(Đồ án tốt nghiệp) ứng dụng vi điều khiển lopy và cảm biến lego M55TACK vào thiết kế và thi công mô hình nhà kính trồng hoa lan

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ TRUYỀN THÔNG ỨNG DỤNG VI ĐIỀU KHIỂN LOPY VÀ CẢM BIẾN LEGO M5STACK VÀO THIẾT KẾ VÀ THI CƠNG MƠ HÌNH NHÀ KÍNH TRỒNG HOA LAN GVHD: TRẦN THU HÀ SVTH: LÊ TẤN ĐẠT SVTH: ĐẶNG MINH THIỆN SKL007355 Tp Hồ Chí Minh, tháng 08/2020 BỘ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH - ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ TRUYỀN THÔNG ĐỀ TÀI: ỨNG DỤNG VI ĐIỀU KHIỂN LOPY VÀ CẢM BIẾN LEGO M5STACK VÀO THIẾT KẾ VÀ THI CƠNG MƠ HÌNH NHÀ KÍNH TRỒNG HOA LAN GVHD: PGS.TS Trần Thu Hà SVTH: Lê Tấn Đạt MSSV: 16141131 SVTH: Đặng Minh Thiện MSSV: 16141283 Tp Hồ Chí Minh – 08/2020 Ứng dụng vi điều khiển LoPy cảm biến Lego M5STACK vào thiết kế thi cơng mơ hình nhà kính tr ồng hoa Lan Ứng dụng vi điều khiển LoPy cảm biến Lego M5STACK vào thiết kế thi cơng mơ hình nhà kính tr ồng hoa Lan LỜI CAM ĐOAN Đề tài chúng em tự thực dựa vào số tài liệu trước khơng chép từ tài liệu hay cơng trình có trước Nhóm sinh viên thực Lê Tấn Đạt Đặng Minh Thiện i LỜI CẢM ƠN Chúng em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến thầy cô Bộ môn Điện tử Công nghiệp -Y Sinh thầy cô Khoa Điện – Điện Tử nhiệt tình giúp đỡ chúng em kiến thức liên quan tới lĩnh vực nghiên cứu đề tài, kiến thức mà thầy cô truyền đạt cho chúng em suốt thời gian học tập trường Xin gửi lời cảm ơn chân thành đến cô PGS.TS Trần Thu Hà trực tiếp hướng dẫn, tham gia đóng góp ý kiến, giúp đỡ, chia sẻ nhiều kiến thức quan trọng tạo điều kiện thuận lợi để chúng em hoàn thành tốt đề tài tốt nghiệp Chúng em gửi lời cảm ơn đến bạn lớp 16141DT chia sẻ trao đổi kiến thức kinh nghiệm quý báu trình thực đề tài Chúng em gửi lời cảm ơn ba mẹ người thân tạo điều kiện, động viên hỗ trợ chúng em lúc khó khăn thực đề tài Xin chân thành cảm ơn! Người thực đề tài Lê Tấn Đạt Đặng Minh Thiện ii TÓM TẮT Vi xử lý ngày phát triển sử dụng hầu hết hệ thống điều khiển công nghiệp thiết bị điện tử dân dụng Các nhà sản xuất điện tử cho đời dòng vi điều khiển với tính vượt bậc đáp ứng nhu cầu phát triển ngày cao khoa học kỹ thuật Và nhằm để nâng cao khả tự động thay cho người thúc đẩy lĩnh vực vi xử lý ngày phát triển khơng ngừng, thích nghi với yêu cầu điều khiển Mục đích muốn tiếp cận với cơng nghệ phát triển, nghiên cứu dịng vi điều khiển dòng cảm biến Đề tài: “Ứng dụng vi điều khiển LoPy cảm biến Lego M5STACK vào thiết kế thi cơng mơ hình nhà kính trồng hoa Lan” giải vấn đề Kết đạt được: - Thiết kế thi cơng mơ hình trồng hoa Lan: - Đo nhiệt độ, độ ẩm khơng khí, độ ẩm đất ánh sáng - Điều khiển giọng nói - Điều khiển với chế độ tự động chế độ điều khiển ứng dụng điện thoại App Android - Điều khiển, giám sát hẹn bật tắt thiết bị thông qua App Android - Giám sát Camera Với kết đạt được, nhóm hi vọng làm sở nghiên cứu, phát triển dòng vi điều khiển mở rộng phát triển đề tài liên quan iii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN LỜI CẢM ƠN TÓM TẮT MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH ẢNH