1. Trang chủ
  2. » Giáo Dục - Đào Tạo

Đo, điều khiển nhiệt độ, độ ẩm của đất trong nhà kính thông qua mạng cảm biến không dây

23 37 0

Đang tải... (xem toàn văn)

Tài liệu hạn chế xem trước, để xem đầy đủ mời bạn chọn Tải xuống

THÔNG TIN TÀI LIỆU

Thông tin cơ bản

Định dạng
Số trang 23
Dung lượng 528,93 KB

Nội dung

Nơ ̣i dung LỜI NĨI ĐẦU LỜI CẢM ƠN TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI 1.1 Đặt vấn đề 1.2 Mục tiêu đề tài 1.3 Tính tối ưu đề tài Chương II PHÂN TÍCH ĐỀ TÀI 2.1 Bài toán thực tế 2.2 Yêu cầu .5 Chương III: GIỚI THIỆU VỀ INTERNET OF THINGS VÀ LỰA CHỌN CÔNG NGHỆ & PHẦN CỨNG 3.1 Internet of things 3.1.1 Khái niệm 3.1.2 Đặc tính IoT 3.1.3 Ứng dụng IoT 3.2 Lựa chọn công nghệ & phần cứng 3.2.1 Cảm biến nhiệt độ, độ ẩm khơng khí 3.2.2 Cảm biến độ ẩm đất 3.2.3 Công nghệ truyền thông .8 3.2.4 Modul truyền thông 3.3 Cấu trúc phần mềm và lâ ̣p trình Arduino IDE 32 10 3.3.1 Cấu trúc phần mềm các hàm bản 10 3.3.2 Các hàm vào số 11 3.4 Lựa chọn nguồn mạch nguồn cung cấp cho node cảm biến 12 3.5 Chu kì lấy mẫu 12 Chương IV: Thiết kế mô hình thực tế 12 4.1 Giới thiệu chung hệ thống 12 4.2 Thiết kế web chương trình nạp code cho ESP32 Dev Module 13 4.2.1 Thiết kế webserver 13 4.4 Mạch phần cứng .18 4.4.1 Kết thực tiễn 18 KẾT LUẬN 19 LỜI NÓI ĐẦU Trong xu phát triển nay, với bùng nổ ngành công nghệ thơng tin, điện tử, tự động hóa,… Đã làm cho đời sống người ngày hoàn thiện Các thiết bị điện tử thông minh ngày phát triển vào sản xuất chí vào sống sinh hoạt hàng ngày người Để giúp cho nơng nghiệp nhà kính thuận tiện dễ dàng hơn, sinh viên khoa Tự động hóa trường đại học Bách Khoa Hà Nội , kiến thức học mong muốn thiết kế mơ hình giám sát điều khiển thơng số mơi trường Nhóm em chọn làm đồ án “Đo, điều khiển nhiệt độ, độ ẩm đất nhà kính thơng qua mạng cảm biến không dây ” làm đề tài cho tập lớn Trong trình thực đồ án mình, hướng dẫn Lê Minh Thùy anh chị , em cố gắng để hoàn thiện cách tốt Nhưng với kiến thức hiểu biết có hạn nên khơng tránh khỏi thiếu sót mong thầy bạn đóng góp ý kiến đề tài em hồn thiện LỜI CẢM ƠN Lời đầu tiên, cho chúng em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến cô giáo Lê Minh Thùy anh chị tận tình hướng dẫn, bảo, cung cấp tài liệu cần thiết, giúp đỡ động viên để em hồn thành đồ án này.Trong thời gian làm việc với cô anh chị em không ngừng tiếp thu thêm nhiều kiến thức bổ ích mà học tập tinh thần làm việc, thái độ nghiên cứu khoa học nghiêm túc , hiệu , điều cần thiết cho em q trình học cơng tác sau Em xin chân thành cảm ơn! Chương I: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI 1.1 Đặt vấn đề Xã hội ngày phát triển, công nghiệp ngày trở nên tiên tiến Hiện thời đại cách mạng cơng nghiệp 4.0, kết hợp cao độ hệ thống siêu kết nối vật lý kỹ thuật số với tâm điểm internet, vạn vật kết nối (IoT) trí tuệ nhân tạo Cơng nghệ 4.0 giải phóng người khỏi cơng việc nặng nhọc đầu óc Thế đa số nơng nghiệp xảy vấn