Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế và thi công hệ thống chăm sóc vườn lan sử dụng năng lượng mặt trời

Chia sẻ: Xylitol Extra | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:102

Thêm vào BST

Báo xấu

116
lượt xem 30
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Đề tài được thực hiện mới mục tiêu nhằm nghiên cứu, tìm hiểu về kit Arduino, module cảm biến độ ẩm đất, module cảm biến nhiệt độ và độ ẩm không khí, module thu phát wifi và thiết bị điện và cách kết nối giữa chúng để hoàn thiện thành một mô hình. Nghiên cứu, thiết kế hệ thống đọc nhiệt độ, độ ẩm của đất và không khí của vườn lan sau đó hiển thị chúng lên màn hình LCD và đưa lên Web. Nghiên cứu kết hợp nguồn pin năng lượng mặt trời vào trong mô hình vườn lan. Nguồn điện dự phòng khi thời tiết không có nắng.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế và thi công hệ thống chăm sóc vườn lan sử dụng năng lượng mặt trời

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: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG HỆ THỐNG CHĂM SÓC VƯỜN LAN SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI GVHD : ThS. Võ Đức Dũng SVTH1 : Hàn Văn Hải MSSV : 13141078 Tp. Hồ Chí Minh - 01/2019
NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP TRƯỜNG ĐH. SƯ PHẠM KỸ THUẬT CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TP. HỒ CHÍ MINH ĐỘC LẬP - TỰ DO - HẠNH PHÚC KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP Y SINH Tp. HCM, ngày 07 tháng 01 năm 2019 NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên: Hàn Văn Hải MSSV: 13141078 Chuyên ngành: Điện tử công nghiệp Mã ngành: 141 Hệ đào tạo: Đại học chính quy Mã hệ: 1 Khóa: 2013 Lớp: 13141DT3A I. TÊN ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG HỆ THỐNG CHĂM SÓC VƯỜN LAN SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI II. NHIỆM VỤ 1. Các số liệu ban đầu: [1] Mr Good, “Tổng Quan Về Website”, http://www.oktot.com/tong-quan-ve-website/ [2] Lê Chí Huy, “Học lập trình”, https://freetuts.net/ [3] “Language Reference”, https://www.arduino.cc/en/Reference/HomePage [4] Internet Of Things (IoT) với ESP8266 ,https://arduino.esp8266.vn 2. Nội dung thực hiện: Nội dung 1: Tổng quan. Nội dung 2: Cơ sở lý thuyết. Nội dung 3: Tính toán và thiết kế hệ thống. Nội dung 4: Thi công hệ thống. Nội dung 5: Kết quả-Nhận xét-Đánh giá. Nội dung 6: Kết luận và hướng phát triển. III. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 01/10/2018 IV. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 07/01/2019 V. HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: ThS. Võ Đức Dũng CÁN BỘ HƯỚNG DẪN BM. ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP - Y SINH BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP-Y SINH i
LỜI CAM ĐOAN TRƯỜNG ĐH. SƯ PHẠM KỸ THUẬT CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TP. HỒ CHÍ MINH ĐỘC LẬP - TỰ DO - HẠNH PHÚC KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH Tp. HCM, ngày 13 tháng 10 năm 2018 LỊCH TRÌNH THỰC HIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên 1: Hàn Văn Hải Lớp: 13141DT3A MSSV: 13141078 Tên đề tài: Thiết kế và thi công hệ thống chăm sóc vườn lan sử dụng năng lượng mặt trời. Tuần/ngày Nội dung Xác nhận GVHD Tuần 1 - Gặp giáo viên hướng dẫn, 1/10 – 07/10 nhận nhiệm vụ đồ án. - Viết đề cương chi tiết. Tuần 2 - Khảo sát hệ thống ngoài thực 08/10 – 14/10 tế - Tìm hiểu các linh kiện có thể phục vụ nghiên cứu đề tài. Tuần 3 - Thiết kế sơ đồ khối hệ thống. 15/10 – 21/10 Tuần 4 - Lập trình kết nối Internet với 22/10 – 28/10 mạch điều khiển ESP. Tuần 5 - Lập trình giao tiếp giữa ESP 29/10 – 4/11 với arduino. Tuần 6 - Thiết kế và thi công khối 5/11 – 11/11 nguồn dùng pin năng lượng mặt trời. Tuần 7 - Thiết kế và lập trình web. 12/11 – 18/11 Tuần 8 - Thiết kế giám sát và điều 19/11 – 25/11 khiển qua web. Tuần 9 - Thiết kế, tính toán mạch, cắm 26/11 – 02/12 chạy thử trên test board. Tuần 10 - Truyền nhận dữ liệu từ cơ sở 03/12 – 09/12 dữ liệu xuống hệ thống. Tuần 11 - Thi công mạch. 10/12 – 16/12 - Viết báo cáo Tuần 12 - Chạy thử mạch, kiểm tra tổng 17/12 – 23/12 thể hoạt động của sản phẩm so BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP-Y SINH ii
LỜI CAM ĐOAN sánh với mục tiêu ban đầu của đồ án, hoàn thiện sản phẩm. - Viết báo cáo. Tuần 13 - Viết báo cáo. 24/12 – 30/12 - Làm poster và side thuyết trình. Tuần 14 - Giáo viên hướng dẫn kiểm tra 31/12 – 06/01 báo cáo và điều chỉnh sai sót. GV HƯỚNG DẪN (Ký và ghi rõ họ và tên) BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP-Y SINH ii
