4. Đề nghị cho bảo vệ hay không?
4.2 Thi công hệ thống
4.2.1 Thi công bo mạch
4.2.1.1 Danh sách linh kiện
STT Tên Số lượng
1 Arduino Mega 1
2 Module NodeMCU ESP8266 1 3 Module cảm biến mưa 1
4 Cảm biến đất 1 5 Cảm biến DHT11 1 6 Quang trở 1 7 Module L298N 3 8 Module LM2596 1 9 Bơm 12VDC 1 10 Bơm 5VDC 1 11 LCD 20x4 1 12 Module DS1307 1 13 Nút nhấn 6
Bảng 4.1 Danh sách các linh kiện 4.2.1.2. Sơ đồ thi công mạch in PCB
Hình 4.1 Sơ đồ mạch in PCB
4.2.2. Lắp ráp và kiểm tra
Quy trình lắp ráp – kiểm tra mạch :
Bước 1: Chuẩn bị board đồng có kích thước 150mm x 150mm màu trắng đã được in mạch in PCB lên trên.
Bước 2: Dựa theo vị trí các linh kiện đã được in trên mạch, tiến hành khoan lỗđể gắn các linh kiện.
Bước 3: Lần lượt gắn board Arduino, module Node MCU ESP8266 và các chân nối từ board để nối các cảm biến và các linh kiện khác của mạch.
Bước 4: Hàn cố định các chân linh kiện.
áp ở ngõ vào và ngõ ra gắn với các module và các cảm biến.
Bước 7: Cấp nguồn 3.3V cho module wifi ESP 8266.
Bước 8: Cuối cùng nạp chương trình và test chương trình có đạt như yêu cầu ban đầu không.
4.3. Đóng gói và thi công mô hình
Mô hình bằng mica và khung sắt kết nối bằng các linh kiện cơ khí.
Mô hình có kích cơ 60 x 40 x 60 cm.
Ống tưới sử dụng ống loại có đường kính trong 8mm để dẫn nước tưới.
Dùng một tủ điện để chứa mạch điều khiển và các linh kiện khác. Một số hình ảnh thực tế của mô hình như sau:
Hình 4.2 Mặt trước của mô hình
Tủ điều khiển được gắn lên trên ở phía trước của mô hình để dễ điều khiển, tấm pin mặt trời được đặt lên phía trên mô hình để thực hiện việc sạc cho nguồn, mô hình được chia làm hai phần bao gồm: một bên để đựng nguồn các động cơ và tủ điều khiển, phần còn lại để đựng các chậu lan.
Hình 4.3 Mặt trên của mô hình
Hình 4.4 Mặt bên hông phần đựng bộ sạc, nguồn, bình chứa nước và tủ điều khiển của mô hình
Mạch sạc được gắn vào thanh sắt phía dưới tấm pin mặt trời để sạc điện cho ắc quy phía dưới, hai động cơ phun sương và bơm nước được gắn lên phía trên và có ống để hút nước từ bình chứa nước được đặt ở phía dưới.
Hình 4.5 Mặt bên hông chứa chậu lan để theo dõi và giám sát quá trình trồng
Tại đây là không gian đặt các chậu lan để giám sát và chăm sóc. Một bên được gắn ống dẫn nước có gắn đầu phun sương để phun sương, ống còn lại dẫn nước để tưới cho cây. Có một bóng đèn được gắn phía đối diện vị trí phun sương để chiếu sáng cho cây.
4.4. Lập trình hệ thống
4.4.1. Lưu đồ giải thuật
Hệ thống có các chức năng như sau:
Hệ thống chính là hệ thống giám sát trồng lan tự động thông qua các giá trị cài đặt nhiệt độ không khí, độ ẩm không khí và độ ẩm đất sao cho phù hợp với chỉ số sinh trưởng của cây lan . Sau đó, các giá trị cảm biến sẽ được gửi lên ứng dụng trên điện thoại để giám sát quá trình trồng lan. Thêm nữa là chế độ tay cho phép người chăm sóc vườn lan trực tiếp điều khiển tưới lan, phun sương và điều khiển đèn hoặc mái che khi cần thiết. Nguồn cấp từ
Hệ thống mở rộng bao gồm:
Hệ thống điều khiển thiết bị từ xa thông qua ứng dụng Blynk trên điện thoại. Hệ thống đo đạc nhiệt độ, đổ ẩm thông qua cảm biến, được hiển thị trực tiếp trên màn hình LCD, đồng thời cũng được hiển thị trên ứng dụng điều khiển tạo điều kiện thuận lợi cho người dùng có thể giám sát hệ thống từ xa thông qua Internet.
Khi cấp điện vào hệ thống, khởi động Arduino, module wifi NodeMCU ESP8266, cảm biến nhiệt độ độ ẩm DHT11, LCD, ... Sau khi khởi động xong mặc định sẽ hiển thị giá trị cảm biến trên LCD và hệ thống chạy chế độ Auto. Muốn đổi chế độ thì ta nhấn phím Manual, tương ứng với chức năng chế độ tay, sau đó chỉ nhấn phím Bơm, Hơi sương, mái vào, mái ra, đèn thì có thể điều khiển trực tiếp.
a) Lưu đồ giải thuật của chương trình điều khiển chính của Arduino Mega.
Giải thích lưu đồ: Chương trình bắt đầu vào khởi tạo phần cứng và các biến. Nếu chưa kết nối thì chương trình sẽ dừng đợi đến khi nào có kết nối. Vòng lặp chương trình được thực hiện. Chương trình sẽ kiểm tra nút nhấn chuyển trạng thái và mặc định ban đầu là chỉnh tay. Sau đó chương trình sẽ nhận dữ liệu từ App và đọc giá trị của cảm biến với biến chạy từ 0 đến 100, như thế để cho mạch xử lý và truyền lên App ổn định. Cuối cùng chương trình sẽ kiểm tra các nút nhấn còn lại, kiểm tra các trạng thái của đèn, máy bơm, máy phun sương
và cảm biến mưa để điều khiển hợp lý.
b) Lưu đồ giải thuật của gửi dữ liệu lên app để giám sát và điều khiển như hình 4.7
Giải thích lưu đồ: Chương trình bắt đầu vào khởi tạo phần cứng và các biến. Nếu chưa kết nối thì chương trình sẽ dừng đợi đến khi nào có kết nối. Vòng lặp chương trình được thực hiện. Chương trình sẽ chạy App Blynk. Khi có dữ liệu, chương trình sẽ tiến hành đọc dữ liệu đó. Khi data bằng "." thì chương trình sẽ kiểm tra các data khác như nhiệt độ, độ ẩm không khí, độ ẩm đất, ánh sáng cũng như của các trạng thái nút nhấn và cảm biến mưa. Với các cảm biến trừ cảm biến mưa thì chương trình sẽ tính toán thông số chính xác để có thể theo dõi lên App. Cuối cùng chương trình sẽ xóa về ban đầu và tiếp tục nhận data.
Hình 4.7 Lưu đồ giải thuật gửi dữ liệu lên ứng dụng để giám sát và điều khiển
c) Lưu đồ chương trình kiểm tra nút nhấn chuyển
Giải thích lưu đồ: Chương trình bắt đầu vào bằng kiểm tra nút nhấn xem đã nhấn hay chưa, khi nhấn rồi sẽ chờ 20ms và kiểm tra một lần nữa. Sau đó biến tt sẽ tăng 1, nếu biến tt lớn hơn 1, biến tt sẽ được đặt về 0. Chương trình sẽ lần lượt gửi các ký tự "n","1","." vào cổng serial3 khi tt bằng 1 và ngược lại sẽ lần lượt gửi các ký tự "n","5","." khi tt bằng 0.
d) Lưu đồ giải thuật chương trình nhận dữ liệu
Giải thích lưu đồ: Khi có dữ liệu nhân được. Chương trình sẽ đọc và gán dữ liệu nhận từ serial3 cho data. Sau đó ghi dữ liệu vào serial. Chương trình sẽ thực thi thay đổi trạng thái của biến ứng với các giá trị data được đặt sẵn.
e) Lưu đồ giải thuật chương trình kiểm tra tự động
Hình 4.10 Lưu đồ giải thuật chương trình kiểm tra tự động
Giải thích lưu đồ: Chương trình sẽ thực thi so sánh biến trạng thái mưa. Động cơ sẽ dừng quay thuận hoặc quay nghịch khi và chỉ khi gặp công tắc hành trình trái hoặc phải.
f) Lưu đồ giải thuật chương trình chỉnh tay như hình 4.11
Giải thích lưu đồ: Chương trình thực thi khi chúng ta tác động vào nút nhấn thực tế và từ app.
Hình 4.11 Lưu đồ giải thuật chương trình kiểm tra chỉnh tay g) Lưu đồ giải thuật chương trình kiểm tra nút nhấn như hình 4.12
Giải thích lưu đồ: Chương trình thực thi khi chúng ta tác động vào nút nhấn. Khi nhấn vào các biến trạng thái sẽ thay đổi nhầm lưu biến và cho phép các thiết bị như đèn, máy bơm, máy phun sương hoạt động.
Hình 4.12 Lưu đồ giải thuật chương trình kiểm tra nút nhấn h) Lưu đồ giải thuật chương trình kiểm tra đèn
20, khi đó đèn sẽ được bật đến thời gian là 9 giờ tối. Từ 9 giờ tối đến 6 giờ tối mai, đèn sẽ không được bật tự động. Chương trình sẽ gửi lần lượt các ký tự "n","2","." hoặc tới n","3","."serial3 ứng với bật và tắt đèn.
i) Lưu đồ giải thuật chương trình kiểm tra máy bơm
Giải thích lưu đồ: Chương trình kiểm tra giá trị đất đã được cái đặt ở mức giới hạn là 50, khi đó máy bơm sẽ được bật. Chương trình sẽ gửi lần lượt các ký tự "n","4","." hoặc tới n","6","."serial3 ứng với bật và tắt máy bơm.
j) Lưu đồ giải thuật chương trình kiểm tra phun sương
Hình 4.15 Lưu đồ giải thuật chương trình kiểm tra phun sương
Giải thích lưu đồ:Chương trình kiểm tra giá trị đất đã được cái đặt ở mức giới hạn nhiệt độ lớn hơn 34 độ hoặc độ ẩm bé hơn 51%, khi đó máy phun sương sẽ được bật và tắt khi độ ẩm lớn hơn 50% hoặc nhiệt độ nhỏ hơn 35 độ C. Chương trình sẽ gửi lần lượt các ký tự "n","a","." hoặc tới
n","b","."serial3 ứng với bật và tắt máy phun sương.
k) Lưu đồ giải thuật chương trình kiểm tra cảm biến mưa
Hình 4.16 Lưu đồ giải thuật chương trình kiểm tra cảm biến mưa Giải thích lưu đồ: Chương trình thực thi khi có mưa, các biến trạng thái sẽ thay đổi để điều khiển mái che quay ra hoặc quay vào. Sau đó chương trình sẽ gửi lần lượt các ký tự "n","c","." hoặc tới n","d","."serial3 ứng với kéo mái che ra hoặc vào.
4.4.2 Phần mềm lập trình cho vi điều khiển và ứng dụng điều khiển trên điện thoại 4.4.2.1. Giới thiệu phần mềm lập trình Arduino IDE 4.4.2.1. Giới thiệu phần mềm lập trình Arduino IDE
Arduino IDE có thể chạy trên ba nền tảng phổ biến nhất hiện nay là Windows, MAC OSX và Linux. Do có tính chất nguồn mở nên môi trường lập trình này hoàn toàn miễn phí và có thể mở rộng thêm bởi người dùng có kinh nghiệm.
Ngôn ngữ lập trình có thể được mở rộng thông qua các thư viện C++. Và do ngôn ngữ lập trình này dựa trên nền tảng ngôn ngữ C của AVR nên người dùng hoàn toàn có thể nhúng thêm code viết bằng AVR vào chương trình nếu muốn.
Người sử dụng chỉ cần định nghĩa hai hàm để thực hiện một chương trình hoạt động theo chu trình:
setup(): hàm chạy một lần duy nhất vào lúc bắt đầu của một chương trình dùng để khởi tạo các thiết lập.
loop(): hàm được gọi lặp lại liên tục cho đến khi bo mạch được tắt. Chu trình đó có thể mô tả trong hình 4. dưới đây:
Hình 4.8 Quy trình làm việc của Arduino 4.4.2.2 Giới thiệu về phần mềm điều khiển trên điện thoại Blynk
Blynk là một ứng dụng được thiết kế cho Internet Of Things có thể điều khiển các thiết bị phần cứng từ xa, hiển thị dữ liệu cảm biến, lưu trữ dữ liệu, …
Có ba thành phần chính trong nền tảng:
Blynk App - cho phép tạo giao diện cho sản phẩm của bạn bằng cách kéo thả các widget khác nhau mà nhà cung cấp đã thiết kế sẵn.
Blynk Server - chịu trách nhiệm xử lý dữ liệu trung tâm giữa điện thoại, máy tính bảng và phần cứng. Bạn có thể sử dụng Blynk Cloud của Blynk cung cấp hoặc tự tạo máy chủ Blynk riêng của bạn. Vì đây là mã nguồn mở, nên bạn có thể dễ dàng intergrate vào các thiết bị và thậm chí có thể sử dụng Raspberry Pi làm server của bạn.
Bật nguồn
Hàm Setup() Hàm Loop()
Library Blynk – support cho hầu hết tất cả các nền tảng phần cứng phổ biến - cho phép giao tiếp với máy chủ và xử lý tất cả các lệnh đến và đi.
Bây giờ hãy tưởng tượng: mỗi khi bạn nhấn một nút trong ứng dụng Blynk, yêu cầu sẽ chuyển đến server của Blynk, server sẽ kết nối đến phần cứng của bạn thông qua library. Tương tự thiết bị phần cứng sẽ truyền dữ liệu ngược lại đến server.
CHƯƠNG 5. KẾT QUẢ NHẬN XÉT VÀ ĐÁNH GIÁ
5.1 Kết quả đạt được
Qua quá trình nghiên cứu và thực hiện đề tài, nhóm chúng em nhận thấy được đề tài có khả năng ứng dụng vào thực tiễn cao, có thể giám sát và điều khiển trực tiếp qua điện thoại, đáp ứng được nhu cầu hiện nay. Đồng thời đề tài này cũng là một nguồn tài liệu có giá trị cho các bạn sinh viên những khóa tiếp theo có thể tham khảo khi nghiên cứu những đề tài có liên quan cũng như là phát triển thêm đề tài từ nền tảng có sẳn mà nhóm đã nghiên cứu. Bên cạnh đó, nhóm chúng em cũng bổ sung cho mình những kiến thức hay và bổ ích như:
Hiểu biết sâu hơn về sử dụng và các tính năng của Arduino như giao tiếp giữa Arduino với các module, cảm biến như: cảm biến nhiệt độ DHT11, cảm biến độ ẩm đất, cảm biến mưa, cảm biến cường độ ánh sáng, các module relay, module điều khiển động cơ L298, các loại động cơ như động cơ bước, động cơ bơm nước.
Nghiên cứu và biết cách kết nối giữa Arduino với các cảm biến.
Hiểu được cấu tạo, chức năng, chuẩn kết nối, giao tiếp của module ESP8266 Node MCU để qua đó hiểu được hơn về lĩnh vực IoTs đang rất có tiềm năng phát triển.
Có thể sử dụng thành thạo phần mềm Arduino và Altium.
Biết cách để kết nối điện thoại thông minh với ứng dụng trên điện thoại điều khiển nhiều hệ thống.
Sau thời gian nghiên cứu, thi công đồ án tốt nghiệp với đề tài “THIẾT KẾ VÀ THI
CÔNG MÔ HÌNH GIÁM SÁT TRỒNG HOA LAN SỬ DỤNG NGUỒN PIN NĂNG
LƯỢNG MẶT TRỜI” nhóm đã được được kết quả sau:
Thi công được mô hình hệ thống trồng hoa Lan, có thể thu thập được nhiệt độ và độ ẩm, ánh sáng, độ ẩm đất từ môi trường. Nhận biết được thời tiết có mưa hoặc không mưa.
Có thể khống chế được các yếu tố của môi trường như nhiệt độ, độ ẩm, ánh sáng, độ ẩm đất bằng cách:
- Đóng mở mái che tự động để khống chế nhiệt độ,độ ẩm và ánh sáng. - Bật tắt đèn để khống chế ánh sáng.
- Hệ thống phun sương làm mát để khống chế nhiệt độ, độ ẩm và độ ẩm đất.
Có thể điều chỉnh bằng tay các thiết bị trực tiếp thông qua bảng điều khiển.
Có thể giám sát từ xa các thông số của môi trường thông qua Internet.
5.2 Kết quả chạy hệ thống
5.2.1 Kết quả giám sát của hệ thống chạy trên ứng dụng điện thoại.
Các giá trị của cảm biến đã được hiển thị chính xác trên ứng dụng
Hình 5.1 Giao diện điều khiển của hệ thống trên ứng dụng điện thoại khi hệ thống đang hoạt động
Hình 5.2 Giao diện điều khiển trên ứng dụng điện thoại khi hệ thống đang hoạt động
5.2.2 Kết quả trên phần cứng của hệ thống
Sau khi cấp nguồn cho phép bắt đầu hệ thống hoạt động, các thiết bị bắt đầu hoạt động. Các thiết bị sẽ hoạt động theo thời gian cài đặt và theo các cảm biến khi có tín hiệu vào. Hệ thống đã hiển thị chính xác các giá trị lên LCD 20x4. Các thiết bị như bơm nước, bơm phun sương, đèn, mái che đã hoạt động.
Hình 5.3. Bảng điều khiển
Bảng điều khiển bao gồm mạch điều khiển được gắn bên trong tủ và bên trên cánh tủ được lắp một LCD 20x4 dùng để hiển thị và sáu nút nhấn để điều khiển.
Hình 5.4 Hệ thống đang hoạt động
Khi hệ thống hoạt động, nguồn điện tạo ra từ tấm pin mặt trời sẽ thông qua bộ sạc nạp vào ắc quy. Ắc quy sẽ cung cấp nguồn cho mạch điều khiển và các thiết bị khác