đề chung chậm trễ cập nhật nhiệt độ, độ ẩm điều khiển để có hiệu cao Chính vậy, em chọn đề tài “Đo, điều khiển nhiệt độ, độ ẩm đất nhà kính thơng qua mạng cảm biến không dây” việc thiết kế node cảm biến để đo điều khiển nhiệt độ nhằm áp dụng công nghệ truyền tin không dây giúp việc phục vụ nông nghiệp cách dễ dàng 1.2 Mục tiêu đề tài - Nghiên cứu sở lý thuyết để xây dựng mơ hình node cảm biển sử dụng esp32 DHT11 Nghiên cứu công nghệ truyền tin không dây qua chuẩn wifi Đưa liệu lên máy tính qua web sever 1.3 Tính tối ưu đề tài - Sử dụng mạng internet qua máy tính, đơn giản việc sử dụng góp phần nâng cao chất lượng tính đại ngành nơng nghiệp Giảm thiểu sức người, tăng tính hiệu nhanh chóng phục vụ nơng nghiệp Mơ hình đơn giản , dễ thao tác sử dụng Có tính linh động, mở rộng phát triển theo nhu cầu khách hàng sau Chương II PHÂN TÍCH ĐỀ TÀI 2.1 Bài tốn thực tế Một nhà kính có diện tích khoảng 100x100m2 chia làm phần hình minh họa Mỗi phần nhà kính (I-IV) trồng loại khác nhau, yêu cầu độ ẩm nhiệt độ khác Mỗi phần có diện tích khoảng 50x50m2 Giả sử phần, nhiệt độ độ ẩm đất chỗ (do quy trình tưới, ánh sáng… nhau) 2.2 Yêu cầu Đo nhiệt độ, độ ẩm khơng khí đo độ ẩm đất, hiển thị số liệu lên hình giám sát, điều khiển bơm tưới phun sương độ ẩm đạt yêu cầu cho trước Chương III: GIỚI THIỆU VỀ INTERNET OF THINGS VÀ LỰA CHỌN CÔNG NGHỆ & PHẦN CỨNG 3.1 Internet of things 3.1.1 Khái niệm  Internet of things (IoT) kịch giới, mà đồ vật, người cung cấp định danh riêng mình, tất có khả truyền tải, trao đổi thơng tin, liệu qua mạng mà không cần đến tương tác trực tiếp người với người, hay người với máy tính IoT phát triển từ hội tụ công nghệ không dây , cơng nghệ vi điện tử Internet Nói đơn giản tập hợp thiết bị có khả kết nối với nhau, với Internet với giới bên ngồi để thực cơng việc Hay hiểu cách đơn giản IoT tất thiết bị kết nối với Việc kết nối thực qua Wifi, mạng viễn thông băng rộng ( 3G, 4G), Bluetooth, Zigbee, hồng ngoại … Các thiết bị điện thoại thông minh, máy pha cafe, máy giặt, tai nghe, bóng đèn, nhiều thiết bị khác Cisco, nhà cung cấp giải pháp thiết bị mạng hàng đầu dự báo : Đến năm 2020, có khoảng 50 tỉ đồ vật kết nối vào Internet, chí số gia tăng nhiều IoT mạng khổng lồ kết nối tất thứ, bao gồm người tồn mối quan hệ người người, người thiết bị, thiết bị thiết bị Một mạng lưới IoT chứa 50 đến 100 nghìn tỉ đối tượng kết nối mạng lưới theo dõi di chuyển đối tượng Một người sống thành thị bị bao bọc xung quanh 1000 đến 5000 đối tượng có khả theo dõi 3.1.2 Đặc tính IoT - Tính kết nối liên thơng ( interconnectivity) : Với IoT, điều kết nối với thông qua mạng lưới thông tin sở hạ tầng liên lạc tổng thể - Tính khơng đồng nhất : Các thiết bị IoT khơng đồng có phần cứng khác nhau, network khác Các thiết bị network tương tác với nhờ vào liên kết network - Thay đổi linh hoạt : Status thiết bị tự động thay đổi, ví dụ ngủ thức dậy, kết nối bị ngắt, vị trí thiết bị thay đổi, tốc