DANH MỤC BẢNG CHƯƠNG TỔNG QUAN 1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ 1.2 MỤC TIÊU 1.3 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 1.4 BỐ CỤC CỦA ĐỒ ÁN CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 CƠ SỞ LÝ THUYẾT MƠ HÌNH TRỒNG HOA LAN 2.1.1 Cách trồng lan a Điều kiện nhiệt độ trồng lan b Điều kiện ánh sáng trồng lan c Độ ẩm cần thiết trồng lan d Độ thơng gió 2.1.2 Cách chăm sóc lan a Điều kiện ánh sáng chăm sóc lan b Điều kiện nhiệt độ độ ẩm chăm sóc lan c Chế độ nước tưới chăm sóc lan 2.2 GIỚI THIỆU VI ĐIỀU KHIỂN LOPY 2.2.1 Nền tảng IoT đa giao thức LoPy a Thông số LoPy iv CHƯƠNG 4: THI CƠNG HỆ THỐNG Hình 4.13 Lưu đồ điều khiển app BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH CHƯƠNG 4: THI CÔNG HỆ THỐNG Sau khởi động App Android vào trang chủ hình để điều khiển hệ thống Nếu nhấn nút “TỰ ĐỘNG” gửi chuỗi ký tự “auto” lên Firebase Từ Firebase gửi đến vi điều khiển để thực lệnh tự động Khi đó, vi điều khiển điều khiển hệ thống công suất thông qua thông số mà cảm biến đo Nếu nhấn nút “ĐIỀU KHIỂN” gửi chuỗi ký tự “manual” lên Firebase Từ Firebase gửi đến vi điều khiển để thực lện điều khiển, với nút nhấn: tự động, bật đèn, tắt đèn, bật phun sương, tắt phun sương xóa Khi nhấn nút “ĐIỀU KHIỂN BẰNG GIỌNG NÓI”, hệ thống ghi âm chuỗi lệnh sau gửi lên Firebase để điều khiển thiết bị tương tự nút “ CÀI ĐẶT THỜI GIAN” “GIÁM SÁT CAMERA” 4.3 VIẾT TÀI LIỆU HƯỚNG DẪN SỬ DỤNG, THAO TÁC Bước 1: Cấp nguồn cho hệ thống, hệ thống sử dụng nguồn 220V AC Adapter 5VDC - 1A cấp nguồn cho mạch điều khiển Adapter 12VDC - 5A cấp nguồn cho quạt phun sương Nguồn 220VAC cấp nguồn cho đèn Bước 2: Mở kết nối WiFi Sau khoảng thời gian LoPy kết nối WiFi Cài đặt App điện thoại tên “IoT” kết nối WiFi Hệ thống tự động khởi tạo giá trị nhiệt độ, độ ẩm khơng khí, độ ẩm đất ánh sáng hiển thị kết LCD RGB App Android liên tục Bước 3: Điều khiển thiết bị thông qua App “IoT” Ở trang chủ App, chọn chế độ điều khiển tự động chế độ điều khiển Điều khiển quạt, đèn phun sương Ngồi ra, điều khiển thiết bị thơng qua giọng nói cài đặt thời gian giám sát trực tiếp camera BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH CHƯƠNG 5: KẾT QUẢ NHẬN XÉT ĐÁNH GIÁ CHƯƠNG KẾT QUẢ_NHẬN XÉT_ĐÁNH GIÁ 5.1 KẾT QUẢ 5.1.1 Kết nghiên cứu Sau hồn thành đồ án, nhóm nghiên cứu tích lũy thêm nhiều kinh nghiệm, kiến thức như: Về vi điều khiển: biết cách lập trình cách nạp code cho vi điều khiển LoPy Biết cách sử dụng ESP32-CAM Biết cách giao tiếp vi điều khiển LoPy với số loại cảm biến Grove hãng M5STACK, hình LCD RGB, giao tiếp LoPy sở liệu Firebase Hiểu rõ chuẩn giao tiếp I2C, Grove Về công cụ, phần mềm: Biết cách sử dụng công cụ lập trình ứng dụng điện thoại MIT App Inventor, trau dồi kỹ thiết kế PCB phần mềm Protues Biết sử dụng phần mềm AutoCAD 2D để thiết kết khung trước khung sau mô hình Về App Android: Biết cách sử dụng phần mềm thiết kế MIT Inventor để lập trình tạo ứng dụng diện thoại Biết cách ứng dụng hàm phần mềm để tạo giao diện điều khiển giam sát liệu đồng liệu firebase ứng dụng để giám sát điều khiển từ xa Về hình hiển thị: Hiểu rõ tính ứng dụng hình LCD RGB thay đổi màu tùy ý Biết cách hiển thị thông số cảm biến hình 5.1.2 Kết thi cơng mơ hình trồng hoa Lan Sau hồn thành thi cơng hệ thống với trình chạy thử nghiệm, kiểm tra xử lý lỗi kết hồn thiện sản phẩm a Bộ điều khiển hệ thống Cấp nguồn cho hệ thống, chờ đợi để hệ thống khởi động hoạt động bình thường kết nối wifi Nếu xuất lỗi ngồi dự đốn, ta phải reset ngắt nguồn hệ thống Hiển thị LCD: - Góc trái hàng thứ 1: Hiển thị thơng số ánh sáng mà cảm biến đo - Góc phải hàng thứ 1: Hiển thị thông số độ ẩm đất mà cảm biến đo BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH CHƯƠNG 5: KẾT QUẢ NHẬN XÉT ĐÁNH GIÁ - Góc trái hàng thứ Hiển thị thông số nhiệt độ mà cảm biến đo - Góc phải hàng thứ Hiển thị thơng số độ ẩm khơng khí mà cảm biến đo b Điều khiển giám sát mơ hình từ xa điện thoại Để đăng nhập vào giao diện điều khiển giám sát liệu bắt buộc ta phải nhập mật Mật mặc định ban đầu “12345” , thay đổi mật tùy người dùng mục cài đặt Để điều khiển thiết bị giám sát liệu từ ứng dụng điện thoại, yêu cầu điện thoại phải kết nối internet Hình 5.1 Giao diện đăng nhập điện thoại Hình 5.2 Cảnh báo sai mật App Android BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH CHƯƠNG 5: KẾT QUẢ NHẬN XÉT ĐÁNH GIÁ Sau đăng nhập thành cơng, hình chuyển sang giao diện menu Các tùy chọn tương ứng với chức điều khiển Hình 5.3 Giao diện menu Hình 5.4 Giao diện menu BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH CHƯƠNG 5: KẾT QUẢ NHẬN XÉT ĐÁNH GIÁ Hình 5.6 Giao diện đổi mật Hình 5.7 Thơng báo sai mật Tùy vào mục đích người dùng sử dụng App để điều khiển hệ thống Trong trang thông tin hướng dẫn cách sử dụng App “IoT” cài đặt mật Khi nhấn nút Thoát giao diện menu xuất thông báo để lựa chọn ứng dụng hay khơng Trong giao diện đổi mật khẩu, yêu cầu nhập mật lặp lại mật phải trùng khớp, không giống xuất thơng báo Hình 5.8 Giao diện trang chủ BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH CHƯƠNG 5: KẾT QUẢ NHẬN XÉT ĐÁNH GIÁ Trong chế độ “ TỰ ĐỘNG” hệ thống cập nhật giá trị cảm biến so sánh với giá trị cài đặt trước điều khiển thiết bị tự động, đặc biệt chế độ tự động không cài đặt thời gian bật tắt thiết bị nhấn nút bật, tắt chế độ điều khiển Giao diện trang chủ điều khiển thiết bị, giám sát nhiệt độ, độ ẩm khơng khí, độ ẩm đất ánh sáng điều khiển trung tâm Khi chế độ “ ĐIỀU KHIỂN” , nhấn “BẬT” “ ĐÈN”, icon đèn chuyển từ màu xám sang màu vàng đồng thời gửi tín hiệu “1” qua Firebase để điều khiển hệ thống, lúc đèn mơ hình bật Cần đợi khoảng thời gian để tín hiệu từ điện thoại gửi qua Firebase sau gửi đến điều khiển trung tâm để xử lý thực liệu Tín hiệu bị trễ ảnh hưởng tốc độ mạng, tốc độ truyền nhận liệu chuẩn truyền thông, tốc độ xử lý vi điều khiển,… Thời gian trễ trung bình đo 5s Ngược lại, nhấn “ TẮT” “ĐÈN”, icon trở màu xám gửi tín hiệu “0” qua Firebase tắt đèn Tương tự cho quạt phun sương c Cài đặt thời gian bật tắt thiết bị Để cài đặt thời gian hệ thống phải chế độ điều khiển Trong đề tài này, thời gian thực đơn vị giây Do hệ thống mạng giao thức truyền, nên hệ thống bị trễ 3s, bật tắt thiết bị bị trễ 3s nên yêu cầu cài đặt thời gian lớn 3s để bảo đảm an toàn hệ thống Các thiết bị đèn, quạt, phun sương cài đặt tùy theo yêu cầu người dùng Hình 5.9 Giao diện cài đặt thời gian BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH CHƯƠNG 5: KẾT QUẢ NHẬN XÉT ĐÁNH GIÁ d Điều khiển thiết bị giám sát liệu khơng có internet Vì số lý như: modem wifi điện, modem wifi kết nối internet điều khiển trung tâm kết nối wifi Lúc hệ thống chuyển sang chế độ tự động Hệ thống hoạt động bình thường Ứng dụng điều khiển giám sát thiết bị từ xa trênđiện thoại hoạt động hệ thống kết nối lại với internet Khi hệ thống khơng có kết nối internet tốc độ đáp ứng hệ thống nhanh khơng cịn ảnh hưởng tốc độ mạng 5.2 NHẬN XÉT VÀ ĐÁNH GIÁ 5.2.1 Nhận xét Nhìn chung, hệ thống hoạt động ổn định, đáp ứng mong muốn thao tác người dùng Bên cạnh hệ thống mở rộng thêm chức cài đặt thời gian, điều khiển thiết bị giọng nói giám sát trực tiếp camera Dưới số ưu điểm khuyết điểm hệ thống mà nhóm tổng hợp q trình nghiên cứu, thi công đề tài: a Ưu điểm - Mơ hình đơn giản dễ sử dụng với hoa Lan tương tự - Giao diện ứng dụng điện thoại đơn giản, dễ thao tác với đầy đủ chức cần thiết cho người dùng tùy chọn - Các điều khiển đồng trạng thái với động với ứng dụng điện thoại - Có thể điều khiển giám sát liệu hệ thống đâu điện thoại có kết nối internet (với yêu cầu điều khiển cung cấp nguồn điện) b Nhược điểm - Hệ thống chưa đáp ứng thao tác người dùng phụ thuộc vào nhiều yếu tố như: tốc độ internet, tốc độ truyền nhận liệu chuẩn truyền thông, tốc độ xử lý vi điều khiển,… - Khi hệ thống khơng có internet hoạt động chế độ tự động 5.2.2 Đánh giá Giao diện ứng dụng có liệu từ điện thoại gửi lên Database Web hiển thị BỘ MƠN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH CHƯƠNG 5: KẾT QUẢ NHẬN XÉT ĐÁNH GIÁ Hình 5.10 Kết sở liệu Khi chạy hệ thống thông số môi trường hiển thị Firebase cập nhật liên tục qua WiFi Bảng 5.1 Kết chạy App điều khiển Wifi Số lần 30 30 30 30 Sau cấp nguồn cho phép bắt đầu hệ thống hoạt động, thiết bị bắt đầu hoạt động.Các thiết bị hoạt động theo thời gian cài đặt theo cảm biến có tín hiệu Bảng 5.2 Kết thực tế Số lần 30 30 Nội dung Màn hình LCD hiển thị Đèn, bơm, phun sương, mái che hoạt lệnh điều khiển BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN CHƯƠNG KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 6.1 KẾT LUẬN Sau thời gian nghiên cứu, tìm hiểu thực nhóm hồn thành đề tài “ Ứng dụng vi điều khiển LoPy cảm biến Lego M5STACK vào thiết kế thi công mô hình nhà kính trồng hoa Lan” Đề tài giải hoàn thành mục tiêu đặt ban đầu như: - Tìm hiểu tổng quan: cấu tạo phần cứng, chức chân dòng vi điều khiển LoPy - Nghiên cứu mã nguồn mở cảm biến M5STACK chuẩn Grove - Thiết kế thi công mơ hình trồng tự động điều khiển tùy thuộc vào thông số môi trường - Thiết kế App điều khiển từ xa, đặc biệt điều khiển giọng nói (ngơn ngữ tiếng Việt) - Mơ hình hệ thống dễ sử dụng, tiện lợi, đáp ứng nhu cầu cần thiết sử dụng thiết bị người dùng - Lưu liệu vào database nên dễ dàng theo dõi xóa liệu - Hệ thống giám sát điều khiển đâu ứng dụng điện