LỜI CAM ĐOAN LỜI CAM ĐOAN Đề tài này là do nhóm sinh viên Hàn Văn Hải và Bùi Văn Hải tự thực hiện, dựa vào một số tài liệu trước đó và không sao chép từ tài liệu hay công trình đã có trước đó. Người thực hiện đề tài Hàn Văn Hải BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP-Y SINH ii
LỜI CẢM ƠN LỜI CẢM ƠN Trong thời gian thực hiện đề tài, những người thực hiện được sự giúp đỡ của gia đình, quý thầy cô và bạn bè nên đề tài đã được hoàn thành. Những người thực hiện xin chân thành gửi lời cảm ơn đến: Thầy Võ Đức Dũng, giảng viên trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Tp.HCM đã trực tiếp hướng dẫn và tận tình giúp đỡ tạo điều kiện để nhóm có thể hoàn thành tốt đề tài. Những người thực hiện cũng xin chân thành cảm ơn đến các thầy cô trong khoa Điện - Điện tử của trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Tp.HCM đã tận tình dạy dỗ, chỉ bảo, cung cấp cho những người thực hiện những kiến thức nền, chuyên môn làm cơ sở để hoàn thành đề tài này. Cảm ơn gia đình đã động viên và luôn luôn bên cạnh trong những lúc khó khăn nhất. Xin gửi lời cảm ơn đến những người bạn sinh viên khoa Điện-Điện tử đã giúp đỡ những người thực hiện đề tài để có thể hoàn thành tốt đề tài này. Xin chân thành cảm ơn! Người thực hiện đề tài: Hàn Văn Hải BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP-Y SINH vii
MỤC LỤC MỤC LỤC NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ............................................................................. i LỊCH TRÌNH THỰC HIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP…………………….………..iii LỜI CAM ĐOAN ......................................................................................................... iv LỜI CẢM ƠN .............................................................................................................. vii MỤC LỤC ...................................................................................................................viii DANH MỤC HÌNH ẢNH ............................................................................................ xi DANH MỤC BẢNG BIỂU ......................................................................................... xv TÓM TẮT ................................................................................................................... xvi Chương 1. TỔNG QUAN ............................................................................................. 1 1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ ...................................................................................................... 1 1.2 MỤC TIÊU ........................................................................................................... 1 1.3 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU ................................................................................ 2 1.4 GIỚI HẠN ............................................................................................................ 2 1.5. BỐ CỤC ............................................................................................................... 2 Chương 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT ................................................................................. 4 2.1 GIỚI THIỆU PIN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI ................................................. 4 2.2 QUY TRÌNH TRỒNG HOA LAN ...................................................................... 5 2.2.1 Đặc tính sinh trưởng của hoa lan ................................................................... 5 2.2.2 Mô tả quy trình chăm sóc hoa lan .................................................................. 7 2.3 TỔNG QUAN VỀ ARDUINO ............................................................................. 8 2.4 GIỚI THIỆU PHẦN CỨNG ................................................................................. 8 2.4.1 Arduino UNO R3 ........................................................................................... 9 2.4.2 Module Wifi ESP8266 V1 ........................................................................... 10 2.4.3 Cảm biến DHT11 ......................................................................................... 11 2.4.4 Cảm biến độ ẩm đất ..................................................................................... 