độ thay đổi… Hơn nữa, số lượng thiết bị tự động thay đổi - Quy mơ lớn : Sẽ có lượng lớn thiết bị quản lý giao tiếp với Số lượng lớn nhiều so với số lượng máy tính kết nối Internet Số lượng thông tin truyền thiết bị lớn nhiều so với truyền người 3.1.3 Ứng dụng IoT IoT có ứng dụng rộng vơ cùng, kể số sau : - Quản lí chất thải - Quản lí lập kế hoạch quản lí thị - Quản lí mơi trường - Phản hồi tình khẩn cấp - Mua sắm thơng minh - Quản lí thiết bị cá nhân - Đồng hồ đo thông minh - … 3.2 Lựa chọn công nghệ & phần cứng Từ u cầu tốn, nhóm em có phân tích lựa chọn cơng nghệ phần cứng: STT Tên Đầu vào DHT11 Đầu Dải đo 00-50ºC 10VDC 20-95% DHT21 0-40-80ºC 10VDC 0-99.9% SHT11 0-40-125ºC 10VDC 0-100% 3.2.1 Cảm biến nhiệt độ, độ ẩm khơng khí Sai số Nguồn ±2ºC 3.5-5.5VDC ±5% ±0.3 ºC 3.5-5.5VDC ±3% ± 1ºC 3.5-5.5VDC ±3% Giá 50k 135k 150k Lựa chọn sử dụng DHT11 : - Dải đo phù hợp - Giá thành rẻ Hình 1: DHT11 3.2.2 Cảm biến độ ẩm đất ST T Tên Đầu vào Đầu Nguồn Giá TH 0-1 35k MDL77 0-1 3.55.5VDC 5VDC 48k Lựa chọn sử dụng MDL77 : - Giá thành rẻ 10 Hình 2: MDL77 3.2.3 Công nghệ truyền thông ST T Tên Tần số Phạm vi Tốc độ Bluetooth 2.4GHz 1Mbps Zigbee 2.4GHz 50150m(smart/BLE) 10-100m Wifi LoRa 2.4GHz 5GHz 430MHz 868/915MHz 50m Hàng Km 250kbps 150200Mbps 0.3bps50kbps Lựa chọn dung Wifi : - Phạm vi phù hợp - Tốc độ truyền phù hợp 3.2.4 Modul truyền thông Sử dụng mudul ESP32 11 Hình : modul ESP32 - Kích thước: 18 mm x 20 mm x mm - CPU: Xtensa Dual-Core 32-bit LX6 với tần số hoạt động lên đến 240 MHz Bộ nhớ trong: + 448 KBytes ROM cho booting tính lõi chip + 520 KBytes SRAM chip dùng cho liệu lệnh instruction + KBytes SRAM RTC (gọi RTC SLOW Memory) để truy xuất co-processor + KBytes SRAM RTC (gọi RTC FAST Memory) dùng cho lữu liệu, truy xuất CPU RTC boot từ chế độ Deep-sleep + Kbit EFUSE, với 256 bit cho hệ thống (địa MAC cấu hình chip), 768 cịn lại cho ứng dụng người dùng, gồm mã hóa nhớ Flash định ID cho chip - Kết nối WiFi: + Wi-Fi: 802.11 b/g/n/e/i +Bluetooth: BR/EDR phiên v4.2 BLE - Ethernet MAC hỗ trợ chuẩn: DMA IEEE 1588 - Bus hỗ trợ mang CAN 2.0 - Giao tiếp ngoại vi: + Bộ chuyển đổi ADC 12 bit, 16 kênh + Bộ chuyển đổi 8-bits DAC: kênh + 10 chân để giao tiếp với cảm biến chạm (touch sensor) + IR (TX/RX) 12 + Ngõ PWM cho điều khiển Motor + LED PWM: 16 kênh + Cảm biến Hall + Cảm biến nhiệt độ + X SPI + X I²S + X I²C + X UART - Nhiệt độ hoat động ổn định: -40C đến 85C - Điện áp hoạt động: 2.2-3.6V - Dòng tiêu thụ ổn định: 80mA - Bảo mật + IEEE 802.11 hỗ trợ chuẩn bảo mật: WFA, WPA/WPA2 WAPI + Mã hóa Flash + 1024-bit OTP, 768-bit cho người dung 3.3 Cấu trúc phần mềm và lâ ̣p trình Arduino IDE 32 3.3.1 Cấu trúc phần mềm các hàm bản Cấu trúc chương trình viết cho Arduino gồm hai phần hàm khởi tạo setup() vòng lặp loop() Hình 1.5 Mô hình cấu trúc của chương trình Arduino Hàm setup() gọi bắt đầu thiết kế Trong hàm khai báo biến khởi tạo, chế độ chân, bắt đầu sử dụng thư viện Hàm setup chạy lần sau lần bật nguồn reset mạch Arduino 13 Vòng lặp loop() sử dụng để lặp vòng lặp liên tiếp, chương trình thay đổi đáp ứng Sử dụng để điều khiển mạch Arduino 3.3.2 Các hàm vào số  Hàm pinMode(): Cấu hình chân thành chân vào chân Cú pháp: pinMode(pin, mode); Trong đó: pin số chân muốn đặt chế độ, mode chế độ INPUT, INPUT_PULLIP, OUTPUT Giá trị trả none  Ví dụ : int ledPin = 13; //ket noi den Led voi chan so 13 void setup() { pinMode(ledPin, OUTPUT);// dat chan so lam chan } void loop() { digitalWrite(ledPin, HIGH); // den led sang delay(1000); // doi 1s digitalWrite(ledPin, LOW); //den led tat delay(1000); //doi 1s }  serial.println (giá trị): In giá trị để Monitor Serial máy tính  pinMode (pin, chế độ): Cấu hình cho pin kỹ thuật số để đọc (đầu vào) viết (đầu ra) giá trị kỹ thuật số  digitalRead (pin): Đọc giá trị kỹ thuật số (HIGH LOW) pin cho đầu vào  digitalWrite (pin, giá trị): Ghi giá trị kỹ thuật số (HIGH LOW) với pin cho đầu ● Ví dụ : int ledPin = 13;//ket noi den led voi chan so 13 14 int inPin = 7; //ket noi chan so voi nut nhan int val = 0;// bien doc cac gia tri cua nut nhan void setup() { pinMode(ledPin, OUTPUT);// dat chan so 13 lam chan xuat pinMode(inPin, INPUT);//dat chan so lam chan nhap } void loop() { val = digitalRead(inPin); //doc du lieu tu chan so digitalWrite(ledPin, val); //den led se sang hoac tat theo nut nhan } 3.4 Lựa chọn nguồn mạch nguồn cung cấp cho node cảm biến Vì cảm biến đo nằm đất mơi trường có độ ẩm, khó tự chủ lượng nguy hiểm dùng điện áp cao hạ trực tiếp xuống, khó khăn triển khai hệ thống đường dây nên sử dụng nguồn pin an tồn dễ dàng Từ thơng số cảm biến lựa chọn, nhóm em lựa chọn ic ổn áp LM1117 đầu 3.3V 5V để ổn định nguồn cung cấp cho cảm biến modul truyền thơng 3.5 Chu kì lấy mẫu Vì nhiệt độ độ ẩm đại lượng thay đổi chậm tốn khơng cần độ xác cao thời gian ngắn nên chu kì lấy mẫu phút/ lần Chương IV: Thiết kế mơ hình thực tế 4.1 Giới thiệu chung hệ thống Hệ thống đo nhiệt độ, độ ẩm khơng khí, độ ẩm đất không dây dụng node 15 ESP32, DTH11,cảm biến độ ẩm đât biểu diễn lưu đồ sau (sơ đồ nút): Cảm biến nhiệt độ, độ ẩm DHT11 ESP32 đọc liệu cảm biến gửi lên server HTTP Server thị nhiệt độ độ ẩm Cảm biến độ ẩm đất Nguyên lí hoạt động: kit ESP32 kết nối với wifi thông qua giao thức HTTP trở thành client ESP32 đọc liệu từ cảm biến DHT11 cảm biến độ ẩm đất gửi lên webserver.Khi nhiệt độ độ ẩm thất mức thiết lập báo lên webserver webserver điều khiển máy bơm ( ví dụ điều khiển led) Sơ đồ nối dây 16 4.2 Thiết kế web chương trình nạp code cho ESP32 Dev Module 4.2.1 Thiết kế webserver a Code Webserver const char index_html[] PROGMEM = R"rawliteral( html { font-family: Arial; display: inline-block; margin: 0px auto; text-align: center; } h2 { font-size: 3.0rem; } p { font-size: 3.0rem; } units { font-size: 1.2rem; } dht-labels{ font-size: 1.5rem; vertical-align:middle; padding-bottom: 15px; } 17 ESP32 DHT Server