thoại với yêu cầu điện thoại điều khiển trung tâm phải có kết nối Internet Tuy nhiên, hệ thống hoạt động mức tương đối ổn định tốc độ đáp ứng chưa cao ảnh hưởng nhiều yếu như: tốc độ mạng, tốc độ truyền nhận liệu chuẩn truyền thông,… 6.2 HƯỚNG PHÁT TRIỂN Để ứng dụng vào thực tế, hệ thống bắt buộc phải tối ưu mặt, đề cao an toàn tiện ích cho người dùng Dưới số hướng phát triển để sản phẩm tối ưu hơn: - Tối ưu chương trình, sử dụng vi điều khiển có tốc độ xử lý nhanh nhằm tối ưu tốc độ đáp ứng hệ thống - Kết hợp với số module cảm biến đo độ dinh dưỡng - Kết hợp với khóa vân tay để tăng tính bảo mật hệ thống - Có phát tín hiệu hệ thống gặp cố cháy nổ, điện BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN - Thiết kế nguồn điện dự phòng điện Có thể sử dụng nguồn lượng lượng gió, lượng mặt trời để thay - Thiết kế hệ thống phát trồng bị sâu bệnh Có chế độ chăm sóc riêng cho loại BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH TÀI LIỆU THAM KHẢO Sách kham thảo [1] Nguyễn Quang Thạnh, Phan Thanh Triều, “Thi cơng mơ hình hệ thống trồng hoa Lan”, Đồ án tốt nghiệp, trường ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật Tp.HCM, 2019 [2] Huỳnh Xuân Dũng, Trần Nhật Minh, “Hệ thống IoT điều khiển giám sát nhà”, Đồ án tốt nghiệp, trường ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật Tp.HCM, 2018 [3] Nguyễn Trường Duy, Võ Đức Dũng, Nguyễn Thanh Hải, “Giáo trình Kỹ thuật số”, Trường ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật Tp.HCM, Nhà xuất ĐH Quốc Gia, Tp.HCM, 2018 [4] Trần Thu Hà, “Giáo trình Điện tử bản”, trường ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật Tp.HCM, 2013 [5] Nguyễn Đình Phú, “Giáo Trình Vi Xử Lý ” , Xuất ĐH Quốc Gia Tp.HCM, 2016 [6] Trần Xuân Thức, Trần Văn Trí, “Thiết kế thi công hệ thống giám sát số môi trường hiển thị thông tin Wed ”, Đồ án tốt nghiệp, trường ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật Tp.HCM, 2019 [7] Trần Xuân Thức, Trần Văn Trí, “Thiết kế thi cơng thí nghiệm vi xử lý giao tiếp Intel Galileo”, Đồ án tốt nghiệp, trường ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật Tp.HCM, 2018 [8] Đào Xuân Sang, “ Nghiên cứu , tìm hiểu thi cơng tủ trồng rau cho hộ”, Đồ án tốt nghiệp, trường ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật Tp.HCM, 2019 Trang Web tham khảo [9] https://m5stack.com [10] https://m5stack.com/collections/m5-unit [11] https://docs.pycom.io/gettingstarted/connection/lopy4 [12] https://esp32.vn 70 ... điều khiển LoPy cảm biến Lego M5STACK vào thi? ??t kế thi cơng mơ hình nhà kính tr ồng hoa Lan Ứng dụng vi điều khiển LoPy cảm biến Lego M5STACK vào thi? ??t kế thi cơng mơ hình nhà kính tr ồng hoa Lan. .. ? ?Ứng dụng vi điều khiển LoPy cảm biến Lego M5STACK vào thi? ??t kế thi công mô hình nhà kính trồng hoa Lan? ?? Với vi điều khiển LoPy cảm biến Lego M5STACK mẻ chưa phổ biến rộng rãi cộng đồng nên tài... luận văn báo cáo bảo đề tài tốt nghiệp 1.4 BỐ CỤC CỦA ĐỒ ÁN Đề tài: ? ?Ứng dụng vi điều khiển LoPy cảm biến Lego M5STACK vào thi? ??t kế thi công mô hình nhà kính trồng hoa Lan? ?? có bố cục gồm chương: