sóc cây: Cảm biến nhiệt độ độ ẩm truyền liệu cho PIC Tự động hóa gồm tưới phun sương để tạo độ ẩm, Ngồi hình LCD đặt vườn để tiện cho việc theo dõi trực tiếp nhiệt độ, độ ẩm, ánh sáng phát triển Mục tiêu nghiên cứu Nhận thấy nhu cầu rau mỡi gia đình ngày tăng cao, việc tìm mua rau có rõ nguồn gốc thật khơng dễ, để có khơng gian đủ để làm hệ thống vườn thông minh trồng rau phục vụ cho gia đình mỡi người khó Do ý tưởng khu vườn thơng mini đời.Khơng phải tốn khơng gian lớn làm vườn trồng rau, biến trở thành sản phẩm trang trí nhà Đem mơ hình đền với nhiều gia đình bối cảnh nơng nghiệp nước ta cịn q phụ thuộc vào khí hậu tự nhiên với phương pháp canh tác truyền thống Vậy nên, cần có hỡ trợ thiết bị kỹ thuật có khả đo đạc, điều khiển thông số môi trường như: : nhiệt độ, độ ẩm khơng khí, chất dinh dưỡng cung cấp phù hợp với giai đoạn phát triển trồng, Xuất phát từ vấn đề thực tiễn em nghiên cứu tiến hành thiết kế : Mơ hình vườn thơng minh điều khiển ARM STM32 Đối tượng phạm vi nghiên cứu - Hệ thống vườn thông minh hệ thống nhằm đáp ứng theo yêu cầu sinh trưởng trồng, hệ thống hình thức cung cấp tự động nước, ánh sáng môi trường đất hợp lý, giúp tiết kiệm sức lao động thời gian,công sức Vốn phổ biến nhiều nước dần ứng dụng nhiều - Vận dụng kiến thức học để nghiên cứu thiết kế chế tạo mơ hình hệ thống tưới tự động, từ đưa vào ứng dụng thực tiễn Giúp cho việc tưới tiêu trồng nước ta có phương án đạt hiệu cao Cấu trúc đề tài Đề tài nghiên cứu chúng em chia thành phần tổng quát sau : Chương : CƠ SỞ LÝ THUYẾT & GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI “NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG HỆ THỐNG CHĂM SĨC VƯỜN CÂY THƠNG MINH ” -Tóm tắt sơ lược đặc điểm khí hậu trồng nước ta , đặc biệt rau -Giới thiệu đến đọc giả dự án áp dụng cơng nghệ tự động mơ hình nhà vườn Chương : LỰA CHỌN THIẾT BỊ , CÔNG NGHỆ XÂY DỰNG ĐỀ TÀI -Trình bày thiết bị cơng nghệ sử dụng đề tài , mơ hình nguyên lý hoạt động chúng Chương : THIẾT KẾ HỆ THỐNG -Thiết kế sơ đồ khối -Thiết kế mơ hình -Thiết kế lưu đồ thuật tốn viết mã nguồn cho vi xử lý Chương : KẾT QUẢ VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN - Tổng kết lại chưa hồn thiện CHƯƠNG : CƠ SỞ LÝ THUYẾT & GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI “NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG HỆ THỐNG CHĂM SÓC VƯỜN CÂY THÔNG MINH ” 1.1 Năng suất rau trồng yếu tố ảnh hưởng từ môi trường Như biết , sinh trưởng phát triển trồng phụ thuộc vào cấu trúc di truyền vào yếu tố khác mơi trường đất, khí hậu… Mơi trường sống có nhiều yếu tố tác động tới sinh trưởng xanh , tiêu biểu kể đến yếu tố sau : Ánh sáng Là yếu tố quan trọng cho sinh trưởng phát triển rau Ánh sáng mặt trời nguồn lượng nhất, vô tận để xanh quang hợp, biến chất vô cơ, nước khí cacbonic thành hợp chất hữu tích lũy lá, hoa, quả, củ… phục vụ cho nhu cầu sống người động vật.Các loài rau khác có nhu cầu ánh sáng khơng giống nhau: loại rau trồng vào mùa hè yêu cầu độ chiếu sáng