Thiết kế và thi công hệ thống tự động giám sát chăm sóc cây trồng

TRƯỜNG ĐH SPKT TP HỒ CHÍ MINH KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ CỘNG HỊA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM BỘ MƠN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – ĐỘC LẬP - TỰ DO - HẠNH PHÚC Y SINH o0o Tp HCM, ngày tháng năm 2020 NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên: Phan Minh Nhựt Đoàn Duy Tân MSSV: 16141223 MSSV: 16141271 Chuyên ngành: Điện tử công nghiệp Mã ngành: Hệ đào tạo: Đại học quy Mã hệ: Khóa: 2016 Lớp: 41 16141DT1 I TÊN ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG GIÁM SÁT CHĂM SÓC CÂY TRỒNG II NHIỆM VỤ Các số liệu ban đầu: - Tìm hiểu hệ thống tự động giám sát chăm sóc trồng - Tìm hiểu yếu tố điều kiện ảnh hưởng đến sinh trưởng phát triển - Tìm hiểu điều kiện yếu tố phù hợp áp dụng vào đề tài - Tìm hiểu cách tạo webserver - Tìm hiểu cách viết App Android - Tìm hiểu ngơn ngữ liên quan để viết web app android Nội dung thực hiện: - Giao tiếp Module ESP8266 với Arduino Mega 2560 - Kết nối ESP8266 với Internet để cập nhật liệu - Kết nối Arduino Mega 2560 với Module cảm biến module thời gian thực, hiển thị LCD - Thiết kế Website, hiển thị giá trị đọc từ cảm biến ii - Nghiên cứu viết App điều khiển hệ thống - Thiết kế hệ thống điều khiển, lưu đồ giải thuật chương trình điều khiển hệ thống - Thi cơng phần cứng - Thiết kế hồn chỉnh mơ hình thực tế, chạy thử nghiệm cân chỉnh mơ hình hệ thống - Viết báo cáo thực - Bảo vệ luận văn III NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 9/3/2020 IV NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 9/7/2020 V HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: CÁN BỘ HƯỚNG DẪN ThS Nguyễn Trường Duy BM ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH iii TRƯỜNG ĐH SPKT TP HỒ CHÍ MINH KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ CỘNG HỊA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – ĐỘC LẬP - TỰ DO - HẠNH PHÚC Y SINH o0o -Tp HCM, ngày tháng năm 2020 LỊCH TRÌNH THỰC HIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên 1: Phan Minh Nhựt Lớp: 16141DT1B MSSV:16141223 Họ tên sinh viên 2: Đoàn Duy Tân Lớp: 16141DT1A MSSV:16141271 Tên đề tài: THIẾT KẾ THI CÔNG HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG GIÁM SÁT CHĂM SÓC CÂY TRỒNG Tuần/ngày Nội dung Tuần (9/3 - 16/3) Nhận giáo viên hướng dẫn chọn đề tài Tuần (17/3 - 24/3) Nộp đề cương viết lịch trình làm đề tài Tuần (25/3 - 1/4) Tìm hiểu nghiên cứu giao tiếp Module ESP8266 với Arduino Mega 2560 Tuần (2/4 - 9/4) Tính tốn, thiết kế sơ đồ khối hệ thống Tuần (10/4 - 17/4) Xác nhận GVHD Tính tốn, thiết kế sơ đồ ngun lý mạch dùng cho hệ thống Tính tốn lựa chọn linh kiện cần thiết iv Tuần 6,7 (18/4 - 4/5) Viết chương trình điều khiển cảm biến, Module thời gian thực, hiển thị lên LCD 20X4, board Arduino Mega 2560 Tuần (5/5 - 12/5) Nghiên cứu thiết kế Website Tuần 9,10 (13/5 - 27/5) Viết chương trình điều khiển cho Module ESP8266 Tuần 11 (28/5 - 4/6) Nghiên cứu thiết kế phần mềm Android Tuần 12 (5/6-12/6) Vẽ mạch in, thi công mạch in hệ thống Tuần 13 (13/6 -20/6) Tìm hiểu, thiết kế, thi cơng mơ hình sản phẩm Tuần 14,15,16 Kiểm tra mơ hình hệ thống (21/6-9/7) Viết hồn chỉnh báo cáo GV HƯỚNG DẪN (Ký ghi rõ họ tên) v LỜI CAM ĐOAN Đề tài nhóm thực dựa vào số tài liệu trước khơng chép từ tài liệu hay cơng trình nghiên cứu có trước Người thực đề tài Đồn Duy Tân Phan Minh Nhựt vi LỜI CẢM ƠN Lời nhóm xin chân thành cảm ơn đến thầy Nguyễn Trường Duy giúp nhóm nhiều trình thực đồ án tốt nghiệp Đề tài hoàn thành theo thời gian qui định đồng thời đạt mục tiêu đề không nỗ lực cá nhân nhóm mà cịn có giúp đỡ, dẫn góp ý chân thành thầy Cám ơn thầy nhiệt tình cung cấp thông tin hướng dẫn hỗ trợ kiểm tra, khắc phục thơng tin chưa xác Để nhóm hồn thành tốt đồ án tốt nghiệp Nhóm xin gửi lời cảm ơn chân thành thầy cô Khoa Điện-Điện Tử tạo điều kiện tốt cho nhóm hồn thành đề tài Nhóm xin gửi lời cảm ơn đến bạn lớp 16141DT1 có chia sẻ, hiểu biết để nhóm hồn thành tốt đề tài lần Lời cảm ơn sau nhóm xin gửi đến gia đình tạo điều kiện tốt nhất, hỗ trợ mặt kinh tế củng tinh thần, để thành viên nhóm chuyên tâm thực đề tài lần Người thực đề tài Đoàn Duy Tân Phan Minh Nhựt vii MỤC LỤC TRANG BÌA ………………………………………………………………………… i NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ii LỊCH TRÌNH THỰC HIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP iv LỜI CAM ĐOAN vi LỜI CẢM ƠN vii MỤC LỤC viii LIỆT KÊ HÌNH xi LIỆT KÊ BẢNG xiii DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT xiv TÓM TẮT xv CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ 1.2 MỤC TIÊU 1.3 GIỚI HẠN 1.4 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 1.5 BỐ CỤC Chương 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 QUY TRÌNH TRỒNG CÂY RAU MÀU NGẮN NGÀY 2.1.1 Đặc tính sinh trưởng rau màu ngắn ngày [3][4] 2.1.2 Mơ tả quy trình chăm sóc giám sát trồng 2.2 GIỚI THIỆU PHẦN CỨNG 2.2.1 Tổng quan arduino mega 2560 2.2.2 Tổng quan module Node MCU ESP8266 10 2.2.3 Cảm biến nhiệt độ - độ ẩm DHT11 12 2.2.4 Cảm biến cường độ ánh sáng 15 2.2.5 Cảm biến độ ẩm đất 16 2.2.6 Cảm biến chuyển động PIR 19 2.2.7 Cảm biến mưa 20 2.2.8 Giới thiệu Module L298 22 2.2.9 Giới thiệu bơm áp lực 23 2.2.10 Motor Bơm nước 24 viii 2.2.11 Động giảm tốc 25 2.2.12 Đèn led 26 2.2.13 Giới thiệu chuẩn truyền liệu [5] 26 2.3 TỔNG QUAN VỀ IOT 29 2.3.1 Giới thiệu Iot 29 2.3.2 Sự hình thành Iot 29 2.3.3 Ứng dụng IoT sống 30 2.4 TỔNG QUAN VỀ WEB 30 2.4.1 Khái niệm Web 30 2.4.2 Khái niệm Website 31 2.4.3 Khái niệm Webserver 32 2.4.4 Khái niệm database server 32 2.5 TỔNG QUAN HỆ ĐIỀU HÀNH ANDROID 34 2.5.1 Giới thiệu hệ điều hành Android 34 2.5.2 Ưu nhược điểm hệ điều hành Android 35 Chương 3: TÍNH TỐN VÀ THIẾT KẾ 37 3.1 GIỚI THIỆU 37 3.2 TÍNH TỐN VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG 37 3.2.1 Thiết kế sơ đồ khối hệ thống 37 3.2.2 Tính tốn thiết kế mạch 38 3.3.3 Sơ đồ nguyên lý toàn mạch 49 Chương 4: THI CÔNG HỆ THỐNG 50 4.1 GIỚI THIỆU 50 4.2 THI CÔNG HỆ THỐNG 50 4.3 ĐĨNG GĨI VÀ THI CƠNG MƠ HÌNH 54 4.3.1 Đóng gói điều khiển 54 4.3.2 Thi công mô hình 55 4.4 LẬP TRÌNH HỆ THỐNG 57 4.4.1 Lưu đồ giải thuật 57 4.5 GIỚI THIỆU VỀ PHẦN MỀM LẬP TRÌNH 68 4.5.1 Giới thiệu Arduino IDE 68 4.5.2 Phần mềm lập trình cho Android 72 4.5.3 Phần mềm lập trình Visual Studio Code 76 ix 4.2.4 Giới thiệu 000webhost 77 4.6 TÀI LIỆU HƯỚNG DẪN SỬ DỤNG, THAO TÁC 82 4.6.1 Tài liệu hướng dẫn sử dụng 82 4.6.2 Qui trình thao tác 83 Chương KẾT QUẢ_NHẬN XÉT_ĐÁNH GIÁ 92 5.1 KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC 92 5.2 KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM 93 5.2.1 Mơ hình sản phẩm 93 5.2.2 Kết thực nghiệm 93 5.3 NHẬN XÉT VÀ ĐÁNH GIÁ 100 Chương KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 103 6.1 KẾT LUẬN 103 6.2 HƯỚNG PHÁT TRIỂN 103 TÀI LIỆU THAM KHẢO PHỤ LỤC x LIỆT KÊ HÌNH Hình 2.1 Hình Arduino mega2560 Hình 2.2 Hình ảnh ESP8266 ngồi thực tế 11 Hình 2.3 Sơ đồ chân ESP8266 12 Hình 2.4 Sơ đồ chân module DHT11 13 Hình 2.5 Quá trình giao tiếp module DHT11 vi điều khiển 14 Hình 2.6 Quá trình gửi liệu từ module DHT11 đến vi điều khiển 14 Hình 2.7 Hình ảnh cảm biến cường độ ánh sáng 16 Hình 2.8 Hình ảnh cảm biến độ ẩm đất ngồi thực tế 16 Hình 2.9 Hình ảnh que đo 17 Hình 2.10 Cấu tạo module chuyển đổi 17 Hình 2.11 Sơ đồ nguyên lý module chuyển đổi 18 Hình 2.12 Hình ảnh module cảm biến chuyển động PIR 20 Hình 2.13 Hình ảnh cảm biến mưa 21 Hình 2.14 Hình ảnh module thời gian thực ds1307 22 Hình 2.15 Module L298N 22 Hình 2.16 Sơ đồ nguyên lý ICL298N 23 Hình 2.17 Hình ảnh máy bơm áp lực 24 Hình 2.18 Hình ảnh máy bơm nước 25 Hình 2.19 Hình ảnh bơm giảm tốc 26 Hình 2.20 Hình ảnh đèn led dây 26 Hình 2.21 Chuẩn truyền UART 27 Hình 2.22 Chuẩn giao tiếp UART 27 Hình 2.23 Chuẩn giao tiếp I2C 28 Hình 2.24 Hình tổng quan web 30 Hình 2.25 Logo PhpMyAdmin 33 Hình 2.26 Logo hệ điều hành Android 34 Hình 2.27 Hình giao diện điện thoại dùng hệ điều hành Android 35 Hình 3.1 Sơ đồ khối hệ thống 37 Hình 3.2 Sơ đồ nguyên lý khối cảm biến 40 Hình 3.3 Sơ đồ nguyên lý khối thời gian thực 41 Hình 3.4 Sơ đồ nguyên lý khối nút nhấn 42 Hình 3.5 Sơ đồ nguyên lý LCD 20x4 43 Hình 3.6 Sơ đồ nguyên lý khối ngõ công suất 44 Hình 3.7 Đặc tuyến điện áp bão hòa VCE dòng phân cực IF 45 Hình 3.8 Sơ đồ kết nối Nodemcu với Arduino mega 46 Hình 3.9 Sơ đồ nguyên lý toàn mạch 49 Hình 4.1 Sơ đồ mạch in hệ thống 50 Hình 4.2 Sơ đồ 3D bố trí linh kiện hệ thống 51 xi PHỤ LỤC } } } }  Chương trình chọn chế độ void chon_chedo() { if (modechedo == 0) { lcd.setCursor(16, 0); lcd.print(" MAN"); chedo_man(); } else if (modechedo == 1) { lcd.setCursor(16, 0); lcd.print("AUTO"); chedo_auto(); } else { chedo_time(); lcd.setCursor(16, 0); lcd.print("TIME"); } }  Chương trình chế độ điều khiển tay void chedo_man() { BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH PHỤ LỤC nutnhan_manual(); if (modenuoc == 1) { bom_on(); } else { bom_off(); } if (modesuong == 1) { suong_on(); } else { suong_off(); } if (modeden == 1) { den_on(); } else { den_off(); } if (modemaiche != modemaichetam) { if (modemaiche == 1) { BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH PHỤ LỤC modemaichetam = modemaiche; motor_Dong(MAX_SPEED); maiche_dong(); delay(1500); motor_Dung(); } else { modemaichetam = modemaiche; motor_Mo(MAX_SPEED); maiche_mo(); delay(1500); motor_Dung(); } } else if (modemaichetam == 0) maiche_mo(); } void chedo_man() { nutnhan_manual(); if (modenuoc == 1) { bom_on(); } else { bom_off(); } if (modesuong == 1) BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH PHỤ LỤC { suong_on(); } else { suong_off(); } if (modeden == 1) { den_on(); } else { den_off(); } if (modemaiche != modemaichetam) { if (modemaiche == 1) { modemaichetam = modemaiche; motor_Dong(MAX_SPEED); maiche_dong(); delay(1500); motor_Dung(); } else { modemaichetam = modemaiche; BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH PHỤ LỤC motor_Mo(MAX_SPEED); maiche_mo(); delay(1500); motor_Dung(); } } else if (modemaichetam == 0) maiche_mo(); } void chedo_man() { nutnhan_manual(); if (modenuoc == 1) { bom_on(); } else { bom_off(); } if (modesuong == 1) { suong_on(); } else { suong_off(); } if (modeden == 1) BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH PHỤ LỤC { den_on(); } else { den_off(); } if (modemaiche != modemaichetam) { if (modemaiche == 1) { modemaichetam = modemaiche; motor_Dong(MAX_SPEED); maiche_dong(); delay(1500); motor_Dung(); } else { modemaichetam = modemaiche; motor_Mo(MAX_SPEED); maiche_mo(); delay(1500); motor_Dung(); } } else if (modemaichetam == 0) maiche_mo(); } BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH PHỤ LỤC  Chương trình chế độ tự động void chedo_auto() { hienthi_trangthai_auto(); if (Temperature >= nhietdoep) { int statuscambienmua = digitalRead(MUA_PIN); if (statuscambienmua == LOW) { modesuong = 0; myStr8 = String(modesuong); suong_off(); if (modemaiche == 0) { motor_Dong(MAX_SPEED); lcd.setCursor(15, 2); lcd.print("C:"); lcd.print("ON "); delay(1500); motor_Dung(); modemaiche = 1; } } else { if (modemaiche == 0) { motor_Dong(MAX_SPEED); lcd.setCursor(15, 2); lcd.print("C:"); BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH PHỤ LỤC lcd.print("ON "); delay(1500); motor_Dung(); modemaiche = 1; } modesuong = 1; digitalWrite(SUONG_PIN, HIGH); lcd.setCursor(8, 3); lcd.print("S:"); lcd.print("ON "); } } else if ( (Temperature > nhietdoduoiep) && (Temperature < nhietdoep)) { int statuscambienmua = digitalRead(MUA_PIN); if (statuscambienmua == LOW) //neu co mua { if (doamdat > doamdatep) { modenuoc = 0; modesuong = 0; bom_off(); suong_off(); if (modemaiche == 0) { motor_Dong(MAX_SPEED); lcd.setCursor(15, 2); lcd.print("C:"); lcd.print("ON "); delay(1500); motor_Dung(); BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH PHỤ LỤC modemaiche = 1; } if (modemaiche == 1) { if ((hour >= 6) && (hour doamdatep) { bom_off(); suong_off(); modenuoc = 0; modesuong = 0; if (modemaiche == 1) { motor_Mo(MAX_SPEED); lcd.setCursor(15, 2); lcd.print("C:"); lcd.print("OFF"); delay(1500); motor_Dung(); modemaiche = 0; } den_off(); modeden = 0; } else if (doamdat < 60) { bom_on(); suong_on(); modenuoc = 1; modesuong = 1; BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH PHỤ LỤC if (modemaiche == 1) { motor_Mo(MAX_SPEED); lcd.setCursor(15, 2); lcd.print("C:"); lcd.print("OFF"); delay(1500); motor_Dung(); modemaiche = 0; } } } } else if (Temperature doamdatep) { bom_off(); modenuoc = 0; int statuscambienmua = digitalRead(MUA_PIN); if (statuscambienmua == LOW) { if (modemaiche == 0) { motor_Dong(MAX_SPEED); lcd.setCursor(15, 2); lcd.print("C:"); lcd.print("ON "); delay(1500); motor_Dung(); modemaiche = 1; } if (modemaiche == 1) { if ((hour >= 6) && (hour