ĐỒ ÁN HỆ THỐNG NHÚNG

1 MỤC LỤC TRƯỜNG ĐHKTCN KHOA ĐIỆN TỬ Tin học Cơng nghiệp CỘNG HỒ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự - Hạnh phúc o0o PHIẾU GIAO ĐỒ ÁN MƠN HỌC Mơn học: Hệ thống nhúng Sinh viên Bộ môn: Tin Học Công Nghiệp Lớp: Ngành : Tin Học Công Nghiệp 1.Tên đề tài: Xây dựng hệ thống cung cấp thức ăn, nước uống cho chuồng nuôi gia cầm cho phép điều khiển từ xa thông qua ứng dụng điện thoại di động Nội dung thuyết minh, tính tốn: - Xây dựng mạch thiết bị cho hệ thống - Hệ thống cho phép cài đặt hiển thị thông số lượng thức ăn, nước uống hình LCD - Tự động cung cấp thức ăn, nước uống theo ngưỡng đặt - Xây dựng chương trình ứng dụng điện thoại di động để theo dõi thông số thức ăn, nước uống điều khiển thiết bị hệ thống Các vẽ, chương trình đồ thị: - Các vẽ đồ án phải rõ nét, vẽ nguyên lý đầy đủ in khổ A3 (đóng báo cáo) - Sơ đồ nguyên lý vẽ Altium Designer, Proteus OrCAD - Nộp báo cáo đính kèm đĩa CD, có: Thuyết minh (bản word), tồn project vẽ mạch, tài liệu tham khảo (để thư mục riêng) - Yêu cầu sản phẩm phải đóng gói thành phẩm Thông qua phần Xác định yêu cầu Thông qua phần Thiết kế Thông qua phần Xây dựng hệ thống TRƯỞNG BỘ MÔN Đồng ý cho bảo vệ GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN Thái Nguyên, ngày….tháng… năm 2020 GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN (Ký ghi rõ họ tên) NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN CHẤM Thái Nguyên, ngày….tháng… năm 2020 GIÁO VIÊN CHẤM (Ký ghi rõ họ tên) LỜI MỞ ĐẦU Trong năm gần đây, việc mở chuồng gà chăn nuôi hộ gia đình ngày tăng lên với quy mô vừa nhỏ Việc thiết kế chuồng gà chăn nuôi tốt, lại tối nhiều thời gian sức lực người vào chuồng gà Để giảm thiểu thời gian sức lực người cần có giúp sức từ cơng nghệ , chuồng gà lắp hệ thống điều khiển thông minh Theo xu hướng phát triển đó, chúng em định lựa chọn thực nghiên cứu đề tài : Xây dựng hệ thống cung cấp thức ăn, nước uống cho chuồng nuôi gia cầm cho phép điều khiển từ xa thông qua ứng dụng điện thoại di động.” Ngoài việc hoàn thành đồ án mơn học với cơng việc cịn có ý nghĩa sâu sắc sinh viên thực Một lần sinh viên thực hành kiến thức học từ ghế nhà trường giúp hình thành sản phẩm cơng nghiệp , sử dụng, cầm tay lắp cảm biến mà từ trước nằm trang giấy Trong q trình tiến hành khơng thể khơng gặp khó khăn vấp phải, kích thích sinh viên tư sinh viên để tìm phương án tối ưu trao đổi thảo luận với thầy cô bạn bè Tuy nhiên hạn chế kinh nghiệm thực tế thời gian thực nên việc giải đề tài khơng thể tránh khỏi thiếu sót Dó mong dẫn thêm thầy ý kiến, đóng góp bạn sinh viên Hi vọng đề tài sở nghiên cứu cho bạn có sở thích niềm đam mê với điện tử phát triển mở rộng chức Xin chân thành cảm ơn CHƯƠNG I: YÊU CẦU BÀI TOÁN 1.1 Đặt vấn đề: Vấn đề nghiên cứu: Ngày nay, xã hội phát triển mạnh mẽ, kỹ thuật ngày đại nên nhu cầu thiết bị điều khiển từ xa ngày cao Ngay lĩnh vực nơng nghiệp nói chung chăn ni nói riêng Và sản phẩm có hệ thống dây cáp phức tạp đáp ứng nhu cầu này, khu vực chật hẹp, nơi xa xôi, phương tiện vận chuyển cơng nghệ khơng dây đời phát triển mạnh mẽ, tạo nhiều thuận lợi cho người đời sống ngày Trong năm gần công nghệ truyền nhận không dây có bước phát triển mạnh mẽ, góp cơng lớn cho việc phát triển hệ thống điều khiển, giám sát từ xa tất lĩnh vực Hiện có nhiều cơng nghệ truyền nhận liệu khơng dây như: Bluetooth, NFC, Internet, Wifi,… Trong đó, Bluetooth công nghệ phát triển từ lâu cải tiến để nâng cao tốc độ Trên thị trường Việt Nam chưa có nhiều sản phẩm điều khiển thiết bị không dây, đa số sản phẩm có nhập từ nước với giá thành cao Đặc biệt lĩnh vực nông nghiệp , việc nghiên cứu thiết kế sản phẩm điều khiển thiết bị khơng dây có ý nghĩa lớn, giúp đỡ nhiều cho người nông dân, giúp họ giảm nhiều khối cơng việc phải làm hồn toàn tự động điều khiển từ xa Sản phẩm sản xuất nước với thiết kế nhỏ gọn, giá thành rẻ dễ sử dụng, giúp người sử dụng tiết kiệm thời gian làm việc, góp phần phát triển hệ thống điều khiển thơng minh Vì thế, để tạo tảng, tăng thêm hiểu biết vận dụng vào thực tế chúng em lựa chọn đề tài: Xây dựng hệ thống cung cấp thức ăn, nước uống cho chuồng nuôi gia cầm cho phép điều khiển từ xa thông qua ứng dụng điện thoại di động 1.2 Yêu cầu kỹ thuật: - Chức hệ thống: + Tự động cung cấp thức ăn cho gà + Tự động cung cấp nước uống cho gà + Có thể cài đặt lượng thức ăn, nước uống theo nhu cầu sử dụng + Có thể kết nối điều khiển qua Bluetooth hiển thị liệu lên hình điện thoại sử dụng hệ điều hành android - Đặc tính kỹ thuật: + Nhỏ gọn phù hợp với nơi có khơng gian hẹp hộ gia đình thành phố, đặt sân thượng + Lượng nước thức ăn dự trữ ngày CHƯƠNG II: XÂY DỰNG VÀ TRIỂN KHAI MƠ HÌNH HỆ THỐNG KIỂM SOÁT TRẠNG THÁI LƯỢNG THỨC ĂN NƯỚC UỐNG CHUỒNG NI GIA CẦM 2.1 Mơ hình tổng quan: Dựa yêu cầu kỹ thuật toán ta xây dựng mơ hình tổng quan cho hệ thống chăn ni tự động sau: Hình 1.Sơ đồ khối hệ thống Chức khối sơ đồ: Khối cảm biến siêu âm: Sử dụng cảm biến siêu âm HC-SR04 Dùng để thu thập tín hiệu mực nước gửi VĐK Khối cảm biến trọng lượng: Sử dụng cảm biến trọng lượng loadcell 5kg YZC – 133 Dùng để ghi liệu khối lượng dạng điện áp, qua chuyển đổi tín hiệu VĐK Khối nút bấm: Sử dụng nút bấm Nút Nhấn Dùng để điều chỉnh cài đặt lượng thức ăn Khối VĐK: Sử dụng vi điều khiển Arduino UNO R3 Clone Có chức tiếp nhận xử lý thơng tin từ khối đầu vào Và đưa tín hiệu cho khối đầu Khối nguồn: Sử dụng Nguồn adapter 5V2A Cung cấp nguồn cho hệ thống Khối hiển thị: Sử dụng hình LCD1602 xanh Dùng để hiển thị liệu Máy bơm: sử dụng động Máy Bơm Mini 6-12V MB385 Động cơ: sử dụng Động Servo SG90 (Góc Quay 180) Khối giao tiếp : sử dụng module Bluetooth HC-05 Dùng để giao tiếp truyền nhận tín hiệu qua lại VĐK với thiết bị Android 2.2 Sơ đồ thuật tốn Hình 2 Sơ đồ thuật toán 2.3 Thiết kế mạch : 2.3.1 Mơ hình mạch tổng quan Hình 3: mạch mô proteus 2.3.2 Cách thức hoạt động linh kiện Vi điều khiển arduino ● ● ● ● Hình 4: Arduino UNO R3 Clone - With USB Cable) Chức Arduino Uno R3 : Hệ thống cảm biến đa dạng chủng loại (đo đạc nhiệt độ, độ ẩm, gia tốc, vận tốc, cường độ ánh sáng, màu sắc vật thể, lưu lượng nước, phát chuyển động, phát kim loại, khí độc,…),… Các thiết bị hiển thị (màn hình LCD, đèn LED,…) Các module chức (shield) hỗ trợ kết nối có dây với thiết bị khác kết nối không dây thông dụng (3G, GPRS, Wifi, Bluetooth, 315/433Mhz, 2.4Ghz,…), … Định vị GPS, nhắn tin SMS,… 10 Hình 21: Relay chân SRD-5VDC - Relay thiết bị đóng cắt bản, sử dụng nhiều sống thiết bị điện tử - Để điều khiển đóng ngắt động Máy Bơm Mini ta dùng Relay chân SRD12VDC - Cấu tạo Relay gồm phần: + Cuộn hút: - Tạo lượng từ trường để hút tiếp điểm phía - Tùy vào điện áp làm việc người ta chia Relay DC: 5V, 12V, 24V - AC: 110V, 220V + Cặp tiếp điểm: - Khi khơng có từ trường ( ko cấp điện cho cuộn dây) Tiếp điểm tiếp xúc với nhờ lực lị xo Tiếp điểm thường đóng - Khi có lượng từ trường tiếp điểm bị hút chuyển sang - Trong Relay có cặp tiếp điểm, cặp tiếp điểm nhiều Hình 22 Cấu tạo relay 23 Thông số kỹ thuật: Điện áp điều khiển: 5V Dòng điện cực đại: 10A Thời gian tác động: 10ms Thời gian nhả hãm: 5ms Nhiệt độ hoạt động: -45oC ~ 75oC Sơ đồ kết nối: Hình 23: Sơ đồ mơ điều khiển động máy bơm Nút bấm Hình 24:Nút Nhấn Chân 6x6x8MM DIP 24 Loại nút bấm chân, thực chất chân mà thơi Hình 25: Sơ đồ chân nút bấm đơn Sơ đồ kết nối: Hình 26: Sơ đồ kết nối nút bấm với arduino 10 Nguồn Để cấp nguồn cho toàn hệ thống ta dùng Nguồn Adapter 5V2A DC5.5x2.1MM 25 Hình 27: Nguồn Adapter 5V2A - Là nguồn chuyển đổi từ AC 220V sang 5VDC - Cấp nguồn cho thiết bị - Điện áp vào: AC100-240V ( 50-60HZ) - Điện áp ra: DC5V 2000mA 26 CHƯƠNG III LẬP TRÌNH CHO INVENTOR 3.1 Giới thiệu App Inventor Thiết kế hệ thống điều khiển gồm điều khiển với ngõ công suất App Inventor điện thoại thông minh tảng Android App Inventor kết nối với điều khiển thông qua Bluetooth để điều khiển thiết bị Ngoài ra, khơng kết nối với điện thoại điều khiển thiết bị điều khiển -Ưu điểm : ● Giao diện đơn giản dễ dàng thiết kế, lập trình ● Chạy điện thoại hệ điều hành Android phổ biến ● Cách thức lập trình kéo thả khối mã(block) đơn giản không giống câu lệnh phức tạp ● Dễ dàng kết nối Bluetooth với thiết bị khác -Nhược điểm : ● Giao diện chưa chuyên nghiệp ● Giới hạn dung lượng project 5Mb 3.2 Các bước thiết kế giao diện: B1: Ta truy cập vào địa ai2.appinventor.mit.edu Sau tiến hành đăng nhập tài khoản Google bạn để mở trang quản lí project Để tạo Project ta chọn Start New Project đặt tên cho project Hình 28: Giao diện project 27 B2: Ở giao diện Designer, Bên trái control bao gồm: User Interface, Media, Sensor, Social, … để sử dụng ta cần click chuột vào phần, ta kéo thả Label, Button, ListPicker đặt vào Layout để tạo thành giao diện mong muốn Chọn thêm Control Bluetooth Client phần Connectivity Clock phần Sensors Để cho đơn giản, ta nhấp vào button, Label chọn Rename đặt tên theo ý Hình 29:Giao diện sau thiết kế B3: Lập trình cho app: Sau thiết kế giao diện trên, ta tiến hành phần “code” Các bạn bấm vào Tab “Blocks” góc bên phải hình Cửa số “code” lên, bên trái khối lệnh: Control, Logic, Math, Text,… khối lệnh ứng với button Để thực lệnh đó, ta thực thao tác kéo thả (click chuột vào khối lệnh kéo vào hình) Ta kéo khối lệnh để dòng code sau: 28 Hình 30:Giao diện lập trình (Blocks) B4: Bây ta đóng gói ứng dụng file apk cài lên điện thoại Cách cài đặt phần mềm: Trước hết, ta tải phần mềm MIT AI2 Companion CH play điện thoại chọn “scan QR code” để check mã QR Hình 31:Giao diện phần mềm MIT A2 Companion Để xuất file apk, trang giao diện thiết kế (Designer) bạn chọn Build chọn App (provide QR code for apk) Mở phần mềm MIT A2 Companion để quét mã QR 29 Hình 32: Xuất mã QR Cuối cùng, ta tải phần mềm apk vừa xong điện thoại Hình 33: Ứng dụng điện thoại Để kết nối Bluetooth với hệ thống, ta mở Bluetooth điện thoại nhấn vào nút CONNECT tìm tên module Bluetooth HC-05 để kết nối 30 3.3 Phương thức giao tiếp truyền thông App Inventor (điện thoại) HC05 Khi ta nhấn chọn nút app Bluetooth điện thoại gửi byte (đã cài đặt sẵn lập trình app Arduino) cho module Bluetooth HC05 Module tiếp nhận đưa vào VĐK để xử lý thực lệnh điều khiển Ngược lại, để hiển thị liệu lên app, VĐK gửi liệu có sẵn qua module Bluetooth HC05 để truyền thông đến bluetooh điện thoại hiển thị lên app VD: giao tiếp qua lại hoạt động bật động bơm nước - Ở app Inventor ta thiết kế kéo thả khối lệnh gán cho hoạt động “bật bơm” giá trị “11” - Khi ta nhấn nút “ON_BƠM” Bluetooth điện thoại gửi 1Byte cho HC-05 Module Bluetooth HC-05tiếp nhận lệnh đưa vào VĐK để xử lý thực lệnh Như vậy, có giao tiếp qua lại app Inventor, điện thoại Andoid module Bluetooth 3.4 Chương trình (code) #include #include #include #include "HX711.h" byte state = 0; 31 String a, b; #define Trig 10 #define Echo 11 #define Pump #define inc #define dec HX711 loadcell(12, 13);//HX711 DT-pin12, SCK-pin13 Servo srv; LiquidCrystal lcd(A5, A4, A3, A2, A1, A0); long time_; int dist, weight, offset = 0, weig_set = 0, dist_set = 0; const unsigned int v_sonic = 340, hight = 10; unsigned char mode = 0; float calib = 1; void setup() { Serial.begin(9600); pinMode(Trig, OUTPUT); pinMode(Echo, INPUT); pinMode(Pump, OUTPUT); pinMode(2, INPUT); attachInterrupt(digitalPinToInterrupt(2), chuyen_mode, FALLING); lcd.begin(16, 2); loadcell.set_scale(435.48);//Hệ số hiệu chỉnh loadcell loadcell.tare();//Reset Module HX711 srv.attach(6); EEPROM.get(0, weig_set); EEPROM.get(5, dist_set); EEPROM.get(10, offset); lcd.clear(); lcd.setCursor(4, 0); lcd.print("HE THONG"); lcd.setCursor(0, 1); lcd.print("MANG AN TU DONG"); delay(1000); } void setup_mode() { 32 mode ++; EEPROM.update(0, weig_set); EEPROM.update(5, dist_set); EEPROM.update(10, offset); loadcell.set_offset(offset); if (mode == 4) mode = 0; } void chuyen_mode() { delay(5); if (!digitalRead(2)) { setup_mode(); while (!digitalRead(2)); } } void read_sensor() { weight = loadcell.get_units(); digitalWrite(Trig, LOW); delayMicroseconds(2); digitalWrite(Trig, HIGH); delayMicroseconds(10); digitalWrite(Trig, LOW); time_ = pulseIn(Echo, HIGH); dist = time_ * 0.34 / / 10; //Đơn vị cm dist = hight - dist; if (dist < 0) dist = 0; if (weight < 0) weight = 0; } void loop() { if (Serial.available() > 0) 33 state = Serial.read(); if (state == 1) { delay(5); setup_mode(); state = 0; } switch (mode) { case 0://Che tu dong { read_sensor(); if (weight < weig_set) srv.write(180); else srv.write(0); if (dist < dist_set) digitalWrite(Pump, HIGH); else digitalWrite(Pump, LOW); lcd.clear(); lcd.setCursor(0, 0); lcd.print("CAM:"); lcd.setCursor(9, 0); lcd.print(weight); lcd.setCursor(13, 0); lcd.print("gam"); lcd.setCursor(0, 1); lcd.print("NUOC:"); lcd.setCursor(9, 1); lcd.print(dist); lcd.setCursor(13, 1); lcd.print(" cm"); delay(500); Serial.print(" Lượng cám : "); Serial.print(weight); Serial.println(" gam"); Serial.print("Lượng nước : "); Serial.print(dist); Serial.print(" cm"); break; } case 1://control manual { if (state == 11) // on bom nuoc { digitalWrite(Pump, HIGH); delay(5); 34 a = "on"; } if ( state == 12) // off bom nuoc { digitalWrite(Pump, LOW); delay(5); a = "off"; } if ( state == 13) // on cam { srv.write(180); delay(5); b = "on"; } if ( state == 14) // off cam { srv.write(0); delay(5); b = "off"; } state = 0; lcd.clear(); lcd.setCursor(0, 0); lcd.print("Che manulal:"); lcd.setCursor(0, 1); lcd.print("bom:"); lcd.print(a); lcd.setCursor(8, 1); lcd.print("cam:"); lcd.print(b); delay(100); state=0; break; } case 2://Chinh luong nuoc { if(dist_set 0)) dist_set ; } lcd.clear(); lcd.setCursor(0, 0); lcd.print("Chinh muc nuoc:"); lcd.setCursor(9, 1); lcd.print(dist_set); lcd.setCursor(13, 1); lcd.print(" cm"); delay(100); state = 0; break; } case 3://Chinh luong cam { if(weig_set 0)) weig_set ; } lcd.clear(); lcd.setCursor(0, 0); lcd.print("Chinh luong cam:"); lcd.setCursor(9, 1); lcd.print(weig_set); 36 lcd.setCursor(13, 1); lcd.print("gam"); delay(400); state = 0; break;} default:; } } 37 ... Hạnh phúc o0o PHIẾU GIAO ĐỒ ÁN MÔN HỌC Môn học: Hệ thống nhúng Sinh viên Bộ môn: Tin Học Công Nghiệp Lớp: Ngành : Tin Học Công Nghiệp 1.Tên đề tài: Xây dựng hệ thống cung cấp thức ăn, nước... thức ăn, nước uống điều khiển thiết bị hệ thống Các vẽ, chương trình đồ thị: - Các vẽ đồ án phải rõ nét, vẽ nguyên lý đầy đủ in khổ A3 (đóng báo cáo) - Sơ đồ nguyên lý vẽ Altium Designer, Proteus... Android hệ thống Dùng để truyền liệu từ hệ thống đến điện thoại Android Dùng để cấp nguồn cho module bluetooth HC-05 Chân nối đất module Bluetooth HC-05 Sơ đồ kết nối : 18 Hình 15: Sơ đồ nối chân