mạnh, thời gian chiếu sáng dài 12 – 14 giờ/ngày Rau trồng vào mùa đông yêu cầu cưòng độ ánh sáng yếu thời gian chiếu sáng từ đến 12 giờ/ngày Do đó, người trồng rau có nắm vững điều bố trí trồng hợp lý, tạo ánh sáng phù hợp để rau phát triển tốt Ngoài ra, thời gian chiếu sáng cịn ảnh hưởng đến giới tính số loài dưa chuột điều kiện ánh sáng đầy đủ số lượng hoa tăng, thời gian chiếu sáng giảm tăng số lượng hoa đực Ngày nay, ngồi ánh sáng Mặt trời, người ta cịn dùng hệ thống đèn huỳnh quang để bổ sung ánh sáng cho rau trồng nhà có mái che Nhiệt độ Là yếu tố quan trọng sinh trưởng phát triển rau Nhiệt độ yếu tố tạo nên vùng khí hậu khác trái đất từ có tập đồn rau riêng biệt cho vùng Mỡi lồi rau địi hỏi có nhiệt độ thích hợp để sống.Một số lồi rau sinh trưởng tốt < 5ºC, đem trồng vào mùa nóng ngừng sinh trưởng Các loại rau bắp cải, su hào, cải trắng, củ cải phát triển tốt 13 – 15°C cao lên đến 27°C, nhiệt cao chết Các loại xà lách cuốn, rau diếp, ngò tây, cải canh phát triển tốt 16°C chịu nhiệt độ xuống 7°C Các loại đậu đỡ, bầu bí, cà chua, ớt phát triển 15 – 30°C Nhiệt độ ảnh hưởng đến độ nảy mầm hạt, ví dụ hành nảy mầm 2°C, cà rốt loại cải 5°C, bầu bí nảy mầm 35°C.Nhiệt độ cịn ảnh hưởng đến phát triển, nở hoa, chất lượng sản phẩm, khả bảo quản, thời gian ngủ hạt ảnh hưỏng đến phát triển sâu bệnh loại rau Độ ẩm Độ ẩm khơng khí, đất có tác động đến giai đoạn sinh trưởng nảy mầm hạt, hoa, kết hạt, thòi gian chín quả, chất lượng rau, sản lượng, sinh trưởng sinh dưỡng, phát sinh sâu bệnh bảo quản hạt giơng.Nhiệt độ độ ẩm có quan hệ mật thiết với có tác động lớn đến sinh trưỏng, tái sinh nhiều loài rau, đặc biệt sản xuất hạt giống Đất Là nơi rễ rau phát triển, giữ chặt Rau cần đất tốt, có chế độ dinh dưỡng cao Bộ rễ loài rau nói chung ăn nơng khoảng 25 – 30cm nên tính chịu hạn, chịu nóng kém, đất trồng rau phải chân đất cao, dễ tiêu nước Có độ pH phù hợp với loại rau: loại cải bao, su lơ, xà lách, đậu bắp, hành tỏi, cần tây chịu độ pH = 5,5 – 6,7; loại đậu, cà rôt, cà, dưa chuột, ớt, cải củ, bí, su hào có độ pH – 5,5 – 6,8; khoai tây, dưa hấu pH – 5,0 – 6,8 PH kí hiệu độ chua, độ kiểm đất Biểu bằng nồng độ ion H+ môi trường Độ chua đất chia ra: pH – chua; chua; chua; trung bình; 7,5 kiềm yếu; kiềm Ở Việt Nam phần lớn đất đồi trọc, đất bạc màu đất chua, có độ pH = Đất trũng, đất lầy thụt đất chua pH -4-5; đất trồng trọt tốt bốn phân, tro nhiều pH = 4-7 Phần lân ưa đất trung tính, pH Chất khoáng Rau trồng ngắn ngày sản lượng lại lớn, có loại đạt 20 – 60 tấn/ha, nên rau cần lượng chất dinh dưỡng lớn Các chất dinh dưỡng rau lấy từ đất không đủ, nên người trồng rau phải bổ sung bằng loại phân bón Dù rau ăn lá, rau ăn củ, rau ăn cần đầy đủ chất dinh dưỡng đạm (N), lân (P), kali (K) số nguyên tố vi lượng khác Đạm chất cấu tạo nên protein Thiếu đạm vàng, sinh trưởng kém, rễ mềm, bé Thừa đạm phát triển mạnh, bị vóng, mềm dễ bị lốp đổ sâu bệnh hại.Đạm cần cho loại rau ăn bắp cải, rau giền, mồng tơi, rau đay Với rau ăn ăn đạm có tác dụng giai đoạn đầu, cịn sinh trưởng thân Không cần đạm chuẩn bị hoa, bón đạm làm rụng nụ, rụng hoa rụng non Lân cần cho phát triển rễ, giúp rễ cứng cáp, phát triển mơ dày chống lốp đổ, tạo chuyển hóa chất hữu Lân cịn có thành phần protein tạo nhân tế bào nên lân cần cho hình thành phận mới: mầm non, đẻ nhánh, phân cành, đậu Lân ảnh hưỏng đến vận chuyển đường, bột tích lũy hạt phận khác Ảnh hưởng đến lưu động chất nguyên sinh giúp chống chịu lạnh, chống chịu nóng cịn làm chất đệm để chịu chua, kiềm.Trong đất có lượng nhỏ lân dễ tiêu Lân cần cho loài rau ăn củ (khoai tây), ăn hạt (đậu), cà chua, hành tỏi Lân làm cho quả, hạt chắc, sáng mã, tăng tính chống chịu vận chuyển chế biến, giúp chống chịu sâu bệnh thay đổi điểu kiện ngoại cảnh Mặt khác, lân giúp cho trình hấp thu đạm kali Kali có tác dụng việc vận chuyển tích lũy đường, tăng khả chống chịu, có tới 60 loại men cần đến kali để hoạt động Thiếu kali bị xoắn, quanh móp gân bị tím, phần giảm tốc độ sinh trưởng, không đều, cà chua bị lốp.Kali giúp tăng cường hút nước, làm chậm đông kết tế bào gặp lạnh, nên giúp chống chịu hạn, chống nóng, chịu lạnh tốt Tăng cường tạo mơ nâng đỡ làm cứng, chống chịu bệnh.Lượng kali đất có đủ để cung cấp cho sinh trưởng bình thường Đất nặng, đất cát, đất thịt có nhiều kali Trong phân chuồng, phân xanh có nhiều kali Ngồi N, P, K đất cịn có yếu tố vi lượng cần cho cây: Bo , Canxi , Đồng , Molipden , Kẽm , Sắt ,… Nước tưới Thành phần hóa học rau chủ yếu nước, chiếm đến 90%, lượng nước cần lấy vào tự nhiên lớn Nước môi trường sống số loại rau (rau muống…) Nước nơi chất khống hồ tan rễ hút vào nuôi Nước môi trường để pha loại thuốc trừ sâu bệnh Nên muốn có suất rau cao, cần đảm bảo lượng nước đủ theo nhu cầu loại rau Nơi trồng rau phải gần nguồn nước sạch, nước lấy từ giếng khoan, ao hồ có nước lưu thơng Khơng dùng nước thải sinh hoạt, nưóc từ bệnh viện, khu công nghiệp thải chưa qua hệ thống xử lý Nước tưới bẩn không làm rau bị chết mà yếu tố độc hại tích lại rau, gây ngộ độc cho người tiêu dùng Điểm lại mục ta thấy số yếu tố quan trọng thiết yếu ảnh hưởng tới sinh trưởng rau mà ta tác động dễ dàng : độ ẩm , chất khoáng , nước tưới Với việc bổ sung khoáng vào nước tưới với tỉ lệ phù hợp, đồng thời kiểm soát thời gian tần suất tưới nước ta tác động tới phát triển , suất vườn rau cách hiệu Trong nghiên cứu bàn phương pháp hiệu sử dụng ngày rộng rãi ngày ... 03 : Đặc điểm bốn nhánh họ STM32 10 2.1.2 STM32F103C8T6 STM32 dòng chip phổ biến ST với nhiều họ thông dụng F0,F1,F2,F3,F4… Stm32f103 thuộc họ F1 với lõi ARM COTEX M3 STM32F103 vi điều khiển 32... dạng dễ sử dụng Một số ứng dụng chính: dùng cho driver để điều khiển ứng dụng, điều khiển ứng dụng thông thường, thiết bị cầm tay thuốc, máy tính thiết bị ngoại vi chơi game, GPS bản, ứng dụng công... cho STM32 IAR Embedded Workbench, Keil C… Ở sử dụng Keil C nên viết sau đề cập đến Keil C Thư viện lập trình: có nhiều loại thư viện lập trình cho STM32 như: STM32snippets, STM32Cube LL, STM32Cube