Thiết kế hệ thống tưới nước tự động ứng dụng mạng zigbee

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH ĐIỆN TỬ TRUYỀN THÔNG THIẾT KẾ HỆ THỐNG TUỚI NUỚC TỰ ÐỘNG ỨNG DỤNG MẠNG ZIGBEE GVHD: ThS.HUỲNH HOÀNG HÀ SVTH: NGUYỄN MINH THIỆN MSSV: 12141219 SVTH: VÕ VĨNH HOÀNG MSSV: 12141091 SKL 0 2 Tp Hồ Chí Minh, tháng 07/2016 TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH KHOA ĐIỆN ĐIỆN TỬ BỘ MƠN KỸ THUẬT MÁY TÍNH - VIỄN THÔNG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ HỆ THỐNG TƯỚI NƯỚC TỰ ĐỘNG ỨNG DỤNG MẠNG ZIGBEE NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ TRUYỀN THÔNG Sinh viên: NGUYỄN MINH THIỆN MSSV: 12141219 VÕ VĨNH HOÀNG MSSV: 12141091 TP HỒ CHÍ MINH – 07/2016 LỜI CẢM ƠN Lời xin gửi lời cảm ơn đến tất quý thầy cô giảng dạy trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh, đặt biệt quý thầy cô Khoa Điện – Điện Tử giảng dạy cung cấp kiến thức bổ ích tạo tiền đề cho thực đồ án Chúng xin gửi lời cảm ơn chân thành đến giáo viên hướng dẫn thầy ThS.Huỳnh Hoàng Hà, thầy khởi tạo ý tưởng, cung cấp tài liệu, đồng thời tận tình hướng dẫn, giúp đỡ tạo điều kiện thuận lợi suốt trình thực đề tài Chúng xin gửi lời cảm ơn đến gia đình, bạn bè thầy khoa tận tình giúp đỡ cho chúng tơi có hội nghiên cứu thực đề tài Mặc dù cố gắng để thực đề tài cách hoàn chỉnh Song buổi đầu làm quen tiếp cận lĩnh vực hạn chế kiến thức kinh nghiệm nên tránh khỏi thiếu sót định mà thân chưa nhìn nhận Chúng tơi mong nhận góp ý q Thầy, Cơ giáo bạn để đề tài hoàn thiện Xin chân thành cảm ơn! Thực đề tài NGUYỄN MINH THIỆN VÕ VĨNH HỒNG v TĨM TẮT Đề tài thực dựa yêu cầu thực tế, với mục đích mang lại thuận tiện chăm sóc khu vườn có diện tích lớn, với tính điều khiển từ xa giúp người dùng dễ dàng theo dõi thông tin khu vườn máy tính, điện thoại thơng minh có phương án tưới nước tự động theo thời gian nhiệt độ, độ ẩm, độ ẩm đất mong muốn Mặt khác, sinh viên, nhu cầu nắm bắt công nghệ mới, tìm hiểu kiến thức ngồi chương trình học triển khai ứng dụng hệ thống mạng không dây nói chung, mạng Zigbee nói riêng vào lĩnh vực nông nghiệp, công nghiệp, y tế, đặc biệt truyền thông để thay công nghệ cũ, lạc hậu giảm thiểu lao động thủ cơng, cần thiết Từ đó, nhóm định chọn đề tài “Thiết kế hệ thống tưới nước tự động ứng dụng mạng Zigbee” dựa mạch STM32F103C8T6, Zigbee DRF1605H Raspberry Pi B+ để nghiên cứu thực vi LỜI CẢM ƠN Lời xin gửi lời cảm ơn đến tất quý thầy cô giảng dạy trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh, đặt biệt quý thầy cô Khoa Điện – Điện Tử giảng dạy cung cấp kiến thức bổ ích tạo tiền đề cho thực đồ án Chúng xin gửi lời cảm ơn chân thành đến giáo viên hướng dẫn thầy ThS.Huỳnh Hoàng Hà, thầy khởi tạo ý tưởng, cung cấp tài liệu, đồng thời tận tình hướng dẫn, giúp đỡ tạo điều kiện thuận lợi suốt trình thực đề tài Chúng xin gửi lời cảm ơn đến gia đình, bạn bè thầy khoa tận tình giúp đỡ cho chúng tơi có hội nghiên cứu thực đề tài Mặc dù cố gắng để thực đề tài cách hoàn chỉnh Song buổi đầu làm quen tiếp cận lĩnh vực hạn chế kiến thức kinh nghiệm nên tránh khỏi thiếu sót định mà thân chưa nhìn nhận Chúng tơi mong nhận góp ý q Thầy, Cơ giáo bạn để đề tài hoàn thiện Xin chân thành cảm ơn! Thực đề tài NGUYỄN MINH THIỆN VÕ VĨNH HỒNG iii TĨM TẮT Đề tài thực dựa yêu cầu thực tế, với mục đích mang lại thuận tiện chăm sóc khu vườn có diện tích lớn, với tính điều khiển từ xa giúp người dùng dễ dàng theo dõi thơng tin khu vườn máy tính, điện thoại thơng minh có phương án tưới nước tự động theo thời gian nhiệt độ, độ ẩm, độ ẩm đất mong muốn Mặt khác, sinh viên, nhu cầu nắm bắt cơng nghệ mới, tìm hiểu kiến thức ngồi chương trình học triển khai ứng dụng hệ thống mạng khơng dây nói chung, mạng Zigbee nói riêng vào lĩnh vực nông nghiệp, công nghiệp, y tế, đặc biệt truyền thông để thay công nghệ cũ, lạc hậu giảm thiểu lao động thủ công, cần thiết Từ đó, nhóm định chọn đề tài “Thiết kế hệ thống tưới nước tự động ứng dụng mạng Zigbee” dựa mạch STM32F103C8T6, Zigbee DRF1605H Raspberry Pi B+ để nghiên cứu thực iv MỤC LỤC Danh mục hình IX Danh mục bảng Error! Bookmark not defined.I Các từ viết tắt Error! Bookmark not defined.I CHƯƠNG GIỚI THIỆU 1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ 1.2 TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU 1.2.1 Nghiên cứu nước 1.2.2 Nghiên cứu nước 1.2.3 Đánh giá tổng quan 1.3 MỤC TIÊU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 1.3.1 Mục tiêu 1.3.2 Phương pháp nghiên cứu 1.4 ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU 1.5 BỐ CỤC KHÓA LUẬN CHƯƠNG CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 TỔNG QUAN VỀ ARM CORTEX M3 STM32F103 2.1.1 Tóm tắt lịch sử ARM 2.1.2 Đặc điểm bật STM32 10 2.1.3 Các phiên cấu trúc ARM 11 2.1.4 Bộ xử lý đơn vị xử lý trung tâm Cortex 12 2.1.5 Kiến trúc hệ thống 15 2.1.6 Tối đa hiệu 16 2.1.7 Các ngoại vi 17 v 2.1.8 Kết nối với giao tiếp khác 19 2.1.9 Chế độ tiêu thụ lượng thấp 22 2.2 TỔNG QUAN VỀ MẠNG CẢM BIẾN KHÔNG DÂY ZIGBEE/IEEE 802.15.4 24 2.2.1 Sơ lược Zigbee/IEEE 802.15.4 24 2.2.2 Các thiết bị mạng cảm biến không dây Zigbee 27 2.2.3 Mơ hình mạng Zigbee 28 2.2.4 Kiến trúc tổng quan mạng Zigbee/IEEE 802.15.4 31 2.2.5 Ưu nhược điểm Zigbee 40 2.2.6 Các ứng dụng sử dụng Zigbee 40 2.3 TỔNG QUAN VỀ NGÔN NGỮ PYTHON 43 2.3.1 Khái niệm 43 2.3.2 Đăc điểm ngơn ngữ lập trình Python 43 2.3.3 Cấu trúc ngôn ngữ python 45 2.4 NGƠN NGỮ LẬP TRÌNH WEB 46 2.4.1 Ngôn ngữ HTML 46 2.4.2 Ngôn ngữ PHP 47 2.4.3 Ngôn ngữ SQL 49 2.4.4 Ngôn ngữ JavaScript 49 2.5 HỆ ĐIỀU HÀNH LINUX 50 2.5.1 Khái quát 50 2.5.2 Các thư mục linux 51 2.6 WEB SERVER 53 CHƯƠNG THIẾT KẾ HỆ THỐNG 55 3.1 GIỚI THIỆU HỆ THỐNG 55 vi 3.1.1 Sơ đồ khối hệ thống 55 3.1.2 Sơ lược hệ thống mục đích thiết kế 55 3.2 GIỚI THIỆU PHẦN CỨNG SỬ DỤNG TRONG HỆ THỐNG 56 3.2.1 Giới thiệu mạch thí nghiệm STM32F103C8T6 56 3.2.2 Giới thiệu mạch thu phát RF Zigbee DRF1605H 58 3.2.3 Giới thiệu Raspberry Pi B+ 60 3.2.4 Giới thiệu cảm biến nhiệt độ, độ ẩm độ ẩm đất 62 3.2.5 Các mạch hỗ trợ 70 3.3 THIẾT KẾ PHẦN CỨNG 78 3.3.1 Board thu thập liệu điều khiển động 78 3.3.2 Board truyền liệu Zigbee 78 3.3.3 Board webserver 79 3.4 THIẾT KẾ PHẦN MỀM 79 3.4.1 Giải thuật chương trình 79 3.4.2 Cấu hình board truyền liệu Zigbee 81 3.4.3 Xây dựng hệ thống webserver Raspberry Pi 82 CHƯƠNG KẾT QUẢ THỰC HIỆN 92 4.1 THU THẬP DỮ LIỆU 92 4.2 HOẠT ĐỘNG CỦA MẠNG ZIGBEE 93 4.3 TRANG WEB HIỂN THỊ 93 4.4 PHÂN TÍCH KẾT QUẢ 96 4.4.1 Sự hoạt động mạng Zigbee mơ hình thực tế 96 4.4.2 Sự hoạt động khối web server 96 4.4.3 Sự hoạt động khối điều khiển động 96 4.4.4 Đánh giá liệu từ cảm biến 96 vii 4.5 KẾT QUẢ THỰC TẾ 97 CHƯƠNG KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 98 5.1 KẾT LUẬN 98 5.1.1 Những vấn đề nghiên cứu 98 5.1.2 Những vấn đề hoàn thành 98 5.1.3 Những hạn chế đề tài 98 5.2 HƯỚNG PHÁT TRIỂN 99 PHỤ LỤC……………………………………………………………………100 TÀI LIỆU THAM KHẢO 101 viii ... kế hệ thống tưới nước tự động ứng dụng mạng Zigbee? ?? để nghiên cứu phát triển 1.2 TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU 1.2.1 Nghiên cứu ngồi nước Ở nước ngồi có nhiều nghiên cứu ứng dụng hệ thống tưới tự động. .. động thủ cơng, cần thiết Từ đó, nhóm định chọn đề tài ? ?Thiết kế hệ thống tưới nước tự động ứng dụng mạng Zigbee? ?? dựa mạch STM32F103C8T6, Zigbee DRF1605H Raspberry Pi B+ để nghiên cứu thực vi LỜI... động thủ cơng, cần thiết Từ đó, nhóm định chọn đề tài ? ?Thiết kế hệ thống tưới nước tự động ứng dụng mạng Zigbee? ?? dựa mạch STM32F103C8T6, Zigbee DRF1605H Raspberry Pi B+ để nghiên cứu thực iv MỤC