Đồ án tốt nghiệp: Thi công mô hình hệ thống trồng hoa lan

Chia sẻ: Xylitol Extra | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:115

Thêm vào BST

Báo xấu

115
lượt xem 23
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Thiết kế, thi công được mô hình quản lý trang trại gồm các mục tiêu cụ thể: Tìm hiểu được về sự sinh trưởng của hoa Lan mong muốn để từ đó nắm bắt được những điều kiện nhiệt độ, độ ẩm, ánh sáng thích hợp với sự phát triển của loại hoa này. Viết được phần mềm giao tiếp giữa arduino mega 2560 và máy tính, điện thoại. Thiết kế được hệ thống tự động chăm sóc thông qua việc giám sát các thông số nhiệt độ, độ ẩm, cường độ ánh sáng. Viết được ứng dụng giám sát, điều khiển từ xa bằng điện thoại. Thiết kế được giao diện Firebase giám sát các trạng thái môi trường thông qua mạng Internet.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Đồ án tốt nghiệp: Thi công mô hình hệ thống trồng hoa lan

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên: Nguyễn Quang Thạnh MSSV: 14141294 Phan Thanh Triều MSSV: 14141330 Chuyên ngành: Điện tử công nghiệp Mã ngành: 41 Hệ đào tạo: Đại học chính quy Mã hệ: 1 Khóa: 2014 Lớp: 14141DT2A 14141DT3A I. TÊN ĐỀ TÀI: THI CÔNG MÔ HÌNH HỆ THỐNG TRỒNG HOA LAN. II. NHIỆM VỤ 1. Các số liệu ban đầu: - Kit Arduino Mega, NodeMCU và ngôn ngữ lập trình. - Tài liệu về Arduino Mega, NodeMCU, Firebase. - Thư viện về LCD, step motor, Arduino, ESP 8266, Firebase. 2. Nội dung thực hiện: • Nội dung 1: Tìm hiểu và nghiên cứu về các module Arduino, mod ule ESP8266, module L298, động cơ bước, cảm biến DHT11, cảm biến ánh sáng, cảm biến mưa, cảm biến độ ẩm đất. • Nội dung 2: Giao tiếp Module ESP 8266 với Arduino Mega 2560. • Nội dung 3: Điều khiển các thiết bị theo cảm biến và thời gian thực. • Nội dung 4: Hiển thị thông tin trên web FireBase. • Nội dung 5: Thiết kế, lập trình và điều khiển thiết bị qua điện thoại. • Nội dung 6: Thiết kế mô hình sản phẩm. • Nội dung 7: Đánh giá kết quả thực hiện. III. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 18/02/2019 IV. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 05/07/2019 V. HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: ThS. Nguyễn Thanh Tâm CÁN BỘ HƯỚNG DẪN BM. ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH i
TRƯỜNG ĐH SPKT TP. HỒ CHÍ MINH CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ ĐỘC LẬP - TỰ DO - HẠNH PHÚC BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH ----o0o---- Tp. HCM, ngày 5 tháng 07 năm 2019 LỊCH TRÌNH THỰC HIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên 1: Nguyễn Quang Thạnh Lớp:14141DT2A MSSV: 14141294 Họ tên sinh viên 2: Phan Thanh Triều Lớp: 14141DT3A MSSV: 14141330 Tên đề tài: Thi công mô hình hệ thống trồng hoa Lan. Tuần/ngày Nội dung Xác nhận GVHD Tuần 1 Nhận đồ án , tìm hiểu đề tài (18/02/2019) Tuần 2 Chọn và tìm hiểu đề tài. (25/02/2019) Tìm hiểu và nghiên cứu giao tiếp Tuần 3,4, 5 Module ESP 8266-12 với Arduino Mega (04/03 – 24/03/2019) 2560. Tuần 6, 7, 8 Điều khiển các thiết bị theo cảm biến. (25/03 – 14/04/2019) Thiết kế và lập trình ứng dụng trên điện Tuần 9,10, 11, 12 thoại thông minh và gửi các hoạt động (14/04 – 05/05/2019) lên Firebase. Tuần 13, 14 Tìm hiểu thiết kế mô hình sản phẩm. (06/05 - 19/05/2019) Tuần 15 Hoàn thành báo cáo, kiểm ra các phần (20/05/2019) cứng. Tuần 16 Hoàn thành nhiệm vụ đồ án 10/06/2019 GV HƯỚNG DẪN (Ký và ghi rõ họ và tên) ii
LỜI CAM ĐOAN Đề tài này là do chúng tôi tự thực hiện dựa vào một số tài liệu và không sao chép từ tài liệu hay công trình đã có trước đó. Nếu có bất kỳ sự gian lận nào chúng tôi xin chịu trách nhiệm về nội dung đồ án của mình. Người thực hiện Nguyễn Quang Thạnh – Phan Thanh Triều iii
LỜI CẢM ƠN  Chúng em xin chân thành cảm ơn quý Thầy Cô trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM đã tận tình dạy dỗ chúng em trong suốt những năm qua. Trong đó phải kể đến quý thầy cô trong khoa Điện – Điện Tử đã truyền đạt những kiến thức, kinh nghiệm cùng với sự đam mê của mình như đốt lên những ngọn lửa đam mê khám phá trong mỗi chúng em và rồi từ những kiến thức, đam mê đó chúng em kết lại thành một đồ án cuối cùng, đồ án tốt nghiệp do chính tay mình tạo ra, nó như một bàn đạp đầu tiên để bước vào những cánh cửa lớn hơn. Đặc biệt, Chúng em xin cảm ơn sâu sắc thầy Nguyễn Thanh Tâm đã giúp đỡ chúng em trong quá trình lựa chọn đề tài và hỗ trợ chúng em trong quá trình thực hiện đề tài. Trong quá trình thực hiện đồ án cũng xảy ra nhiều khó khăn, thiếu sót nhưng được sự đôn đốc và góp ý của thầy chúng em đã gặt hái được nhiều kiến thức và kinh nghiệm. Chúng em cũng không quên cảm ơn đấng sinh thành, những người thân trong gia đình đã luôn động viên và tạo những điều kiện tốt nhất trong cuộc sống, trong học tập cũng như trong quá trình thực hiện và hoàn thành đề tài. Cám ơn Sư Phạm Kỹ Thuật! Xin chân thành cám ơn! Người thực hiện để tài Nguyễn Quang Thạnh – Phan Thanh Triều iv
MỤC LỤC NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP .......................................................................... i LỊCH TRÌNH THỰC HIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ...............................................ii LỜI CAM ĐOAN..................................................................................................... iii LỜI CẢM ƠN ........................................................................................................... iv DANH MỤC HÌNH ................................................................................................viii DANH MỤC BẢNG.................................................................................................. xi TÓM TẮT ................................................................................................................ xii CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN ...................................................................................... 1 1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ .................................................................................................. 1 1.2 MỤC TIÊU ĐỀ TÀI ......................................................................................... 2 1.3 NỘI DUNG THỰC HIỆN ................................................................................. 2 1.4 GIỚI HẠN CỦA ĐỀ TÀI ................................................................................. 2 1.5 BỐ CỤC ĐỒ ÁN .............................................................................................. 3 CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT .......................................................................... 4 2.1 QUY TRÌNH TRỒNG HOA LAN .................................................................... 4 2.1.1 Đặt tính sinh trưởng của hoa lan ................................................................. 4 2.1.2 Mô tả quy trình chăm sóc ........................................................................... 6 2.2 QUY TRÌNH HOẠT ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG ............................................... 6 2.3 GIỚI THIỆU PHẦN CỨNG .......................................................................... 6 2.3.1 Tổng quan arduino mega 2560 ................................................................ 6 2.3.2 Giới thiệu LCD 20x4 ................................................................................ 8 2.3.3 Cảm biến độ ẩm đất .................................................................................. 10 2.3.4 Cảm biến mưa .......................................................................................... 11 2.3.5 Cảm biến nhiệt độ - độ ẩm .................................................................... 12 v
2.3.6 Cảm biến đo thời gian .............................................................................. 13 2.3.7 Cảm biến ánh sáng ................................................................................... 14 2.3.8 Tổng quan Module ESP8266 .................................................................... 15 2.3.9 Giới thiệu Module L298 ........................................................................... 18 2.3.10 Động cơ bước ....................................................................................... 20 2.3.11 Bơm mini ............................................................................................... 20 2.3.12 Đèn ........................................................................................................ 21 2.3.13 Nút nhấn................................................................................................. 22 2.3.14 Giới thiệu Firebase .............................................................................. 22 2.3.15 Giới thiệu mạch Bluetooth HC-05 ...................................................... 23 2.3.16 Giới thiệu Module Relay ......................................................................... 25 2.3.17 Giới thiệu về chuẩn I2C ...................................................................... 26 CHƯƠNG 3. TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ ........................................................... 28 3.1 GIỚI THIỆU ................................................................................................. 28 3.2 TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG .................................................. 28 3.2.1 Thiết kế sơ đồ khối hệ thống ................................................................. 28 3.2.2 Tính toán và thiết kế mạch .................................................................... 30 3.2.3 Sơ đồ nguyên lý của toàn mạch.............................................................. 41 CHƯƠNG 4. THI CÔNG HỆ THỐNG ............................................................. 42 4.1 THI CÔNG MẠCH ĐIỀU KHIỂN .................................................................. 42 4.2 THI CÔNG BẢNG ĐIỀU KHIỂN .................................................................. 44 4.3 TIẾN HÀNH THI CÔNG VÀ LẮP RÁP HỆ THỐNG HOÀN CHỈNH .......... 44 4.3.1 Mặt trước ................................................................................................. 45 4.3.2 Mặt bên .................................................................................................... 46 4.3.3 Mặt trên.................................................................................................... 47 4.4 LƯU ĐỒ GIẢI THUẬT ............................................................................... 49 4.5 GIỚI THIỆU VỀ PHẦN MỀM LẬP TRÌNH ................................................. 54 CHƯƠNG 5: KẾT QUẢ - NHẬN XÉT - ĐÁNH GIÁ ........................................... 71 vi
5.1 KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC .................................................................................. 71 5.2 KẾT QUẢ THỬ NGHIỆM HỆ THỐNG: .................................................... 72 5.2.1 Quá trình chạy ứng dụng trên điện thoại và hiển thị trên web ....... 72 5.2.2 Quá trình vận hành trên phần cứng hệ thống ....................................... 74 5.3 NHẬN XÉT - ĐÁNH GIÁ ............................................................................. 77 CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN .................................. 78 6.1 KẾT LUẬN ................................................................................................... 78 6.2 HƯỚNG PHÁT TRIỂN................................................................................. 78 TÀI LIỆU THAM KHẢO ....................................................................................... 79 DATASHEET ........................................................................................................ 79 CODE THAM KHẢO ............................................................................................. 80 ➢ ĐOẠN CODE CHƯƠNG TRÌNH CHÍNH ............................................. 80 ➢ ĐOẠN CODE CHƯƠNG TRÌNH ESP8266 ........................................... 96 vii
DANH MỤC HÌNH Hình 2-1: Board Arduino Mega 2560. .......................................................................... 7 Hình 2-2: Màn hình LCD 20x4. ................................................................................... 8 Hình 2- 3: Cảm biến độ ẩm đất. ................................................................................. 10 Hình 2- 4: Cảm biến mưa. .......................................................................................... 11 Hình 2-5: Cảm biến DHT11. ...................................................................................... 12 Hình 2-6: Sơ đồ chân Realtime. ................................................................................. 13 Hình 2-7: Module Realtime. ...................................................................................... 13 Hình 2-8: Sơ đồ nguyên lý Realtime. ......................................................................... 14 Hình 2- 9: Cảm biến ánh sáng. ................................................................................... 14 Hình 2-10: Module NodeMCU 8266.......................................................................... 16 Hình 2-11: Sơ đồ chân và sơ đồ kết nối...................................................................... 17 Hình 2-12: Module L298 ........................................................................................... 18 Hình 2-13: Sơ đồ chân và sơ đồ kết nối...................................................................... 19 Hình 2-14: Động cơ bước. ......................................................................................... 20 Hình 2-15: Bơm 12 VDC ........................................................................................... 21 Hình 2-16: Đèn trái ớt ................................................................................................ 21 Hình 2- 18: Nút nhấn 4 chân. ..................................................................................... 22 Hình 2- 19: Giao diện FireBase.................................................................................. 23 Hình 2- 20: Module HC - 05 ...................................................................................... 23 Hình 2- 21: Mặt sau của module HC - 05 ................................................................... 24 Hình 2-22: Module Relay Mức Cao ........................................................................... 26 Hình 2- 23: Module Relay mức thấp. ......................................................................... 26 Hình 2-24: Sơ đồ truyền I2C. ..................................................................................... 27 Hình 3-1: Sơ đồ khối.................................................................................................. 28 Hình 3-2: Sơ đồ nguyên lý các cảm biến. ................................................................... 32 Hình 3-3: Sơ đồ nguyên lý Realtime. ......................................................................... 33 Hình 3-4: Sơ đồ nguyên lý Relay. .............................................................................. 34 Hình 3-5: Sơ đồ nguyên lý L298. ............................................................................... 35 Hình 3-6: Sơ đồ nguyên lý LCD 20x4. ....................................................................... 36 viii
Hình 3-7: Sơ đồ nguyên lý khối ESP8266. ................................................................. 37 Hình 3-8: Sơ đồ nguyên lý khối Bluetooth HC 05 ...................................................... 37 Hình 3-9: Bơm 12 VDC ............................................................................................. 38 Hình 3-10: Sơ đồ nguyên lý khối ............................................................................... 39 Hình 3-11: Đèn trái ớt ................................................................................................ 39 Hình 3-12: Sơ đồ nguyên lý toàn mạch. ..................................................................... 41 Hình 4-1: Sơ đồ bố trí linh kiện mặt trên. ................................................................... 43 Hình 4-3: Sơ đồ bố trí linh kiện mặt trên. ................................................................... 44 Hình 4-4: Sơ đồ bố trí linh kiện lớp dưới.................................................................... 44 Hình 4-5: Sơ đồ bố trí thiết bị mặt trước. ................................................................... 45 Hình 4-6: Hình ảnh thực tế mặt trước......................................................................... 45 Hình 4-7: Sơ đồ bố trí thiết bị mặt bên. ...................................................................... 46 Hình 4-8: Hình ảnh thực tế mặt bên. .......................................................................... 47 Hình 4-9: Sơ đồ bố trí thiết bị mặt trên....................................................................... 47 Hình 4-10: Hình ảnh thực tế mặt bên. ........................................................................ 48 Hình 4-11: Lưu đồ chương trình code điều khiển. ...................................................... 49 Hình 4-12: Lưu đồ chế độ tự động ............................................................................. 50 Hình 4-13: Lưu đồ chế độ điều khiển ......................................................................... 51 Hình 4-14: Lưu đồ truyền nhận dữ liệu lên Firebase. ................................................. 52 Hình 4-15: Lưu đồ điều khiển trên App ..................................................................... 53 Hình 4-16: Quy trình làm việc của arduino ................................................................ 54 Hình 4-18: Giao diện menu arduino IDE.................................................................... 55 Hình 4-19: Giao diện file menu arduino IDE. ............................................................ 55 Hình 4-20: Giao diện Examples menu ....................................................................... 55 Hình 4-21: Giao diện Sketch Menu Arduino IDE....................................................... 56 Hình 4-23: Giao diện Tool Menu Arduino IDE .......................................................... 57 Hình 4-24: Board Arduino sử dụng ............................................................................ 57 Hình 4-25: Arduino Toolbar ...................................................................................... 58 Hình 4-26: Chương trình nạp thành công. .................................................................. 58 Hình 4-27: Giao diện phần mềm Inventor. ................................................................. 59 Hình 4- 28: Giao diện thiết kế. ................................................................................... 60 ix
Hình 4- 29: Chọn chế độ làm việc. ............................................................................. 60 Hình 4- 30: Khối lệnh Block. ..................................................................................... 61 Hình 4- 31: Code Blocks............................................................................................ 61 Hình 4- 32: Vùng làm việc. ........................................................................................ 62 Hình 4- 33: Danh sách lệnh........................................................................................ 63 Hình 4- 34: Tạo giao diện mới ................................................................................... 64 Hình 4- 35: Kéo thả các khối lệnh .............................................................................. 64 Hình 4- 36: Tạo nút điều khiển bằng giọng nói .......................................................... 65 Hình 4- 37: Chọn Firebase để kết nối ......................................................................... 65 Hình 4- 38: Cân chỉnh và sắp xếp .............................................................................. 66 Hình 4- 39: Khối lệnh nút Auto và Manual ................................................................ 66 Hình 4- 40: Khối lệnh các nút nhấn khác ................................................................... 67 Hình 4- 41: Khối lệnh nút điều khiển bằng giọng nói ................................................. 67 Hình 4- 42: Khối lệnh cập nhật các thông số môi trường ........................................... 68 Hình 4- 43: Khối lệnh điều khiển các thiết bị ............................................................. 69 Hình 4- 44: Giao diện sau khi thiết kế. ....................................................................... 70 Hình 5-1: Giao diện điều khiển bằng Bluetooth ......................................................... 73 Hình 5-2: Giao diện điều khiển bằng Wifi ................................................................. 73 Hình 5-3: Giao diện web FireBase. ............................................................................ 73 Hình 5-4: Bảng điều khiển hoạt động. ........................................................................ 75 Hình 5-5: Màn hình LCD 20x4 hiển thị. .................................................................... 75 Hình 5-6: Hệ thống đang chạy. .................................................................................. 76 x
DANH MỤC BẢNG Bảng 2-1: Chức năng của các chân màn hình LCD 20x4.............................................. 9 Bảng 4-1: Danh sách linh kiện. .................................................................................. 42 Bảng 4-2: Kết quả chạy trên App điều khiển bằng Wifi ............................................. 74 Bảng 4-3: Kết quả chạy trên App điều khiển bằng Bluetooth ..................................... 74 Bảng 4-4: Kết quả chạy khi điều khiển trực tiếp trên hệ thống ................................... 76 xi
TÓM TẮT Ngày nay công nghệ trở nên hiện đại, xu hướng mọi thứ điều sẽ được kết nối và điều khiển thông qua mạng không dây wifi (Wireless Fidelity) và điều khiển các thiết bị theo tự động hóa. Với ý tưởng giải quyết những bất cập của điều khiển tự động, nhóm chúng em xin đưa ra đề tài: THI CÔNG MÔ HÌNH HỆ THỐNG TRỒNG HOA LAN. Hệ thống có các chức năng như sau: • Hệ thống hoạt động 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 web 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 hay phun sương khi cần thiết. • Hệ thống mở rộng bao gồm: o Hệ thống đo nhiệt độ, đổ ẩm, ánh sáng và độ ẩm đất thông qua các cảm biến, được hiển thị trực tiếp trên màn hình LCD, đồng thời cũng được hiển thị trên giao diện web điều khiển tạo điều kiện thuận lợi cho người dùng có thể giám sát hệ thống từ xa thông qua Internet. o Hệ thống có thể giám sát, điều khiển từ xa và điều khiển bằng giọng nói thông qua ứng dụng trên điện thoại. Khi cấp điện vào hệ thống, khởi động Arduino, module wifi ESP 8266, 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 tự động. Muốn đổi chế độ thì ta nhấn phím chế độ điều khiển tương ứng với chức năng chế độ tay, sau đó chỉ nhấn nút trên bảng điều khiển thì có thể điều khiển trực tiếp. Với đề tài này, nhóm hi vọng sẽ làm cơ sở nghiên cứu cho các nhóm sau có thể mở rộng, phát triển nữa. Nếu được điều chỉnh tốt, ý tưởng này kết hợp với mô hình trang trại thực tế với quy mô lớn sẽ trở thành một hệ thống lớn đáp ứng nhu cầu điều khiển, quản lý tất cả các thiết bị một cách hiện đại, nâng cao đời sống tiện ích trong trồng trọt. xii
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ Hiện nay cùng với sự phát triển của xã hội, cuộc sống ngày càng được nâng cao thì việc áp dụng công nghệ khoa học kỹ thuật vào đời sống công việc ngày càng cần thiết. Cùng với sự phát triển của các ngành khoa học kỹ thuật, công nghệ kỹ thuật điện tử mà trong đó đặc biệt là kỹ thuật điều khiển tự động đóng vai trò quan trọng trong mọi lĩnh vực khoa học kỹ thuật, quản lý, công nghiêp, nông nghiệp, đời sống, quản lý thông tin... Nước ta là một đất nước nông nghiệp, tuy nhiên trong nhiều năm quy mô cũng như chất lượng và sản lượng nông nghiệp của nước ta luôn thấp hơn so với các nước khác mà nguyên nhân chính là việc công nghệ sản xuất của nước ta quá lạc hậu, chủ yếu dựa vào tay chân. Mô hình nhà kính là nền tảng cho tiêu chuẩn về chất lượng, công năng và giá trị của sản phẩm trong việc sản xuất nông nghiệp theo hướng nông nghiệp công nghệ cao. Tính linh hoạt của nhà kính giúp cho người trồng trọt có thể trồng trọt trên bất cứ môi trường nào, diện tích trồng trọt có thể từ vài trăm mét vuông đến hàng chục hécta. Nhà kính có khả năng loại bỏ các điều kiện môi trường bất lợi, cung cấp một môi trường phát triển tối ưu, tạo ra mùa sinh trưởng dài hơn, có thể trồng các loại cây trái mùa và các giống cây khác nhau, bảo vệ cây trồng khỏi thời tiết lạnh, mưa đá, gió, mưa... gây thiệt hại, loại bỏ dịch bệnh, sâu bệnh hại, tăng tốc độ sinh trưởng nhanh hơn và năng suất cao hơn, chất lượng tốt hơn. Tất cả được điều chỉnh và điều khiển hoàn toàn tự động và áp dụng công nghệ khoa học kỹ thuật vào quy trình giám sát và sản xuất. Việc sử dụng nhà kính tự động giúp chúng ta có thể tiết kiệm nhân lực, tăng độ chính xác trong giám sát và điều khiển môi trường. Trên cơ sở và yêu cầu từ thực tế, những đòi hỏi ngày càng cao của phát triển nông nghiệp công nghệ cao, cộng với sự phát triển mạnh của khoa học công nghệ, đặc biệt là công nghệ thông tin, kỹ thuật điện-điện tử. Phát triển kỹ thuật điều khiển tự động từ khoảng cách xa trong nông nghiệp đang là xu thế phát triển nông nghiệp cao nói chung và nhà kính tự động nói riêng. Chúng tôi đề xuất đề tài “THI CÔNG MÔ HÌNH HỆ THỐNG TRỒNG HOA LAN”. 1 BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN 1.2 MỤC TIÊU ĐỀ TÀI Thiết kế, thi công được mô hình quản lý trang trại gồm các mục tiêu cụ thể: • Tìm hiểu được về sự sinh trưởng của hoa Lan mong muốn để từ đó nắm bắt được những điều kiện nhiệt độ, độ ẩm, ánh sáng thích hợp với sự phát triển của loại hoa này. • Viết được phần mềm giao tiếp giữa arduino mega 2560 và máy tính, điện thoại. • Thiết kế được hệ thống tự động chăm sóc thông qua việc giám sát các thông số nhiệt độ, độ ẩm, cường độ ánh sáng. • Viết được ứng dụng giám sát, điều khiển từ xa bằng điện thoại. • Thiết kế được giao diện Firebase giám sát các trạng thái môi trường thông qua mạng Internet. 1.3 NỘI DUNG THỰC HIỆN • Nội dung 1: Tìm hiểu và nghiên cứu về cấu tạo phần cứng, nguyên lý hoạt động, tính năng của các module Arduino, mod ule NODEMCU ESP8266, module L298, động cơ bước, cảm biến DHT11, c ảm biến ánh sáng, cảm biến mưa, cảm biến độ ẩm đất. • Nội dung 2: Giao tiếp Module ESP 8266 với Arduino Mega 2560. • Nội dung 3: Điều khiển các thiết bị theo cảm biến và thời gian thực. • Nội dung 4: Hiển thị thông tin trên web FireBase. • Nội dung 5: Thiết kế, lập trình và điều khiển thiết bị qua điện thoại. • Nội dung 6: Thiết kế mô hình sản phẩm. • Nội dung 7: Đánh giá kết quả thực hiện. 1.4 GIỚI HẠN CỦA ĐỀ TÀI • Sử dụng vi điều khiển arduino mega 2560 để điều khiển. • Chỉ thiết kế mô hình giám sát nhỏ trong trang trại. • Chỉ sử dụng động cơ bước để điều khiển mái che, để mô phỏng mô hình trang trại. • Sử dụng động cơ bơm nước 12V để cung cấp nước cho Lan. 2 BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN 1.5 BỐ CỤC ĐỒ ÁN • Chương 1: Tổng Quan. • Chương 2: Cơ Sở Lý Thuyết. • Chương 3: Tính Toán Và Thiết Kế Hệ Thống. • Chương 4: Thi Công Hệ Thống. • Chương 5: Kết Quả, Nhận Xét, Đánh Giá. • Chương 6: Kết Luận và Hướng Phát Triển. Chương 1: Tổng Quan. Chương này trình bày vấn đề dẫn nhập, lý do chọn đề tài, mục tiêu, nội dung nghiên cứu, các giới hạn và bố cục đồ án. Chương 2: Cơ Sở Lý Thuyết. Giới thiệu các linh kiện, thiết bị sử dụng thiết kế hệ thống, giao thức. Chương 3: Tính Toán Và Thiết Kế Hệ Thống. Tính toán thiết kế, đưa ra sơ đồ nguyên lí của hệ thống. Chương 4: Thiết Kế Hệ Thống. Thiết kế hệ thống, lưu đồ, đưa ra giải thuật và chương trình. Chương 5: Kết Quả, Nhận Xét, Đánh Giá. Đưa ra kết quả đạt được sau một thời gian nghiên cứu, một số hình ảnh của hệ thống, đưa ra những nhận xét, đánh giá toàn bộ hệ thống. Chương 6: Kết Luận và Hướng Phát Triển. Trình bày những kết luận về hệ thống những phần làm rồi và chưa làm, đồng thời nếu ra hướng phát triển cho hệ thống. 3 BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH
CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 QUY TRÌNH TRỒNG HOA LAN 2.1.1 Đặc tính sinh trưởng của hoa lan a. Ảnh hưởng của độ ẩm đến hoa Lan Nước là thành phần quan trọng chiếm tỷ lệ 60-90% trọng lượng của cây Lan. Nước ở trong cây ở 3 trạng thái. Phần lớn là nước tự do làm tan các chất, như nước ở nhựa cây; chính sự thoát hơi nước làm cây héo đi vì mất lượng nước này. Phần còn lại là nước liên kết như nước ở các mao quản, nước tẩm ở trong celuloz, ở trong tinh bột ... và cuối cùng là nước cấu tạo dự phần mật thiết trong sinh thái của cây. Mất lượng nước này thì cây sẽ chết. Việc chọn địa điểm thích hợp cho việc lập vườn Lan sẽ giúp ta giảm được rất nhiều công sức chăm sóc cho Lan, trong đó yếu tố độ ẩm là yếu tố quan trọng bậc nhất vì trong thiên nhiên chính yếu tố độ ẩm chi phối việc xuất hiện các vùng có Lan. Về phương diện này, cần lưu ý 3 loại độ ẩm: • Độ ẩm của vùng là độ ẩm của khu vực rộng lớn, nơi mà ta sẽ thiết lập vườn Lan. Độ ẩm của vùng do điều kiện địa hình, địa lý ở nơi ấy định đoạt. Ví dụ độ ẩm của vùng cạnh sông rạch cao hơn độ ẩm của vùng đồng trống nhiều gió, độ ẩm của vùng đồi trọc sẽ thấp hơn độ ẩm của vùng có vườn cây ăn trái ... • Độ ẩm của vườn là độ ẩm chính ngay trong vườn lan, độ ẩm này có thể cải tạo theo ý muốn bằng cách đào ao, làm mương rãnh, trồng cây, trải cát, làm giàn che, tưới nước ... • Độ ẩm trong chậu còn gọi là độ ẩm cục bộ, tuỳ thuộc cấu tạo giá thể (chất trồng), thể tích của chậu, loại chậu, vị trí đặt chậu, cách tưới nước, nghĩa là hoàn toàn tuỳ thuộc vào kỹ thuật của người trồng lan. b. Ảnh hưởng của nhiệt độ đến hoa Lan Nhiệt độ còn ảnh hưởng đến sự ra hoa của một số loài hoa Lan: hoa Lan Bạch câu Dendrobium crumenatum đòi hỏi giảm nhiệt độ đột ngột khoảng 5-6 độ C trong vài giây đồng hồ thì khoảng 9 ngày sau chúng sẽ nở hoa đồng loạt. Ở 18,5 độ C Paphiopedilum 4 BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH
CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT insigne và Dendrobium nobile chỉ tiếp tục tăng trưởng mà không ra hoa nhưng chúng sẽ ra hoa khi nhiệt độ hạ xuống 13 độ C hay thấp hơn. Tuy nhiên, nếu nhiệt độ quá thấp thì sẽ làm cho nước trong tế bào của cây kết tinh thành nước đá, làm gia tăng thể tích, phá vỡ các cấu trúc tế bào. Ngược lại, nhiệt độ tăng quá cao thì sự quang hợp ngừng lại vì nguyên sinh chất trong tế bào đặc quánh lại do mất nước, cây ngừng hô hấp và chết đi. Và như vậy, chúng chỉ phát triển tốt nhất ở trong khoảng nhiệt độ cực đại là 35 độ C, nhiệt độ tối hảo là 27 độ C. Rõ ràng nhu cầu nhiệt độ ở cây Lan có khác nhau nên ta gặp chúng tập trung thành những nhóm Lan khác nhau ở những vùng nhiệt độ khác nhau: Lan vùng núi cao, Lan vùng đồng bằng, Lan vùng nhiệt đới, Lan vùng ôn đới …. Căn cứ vào nhu cầu nhiệt độ, ta chia Lan ra thành 3 nhóm: • Nhóm ưa nóng: Chịu nhiệt độ ban ngày không dưới 21 độ C, ban đêm không dưới 18,5 độ C. Chúng thường ở vùng nhiệt đới. • Nhóm ưa lạnh: chịu nhiệt độ ban ngày không quá 14 độ C, ban đêm không quá 13 độ C. Chúng thường ở vùng hàn đới, ôn đới và các chỏm núi cao vùng nhiệt đới. • Nhóm chịu nhiệt độ trung bình: thích hợp với nhiệt độ ban ngày không dưới 14,5 độ C, ban đêm không dưới 13,5 độ C. c. Một số ảnh hưởng khác Độ thông thoáng cũng là một yếu tố cần thiết cho cây lan phát triển tốt. Không khí nơi vườn lan cần được thay đổi mỗi phút. Nhiệt độ ở lá dưới ánh nắng vào bất kỳ thời gian nào cũng luôn luôn cao hơn nhiệt độ của không khí quanh nó. Sự tổn thương do nhiệt độ tuỳ vào thời gian phơi bày ra nắng. Không khí luân chuyển sẽ giúp tránh được điều đó. Phần lớn cây lan chịu được nhiệt độ thấp của ban đêm, ngắn hạn thôi chứ không dai dẳng. Ngược lại nhiệt độ cao dai dẳng trong đêm không tốt cho cây vì tiến trình hô hấp gia tăng. Quang hợp thì diễn tiến suốt ngày còn hô hấp thì diễn ra suốt ngày và đêm. Bằng cách làm chậm đi sự hô hấp về đêm, thì các chất tổng hợp được ban ngày sẽ không bị sử dụng hết! Có thể làm giảm sự hô hấp ấy bằng cách hạ nhiệt độ ban đêm xuống. 5 BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH
CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT Như vậy sự chênh lệch nhiệt độ giữa ngày và đêm (biên độ nhiệt) có ảnh hưởng đến sự phát triển của cây lan. 2.1.2 Mô tả quy trình chăm sóc Áp dụng quy trình tưới tự động với các giá trị đã được cài đặt trước như: • Nhiệt độ trên – nhiệt độ dưới, đảm bảo biên độ nhiệt cho hoa Lan phát triển tốt. • Độ ẩm không khí trên – độ ẩm không khí dưới, đảm bảo sự thông thoáng và nhiệt độ cho hoa Lan quang hợp. • Độ ẩm đất trên - độ ẩm đất dưới, cung nước cho hoa Lan sinh trưởng tốt và ra cây con. Đồng thời chế độ điều khiển cho phép trực tiếp tác động đến quá trình chăm sóc Lan thông qua việc bật tắt các thiết bị như: Bơm tưới, phun sương, bật đèn, đóng mở mái che. Người trồng Lan có thể trực tiếp giám sát các thông số giá trị thông qua web. 2.2 QUY TRÌNH HOẠT ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG Mạch được điều khiển bởi Module Arduino Mega 2560 đóng vai trò điều khiển trung tâm, Arduino điều khiển tiếp nhận giao tiếp với các module khác trong đề tài như: WifiEsp, Cảm biến mưa, Cảm biến ánh sáng, cảm biến nhiệt độ - độ ẩm, cảm biến độ ẩm đất, Module L298, Động cơ Bước, LCD 20x4... Sự kết hợp của các thiết bị sẽ tạo nên một hệ thống tốt nhất, hiện đại hơn. 2.3 GIỚI THIỆU PHẦN CỨNG 2.3.1 Tổng quan arduino mega 2560 a. Giới thiệu Board Arduino Mega. Arduino Mega2560 là một vi điều khiển bằng cách sử dụng ATmega2560. Arduino Mega2560 khác với tất cả các vi xử lý trước giờ vì không sử dụng FTDI chip điều khiển chuyển tín hiệu từ USB để xử lý. Thay vào đó, nó sử dụng ATmega16U2 lập trình như là một công cụ chuyển đổi tín hiệu từ USB. Ngoài ra, Arduino Mega2560 cơ bản vẫn giống Arduino Uno R3, chỉ khác số lượng chân và nhiều tính năng mạnh mẽ hơn, nên các bạn vẫn có thể lập trình cho con vi điều khiển này bằng chương trình lập trình cho Arduino Uno R3. 6 BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH
CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT Hình 2-1: Board Arduino Mega 2560. b. Thông số kỹ thuật • Vi điều khiển chính: ATmega2560. • IC nạp và giao tiếp UART: ATmega16U2. • Nguồn nuôi mạch: 5VDC từ cổng USB hoặc nguồn ngoài cắm từ giắc tròn DC (khuyên dùng 7-9VDC để đảm bảo mạch hoạt động tốt. Nếu bạn cắm 12V thì IC. ổn áp rất dễ chết và gây hư hỏng mạch). • Số chân Digital : 54 (có 15 chân PWM). • Số chân Analog: 16. • Giao tiếp UART: 4 bộ UART. • Giao tiếp SPI: 1 bộ (chân 50 đến 53) dùng với thư viện SPI của Arduino. • Giao tiếp I2C: 1 bộ. • Ngắt ngoài: 6 chân. • Bộ nhớ Flash: 256 KB, 8KB sử dụng cho Bootloader. • SRAM: 8 KB. • EEPROM: 4 KB. • Xung clock: 16 MHz. 7 BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH
CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.3.2 Giới thiệu LCD 20x4 a. Giới thiệu về màn hình LCD 20x4. Ở các phần giao tiếp với led 7 đoạn có hạn chế vì chỉ hiển thị được các số từ 0 đến 9 hoặc số hex từ 0 đến F – không thể nào hiển thị được các thông tin kí tự khác nhưng chúng sẽ được hiển thị đầy đủ trên LCD có rất nhiều dạng phân biệt theo kích thước từ vài kí tự đến hàng chục kí tự từ 1 hàng đến vài chục hàng vì vậy để cho thuận tiện cho việc hiển thị nên chúng ta sử dụng LCD. Ở đây chúng ta sử dụng LCD 20x4 có nghĩa là có 4 hàng, mỗi hàng có 20 kí tự. Màn hình LCD 20x4 sử dụng IC Driver HD44780. Hỗ trợ giao tiếp dữ liệu 4bits và 8bit có khả năng hiển thị 4 dòng mỗi dòng 20 ký tự màn hình có độ bền cao màn hình LCD 20x4 bao gồm bộ điểu khiển và các vùng nhớ. b. Cấu tạo màn hình LCD 20x4 Được cấu tạo gồm 14 chân: Các chân cấp nguồn Chân số 1 là chân nối mass(0V), chân thứ 2 là chân VDD nối với nguồn 5V. Chân thứ 3 thường được nối với contrast thường nối với biến trở. Các chân điều khiển chân số 4 là chân RS dùng để điều khiển lựa chọn thanh ghi. Chân RW dùng để quá trình đọc và ghi. Chân E là chân cho phép các chân dữ liệu D7-D0. Chân số 7 đến chân số 14 là 8 chân dùng để trao đổi giữa thiết bị và LCD. c. Chức năng và thông số hoạt động của LCD 20x4 Hình 2-2: Màn hình LCD 20x4. 8 BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH