THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MÔ HÌNH ĐIỀU KHIỂN NHÀ TRỒNG HOA LAN SỬ DỤNG LORA

Bài luận văn đạt điểm 9.1710 trong kì báo cáo luận văn tốt nghiệp của trường Đại học Bách khoa Thành phố Hồ Chí Minh. Đề tài thiếu kế mô hình điều khiển nhà kính thông minh trồng hoa Lan, có sử dụng công nghệ Lora, IOT, Kết nối với Internet qua Blynk

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MÔ HÌNH ĐIỀU KHIỂN NHÀ TRỒNG HOA LAN SỬ DỤNG LORA Lời cảm ơn LỜI CẢM ƠN Khơng có thành công mà không gắn liền với hỗ trợ, giúp đỡ dù hay nhiều, dù trực tiếp hay gián tiếp từ người khác Trong suốt thời gian học tập giảng đường em nhận nhiều quan tâm, giúp đỡ quý thầy cô bạn bè Để thực Luận văn tốt nghiệp này, em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến Thầy Trần Cơng Binh tận tình giúp đỡ tạo điều kiện, góp ý chia sẻ nhiều kinh nghiệm quý báu cho em thực tốt đề tài Em xin gửi lời cảm ơn chân thành thầy cô mơn Thiết bị Điện nói riêng trường Đại học Bách Khoa TP.HCM nói chung- Điện tử nói chung tận tình dạy dỗ, bảo, cung cấp kiến thức chuyên môn làm sở tạo điều kiện tốt cho em hoàn thành đề tài Trong q trình hồn thành Luận văn tốt nghiệp em học thêm nhiều kiến thức giúp em có nhìn sơ hành trang quan trọng cho em để chuẩn bị cho chặng đường tới Mặc dù cố gắng trình thực hiện, nhiên khơng thể tránh thiếu sót, em mong nhận góp ý từ thầy để em hoàn thiện tốt Em xin chân thành cảm ơn! Tp Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2021 Sinh viên PHAN ĐĂNG HỒNG i TĨM TẮT LUẬN VĂN Đề tài luận văn tập trung vào: - Tìm hiểu đặc tính lồi hoa Lan, tìm hiểu thơng số cần điều khiển để chăm sóc cho hoa Lan như: nhiệt độ, độ ẩm, độ ẩm đất, ánh sáng - Thiết kế, xây dựng phương pháp đo lường thông số độ ẩm, nhiệt độ, độ ẩm đất, ánh sáng - Lựa chọn, thiết kế phương pháp truyền liệu đo trung tâm điều khiển xử lý liệu - Thiết kế thi công mạch điều khiển cho mơ hình nhà trồng hoa Lan - Thiết kế thi cơng mơ hình nhà kính, hệ thống điều khiển nhiệt độ, độ ẩm, dùng thiết bị quạt gió, phun sương, - Lập trình giám sát điều khiển mơ hình nhà trồng hoa Lan - Xây dựng kết nối với điện thoại di động qua Internet để giám sát điều khiển từ xa - Thử nghiệm, hiệu chỉnh báo cáo ii MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN i TÓM TẮT LUẬN VĂN ii DANH SÁCH HÌNH MINH HỌA v DANH SÁCH BẢNG SỐ LIỆU ix CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU 1.1 Giới thiệu IOT 1.2 Tổng quan đề tài 1.3 Nhiệm vụ đề tài 1.4 Nội dung nghiên cứu CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Lý thuyết hoa Lan 2.2 Mô tả quy trình chăm sóc hoa Lan CHƯƠNG 3: LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN VÀ THIẾT KẾ VƯỜN LAN .8 3.1 Lựa chọn phương thức truyền liệu .8 3.2 Lựa chọn Web Server App 11 3.3 Thiết kế vườn hoa Lan thực tế 13 CHƯƠNG 4: THIẾT KẾ SƠ ĐỒ KHỐI VÀ LỰA CHỌN THIẾT BỊ .18 4.1 Thiết kế sơ đồ khối mơ hình 18 4.2 Lựa chọn linh kiện 22 4.3 Các chuẩn truyền liệu sử dụng đề tài 48 CHƯƠNG 5: THIẾT KẾ VÀ THỰC HIỆN PHẦN CỨNG 52 5.1 Tính tốn thiết kế mạch điều khiển phần mềm Proteus 52 5.1.2 Khối Gateway 55 5.2 Thi công mạch in .59 iii 5.3 Thi cơng mơ hình nhà trồng hoa Lan 63 CHƯƠNG 6: GIẢI THUẬT ĐIỀU KHIỂN CHO MƠ HÌNH 66 6.1 Lưu đồ giải thuật cho khối Lora Node 67 6.2 Lưu đồ giải thuật cho khối Gateway 69 6.3 Thiết kế App Blynk 76 CHƯƠNG 7: VẬN HÀNH THỬ NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ MƠ HÌNH 81 7.1 Tiến hành thử nghiệm .81 7.2 Nhận xét đánh giá 81 7.3 Kết luận hướng phát triển 82 TÀI LIỆU THAM KHẢO 83 PHỤ LỤC 84 iv DANH SÁCH HÌNH MINH HỌA Hình 1 Internet Of Thing Hình Hoa Lan cách chăm sóc hoa thực tế Hình Blynk .11 Hình Phương thức hoạt động Blynk 12 Hình 3 Thiết kế vườn hoa Lan phần mềm SketchUp .13 Hình Cách thức hoạt động Lora .14 Hình Sơ đồ khối NODE-GATEWAY 15 Hình Mơ hình 3D NODE 15 Hình Mơ hình 3D NODE-GATEWAY 16 Hình Mơ hình 3D NODE-GATEWAY 17 Hình Sơ đồ khối khối Lora Node .18 Hình Sơ đồ khối khối Gateway 19 Hình Sơ đồ khối hệ thống 20 Hình 4 Sơ đồ chân cấu tạo Kit TIVA Launchpad 23 Hình Sơ đồ chân cấu tạo Arduino Mega2560 24 Hình Kit ESP32 25 Hình Sơ đồ chân Board Arduino Uno 27 Hình Sơ đồ chân NODEMCU esp8266 28 Hình Module thu phát RF UART Lora SX1278 433Mhz 3000m 30 Hình 10 Module RF SPI Lora SX1278 433Mhz .30 Hình 11 Cảm biến AM2305 32 Hình 12 Cảm biến DHT21 33 v Hình 13 Cảm biến DHT11 33 Hình 14 Cảm biến độ ẩm đất chống ăn mòn 34 Hình 15 Cảm biến độ ẩm đất điện dung 35 Hình 16 Cảm biến độ ẩm đất Soil Moisture Sensor 36 Hình 17 Cảm biến cường độ ánh sáng quang trở CDS Light Sensor 37 Hình 18 Relay tạo trễ bật/tắt .38 Hình 19 Relay 5V 10A 39 Hình 20 Màn hình Graphic LCD12864 Driver ST7920 xanh dương 39 Hình 21 Màn hình LCD TextLCD2004 xanh dương 40 Hình 22 LCD TextLCD1604 xanh dương 41 Hình 23 Module chuyển đổi I2C 42 Hình 24 Nguồn tổ ong 12V 5A 43 Hình 25 Nguồn Adapter 12V 5A .44 Hình 26 Pin Lithium 18650 .45 Hình 27 Sơ đồ khối sau chọn linh kiện 47 Hình 28 Gói liệu truyền UART .48 Hình 29 Quá trình truyền nhận tập tin UART 49 Hình 30 Bus I2C thiết bị ngoại vi 49 Hình 31 Mơ hình thiết bị chủ (Master) tớ (Slave) 50 Hình 32 Trình tự truyền bit đường truyền 51 Hình Sơ đồ chân Arduino Uno Proteus 52 Hình Kết nối DHT11 với Arduino Uno 53 Hình Kết nối cảm biến độ ẩm đất với Arduino Uno 53 Hình Kết nối cảm biến ánh sáng với Arduino Uno 54 Hình 5 Kết nối MODULE Lora SX1278 433Mhz với Arduino Uno .54 vi Hình Sơ đồ chân ESP32 55 Hình Sơ đồ kết nối Module Lora SX1278 ESP32 55 Hình Sơ đồ kết nối hình LCD Module I2C với ESP32 56 Hình Mạch điều khiển Relay cách kết nối với Esp32 .56 Hình 10 Khối nút nhấn 57 Hình 11 Sơ đồ nguyên lý khối Lora node 58 Hình 12 Sơ đồ nguyên lý khối Gateway 58 Hình 13 Mơ mạch in khối Lora node 59 Hình 14 Mơ 3D mạch in khối Lora Node 60 Hình 15 Mạch in khối Lora Node 60 Hình 16 Mô mạch in khối Gateway 61 Hình 17 Mơ 3D mạch in khối Gateway 61 Hình 18 Mạch in khối Gateway .62 Hình 19 Cấu tạo bên Node 63 Hình 20 Node sau hoàn thiện 63 Hình 21 Cấu tạo phần điều khiển Gateway 64 Hình 22 Mơ hình Gateway sau hồn thiện .64 Hình 23 Mơ hình nhà kính .65 Hình 24 Mơ hình nhà kính .65 Hình Lưu đồ giải thuật cho khối Lora Node 67 Hình Chương trình gửi giữ liệu qua Lora 68 Hình Lưu đồ giải thuật cho khối Gateway 69 Hình Lưu đồ truyền nhận giữ liệu lên Server Blynk App Blynk 70 Hình Lưu đồ chế độ điều khiển từ App 71 Hình 6 Lưu đồ chế độ điều khiển tự động 74 vii Hình Lưu đồ chế độ điều khiển tay 75 Hình Tạo Project App Blynk 76 Hình Thêm giao diện thị thông số App Blynk 77 Hình 10 Thêm Led trạng thái cho App Blynk 78 Hình 11 Thêm nút nhấn cho App Blynk 79 Hình 12 Màn hình App Blynk sau hồn thành 80 viii DANH SÁCH BẢNG SỐ LIỆU Bảng So sánh phương thức truyền liệu .10 Bảng Bảng chấm điểm phương án truyền liệu .10 Bảng Bảng chấm điểm phương án Gateway .26 Bảng Bảng chấm điểm phương án Lora Node 29 Bảng Bảng chấm điểm phương án Module Lora 31 Bảng Các ký hiệu lưu đồ giải thuật 66 Bảng Giải pháp điều khiển nhiệt độ độ ẩm trình phát triển 73 Bảng Giải pháp điều khiển độ ẩm đất trình phát triển 73 Bảng Giải pháp điều khiển nhiệt độ độ ẩm trình hoa 73 Bảng Giải pháp điều khiển độ ẩm đất trình hoa .74 Bảng 6 Giải pháp điều khiển ánh sáng trình hoa .74 Bảng Thực thử nghiệm 81 ix Chương 7: Vận hành thử nghiệm đánh giá mơ hình  Hạn chế:  Do cịn hạn chế mặt lập trình nên hệ thống hoạt động chưa thật sử ổn đinh, khó áp dụng vào thực tế  Thời gian phản hồi cập nhật trạng thái thiết bị, thông số cảm biến lên App, hình đơi cịn chậm  Mơ hình làm quy mơ nhỏ, thiết kế đề tài cịn chưa đẹp, tính thẩm mỹ chưa cao  Các thiết bị cảm biến chưa thật xác giá trị 7.3 Kết luận hướng phát triển Sau thời gian nghiên cứu, tìm hiểu thực hiện, em hoàn thành đề tài “THIẾT KẾ VÀ THI CƠNG MƠ HÌNH ĐIỀU KHIỂN NHÀ TRỒNG HOA LAN” Đạt theo yêu cầu ban đầu đề sau:  Tìm hiểu hệ thống điều khiển cho nhà trồng hoa Lan  Thiết kế thi công hệ thống điều khiển cho mơ hình nhà trồng hoa Lan  Lập trình kết nối điều khiển mơ hình nhà trồng hoa Lan qua mạng Internet  Vận hành thực nghiệm, hiệu chỉnh hồn thiện mơ hình  Hướng phát triển đề tài:  Phát triển theo hướng chăn ni quy mơ lớn, khép kín Tự động hóa hoạt động trang trại từ đầu vào đến đầu  Sử dụng dòng vi xử lý hoạt động ổn định hơn, cảm biến đo xác hơn, bổ sung số thông số nồng độ CO2, cảnh báo mưa,  Có phát tín hiệu hệ thống gặp cố cháy nổ, điện  Có thể sử dụng nguồn lượng lượng gió, lượng mặt trời để cung cấp điện cho thiết bị  Thiết kế hệ thống phát trồng bị sâu bệnh Có chế độ chăm sóc riêng cho loại  Thiết kế trang web riêng hiển thị, cập nhật thơng tin từ thực tế giá đầu đầu vào Cập nhật loại giống mới, đặt tính sinh học 82 Tài liệu tham khảo TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] https://sites.google.com/site/thuvientailieubachkhoa/home [2] www.hshop.vn [3] www.arduino.vn [4] https://github.com/firebase/firebase-arduino [5] Giáo trình “Kĩ thuật số” Lê Chí Thơng : Đại học Bách Khoa Tp Hồ Chí Minh [6] Internet Of Things (IoT) với ESP8266 , https://arduino.esp8266.vn [7] https://hocarm.org/ [8] https://chosangtao.com/khoa-hoc-arduino-7-ngay/ [9] https://www.facebook.com/groups/iotthinks/learning_content/?filter=3367893003 26582&post=391976004996240 [10] IoT Maker Vietnam, Arduino cho người bắt đầu [11] Massimo Banzi, Getting Started with Arduino 1st Edition, 2008 [12] https://lophocvui.com/iot-internet-of-things/smart-home/openhab/tong-quan- ve-esp8266/ [13] Vũ Nguyễn Mạnh Cường, Điều khiển mơ hình nhà trồng nấm, Luận văn đại học, Đại học Bách Khoa TP.HCM 2016 [14] Cao Thế Kiệt, Thiết kế thi cơng