luận văn thiết kế hệ thống chăm sóc thú cưng tự động từ xa

Đồ án mô hình thú cưng tự động, nuôi trồng tự động, trang trại tự động kế hợp với hệ thống iot, mạch điều kiển esp8266

1 LỜI NĨI ĐẦU Hàng thập kỷ qua, vật ni trở thành yếu tố quan trọng sống hàng nghìn người giới Việc dành thời gian bên chó, mèo hay nhiều lồi động vật khác góp phần cải thiện tâm trạng sức khỏe Như biết, khoa học phát triển nhu cầu đáp ứng tâm lý người ngày cao Một lĩnh vực khoa học, công nghệ mà người luôn coi trọng góp phần cải thiện suất chăm sóc chu đáo, nâng cao chất lượng dinh dưỡng thể thú cưng Chúng tạo để cần lượng thức ăn, tránh bệnh tật Là sinh viên khoa Điện tử em mong muốn thiết kế hệ thống chăm sóc thú cưng tự động cho đời sống người ngày đơn giản Cùng với hướng dẫn nhiệt tình giáo xxxxxxx em chọn đề tài: “thiết kế hệ thống tự động để chăm sóc thú cưng” làm đề tài đồ án Sau nội dung báo cáo: Nội dung nghiên cứu: - Tổng quan hệ thống tự động chăm sóc thú cưng - Tìm hiểu hệ thống chăm sóc thú cưng - Tìm hiệu loadcell - Tìm hiểu vi điều khiển esp8266 - App điều khiển hệ thống Giới hạn phạm vi đồ án: - Loadcell có độ sai số tương đối sụt áp vi điều khiển đáng kể - Chế độ cho ăn thời gian ăn thú cưng Kết đồ án: - Thiết kế hệ thống điều khiển tự động chăm sóc thú cưng - Thiết kế giám sát hệ thống điều khiển tự động gồm chức chính: - Hệ thống cho ăn tự động cho pet - Hệ thống cấp nước tự động - Hệ thống quạt thơng minh Trong q trình thực đề tài dù cố gắng song tránh khỏi thiếu xót, sai phạm,… em mong nhận góp ý thầy bạn bè để đề tài em hoàn thiện Em xin chân thành cảm ơn ! Sinh viên thực MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU .I MỤC LỤC III DANH MỤC HÌNH ẢNH VI DANH MỤC BẢNG BIỂU VIII CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN HỆ THỐNG CHĂM SÓC THÚ CƯNG TỰ ĐỘNG 1.1 Lý chọn đề tài 1.2 Một vài sản phẩm có thị trường .2 1.2.1 1.3 1.4 Máy Furrytail Pet Smart Feeder xiaomi Yêu cầu thiết kế .3 1.3.1 Đối tượng phạm vi nghiên cứu 1.3.2 Giới hạn đề tài: .3 1.3.3 Cấu tạo 1.3.4 Nguyên lý hoạt động .4 Kết luận chương CHƯƠNG 2: TÌM HIỂU THIẾT BỊ SỬ DỤNG TRNG ĐỀ TÀI 2.1 2.2 2.3 2.4 Vi điều kiển esp8266 .5 2.1.1 Lịch sử phát triển esp8266 2.1.2 Cấu trúc vi điều kiển esp8266 .6 2.1.3 Sơ lược dòng vi điều kiển esp8266 .7 2.1.4 Ứng dụng .7 Cảm biến mực nước uống 2.2.1 Giới thiệu .9 2.2.2 Nguyên lý hoạt động 10 2.2.3 Thông số kĩ thuật 10 2.2.4 Ứng Dụng: 10 Cảm biến đo trọng lượng thức ăn 11 2.3.1 Giới thiệu loadcell 11 2.3.2 Nguyên lý hoạt động 11 2.3.3 Thông số kĩ thuật 13 Quạt .15 2.5 2.6 2.4.1 Ứng dụng .15 2.4.2 Thông số kỹ thuật 15 Cảm biến độ ẩm, nhiệt độ 16 2.5.1 Giới thiệu DHT11 16 2.5.2 Nguyên lý hoạt động 16 2.5.3 Thông tin kĩ thuật: .17 LCD 1602 18 2.6.1 2.7 2.8 2.9 Giới thiệu .18 Động chiều DC 20 2.7.1 Giới thiệu động chiều 20 2.7.2 Nguyên tắc hoạt động động điện chiều 21 2.7.3 Ưu, nhược điểm ứng dụng động điện chiều .22 Các chuẩn giao tiếp .22 2.8.1 Giao thức GPIO 22 2.8.2 Giao thức giao tiếp I2C .23 Ứng dụng điêu khiển Blynk 24 CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ HỆ THỐNG 26 3.1 Yêu cầu công nghệ 26 3.1.1 3.2 3.3 Sơ đồ khối hệ thống điều khiển: 26 Thiết kế phần cứng hệ thống: 27 3.2.1 Esp8266 cảm biến nhiệt độ dht11, cảm biến mực nước 28 3.2.2 Giao tiếp Esp8266 loadcell .29 3.2.3 Khối nguồn 30 3.2.4 Khối động DC 31 3.2.5 Sơ đồ mạch nguyên lý 32 3.2.6 Sơ đồ mạch in 33 Thiết kế phần mềm hệ thống .34 3.3.1 Chương trình .34 3.3.2 Khối cảm biến mực nước 35 3.3.3 Module DHT11 36 3.3.4 Cảm biến load cell esp8266 37 3.3.5 Ứng dụng Blynk 38 3.4 Kết thực nghiệm 39 3.4.1 Mô hình thực tế 39 3.4.2 Ưu nhược điểm hệ thống 40 3.4.3 Hướng phát triển đề tài 40 TỔNG KẾT .41 TÀI LIỆU THAM KHẢO 42 PHỤ LỤC 43 DANH MỤC HÌNH Ả Hinh 1 Giống chó Samoyed trắng Y Hình 2.1 Sơ đồ chân vi điều khiển ESP8266 Hình 2.2 ESP-12E .8 Hình 2.3 Sơ đồ chân ESP-12E Hình Cảm biến mực nước 10 Hình 5: Cấu tạo loadcell .11 Hình 6: Loadcell 13 Hình 7: Quạt sấy 15 Hình 8: Cấu tạo DHT11 16 Hình 9: Thành phần cấu tạo 17 Hình 10: Mối tương quan trở điện áp .17 Hình 11: Hình dáng LCD .18 Hình 12: Sơ đồ chân LCD 19 Hình 13 Động chiều 21 Hình 14 Cấu trúc GPIO 23 Hình 15 Một khung truyền giao tiếp I2C 23 Hình 1: sơ đồ khối hệ thống 26 Hình Sơ đồ khối điều khiển trung tâm .27 Hình 3: sơ đồ đấu nối dht11 28 Hình 4: Sơ đồ kết nối esp8266 cảm biến mực nước .28 Hình 5: sơ đồ chân giao tiếp esp loadcell .29 Hình 6: sơ đồ chân giao tiếp esp loadcell +LCD 29 Hình 7: Mạch nguồn cung cấp cho hệ thống .30 Hình 8: Kết nối esp8266 với động DC 31 Hình Sơ đồ mạch nguyên lý .32 Hình 10 Sơ đồ mạch in 33 Hình 11 Sơ đồ mạch in 3D 33 Hình 12 Lưu đồ thuật tốn chương trình 34 Hình 13 Lưu đồ thuật toán đọc cảm biến mức nước 35 Hình 14 Lưu đồ thuật tốn nhận giá trị DHT11 36 Hình 15: lưu đồ thuật toán đọc cảm biến load cell .37 Hình 3.16 Giao diện ứng dụng hệ thống 38 Hình 17 Mơ hình sản phẩm thực tế .39 DANH MỤC BẢNG BIỂ Bảng 1: chức chân LCD 19 Bảng 15: Động chiều 20 DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT STT Từ viết tắt Tiếng anh Tiếng việt RFID Radio Frequency Identification Nhận dạng qua tần số vô tuyến CPU Central Processing Unit Bộ xử lý trung tâm IC Integrated circuit Vi mạch tích hợp USB Universal serial bus Giao tiếp USB IDE Integrated Development Environment Môi trường tích hợp dùng để viết Code phát triển ứng dụng SRAM Static random-access memory Bộ nhớ truy cập ngẫu nhiên tĩnh EEPROM Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory Bộ nhớ không liệu ngừng cung cấp điện CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN HỆ THỐNG CHĂM SÓC THÚ CƯNG TỰ ĐỘNG 1.1 Lý chọn đề tài Trong thời gian gần đây, số lượng thú cảnh tăng lên nhanh thành thị nông thôn Đặc biệt bạn trẻ có xu hướng muốn có cho người bạn thú cưng Vật cưng phổ biến chó mèo thỏ nhà vật nhỏ nhắn mà người dành nhiều tình cảm Hinh 1 Giống chó Samoyed trắng Việc nhận ni chó mèo mang lại nhiều lợi ích Theo nhà khoa học, bên cạnh thú cưng, não nhả nhiều oxytocin giúp làm hạ huyết áp, giảm stress lo âu Những chó, mèo khơng đơn giản động vật, cịn thành viên gia đình, chăm sóc chu đáo cưng chiều Thú cưng cịn thể đẳng cấp, tính cách, phong cách sống người chủ sở hữu Vì người chủ quan tâm đến việc chăm sóc cho thú cưng Tuy nhiên, với người có thời gian làm việc cố định, cơng việc bận rộn việc bỏ nhiều thời gian chăm sóc cho thú cưng điều bất tiện Vì vậy, để thuận tiện, tối ưu hóa cơng việc chăm sóc thú cưng đảm bảo chất lượng tốt 39 cho động đẩy thức ăn chạy 3.3.5 Ứng dụng Blynk Giao diện ứng dụng Blynk sử dụng đề tài: Hình 3.15 Giao diện ứng dụng hệ thống Ứng dụng điều khiển hệ thống gồm nút điều khiển đường hiển thị 40 Cột hiển thị màu đỏ cột nhiệt độ môi trường, màu xanh caaylaf độ ẩm môi trường mau xanh lam mức nước lại khay đựng nước Hai trượt T H để điều chỉnh mức độ cho chế độ tự động Cụ thể điều chỉnh T để chỉnh nhiệt độ tự động bật quạt, điều chỉnh H để chỉnh mức nước thấp để tự động bật máy bơm nút điều khiển bên để chọn chế độ điều khiển thiết bị chế độ người dùng tự điều khiển Cụ thể nút chế độ để chọn chế độ người dùng điều khiển chế độ tự động, nút cịn lại để điều khiển thiết bị có ghi nút 3.4 Kết thực nghiệm 3.4.1 Mơ hình thực tế Hình 16 Mơ hình sản phẩm thực tế 41 3.4.2 Ưu nhược điểm hệ thống  Ưu điểm: - Sử dụng esp8266 chip thông dụng, giá rẻ - Có thể điều khiển thiết bị thông qua điện thoại thông minh dùng hệ điều -  - hành Android ios Các thiết bị đơn giản, dễ thay gặp cố Đáp ứng tốt nhu cầu tối thiểu ăn với uống thú cưng Nhược điểm: Hệ thống hoạt động chưa xác Sai số đến từ loadcell lớn 3.4.3 Hướng phát triển đề tài Hệ thống hoạt động mức nâng cấp được, cần thêm số chức thêm vòng cổ đo nhiệt độ, kiểm tra sức khỏe thường xuyên tìm hiểu thứ thiết thực đưa vào đời sống Hệ thống phát triển để lắp đặt cho gia đình có nhu cầu Có thể cải thiện tài nguyên xử lý thuật toán chương trình để giảm thời gian xử lý phản ứng, tăng hiệu suất độ tin cậy hệ thống Cập nhập số mạch chống nhiễu với cảm biến để đạt hiệu suất cao 42 TỔNG KẾT Sau thời gian làm đồ án tốt nghiệp với đề tài: “Thiết kế hệ thống điều khiển tự động để chăm sóc thú cưng” đến em hồn thành đồ án đạt số kết sau: - Ứng dụng công nghệ loadcell thương mại hóa rộng rãi so với cân thơng thường - Sử dụng wifi để quản lí từ xa - Phần cứng thiết kế đơn giản, sử dụng số linh kiện tối thiểu, kết nối chân đáp ứng nhu cầu phát triển đề tài sau Trong suốt trình làm đồ án, em biết vận dụng kiến thức học, kết hợp với việc tìm hiểu tra cứu thêm kiến thức bên giúp em hiểu nhiều học Cách giải đưa toán làm để giải cố mà gặp phải Những kiến thức quan trọng giúp em hoàn thiện thân chuẩn bị cho công việc sau Thời gian làm đồ án không dài, nhờ giúp đỡ bảo đặc biệt cô Trương Thị Bích Liên hướng dẫn thầy Khoa Điện Tử giúp em hoàn thành đồ án tốt nghiệp Tuy nhiên kiến thức cịn có mặt hạn chế dẫn tới hệ thống chưa hoàn thiện tối ưu mặt tính Rất mong nhận góp ý thầy bạn để em tối ưu đề tài Em xin chân thành cảm ơn! 43 CHƯƠNG 1: TÀI LIỆU THAM KHẢO [1]https://www.espressif.com/sites/default/files/documentation/0aesp8266ex_datasheet_en.pdf [2]https://arduinokit.vn/cam-bien-anh-sang-quang-tro-arduino/ [3]https://arduinokit.vn/doc-cam-bien-nhiet-do-do-am-dht11-arduino/ [4] arduino.vn [5] rfidinc.com [6] https://datasheetspdf.com/pdf/1418730/ITead/HC-05/1 44 PHỤ LỤC #define BLYNK_PRINT Serial #include "HX711.h" #include "ESP8266WiFi.h" #include #include "DHT.h" #include #include #include #define DHTPIN D1 #define DHTTYPE DHT11 #define BOM D2 #define QUAT D7 #define TA D8 char auth[] = "OSfpHF4srYSI2DiH ugrn0HHp5qIAHF"; char ssid[] = "NXD"; char pass[] = "11111112"; float t; float h; int value, real_value, set_t, set_h; 45 int V_0; int V_1; int V_2; int V_8; float weight; float calibration_factor = -101525; HX711 scale(D5, D6); LiquidCrystal_I2C lcd(0x27,16,2); DHT dht(DHTPIN, DHTTYPE); BLYNK_WRITE(V0) { V_0 = param.asInt(); } BLYNK_WRITE(V1) { V_1 = param.asInt(); } BLYNK_WRITE(V2) { V_2 = param.asInt(); 46 } BLYNK_WRITE(V8) { V_8 = param.asInt(); } BLYNK_WRITE(V3) { set_t = param.asInt(); // du lieu am tu blynk } BLYNK_WRITE(V4) { set_h = param.asInt(); // du lieu am tu blynk } void dieu_khien(void) { float h = dht.readHumidity(); float t = dht.readTemperature(); for (int i=0;i99) { percent=99; } scale.set_scale(calibration_factor); //Adjust to this calibration factor weight = scale.get_units(5); Serial.print("one reading:\t"); Serial.print(scale.get_units(), 1); Serial.print("\t| average:\t"); Serial.println(scale.get_units(10), 1); scale.power_down(); // put the ADC in sleep mode delay(2000); scale.power_up(); Blynk.virtualWrite(V9, weight); Blynk.virtualWrite(V5, h); Blynk.virtualWrite(V6, t); Blynk.virtualWrite(V7, percent); } void tu_dong(void) 48 { float h = dht.readHumidity(); float t = dht.readTemperature(); for (int i=0;i99) { percent=99; } scale.set_scale(calibration_factor); //Adjust to this calibration factor weight = scale.get_units(5); Blynk.virtualWrite(V9, weight); Blynk.virtualWrite(V5, h); Blynk.virtualWrite(V6, t); Blynk.virtualWrite(V7, percent); } void setup() { 49 Serial.begin(9600); Wire.begin(2,0); scale.set_scale(); scale.tare(); //Reset the scale to long zero_factor = scale.read_average(); //Get a baseline reading pinMode(D2, OUTPUT); pinMode(D8, OUTPUT); pinMode(D7, OUTPUT); Blynk.begin(auth, ssid, pass); dht.begin(); lcd.init(); lcd.backlight(); lcd.setCursor(0, 0); lcd.print("NG THI MINH HUE"); delay(2000); lcd.clear(); lcd.setCursor(0, 0); lcd.print("Thuc an:"); lcd.setCursor(0, 1); lcd.print("T:"); lcd.setCursor(9, 1); lcd.print("H:"); 50 Serial.begin(38400); Serial.println("HX711 Demo"); Serial.println("Before setting up the scale:"); Serial.print("read: \t\t"); Serial.println(scale.read()); // print a raw reading from the ADC Serial.print("read average: \t\t"); Serial.println(scale.read_average(20)); // print the average of 20 readings from the ADC Serial.print("get value: \t\t"); Serial.println(scale.get_value(5)); // print the average of readings from the ADC minus the tare weight (not set yet) Serial.print("get units: \t\t"); Serial.println(scale.get_units(5), 1); // print the average of readings from the ADC minus tare weight (not set) divided // by the SCALE parameter (not set yet) scale.set_scale(2280.f); // this value is obtained by calibrating the scale with known weights; see the README for details scale.tare(); // reset the scale to Serial.println("After setting up the scale:"); 51 Serial.print("read: \t\t"); Serial.println(scale.read()); // print a raw reading from the ADC Serial.print("read average: \t\t"); Serial.println(scale.read_average(20)); // print the average of 20 readings from the ADC Serial.print("get value: \t\t"); Serial.println(scale.get_value(5)); // print the average of readings from the ADC minus the tare weight, set with tare() Serial.print("get units: \t\t"); Serial.println(scale.get_units(5), 1); // print the average of readings from the ADC minus tare weight, divided // by the SCALE parameter set with set_scale Serial.println("Readings:"); } void loop() { Blynk.run(); if(V_0==0){tu_dong();} 52 if(V_0==1&&V_1==0&&V_2==0&&V_8==0) {dieu_khien();digitalWrite(BOM,0);Blynk.virtualWrite(V1,0);digitalWrite(QUA T, 0);Blynk.virtualWrite(V2,0);digitalWrite(TA, 0);Blynk.virtualWrite(V8,0);} if(V_0==1&&V_1==0&&V_2==0&&V_8==1) {dieu_khien();digitalWrite(BOM,0);Blynk.virtualWrite(V1,0);digitalWrite(QUA T, 0);Blynk.virtualWrite(V2,0);digitalWrite(TA, 1);Blynk.virtualWrite(V8,1);} if(V_0==1&&V_1==0&&V_2==1&&V_8==0) {dieu_khien();digitalWrite(BOM,0);Blynk.virtualWrite(V1,0);digitalWrite(QUA T, 1);Blynk.virtualWrite(V2,1);digitalWrite(TA, 0);Blynk.virtualWrite(V8,0);} if(V_0==1&&V_1==0&&V_2==1&&V_8==1) {dieu_khien();digitalWrite(BOM,0);Blynk.virtualWrite(V1,0);digitalWrite(QUA T, 1);Blynk.virtualWrite(V2,1);digitalWrite(TA, 1);Blynk.virtualWrite(V8,1);} if(V_0==1&&V_1==1&&V_2==0&&V_8==0) {dieu_khien();digitalWrite(BOM,1);Blynk.virtualWrite(V1,1);digitalWrite(QUA T, 0);Blynk.virtualWrite(V2,0);digitalWrite(TA, 0);Blynk.virtualWrite(V8,0);} if(V_0==1&&V_1==1&&V_2==0&&V_8==1) {dieu_khien();digitalWrite(BOM,1);Blynk.virtualWrite(V1,1);digitalWrite(QUA T, 0);Blynk.virtualWrite(V2,0);digitalWrite(TA, 1);Blynk.virtualWrite(V8,1);} if(V_0==1&&V_1==1&&V_2==1&&V_8==0) {dieu_khien();digitalWrite(BOM,1);Blynk.virtualWrite(V1,1);digitalWrite(QUA T, 1);Blynk.virtualWrite(V2,1);digitalWrite(TA, 0);Blynk.virtualWrite(V8,0);} if(V_0==1&&V_1==1&&V_2==1&&V_8==1) {dieu_khien();digitalWrite(BOM,1);Blynk.virtualWrite(V1,1);digitalWrite(QUA T, 1);Blynk.virtualWrite(V2,1);digitalWrite(TA, 1);Blynk.virtualWrite(V8,1);} //digitalWrite(TA,1);//delay(1000);digitalWrite(TA,0);delay(1000); } 53 // ... thức ăn - Hệ thống đọc nhiệt độ nhiệt độ cao khởi động quạt sấy - App điều khiển chế độ tự động chế độ tay tác động 1.4 Kết luận chương Hiện đề tài hệ thống chăm sóc thú cưng tự động giúp bảo... mở: Bạn tự cài đặt máy chủ Blynk nhà bạn tự thay đổi cấu hình theo ý muốn 27 CHƯƠNG 3: 3.1 THIẾT KẾ HỆ THỐNG u cầu cơng nghệ Quy trình hoạt động hệ thống chăm sóc thú cưng:  Điều khiển động bơm... cậy hệ thống Cập nhập số mạch chống nhiễu với cảm biến để đạt hiệu suất cao 42 TỔNG KẾT Sau thời gian làm đồ án tốt nghiệp với đề tài: ? ?Thiết kế hệ thống điều khiển tự động để chăm sóc thú cưng? ??