12 2.4.5 Màn hình LCD 20x4 .................................................................................... 13 2.4.6 Mạch chuyển giao tiếp LCD 20x4 ............................................................... 14 2.4.7 Nút nhấn đơn R13 ........................................................................................ 15 2.4.8 Động cơ bơm nước 5V ................................................................................ 15 2.4.9 Mạch phun sươn 5V .................................................................................... 16 2.4.10 Relay 5V 10A 5 chân ................................................................................ 16 BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP-Y SINH viii
MỤC LỤC 2.4.11 Quạt tản nhiệt 12V .................................................................................... 17 2.5 HỆ THỐNG PIN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI ................................................ 17 2.5.1 Tấm pin năng lượng mặt trời ...................................................................... 17 2.5.2 Bộ điều khiển sạc ....................................................................................... 19 2.5.3 Bình ắc-quy ............................................................................................... 20 2.5.4 Mạch giảm áp L2596 ................................................................................. 21 2.6 CÁC CHUẨN GIAO TIẾP ................................................................................ 21 2.6.1 Chuẩn giao tiếp UART ................................................................................ 21 2.6.2 Chuẩn giao tiếp SPI ..................................................................................... 22 2.6.3 Chuẩn giao tiếp I2C ...................................................................................... 22 Chương 3. TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ ................................................................ 23 3.1 THIẾT KẾ SƠ ĐỒ KHỐI .................................................................................. 23 3.2 Tính toán và thiết kế mạch .................................................................................. 24 3.2.1 Khối xử lý trung tâm.................................................................................... 24 3.2.2 Khối module wifi ESP 8266 V1 .................................................................. 25 3.2.3 Khối cảm biến độ ẩm đất. ............................................................................ 27 3.2.4 Khối cảm biến DHT11 ................................................................................ 28 3.2.4 Khối chấp hành. ........................................................................................... 28 3.2.5 Khối hiển thị ............................................................................................... 29 3.2.6 Khối ngoại vi ............................................................................................... 31 3.2.7 Khối relay ................................................................................................... 33 3.2.8 Khối nguồn ................................................................................................. 34 3.2.9 Sơ đồ nguyên lý của toàn mạch ................................................................... 37 Chương 4. THI CÔNG HỆ THỐNG ....................................................................... 39 4.1 GIỚI THIỆU ...................................................................................................... 39 4.2 THI CÔNG HỆ THỐNG .................................................................................... 39 4.2.1 Thi công mạch hệ thống điều khiển ............................................................. 39 4.2.2 Lắp ráp và kiểm tra bo mạch hệ thống ........................................................ 40 4.3 ĐÓNG GÓI VÀ THI CÔNG MÔ HÌNH ............................................................ 40 4.3.1 Đóng gói bộ điều khiển................................................................................ 40 4.3.2 Thi công mô hình ......................................................................................... 43 4.4 LẬP TRÌNH HỆ THỐNG ................................................................................... 46 BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP-Y SINH ix
