Thiết kế và thi công mô hình trồng nấm rơm

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên: Chuyên ngành: Hệ đào tạo: Khóa: Huỳnh Hữu Sang Châu Hồng Tú Điện tử cơng nghiệp Đại học quy 2014 MSSV: 14141255 MSSV: 14141361 Mã ngành: 41 Mã hệ: Lớp: 14141DT1A 14141DT2A I TÊN ĐỀ TÀI: Thiết Kế Và Thi Cơng Mơ Hình Trồng Nấm Rơm II NHIỆM VỤ Các số liệu ban đầu: - NodeMCU ngơn ngữ lập trình - Tài liệu NodeMCU, Firebase - Thư viện LCD, ESP 32, Firebase Nội dung thực hiện: • Nội dung 1: Tìm hiểu nghiên cứu module ESP32, động cơ, cảm biến DHT11, cảm biến độ ẩm đất • Nội dung 2: Giao tiếp Module ESP 32 với thiết bị ngoại vi • Nội dung 3: Điều khiển thiết bị theo cảm biến thời gian thực • Nội dung 4: Hiển thị thơng tin web FireBase • Nội dung 5: Thiết kế, lập trình điều khiển thiết bị qua điện thoại • Nội dung 6: Thiết kế mơ hình sản phẩm • Nội dung 7: Đánh giá kết thực III NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: IV NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: V HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: CÁN BỘ HƯỚNG DẪN 13/03/2020 20/07/2020 ThS Nguyễn Thới BM ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH i TRƯỜNG ĐH SPKT TP HỒ CHÍ MINH KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM ĐỘC LẬP - TỰ DO - HẠNH PHÚC BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH o0o Tp HCM, ngày 10 tháng 07 năm 2020 LỊCH TRÌNH THỰC HIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên 1: Huỳnh Hữu Sang Lớp:14141DT1A MSSV: 14141255 Họ tên sinh viên 2: Châu Hoàng Tú Lớp: 14141DT2A MSSV: 14141361 Tên đề tài: Thiết Kế Và Thi Cơng Mơ Hình Trồng Nấm Rơm Tuần/ngày Tuần Xác nhận GVHD Nội dung Nhận đồ án , tìm hiểu đề tài (13/03/2020) Tuần Chọn tìm hiểu đề tài (21/03/2020) Tuần 3,4, (22/03 – 15/04/2020) Tuần 6, 7, Tìm hiểu nghiên cứu giao tiếp Module ESP 32với thiết bị ngoại vi Điều khiển thiết bị theo cảm biến (16/04 – 9/05/2020) Tuần 9,10, 11, 12 (10/05 – 11/06/2020) Tuần 13, 14 Thiết kế lập trình ứng dụng điện thoại thông minh gửi hoạt động lên Firebase Tìm hiểu thiết kế mơ hình sản phẩm (12/06 - 01/07/2020) Tuần 15 (02/07/2020) Tuần 16 10/07/2020 Hoàn thành báo cáo, kiểm phần cứng Hoàn thành nhiệm vụ đồ án GV HƯỚNG DẪN (Ký ghi rõ họ tên) ii LỜI CAM ĐOAN Đề tài tự thực dựa vào số tài liệu không chép từ tài liệu hay cơng trình có trước Nếu có gian lận chúng tơi xin chịu trách nhiệm nội dung đồ án Người thực Huỳnh Hữu Sang – Châu Hoàng Tú iii LỜI CẢM ƠN  Chúng em xin chân thành cảm ơn quý Thầy Cô trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM tận tình dạy dỗ chúng em suốt năm qua Trong phải kể đến quý thầy cô khoa Điện – Điện Tử truyền đạt kiến thức, kinh nghiệm với đam mê đốt lên lửa đam mê khám phá chúng em từ kiến thức, đam mê chúng em kết lại thành đồ án cuối cùng, đồ án tốt nghiệp tay tạo ra, bàn đạp để bước vào cánh cửa lớn Đặc biệt, Chúng em xin cảm ơn sâu sắc thầy Nguyễn Thới giúp đỡ chúng em trình lựa chọn đề tài hỗ trợ chúng em trình thực đề tài Trong trình thực đồ án xảy nhiều khó khăn, thiếu sót đơn đốc góp ý thầy chúng em gặt hái nhiều kiến thức kinh nghiệm Chúng em không quên cảm ơn đấng sinh thành, người thân gia đình ln động viên tạo điều kiện tốt sống, học tập q trình thực hồn thành đề tài Cám ơn Sư Phạm Kỹ Thuật! Xin chân thành cám ơn! Người thực để tài Huỳnh Hữu Sang – Châu Hoàng Tú iv MỤC LỤC NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP i LỊCH TRÌNH THỰC HIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ii LỜI CAM ĐOAN iii LỜI CẢM ƠN iv MỤC LỤC v DANH MỤC HÌNH viii DANH MỤC BẢNG xi TÓM TẮT xii CHƯƠNG TỔNG QUAN 1.1 Tổng Quan Và Lí Do Chọn Đề Tài 1.2 Đối Tượng Nghiên Cứu 1.3 Phương Pháp Nghiên Cứu 1.4 Phạm Vi Nghiên Cứu 1.5 Bố Cục Báo Cáo CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Giới Thiệu Phương Pháp Trồng Nấm Rơm Truyền Thống 2.2 Giới Thiệu Mơ Hình Nhà Kính Trong Nơng Nghiệp 11 2.3 Tổng Quan Về ESP32 12 2.4 Tổng Quan Về IOT 13 2.5 Tổng Quan Về WEB 14 2.6 Giới Thiệu Firebase 15 2.7 Các Chuẩn Giao Tiếp 16 2.7.1 Chuẩn giao tiếp I2C 16 2.7.2 Chuẩn giao tiếp ONE-WIRE 17 v 2.7.3 Giao thức MQTT 18 CHƯƠNG 3: TÍNH TỐN VÀ THIẾT KẾ 20 3.1 Giới Thiệu 20 3.2: Tính Tốn Và Thiết Kế Hệ Thống 20 3.2.1 Sơ đồ khối hệ thống 21 3.2.2 Tính tốn thiết kế mạch 22 CHƯƠNG THI CÔNG HỆ THỐNG 40 4.1: Giới Thiệu 40 4.2 Thi Công Hệ Thống 40 4.2.1 Thi công mạch điều khiển trung tâm 40 4.2.2Tiến hành thi công lắp ráp hệ thống hoàn chỉnh 41 4.2.3 Hình ảnh mơ hình thực tế 42 4.3 Lưu đồ giải thuật 43 4.3.1 Lưu đồ chương trình code điều khiển 43 4.3.2 Lưu đồ chế độ tự động 44 4.3.3 Lưu đồ chế độ điều khiển Manual 45 4.3.4 Lưu đồ gửi liệu lên Firebase 46 4.3.5 Lưu đồ điều khiển App 47 4.4 Giới Thiệu Về Phần Mềm Lập Trình 48 4.4.1 Giới thiệu Arduino IDE 48 4.4.2 Hướng dẫn cài đặt Arduino IDE để lập trình cho ESP32 .50 4.4.3 Tạo dự án đưa liệu lên Farebase 52 4.4.4 Thiết lập App điều khiển Blink App 55 CHƯƠNG KẾT QUẢ –NHẬN XÉT-ĐÁNH GIÁ 60 5.1 Kết Quả Đạt Được 60 5.2 Kết Quả Thử Nghiệm Hệ Thống 61 5.2.1 Quá trình điều khiển hệ thống điện thoại hiển thị Web 61 5.2.2 Quá trình vận hành phần cứng thống 62 vi CHƯƠNG KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 65 6.1 KẾT LUẬN 65 TÀI LIỆU THAM KHẢO 66 vii DANH MỤC HÌNH Hình 2.1: Biểu đồ yếu tố mơi trường ảnh hưởng thích hợp cho phát triển nấm rơm Hình 2.2: Xử lý nguyên liệu Hình 2.3: Đống mơ nấm Hình 2.4: Chăm sóc nấm rơm Hình 2.5: Thu hoạch nấm 10 Hình 2.6: Nhà kính trồng nấm rơm 12 Hình 2.7: ESP32 13 Hình 2.8: Cách hoạt động IOT 14 Hình 2.9: Chuẩn giao tiếp I2C 16 Hình 2.10: Giao tiếp one-wire 17 Hình 2.11: Cơ chế truyền nhận 18 Hình 2.12: Mơ hình giao thức MQTT 19 Hình 3.1: Sơ đồ khối hệ thống 21 Hình 3.2: Quạt tản nhiệt 22 Hình 3.3: Sơ đồ kết nối quạt với Relay 23 Hình 3.4: Động phun sương 24V 23 Hình 3.5: Sơ đồ kết nối phun sương với Relay 24 Hình 3.6: Đèn sưởi 24 Hình 3.7: Sơ đồ kết nối đèn với Relay 25 Hình 3.8: Động bơm 12VDC 25 Hình 3.9: Sơ đồ kết nối động với Relay 26 Hình 3.10: module relay 27 Hình 3.11: Sơ đồ nguyên lý Relay 27 Hình 3.12: Nodemcu ESP32 Wifi BLE 28 Hình 3.13: Sơ đồ chân ESP32 29 Hình 3.14: Mơ hình hoạt động phần mềm Blynk 30 Hình 3.15: Dịch vụ Firebase 31 Hình 3.16: LCD 16x2 31 viii Hình 3.17: Kết nối LCD với ESP32 32 Hình 3.18: Nút nhấn chân 33 Hình 3.19: Cảm biến DHT11 34 Hình 3.20: Sơ đồ kết nối ESP32 với DHT11 34 Hình 3.21: Cảm biến độ ẩm đất 35 Hình 3.22: Kết nối ESP với cảm biến độ ẩm đất 36 Hình 3.23: Adapter 12V-2A 37 Hình 3.24: Module hạ áp DC LM2596 37 Hình 3.25: Sơ đồ nguyên lý module hạ áp LM2596 38 Hình 3.26: Sơ đồ nguyên lý toàn mạch 39 Hình 4.1: Sơ đồ mạch PCB hệ thống 41 Hình 4.2: Mơ hình thực tế nhìn từ xuống 42 Hình 4.3: Mơ hình thực tế nhìn từ mặt bên 42 Hình 4.4: Lưu đồ chương trình code điều khiển 43 Hình 4.5: Lưu đồ chế độ điều khiển tự động 44 Hình 4.6: Lưu đồ điều khiển chế độ Manual 45 Hình 4.7: Lưu đồ truyền liệu lên Firebase 46 Hình 4.8: Lưu đồ điều khiển app 47 Hình 4.9: Giao diện Arduino IDE 48 Hình 4.10: Giao diện Sketch Menu Arduino IDE 49 Hình 4.11: Kết nối máy tính với adruino 49 Hình 4.12: Cấu hình cho IDE lập trình cho ESP32 50 Hình 4.13: Cài đặt ESP32 50 Hình 4.14: Chọn ESP32 DEVKITV1 51 Hình 4.15: Chọn cổng xuất 51 Hình 4.16: Truy cập firebase 52 Hình 4.17: Tạo project 53 Hình 4.18: Nhập thông tin projects 53 Hình 4.19: Kích hoạt Firebase Realtime database 54 Hình 4.20: Nhập thông số 54 Hình 4.21: Giao diện sau khởi tạo 55 ix Hình 4.22: Giao diện app điều khiển 55 Hình 4.23: Tao dự án 56 Hình 4.24: Thiết lập thơng sơ cần thiết cho đồ án 56 Hình 4.25: Mã token nhận sau tạo dự án 57 Hình 4.26: Bảng thiết lập thông số cho app điều khiển 58 Hình 4.27: Thiết lập thông số môi trường 58 Hình 28: Cài đặt thông số cho nút nhấn 59 Hình 4.29: Giao diện app điều khiển 59 Hình 5.1: Giao diện app điều khiển 61 Hình 5.2: Giao diện Web FireBase 62 Hình 5.3: Bảng điều khiển hoạt động 63 Hình 5.4: Hệ thống hoạt động 63 x CHƯƠNG THI CÔNG HỆ THỐNG 4.4.3 Tạo dự án đưa liệu lên Farebase Firebase dịch vụ database thời gian thực miễn phí (100MB), phù hợp để bạn lưu trữ liệu dự án nhỏ đồ án môn học, luận văn, Với Firebase, dễ dàng lưu trữ giá trị nhiệt độ, độ ẩm… cách dễ dàng Đối với lĩnh vực Internet of Things, Firebase giúp bạn tạo sở liệu đơn giản mà không yêu cầu bạn chuyên sâu sở liệu Trong đồ án nhóm dùng Firebase Realtime Database để lưu trữ liệu thông số môi trường nhiệt độ, độ ẩm, độ ẩm đất mơ hình để từ đưa phương án chăm sóc tốt cho sinh trưởng phát triển nấm ➢ Tạo dự án với Firebase Để đăng ký Firebase bạn truy cập vào đường dẫn http://console.firebase.google.com/ dùng tài khoản google để đăng nhập Hình 4.16: Truy cập firebase BỘ MƠN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 52 CHƯƠNG THI CƠNG HỆ THỐNG Sau nhấn vào “Add project” để tiếp tục Hình 4.17: Tạo project Có thơng số mà bạn cần quan tâm: -Project name: đặt tên cho dự án -Project ID: Đây "tên máy" để máy tính hiểu, code bạn hiểu -Country/region: Bạn chọn Vietnam để Google đưa server Singapore Hongkong để tăng tốc độ có cố mạng Hình 4.18: Nhập thơng tin projects BỘ MƠN ĐIỆN TỬ CƠNG NGHIỆP – Y SINH 53 CHƯƠNG THI CÔNG HỆ THỐNG Để kích hoạt Firebase Realtime database, bạn chon mục Develop chọn mục Database sau chọn Realtime Database Hình 4.19: Kích hoạt Firebase Realtime database Nhấn Get started tiếp tục chọn thơng số sau Hình 4.20: Nhập thông số Sau chọn Enable bạn nhận giao diện BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 54 CHƯƠNG THI CƠNG HỆ THỐNG Hình 4.21: Giao diện sau khởi tạo 4.4.4 Thiết lập App điều khiển Blink App Sau tải ứng dụng xuống thành cơng bạn cần tạo tài khoản Hình 4.22: Giao diện app điều khiển BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 55 CHƯƠNG THI CƠNG HỆ THỐNG Click vào New Project Hình 4.23: Tao dự án Đặt tên project,trong phần Choose Device chọn ESP32 Dev Board, Conection Type chọn Wifi, chọn Dark muốn giao diện màu tối, Light giao diện màu sáng, sau click vào Create Hình 4.24: Thiết lập thơng sơ cần thiết cho đồ án BỘ MƠN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 56 CHƯƠNG THI CÔNG HỆ THỐNG Một mã token gửi vào địa mail mà đăng kí bạn cần coppy mã vào code điều khiển Hình 4.25: Mã token nhận sau tạo dự án BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 57 CHƯƠNG THI CÔNG HỆ THỐNG Bạn cần thiết lập nút điều khiển, bảng hiển thị thông số bên phần widget box Hình 4.26: Bảng thiết lập thông số cho app điều khiển Khi muốn hiển thị thông số nhiệt độ, độ ẩm, độ ẩm đất bạn vào mục value display settings thiết lập giá trị tên, chân vào, khoảng hiển thị hình Hình 4.27: Thiết lập thơng số mơi trường BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 58 CHƯƠNG THI CÔNG HỆ THỐNG Các nút nhấn bạn vào phần button settings thiết lập thông số mặc định như: tên, chân ra, tên trạng thái on/off Hình 28: Cài đặt thơng số cho nút nhấn Giao diện phần điều khiển app Hình 4.29: Giao diện app điều khiển BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 59 CHƯƠNG KẾT QUẢ –NHẬN XÉT-ĐÁNH GIÁ CHƯƠNG KẾT QUẢ – NHẬN XÉT - ĐÁNH GIÁ 5.1 Kết Quả Đạt Được Qua trình thực đề tài, đề tài có khả ứng dụng thực tiễn cao, giám sát trực tiếp Web Server điều khiển hiển hệ thống thông qua app điều khiển mà không cần phải đến trang trại, đáp ứng nhu cầu thực tiễn mà xã hội cần Đồng thời điều khiển giám sát yếu tố môi trường tạo điều kiện tốt cho nấm sinh trưởng phát triển cho suất cao Bên cạnh nhóm bổ sung kiến thức bổ ích như: • Hiểu biết sâu cách sử dụng tính ESP32, giao tiếp ESP32 với cảm biến, module như: cảm biến nhiệt độ, độ ẩm DHT11, cảm biến độ ẩm đất… • Biết cách tạo liệu, gửi lưu liệu lên Web Sever • Sử dụng thành thạo phần mềm Arduino, Altium • Thiết lập app điều khiển thông điện thoại thông minh Sau q trình nghiên cứu thi cơng đồ án tốt nghiệp với đề tài “Thiết kế thi cơng mơ hình hệ thống trồng nấm rơm” nhóm đạt kết sau: - Thi công mô hình hệ thống trồng nấm rơm, thu thập nhiệt độ, độ ẩm, độ ẩm đất từ môi trường - Có thể điều khiển, khống chế yếu tố môi trường tác động lên đời sống nấm rơm nhiệt độ, độ ẩm, độ ẩm đất cách • Bật tắt quạt để khống chế nhiệ độ ngưỡng cho phép • Bật tắt bơm để đảm bảo độ ẩm cho đất • Bật tắt phun sương đảm bảo độ ẩm cho nấm - Có thể điều khiển trực tiếp thiết bị thông qua bảng điều khiển - Có giám sát các thơng số mơi trường thơng qua Internet - Có thể điều khiển thiết bị thông qua App điện thoại thơng minh BỘ MƠN ĐIỆN TỬ CƠNG NGHIỆP – Y SINH 60 CHƯƠNG KẾT QUẢ –NHẬN XÉT-ĐÁNH GIÁ 5.2 Kết Quả Thử Nghiệm Hệ Thống 5.2.1 Quá trình điều khiển hệ thống điện thoại hiển thị Web ➢ Giao diện app điều khiển Hình 5.1: Giao diện app điều khiển BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 61 CHƯƠNG KẾT QUẢ –NHẬN XÉT-ĐÁNH GIÁ ➢ Giao diện Firebase Khi chạy hệ thống thông số môi trường hiển thị Web FireBase cập nhập liên tục qua wifi Hình 5.2: Giao diện Web FireBase Bảng thực nghiệm kết chạy thực tế Bảng 5.1:Bảng thực nghiệm kết chạy thực tế Số lần Nội dung Kết Hiệu suất 30 Điều khiển nút nhấn App 29/30 96% 30 Hiển thị thông số môi trường 30/30 100% 30 Thời gian đáp ứng