Thiết kế hệ thống tưới tự động

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP.HCM KHOA CÔNG NGHỆ ĐIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ HỆ THỐNG TƯỚI TỰ ĐỘNG Sinh viên thực hiện: Nguyễn Hồng Sơn MSSV : 15055531 Nguyễn Đăng Tiệp MSSV : 15071871 Lớp : DHDKTD 11C GVHD : TP.HCM - NĂM 2019 VŨ ĐỨC VẠN TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP HCM KHOA CƠNG NGHỆ ĐIỆN PHIẾU GIAO NHIỆM VỤ KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên/ nhóm sinh viên giao đề tài (1): Nguyễn Đăng Tiệp (2): Nguyễn Hồng Sơn MSSV: 15071871 MSSV: 15055531 Tên đề tài: Thiết kế hệ thống tưới tự động Nhiệm vụ (Nội dung số liệu ban đầu) - Điều khiển đóng mở relay theo thời gian thực , theo độ ẩm nhiệt độ, chế độ tay - Lưu đồ giải thuật chương trình - Điều khiển qua mạng wifi để đóng mở relay thơng qua điện thoại - Tìm hiểu module wifi - Hiển thị lên điện thoại tín hiệu nhiệt độ độ ẩm Kết dự kiến: - Hoàn thành báo cáo - Viết chương trình điều khiển cho hệ thống - Hồn thành chi tiết vẽ thiết kế - Hồn thành mơ hình điều khiển thực nghiệm Giảng viên hướng dẫn Tp HCM, ngày tháng năm 2019 Sinh viên Trưởng môn NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN ii MỤC LỤC PHIẾU GIAO NHIỆM VỤ KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP i NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN ii MỤC LỤC iii DANH SÁCH CÁC HÌNH vi DANH SÁCH CÁC BẢNG vii LỜI CẢM ƠN viii CHƯƠNG MỞ ĐẦU 1.1 Đặt vấn đề 1.2 Lý chọn đề tài .2 1.3 Mục đích nghiên cứu 1.4 Phương pháp nghiên cứu 1.5 Kết cấu .4 CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG TƯỚI TỰ ĐỘNG .5 2.1 Khái niệm hệ thống tự động điều khiển 2.2 Vai trị tự động hóa trình sản xuất 2.3 Ứng dụng tự động hóa tưới tiêu cho trồng 2.4 Thực trạng vấn đề tưới Việt Nam 2.5 Ảnh hưởng nước tưới với trồng 2.6 Ảnh hưởng độ ẩm với trồng 2.7 Ảnh hưởng nhiệt độ với trồng CHƯƠNG CƠ SỞ LÍ THUYẾT .9 3.1 Tổng quan Arduino IDE .9 3.1.1 Giới thiệu Arduino IDE 3.1.2 Cài đặt thư viện 11 iii 3.2 Ngơn ngữ lập trình C .11 3.2.1 Các lệnh, hàm,cấu trúc ngơn ngữ lập trình C 12 3.2.2 Các hàm Blynk 15 3.3 Chip ESP8266 17 3.4 Module WiFi ESP8266 Wemos NodeMCU V3 19 3.5 Relay 22 3.6 Bơm 23 3.7 Cảm biến nhiệt độ ,độ ẩm DHT11 23 3.8 Cảm biến đo độ ẩm đất: 27 3.9 Module chuyển đổi: 29 3.9 Phần mềm điều khiển (Blynk app) 31 3.9.1 Blynk gì? .31 3.9.2 Tính năng, đặc điểm Blynk 31 CHƯƠNG THIẾT KẾ HỆ THỐNG TƯỚI TỰ ĐỘNG 33 4.1 Xây dựng toán cho hệ thống 33 4.2 Tính tốn lựa chọn cách tưới dựa liệu trồng 33 4.2.1 Xác định lần tưới nhu cầu nước : .33 4.2.2 Phân chia khu tưới: 34 4.2.3 Tính tốn đường ống chính: .34 4.2.4 Chọn phương pháp tưới 34 4.3 Sơ đồ khối phân tích hệ thống 38 4.3.1 Sơ đồ khối 38 4.3.2 Phân tích hệ thống 38 4.3.3 Lưu đồ giải thuật .39 4.3 Thiết kế mạch điều khiển 41 4.3.1 Thiết kế phần cứng 41 iv 4.3.2 Thiết kế giao diện điều khiển dựa ứng dụng Blynk 41 4.3.3 Chương trình điều khiển 42 CHƯƠNG KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI 48 5.1 Đánh giá kết 48 5.2 Hạn chế đề tài 48 5.3 Hướng phát triển đề tài 49 TÀI LIỆU THAM KHẢO 51 v DANH SÁCH CÁC HÌNH Hình 1.1 Minh họa IOT nông nghiệp Hình 2.1 Hệ thống tưới tiêu tự động Hình 2.2 Ứng dụng tự động hóa nơng nghiệp Hình 3.1 Giao diện lập trình Arduino IDE Hình 3.2 Vùng soạn thảo 10 Hình 3.3 Vùng thơng báo 11 Hình 3.4 Chip ESP8266EX 18 Hình 3.5 Module WiFi ESP8266 Wemos NodeMCU V3 19 Hình 3.6 Sơ đồ chân ESP8266 20 Hình 3.8 Module Relay 5v 22 Hình 3.9 Sơ đồ ngun lí relay 23 Hình 3.10 Cảm biến đo đổ ẩm khơng khí nhiết độ DHT11 24 Hình 3.11 Sơ đồ kết nối cảm biến DHT 11 25 Hình 3.12 Sơ đồ ngun lí cảm biến DHT11 .25 Hình 3.13 Cấu tạo bên cảm biến DHT11 26 Hình 3.14 Đồ thị điện trở nhiệt độ 26 Hình 3.15 Cấu tạo cảm biến độ ẩm 27 Hình 3.16 Module cảm biến đo độ ẩm đất 27 Hình 3.17 Sơ đồ nguyên lí cảm biến đo độ ẩm đất 28 Hình 3.18 IC 393 30 Hình 3.19 Sơ đồ chân ic393 .30 Hình 4.1 Mơ hình tưới phun .36 Hình 4.2 Tưới nhỏ giọt .37 Hình 4.3 Sơ đồ khối hệ thống 38 Hình 4.4 Lưu đồ giải thuật hệ thống 40 Hình 4.5 Thiết kế mạch phần cứng 41 Hình 4.6 Một số giao diện điều khiển Blynk 41 Hình 4.7 Giao diện điều khiển điện thoại 42 Hình 4.8 Mơ hình thực tế 47 Hình 4.9 Mơ hình thực tế 47 vi DANH SÁCH CÁC BẢNG Bảng 3.1 Một số chức Arduino IDE 10 Bảng 3.2 Các kiểu liệu 12 Bảng 3.3 Các phép toán logic 13 Bảng 3.4 Các chân ESP8266EX 18 vii LỜI CẢM ƠN Sau gần tháng thực thiết lập dự án kỹ thuật “THIẾT KẾ HỆ THỐNG TƯỚI TỰ ĐỘNG” hoàn thành Lời chúng em muốn xin chân thành cảm ơn hướng dẫn tận tình thầy Vũ Đức Vạn, khoa Điện chuyên ngành Điều khiển Tự động trường Đại học công nghiệp TP.HCM.Trong trình làm đồ án thầy tận tình hướng dẫn ,chỉ dạy cung cấp kinh nghiệm thực tế, tài liệu,vật liệu liên quan cho chúng em suốt trình thực đề tài nghiên cứu khoa học Xin gửi lời cảm ơn đến thầy cô khoa Điện trường Đại Học Công Nghiệp TP.HCM tận tình giảng dạy suốt trình học nhận ý kiến góp ý Chính thầy xây dựng cho chúng em kiến thức tảng kiến thức chuyên mơn để hồn thiện đồ án cơng việc sau Em xin chân thành cảm ơn! viii Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Hồng Sơn Nguyễn Đăng Tiệp CHƯƠNG MỞ ĐẦU 1.1 Đặt vấn đề Nền nông nghiệp nước ta nơng nghiệp cịn lạc hậu chưa có nhiều ứng dụng khoa học kĩ thuật áp dụng vào thực tế.Rất nhiều kĩ thuật quy trình trồng trọt ,chăm sóc tiến hành cách chủ quan khơng đảm bảo u cầu.Có thể nói nơng nghiệp ngồi kĩ thuật trồng trọt chăm sóc tưới nước khâu quan trọng trồng trọt,để đảm bảo sinh trưởng phát triển bình thường,tưới tưới đủ theo yêu cầu trồng sẻ không sinh sâu sâu bệnh ,hạn chế thuốc trừ sâu cho sản phẩm an toàn,đạt suất ,hiệu cao Mặt khác nước ta trơng giai đoạn cơng nghiệp hóa ,hiện đại hóa thiết bị máy móc tự động đưa vào phục vụ thay sức lao động người thiết bị tưới nghiên cứu ,thiêt kế,chế tạo đưa vào thực tiễn ngày áp dụng ngày nhiều.Thiết bị tưới đa dạng chủng loại( vòi phun mưa ,phun sương ,nhỏ giọt…) có thơng số khác phục vụ cho loại trồng khác chế tạo từ nhiều nước Israel, Hàn Quốc, Đài Loan, Trung Quốc… thuận tiện người lựa chọn phù hợp với nhu cầu sử dụng mình.Việc tính tốn để lựa chọn thiết bị hệ thống tưới phù hợp ,đáp ứng nhu cầu tưới theo nông học trồng phù hợp điều kiện kinh tế , kĩ thuật cho hiệu cao việc cần thiết cho việc phát triển diện rộng hệ thống tưới này.Hệ thống tưới phun đáp ứng độ ẩm cho trồng phát triển tốt ,hệ thông tiết kiệm nước tạo cho trồng hấp thụ dinh dưỡng khơng gây rửa trơi ,thối hóa đất ,không gấy ô nhiễm môi trường Hệ thống tưới nước tự động kết hợp với bón phân,phun thuốc hóa học Hơn nữa, với việc thiết kế hệ thống tưới tự động giúp người trực tiếp tưới cho cây,chủ động thời gian, tiết kiệm chi phí Với hệ thống này,việc tưới sẻ tự động tùy theo nhiệt độ thời tiết nắng hay mưa, độ ẩm cao hay thấp Người lao động sẻ không cần phải quan tâm đến việc tưới , sẻ sinh trưởng phát triển tốt nhờ việc tưới phù hợp xác Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Hồng Sơn Nguyễn Đăng Tiệp Hình 4.2 Tưới nhỏ giọt Tưới dải: Phương pháp: Tưới tạo nên lớp nước mỏng khoảng -6 cm chảy men theo chiều dốc mặt đất thấm dần vào đất Ưu điểm: + Sử dụng lượng nước an tồn, + Giảm thiểu cơng lao động thời gian, + Cung cấp nước đồng hiệu sử dụng nước cao Nhược điểm: + Ruộng phải thật phẳng, chi phí đầu tư san mặt ruộng lúc đầu cao + Có nguồn nước dồi Áp dụng: Được sử dụng để tưới cho loại trồng hàng hẹp như: lạc, đậu, đỗ, vừng 37 Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Hồng Sơn Nguyễn Đăng Tiệp 4.3 Sơ đồ khối phân tích hệ thống 4.3.1 Sơ đồ khối Hình 4.3 Sơ đồ khối hệ thống - Bộ Xử lý (NodeMCU ESP8266) Đảm nhiệm vai trò đọc loại cảm biến, điều khiển thiết bị ngoại vi Đồng thời gửi liệu đọc gửi lên server - Khối cảm biến Đọc thông số môi trường tại, gửi vi xử lý số cảm biến như: cảm biến ánh sáng, cảm biến nhiệt độ,độ ẩm DHT 11 - Khối cấu chấp hành Thực thi lệnh từ vi xử lý công suất Các động dùng : động bơm, động bước, quạt - Khối trung gian ( Blynk cloud server) Nhận liệu từ xử lý lưu trữ gửi cho người dùng - User Hiển thị liệu nhận từ server lưu trữ, quản lý liệu,thực lệnh điều khiển thơng qua phần mềm điện thoại 4.3.2 Phân tích hệ thống Đầu vào hệ thống gồm: Cảm biến : - Nhiệt độ độ ẩm môi trường - Độ ẩm đất Đầu hệ thống gồm: 38 Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Hồng Sơn Nguyễn Đăng Tiệp - Cơ cấu chấp hành - Relay điều khiển bơm nước - Relay điều khiển đèn Thông tin phản hồi - Trạng thái hoạt động cấu chấp hành - Dữ liệu từ cảm biến Dữ liệu hiển thị: - Thông tin nhiệt độ, độ ẩm, ánh sáng, độ ẩm đất - Trạng thái bơm,đèn bật/tắt Dữ liệu lưu trữ: Thông tin nhiệt độ, độ ẩm, độ ẩm đất, trạng thái cấu chấp hành theo thời gian thực 4.3.3 Lưu đồ giải thuật Trong đó: Nhiệt độ - T0 :là nhiệt độ cài đặt mức duói - T :là nhiệt độ đo - T1: nhiệt độ mức độ ẩm đất: Đầu vào: - H1: cận độ ẩm - H2: cận độ ẩm - H: giá trị độ ẩm tức thời, lấy từ cảm biến độ ẩm Bật/tắt bơm với H thỏa mãn điều kiện H1