Temperature %TEMPERATURE% °C

Humidity %HUMIDITY% %

setInterval(function ( ) { var xhttp = new XMLHttpRequest(); xhttp.onreadystatechange = function() { if (this.readyState == && this.status == 200) { document.getElementById("temperature").innerHTML = this.responseText; } }; xhttp.open("GET", "/temperature", true); xhttp.send(); 18 }, 10000 ) ; setInterval(function ( ) { var xhttp = new XMLHttpRequest(); xhttp.onreadystatechange = function() { if (this.readyState == && this.status == 200) { document.getElementById("humidity").innerHTML = this.responseText; } }; xhttp.open("GET", "/humidity", true); xhttp.send(); }, 10000 ) ; )rawliteral"; b Giao diện Webserver 4.3.2 Viết chương trình code cho ESP32 Dev Module a Thư viện set pin cho DHT11 #include "WiFi.h" #include "ESPAsyncWebServer.h" 19 #include #include const char* ssid = "REPLACE_WITH_YOUR_SSID"; const char* password = "REPLACE_WITH_YOUR_PASSWORD"; #define DHTPIN 27 #define DHTTYPE DHT11 DHT dht(DHTPIN, DHTTYPE); float t; float h; b Khởi tạo port viết chương trình AsyncWebServer server(80); String readDHTTemperature() { float t = dht.readTemperature(); if (isnan(t)) { Serial.println("Failed to read from DHT sensor!"); return " "; } else { Serial.println(t); return String(t); } } String readDHTHumidity() { float h = dht.readHumidity(); if (isnan(h)) { Serial.println("Failed to read from DHT sensor!"); return " "; } else { Serial.println(h); return String(h); } } 20 c Viết chương trình cho setup loop void setup(){ Serial.begin(115200); pinMode(2, OUTPUT); dht.begin(); WiFi.begin(ssid, password); while (WiFi.status() != WL_CONNECTED) { delay(1000); Serial.println("Connecting to WiFi "); } Serial.println(WiFi.localIP()); server.on("/", HTTP_GET, [](AsyncWebServerRequest *request){ request->send_P(200, "text/html", index_html, processor); }); server.on("/temperature", HTTP_GET, [](AsyncWebServerRequest *request){ request->send_P(200, "text/plain", readDHTTemperature().c_str()); }); server.on("/humidity", HTTP_GET, [](AsyncWebServerRequest *request){ request->send_P(200, "text/plain", readDHTHumidity().c_str()); }); server.begin(); } void loop(){ if (t > 20){digitalWrite(2, HIGH);} else {digitalWrite(2, LOW);} } 4.4 Mạch phần cứng 4.4.1 Kết thực tiễn a, Kết ESP32 nhận liệu từ cảm biến gửi lên webserver 21 b, Khi nhiệt độ độ ẩm vượt mức quy định tự động tưới nước (led pin2 sáng) KẾT LUẬN Việc thiết kế hệ thống chng báo khơng dây qua internet có ý nghĩa to lớn, ứng dụng nhiều lĩnh vực đời sống xã hội cơng nghiệp Ngồi ra, module wifi Esp32 với nhiều tính mở nhiều hướng ứng dụng khác, phục vụ tốt cho việc học tập nghiên cứu sinh viên 22 Việc xây dựng hệ thống chuông báo không dây qua internet sử dụng kit dev module giúp em học hỏi thêm nhiều kiến thức có ích cho công việc sau này, kết thân em đạt : + Nghiên cứu sử dụng node MCU ESP32 DHT11, phần mềm lập trình IDE IoT việc thiết kế websever để nhận thông tin , liệu + Khai thác sức mạnh cơng nghệ thơng tin việc tìm kiếm tài liệu nghiên cứu + Hiểu ứng dụng IoT lĩnh vực khoa học đời sống cách thức hoạt động áp dụng vào thực tiễn  Hạn chế đề tài : + Chưa có kinh nghiệm chuyên sâu IoT nên việc thiết kế giới hạn + Chưa phát triển việc giám sát trình xảy lỗi + Bộ nhớ Rom nên hạn chế việc viết web Hướng phát triển đề tài - Phát triển nông nghiệp thông minh - Mở rộng thêm ứng dụng nodeMcu Esp8266 vào thực tiễn - Phát triển đề tài quy mô lớn 23 ... thơng số mơi trường Nhóm em chọn làm đồ án ? ?Đo, điều khiển nhiệt độ, độ ẩm đất nhà kính thơng qua mạng cảm biến không dây ” làm đề tài cho tập lớn Trong trình thực đồ án mình, hướng dẫn cô Lê... DHT11 Nghiên cứu công nghệ truyền tin không dây qua chuẩn wifi Đưa liệu lên máy tính qua web sever 1.3 Tính tối ưu đề tài - Sử dụng mạng internet qua máy tính, đơn giản việc sử dụng góp phần nâng... nhật nhiệt độ, độ ẩm điều khiển để có hiệu cao Chính vậy, em chọn đề tài ? ?Đo, điều khiển nhiệt độ, độ ẩm đất nhà kính thơng qua mạng cảm biến không dây” việc thiết kế node cảm biến để đo điều khiển

Ngày đăng: 23/12/2021, 18:51

TỪ KHÓA LIÊN QUAN

TÀI LIỆU CÙNG NGƯỜI DÙNG

TÀI LIỆU LIÊN QUAN