mơ hình nhà kính trồng rau sử dụng mạng Lora, Luận văn đại học, Đại học Bách Khoa TP.HCM 2019 [15] https://www.getblocky.com/knowledgebase/gioi-thieu-ve-lora/ 83 Phụ lục PHỤ LỤC  Code Lora Node #include "DHT.h" #include "Arduino.h" #include #include #include #include "LoRa_E32.h" //Khai bao ket noi Lora #define BAND 433E6 //433E6 for Asia, 866E6 for Europe, 915E6 for North America #define ss 10 #define rst #define dio0 #define DHTPIN #define DHTTYPE DHT11 DHT dht(DHTPIN, DHTTYPE); #define LIGHT A1 // define pint for sensor #define MOISTURE_SENSOR_PIN A0 // pin nối với module cảm biến độ ẩm đất int readingID = 0; int counter = 0; String LoRaMessage = ""; float h = 0; float t = 0; float m = 0; float l = 0; void setup() { Serial.begin(9600); dht.begin(); while (!Serial); int counter; LoRa.setPins(ss, rst, dio0); //setup LoRa transceiver module while (!LoRa.begin(BAND) && counter < 10) { Serial.print("."); counter++; } if (counter == 10) { Serial.println("Starting LoRa failed!"); } Serial.println("LoRa Initialization OK!"); } 84 Phụ lục void loop() { //Doc gia tri cam bien float h = dht.readHumidity(); Serial.print("Do am: "); Serial.println(h); float t = dht.readTemperature(); Serial.print("Nhiet do: "); Serial.println(t); int sum = 0; for(int i=0; i 28) { quat = 1; suoi = 0; aplyCmd(); } if (h1 > 65 && t1 > 28) { phun = 0; quat = 1; suoi = 0; aplyCmd(); } if (h1 < 55 && t1 = 25) { phun = 1; aplyCmd(); } if (h1 = 55 && t1 = 25) 93 Phụ lục { } if (h1 > 65 && t1 = 25) { phun = 0; aplyCmd(); } if (h1 < 50 && t1 < 25) { phun = 1; quat = 0; suoi = 1; aplyCmd(); } if (h1 = 55 && t1 < 25) { quat = 0; suoi = 1; aplyCmd(); } if (h1 > 65 && t1 < 25) { phun = 0; quat = 0; suoi = 1; aplyCmd(); } if (m1 < 20) { bom = 1; aplyCmd(); } if (m1 >= 20 && m1 40) { bom = 0; aplyCmd(); } } void chedotudong1() 94 Phụ lục { t1=t.toInt(); h1=h.toInt(); m1=m.toInt(); l1=l.toInt(); if (h1 < 60 && t1 > 30) { phun = 1; quat = 1; suoi = 0; aplyCmd(); } if (h1 = 60 && t1 > 30) { quat = 1; suoi = 0; aplyCmd(); } if (h1 > 75 && t1 > 30) { phun = 0; quat = 1; suoi = 0; aplyCmd(); } if (h1 < 60 && t1 = 27) { phun = 1; aplyCmd(); } if (h1 = 60 && t1 = 27) { } if (h1 > 75 && t1 = 27) { phun = 0; aplyCmd(); } if (h1 < 60 && t1 < 27) { phun = 1; quat = 0; suoi = 1; aplyCmd(); } if (h1 = 60 && t1 < 27) 95 Phụ lục { quat = 0; suoi = 1; aplyCmd(); } if (h1 > 75 && t1 < 27) { phun = 0; quat = 0; suoi = 1; aplyCmd(); } if (m1 < 30) { bom = 1; aplyCmd(); } if (m1 >= 30 && m1 50) { bom = 0; aplyCmd(); } if (l1 < 40) { den = 1; aplyCmd(); } if (l1 >= 40 && l1 70) { den = 0; aplyCmd(); } } 96 ... mạch điều khiển cho mơ hình nhà trồng hoa Lan - Thiết kế thi cơng mơ hình nhà kính, hệ thống điều khiển nhiệt độ, độ ẩm, dùng thiết bị quạt gió, phun sương, - Lập trình giám sát điều khiển mơ hình. .. 63 Hình 21 Cấu tạo phần điều khiển Gateway 64 Hình 22 Mơ hình Gateway sau hồn thiện .64 Hình 23 Mơ hình nhà kính .65 Hình 24 Mơ hình nhà kính .65 Hình Lưu... bị Hình Mơ hình 3D NODE-GATEWAY Khi tiến hành làm mơ hình thực tế cho đề tài, em thiết kế Node, Node khác thiết kế tương tự 17 Chương 4: Thiết kế sơ đồ khối lựa chọn thiết bị CHƯƠNG 4: THIẾT KẾ