BÁO cáo bài tập NHÓM đề tài ỨNG DỤNG IOT TRONG mô HÌNH TRỒNG nấm KIM CHÂM

Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Viện Điện tử - Viễn thông Bộ môn: Hệ thống nhúng thiết kế giao tiếp nhúng (ET4361) BÁO CÁO BÀI TẬP NHÓM ĐỀ TÀI: ỨNG DỤNG IOT TRONG MƠ HÌNH TRỒNG NẤM KIM CHÂM Nhóm sinh viên thực hiện: Nhóm Hồng Bích Phượng 20172763 Lê Đình Minh 20172698 Phan Dỗn Đức 20172486 Lê Công Luận 20172673 Phạm Thị Phượng 20172764 GVHD: TS Hàn Huy Dũng Hà nội, tháng 5/2021 Nội dung trình bày I Tổng quan đề tài II Thiết kế hệ thống III Thiết kế chi tiết IV Phụ lục I Tổng quan đề tài Mục đích, khách hàng, hồn cảnh sử dụng a Mục đích - Đo xác nhiệt độ, độ ẩm khơng khí, độ ẩm đất nuôi trồng nấm kim châm - Gửi liệu đo máy chủ thông qua cloud app Blynk smartphone - Điều khiển tự động thiết bị từ xa để tối ưu nhiệt độ, độ ẩm đất phù hợp với thời kì phát triển nấm b Khách hàng - Người nông dân, hộ trồng nấm sử dụng biện pháp thủ cơng ni trồng nấm - Thích hợp với hộ ni trồng mơ hình khơng q lớn (từ vài chục m2 đến vài trăm m2) c Hoàn cảnh sử dụng - Giám sát thông số nhiệt độ, độ ẩm khơng khí, độ ẩm đất mơi trường hiển thị lên LCD cho người nông dân dễ quan sát - Tự động tưới nước để làm mát độ ẩm cao mức cho phép nhiệt độ cao, cảnh báo nhiệt độ cao (đa số mơ hình nhỏ vừa mơ hình thủ cơng) - Giảm bớt nhân cơng chăm sóc, lưu lại liệu để ngày tối ưu điều kiện, Nấm kim châm I Tổng quan đề tài 2.Yêu cầu kĩ thuật a Yêu cầu chức • Đo xác thơng số gồm nhiệt độ, độ ẩm khơng khí độ ẩm đất với độ trễ thấp • Hiển thị kết đo hình LCD giám sát từ xa thơng qua smartphone • Điều khiển máy bơm từ xa thông qua ứng dụng smartphone Có chế độ: điều khiển tự động, điều khiển thủ cơng • App smartphone kết nối với mạch từ đâu thông qua mạng khơng dây • Có khả điều khiển thiết bị theo kịch có sẵn, phản ứng với thay đổi mơi trường • Gửi thơng báo điện thoại trường hợp xảy cố thông số môi trường thay đổi đột ngột b Yêu cầu phi chức • Mạch nhỏ gọn, dễ sử dụng, tiêu thụ lượng • Hoạt động ổn định, độ trễ truyền không 10 giây • Giao diện app smartphone dễ nhìn, dễ thao tác • Có tính linh hoạt: sử dụng để giám sát nông nghiệp nhiều khu vực có đặc điểm địa hình, khí hậu khác • Tính chất chuyên dụng, giá thành rẻ, dễ dàng thương mại hóa I Tổng quan đề tài Đầu vào/ đầu • Đầu vào: tín hiệu tương tự: nhiệt độ, độ ẩm đất, độ ẩm khơng khí, ánh sang, mực nước • Đầu ra: tín hiệu số: nhiệt độ, độ ẩm môi trường hiển thị khối hiển thị điều khiển bật/tắt máy bơm, đèn Các đặc điểm hệ thống (con số) • Delay: 1s (mong muốn) • Tuổi thọ: >3 năm • Nhiệt độ làm việc: - 55 độ C • Độ ẩm: 55- 100% Yêu cầu thiết kế • Unit cost: 800.000 VNĐ • NRE cost: 200.000 VNĐ • Size: 10cmx10cmx5cm • Trọng lượng: 300-1000g • Performance: Hoạt động liên tục • Time-to-prototype: tháng • Time-to-market: tháng (phụ thuộc yêu cầu khách hàng) Flexibility: Có khả phát triển số tính báo cháy, chống trộm Safety: Cao, thiết bị chế tạo vỏ để an toàn với người sử dụng, kể trẻ em vật II Thiết kế hệ thống Sơ đồ khối a Sơ đồ đơn giản − Khối nguồn: cung cấp nguồn cho toàn hệ thống phần cứng − Khối xử lý: khối trung gian hệ thống đóng vai trị quan trọng nhất, vừa nhận liệu gửi từ khối cảm biến điện thoại, vừa gửi liệu điều khiển thiết bị hiển thị lên điện thoại − Khối cảm biến: thu nhập liệu môi trường gửi lên khối xử lý − Khối điều khiển thiết bị: nhận lệnh điều khiển từ khối xử lý để trực tiếp điêu khiển thiết bị điện − Smartphone: hoàn toàn tách biệt với phần cứng, giao tiếp với khối xử lý qua sóng wifi Nhận giá trị thông số môi trường nhiệt độ, độ ẩm,… từ khối xử lý để hiển thị, đồng thời gửi lệnh điều khiển thiết bị xuống khối xử lý II Thiết kế hệ thống b Sơ đồ khối đầy đủ II Thiết kế hệ thống Bộ điều khiển trung tâm Kit ESP8266 NodeMCU dùng cho ứng dụng cần kết nối, thu thập liệu điều khiển qua sóng Wifi, đặc biệt ứng dụng liên quan đến IoT • Thơng số kỹ thuật:  IC chính: ESP8266 Wifi SoC  Phiên firmware: NodeMCU Lua  Chip nạp giao tiếp UART: CP2102  GPIO tương thích hồn tồn với firmware Node MCU  Cấp nguồn: 5VDC MicroUSB Vin  GIPO giao tiếp mức 3.3VDC  Tích hợp Led báo trạng thái, nút Reset, Flash  Tương thích hồn tồn với trình biên dịch Arduino  Kích thước: 25 x 50 mm • Truyền thơng: Wifi Kit ESP8266 Sơ đồ chân ESP8266 II Thiết kế hệ thống Giao diện người dùng Ứng dụng Blynk Blynk ứng dụng iOS Android để kiểm soát thiết bị Esp8266, Arduino, Raspberry Pi thiết bị khác Internet Có ba thành phần tảng: • Blynk App - cho phép tạo giao diện cho sản phẩm cách kéo thả widget khác mà nhà cung cấp thiết kế sẵn • Blynk Server - chịu trách nhiệm xử lý liệu trung tâm điện thoại, máy tính bảng phần cứng Người dùng sử dụng Blynk Cloud Blynk cung cấp tự tạo máy chủ Blynk riêng Vì mã nguồn mở, nên ta dễ dàng tích hợp vào thiết bị chí sử dụng Raspberry Pi làm server người dùng • Library Blynk – hỗ trợ cho hầu hết tất tảng phần cứng phổ biến - cho phép giao tiếp với máy chủ xử lý tất lệnh đến Minh họa ứng dụng Blynk III Thiết kế chi tiết Sơ đồ nguyên lý Mạch nguyên lý thiết kế altium designer III Thiết kế chi tiết Khối xử lý Sử dụng vi điều khiển ESP8266 V1.0-12E kit NodeMCU hàn cố định đế PCB, tích hợp IC nguồn AMS1117 tạo điện áp 3.3V Khối cảm biến a Cảm biến độ ẩm đất: • Điện áp sử dụng: 3.3-5V • Chân kết nối: A0, D0, VCC, GND • Đầu số (Digital): mức logic 0, (0 đất ẩm với đất khơ) • Đầu tương tự (Analog): tín hiệu ADC giúp đọc xác độ ẩm đất • Sai số: 5% Cảm biến độ ẩm đất III Thiết kế chi tiết b Cảm biến nhiệt độ - độ ẩm mơi trường(DHT11): • Điện áp hoạt động: 3.3V-5V • Dải độ ẩm hoạt động: 20-90%RH • Dải nhiệt độ hoạt động: 0-50ºC • Sai số: ±5% RH độ ẩm, ±2ºC với nhiệt độ c Cảm biến ánh sáng: • Điện áp hoạt động: 3.3V-5V • Chân kết nối: A0, D0, GND, VCC Cảm biến DHT11 • Tích hợp biến trở để cài đặt giá trị ngưỡng độ sáng • Đầu số (Digital): mức logic với điều kiện ánh sáng có cường độ lớn giá trị ngưỡng thiết lập, mức logic với điều kiện ánh sáng nhỏ giá trị ngưỡng thiết lập • Đầu tương tự (Analog): tín hiệu ADC Cảm biến ánh sáng d Cảm biến khoảng cách • Điện áp vào: 3.3-5V • Tín hiệu đầu ra: xung HIGH(3.3-5V) LOW(0V) • Khoảng cách đo : 2cm – 450cm • Độ xác : 0.5cm • Góc cảm biến : nhỏ 15 độ Khối nguồn • Nguồn đầu vào 12V cấp adapter 12V-2A • Lưu ý: ESP8266 NodeMCU hoạt động 5V nên cần hạ áp từ 12V xuống sử dụng IC ổn áp 7805 Cần lắp thêm đế tản nhiệt để tránh trường hợp IC bị cháy nhiệt sinh lớn Cảm biến khoảng cách Nguồn adapter 12V-2A Giá bán loại linh kiện • • • • • • • • • ESP8266: 80K DHT11: 24K Cảm biến độ ẩm đất: 30K Cảm biến ánh sáng: 8K Cảm biến khoảng cách: 10K Adapter 12V-2A: 40K LCD 1602: 55K Vi điều khiển: 90K Máy bơm mini: 170K Giá sản phẩm tham khảo :Linh kiện điện tử 3M: https://chotroihn.vn III Thiết kế chi tiết Bảng tóm tắt linh kiện dùng mạch Phụ lục Bảng phân chia công việc kế hoạch:   Công việc Lên ý tưởng đề tài Sinh viên thực All Thời gian 20/3-25/3 Tìm hiểu mơ hình tương tự All 26/3-31/3 Vẽ sơ đồ khối Hoàng Phượng, Phạm Lựa chọn linh kiện Vẽ sơ đồ nguyên lý Triển khai phần cứng, test tính ESP8266 Tìm hiểu app Blynk, kết nối app Blynk với ESP8266 Mô phỏng, test mạch breadboard Thiết kế lại giao diện app Blynk, tạo server local Blynk Hoàn thiện thiết kế mạch, đặt mạch in, kiểm thử tính Viết báo cáo, dựng slide, chuẩn bị trình bày 1/4 – 5/4 6/4-13/4 Phượng 14/4-20/4 Minh, Đức, Luận All Minh, Hoàng Phượng, Luận Đức, Phạm Phượng All     21/4 … No identify No identify No identify Phụ lục Bảng so sánh ESP32 ESP8266:   Rõ ràng, ESP32 có nhiều ưu điểm vượt trội ESP8266 nhiều Tuy nhiên, phạm vi đề tài, chức ESP8266 đủ thực Hơn nữa, lựa chọn ESP8266 giá bán rẻ ESP32 (80K