MỤC LỤC 4.4.1 Lưu đồ giải thuật .......................................................................................... 46 4.4.2 Phần mềm lập trình cho vi điều khiển ......................................................... 54 4.4.3 Phần mềm lập trình web .............................................................................. 59 4.5 VIẾT TÀI LIỆU HƯỚNG DẪN SỬ DỤNG, THAO TÁC ............................... 63 Chương 5. KẾT QUẢ - NHẬN XÉT - ĐÁNH GIÁ ................................................ 64 Chương 6. KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN .............................................. 73 6.1 KẾT LUẬN ......................................................................................................... 73 6.2 HƯỚNG PHÁT TRIỂN ...................................................................................... 74 TÀI LIỆU THAM KHẢO .......................................................................................... 75 PHỤ LỤC ......................................................................................................................... BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP-Y SINH x
DANH MỤC HÌNH ẢNH DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 2.1: Các loại Board Arduino. ................................................................................. 8 Hình 2. 2: Hình ảnh board Aduino Uno R3. .................................................................. 9 Hình 2.3: Module wifi ESP8266 V1. ........................................................................... 10 Hình 2.4: Sơ đồ kết nối Arduino với ESP 8266. .......................................................... 11 Hình 2.5: Cảm biến DHT11. ........................................................................................ 11 Hình 2.6: Sơ đồ kết nối vi điều khiển với DHT11. ...................................................... 12 Hình 2.7: Cảm biến độ ẩm đất...................................................................................... 12 Hình 2.8: Sơ đồ kết nối vi điều khiển với cảm biến độ ẩm đất. ................................... 13 Hình 2.9: Màn hình LCD 20x4..................................................................................... 13 Hình 2.10: Mạch chuyển giao tiếp LCD 20x4. ............................................................ 14 Hình 2.11: Màn hình LCD 20x4 voi I2C. .................................................................... 14 Hình 2.12: Sơ đồ kết nối vi xử lý với I2C. ................................................................... 14 Hình 2.13: Nút nhấn R13.............................................................................................. 15 Hình 2.14: Sơ đồ nút nhấn. ........................................................................................... 15 Hình 2.15: Động cơ tạo hơi nước 5 VDC.................................................................... 15 Hình 2.16: Động cơ bơm nước 5V ............................................................................... 15 Hình 2.17: Mạch tạo hơi sương 5V. ............................................................................. 16 Hình 2.18: Sơ đồ cấu tạo của Relay 5V10A 5 chân ..................................................... 16 Hình 2.19: Quạt 12V. ................................................................................................... 17 Hình 2.20: Tấm pin năng lượng mặt trời 10W. ............................................................ 17 Hình 2.21: Ứng dụng pin năng lượng mặt trời vào trồng trọt. ..................................... 19 Hình 2.22: Bình ắc-quy 12V-5Ah. ............................................................................... 20 Hình 2.23: Mạch giảm áp L2596. ................................................................................ 21 Hình 2.24: Hệ thống truyền dữ liệu bất đồng bộ. ......................................................... 21 Hình 2.25: Hệ thống truyền dữ liệu bất đồng bộ. ......................................................... 22 Hình 2.26. Biểu đồ thời gian của giao thức I2C. .......................................................... 22 Hình 3.1: Sơ đồ khối hệ thống vườn lan sử dụng năng lượng mặt trời. ..................... 23 Hình 3.2 Sơ đồ khối hệ thống thiết bị thực tế............................................................... 24 Hình 3.3 Khối xử lý trung tâm sử dụng board Arduino UNO R3. ............................... 25 Hình 3.4: Module wifi ESP 8266 V1. .......................................................................... 25 Hình 3.5: Sơ đồ nguyên lý Module wifi ESP 8266 V1 với Arduino UNO R3. ........... 26 BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP-Y SINH xi
DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 3.6: Hình ảnh thực tế của Module cảm biến độ ẩm đất. ...................................... 27 Hình 3.7 Sơ đồ nguyên lý Module độ ẩm đất kết nối Arduino UNO R3. .................... 27 Hình 3.8: Sơ đồ nguyên lý kết nối cảm biến DHT11 vào Arduino UNO .................... 28 Hình 3.9: Động cơ 5V DC........................................................................................... 29 Hình 3.10: Mạch tạo hơi sương 5V. ............................................................................ 29 Hình 3.11: LCD 20x4. .................................................................................................. 30 Hình 3.12: Mạch chuyển giao tiếp LCD sang I2C. ....................................................... 30 Hình 3.12: Sơ đồ nguyên lý kết nối Arduino UNO R3 với I2C. .................................. 31 Hình 3.13: Hình ảnh thực tế của nút nhấn và led. ........................................................ 31 Hình 3.14: Sơ đồ nguyên lý kết nối Arduino UNO với nút nhấn. ............................... 32 Hình 3.15. Sơ đồ nguyên lý kết nối Arduino UNO với led. ......................................... 32 Hình 3.16: Relay 5V 10A 5 chân ................................................................................. 33 Hình 3.17: Sơ đồ nguyên lý hoạt động khối Relay. ..................................................... 34 Hình 3.18: Bình ắc-quy 12V-5Ah. ............................................................................... 35 Hình 3.19: Tấm pin năng lượng mặt trời. .................................................................... 35 Hình 3.20: Nguồn tổ ong 12V 3A. ............................................................................... 37 Hình 3.21: Mạch giảm áp LM2596 . ............................................................................ 37 Hình 4.1: Sơ đồ bố trí linh kiện mạch hệ thống điều khiển. ........................................ 39 Hình 4.2. Tủ điện thực tế 20x20x10 cm. ...................................................................... 41 Hình 4.3: Sơ đồ bố trí linh kiện hiển thị ra bên ngoài mặt trước tủ điều khiển. .......... 41 Hình 4.4: Sơ đồ bố trí mặt trước hệ thống. ................................................................... 42 Hình 4.5: Sơ đồ bố trí mặt phía trên hệ thống. ............................................................. 42 Hình 4.6: Giao diện mặt trước tủ điều khiển. ................................................................. 43 Hình 4.7: Hình dạng bên trong tủ. ................................................................................ 43 Hình 4.8: Bộ điều khiển sạc pin năng lượng mặt trời. ................................................. 44 Hình 4.9: Hình dạng mặt trước mô hình ...................................................................... 44 Hình 4.10: Hình dạng mặt trên mô hình. ..................................................................... 44 Hình 4.11: Vị trí các ống dẫn. ...................................................................................... 45 Hình 4.12: Vị trí các khối trong mô hình. .................................................................... 45 Hình 4.12: Vị trí chậu lan . ........................................................................................... 45 Hình 4.13: Vị trí treo chậu lan...................................................................................... 45 Hình 4.13: Lưu đồ hệ thống điều khiển hệ thống tưới lan. .......................................... 47 BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP-Y SINH xii
DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 4.14: Lưu đồ chế độ AUTO. ............................................................................... 49 Hình 4.15: Lưu đồ chế độ TAY(MANUAL). .............................................................. 51 Hình 4.16: Lưu đồ chuyển dữ liệu lên web. ................................................................. 52 Hình 4.17: Lưu điiều khiển bằng web. ......................................................................... 54 Hình 4.18: Quy trình làm việc của arduino .................................................................. 54 Hình 4.19: Giao diện lập trình arduino. ....................................................................... 55 Hình 4.20 : Giao diện menu arduino IDE .................................................................... 55 Hình 4.21: Giao diện file menu arduino IDE. .............................................................. 55 Hình 4.22: Giao diện Examples menu arduino IDE .................................................... 56 Hình 4.23: Giao diện Sketch Menu Arduino IDE ........................................................ 56 Hình 4.24: Giao diện edit menu arduino IDE .............................................................. 57 Hình 4.25: Giao diện Tool Menu Arduino IDE ........................................................... 57 Hình 4.26: Board Arduino sử dụng ............................................................................. 58 Hình 4.27: Arduino Toolbar ......................................................................................... 58 Hình 4.28: Chương trình nạp thành công. .................................................................... 58 Hình 4.29. Tạo file mới trên Sublime Text .................................................................. 59 Hình 4.30. Lưu file php ................................................................................................ 59 Hình 4.31. Phác thảo giao diện website. ...................................................................... 60 Hình 4.32. Khởi tạo CSDL ........................................................................................... 61 Hình 4.33: Khởi tạo tài khoản. ..................................................................................... 62 Hình 4.34: Tải file lên web........................................................................................... 62 Hình 5.1. Màn hình chính tủ điều khiển. ...................................................................... 65 Hình 5.2: Mặt trước tủ. ................................................................................................. 66 Hình 5.3: Mặt phía trong tủ. ......................................................................................... 66 Hình 5.4: Chế độ tự động(AUTO). .............................................................................. 67 Hình 5.5: Tưới hoa lan. ................................................................................................ 67 Hình 5.6: Chế độ AUTO trên WEB. ............................................................................ 67 Hình 5.7: Nhập giá trị mới. .......................................................................................... 68 Hình 5.8: Cặp nhật giá trị mới. ..................................................................................... 68 Hình 5.9: Nhấn phím chế độ tay. ................................................................................. 68 Hình 5.10: Nhấn phím bơm .......................................................................................... 68 Hình 5.11: Nhấn phím phun sương. ............................................................................. 69 BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP-Y SINH xiii
DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 5.12: Hệ thống bắt đầu tọa hơi sương. ................................................................... 69 Hình 5.13. Điều khiển trên web.................................................................................... 69 Hình 5.14. Gía trị tại hệ thống. ..................................................................................... 69 Hình 5.15: Bật quạt. ..................................................................................................... 70 Hình 5.16: Quạt chạy. .................................................................................................. 70 Hình 5.17: Hiển thị dung lượng ắc-quy. ...................................................................... 70 Hình 5.18: Hiển thị dung lượng ắc-quy. ...................................................................... 71 BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP-Y SINH xiv
DANH MỤC BẢNG BIỂU DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 2.1. Các chân của LCD. ....................................................................................... 13 Bảng 2.2: Thông số kỹ thuật pin năng lượng mặt trời 10w.......................................... 18 Bảng 2.3: Thông số kỹ thuật Bộ Điều Khiển Sạc Solar 12V/24V 5A ......................... 19 Bảng 4.1. Danh sách các linh kiện. ............................................................................... 40 BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP-Y SINH xv
TÓM TẮT TÓM TẮT Cuộc cách mạng công nghiệp 4.0 đang dần lan rộng ra nhiều lĩnh vực trong sản xuất. Cụ thể là ứng dụng của IoTs đang được phổ biến khá rộng rãi trong lĩnh vực nông nghiệp. Nhiều mô hình trồng trọt chăn nuôi đang được xây dựng theo xu hướng thông minh hơn, nhằm giảm kinh phí cũng như nhân lực, tăng năng suất cho sản phẩm. Nhóm chọn đề tài Thiết kế và thi công hệ thống chăm sóc vườn lan sử dụng năng lượng mặt trời, đồng thời áp dụng công nghệ IOTs trong việc giám sát vườn lan để giảm chi phí chăm sóc. Giúp vườn lan phát triển tốt, tránh được sâu bệnh. Hệ thống có các chức năng như sau:  Hệ thống chính là tưới 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 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. Nguồn cấp từ pin năng lượng mặt trời.  Hệ thống mở rộng bao gồm:  Hệ thống điều khiển thiết bị từ xa thông qua Internet, hiển thị trạng thái đóng mở của thiết bị thông qua giao diện web điều khiển.  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 giao diện web 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 ESP 8266 V1, 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(AUTO, Mode = 1). Muốn đổi chế độ thì ta nhấn phím chế độ tay(MANUAL, Mode = 0) tương ứng với chức năng chế độ tay, sau đó chỉ nhấn nút Bơm hoặc Hơi sương thì có thể điều khiển trực tiếp. BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP-Y SINH xvi
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN Chương 1. TỔNG QUAN 1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ Cuộc cách mạng công nghiệp 4.0 đang dần lan rộng ra nhiều lĩnh vực trong sản xuất. Cụ thể là ứng dụng của IoTs đang được phổ biến khá rộng rãi trong lĩnh vực nông nghiệp. Nhiều mô hình trồng trọt chăn nuôi đang được xây dựng theo xu hướng thông minh hơn, nhằm giảm kinh phí cũng như nhân lực, tăng năng suất cho sản phẩm. Song song với đó là sự phát triển các công nghệ năng lượng mặt trời, trong đó công nghệ điện Pin năng lượng mặt trời có vai trò quan trọng nhất. Việt Nam được đánh giá là có nguồn tài nguyên năng lượng mặt trời vào loại tốt trên thế giới. Nguồn năng lượng sạch và tiềm năng lớn này hoàn toàn có thể tham gia đóng góp vào các lĩnh vực khác nhau, đặc biệt là ngành trồng trọt. Hiện nay mô hình vườn lan đang đem lại hiệu quả kinh tế cao. Tiêu biểu như vườn lan tại trung tâm nông nghiệp công nghệ cao Khánh Hòa, vườn lan nhiệt đới tại trung tâm kỹ thuật Tiền Giang...Những mô hình trên sử dụng công nghệ tưới nhỏ giọt và phun sương Isarel được nhập từ nước ngoài với chi phí cao. Công nghệ trên hoạt động theo chế độ bán tự động cần mở van. Hạn chế của công nghệ này là chăm sóc vườn lan tốn nhiều chi phí do tốn nhiều nhân công chăm sóc. Để khắc phục hạn chế trên nhóm chọn đề tài Thiết kế và thi công hệ thống chăm sóc vườn lan sử dụng năng lượng mặt trời, đồng thời áp dụng công nghệ IOTs trong việc giám sát vườn lan để giảm chi phí chăm sóc. Giúp vườn lan phát triển tốt, tránh được sâu bệnh. 1.2 MỤC TIÊU Thiết kế và thi công được hệ thống vườn lan sử dụng pin năng lượng mặt trời, giám sát và điều khiển thông qua hệ thống IOTs. Giúp việc lên kế hoạch chăm sóc vườn lan tốt hơn. Nghiên cứu, tìm hiểu về kit Arduino, module cảm biến độ ẩm đất, module cảm biến nhiệt độ và độ ẩm không khí, module thu phát wifi và thiết bị điện và cách kết nối giữa chúng để hoàn thiện thành một mô hình. Nghiên cứu, thiết kế hệ thống đọc nhiệt độ, độ ẩm của đất và không khí của vườn lan sau đó hiển thị chúng lên màn hình LCD và đưa lên Web. Nghiên cứu kết hợp nguồn pin năng lượng mặt trời vào trong mô hình vườn lan. Nguồn điện dự phòng khi thời tiết không có nắng. BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP-Y SINH 1
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN 1.3 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU  NỘI DUNG 1: Tìm hiểu và nghiên cứu về cấu tạo phần cứng, nguyên lý hoạt động, tính năng của các module Arduino, module cảm biến độ ẩm đất, module cảm biến nhiệt độ và độ ẩm không khí DHT11, module thu phát wifi ESP8266.  NỘI DUNG 2: Tìm hiểu và nghiên cứu về lập trình Web Server, tìm hiểu về ngôn ngữ HTML, CSS, PHP, cơ sở dữ liệu MySQL.  NỘI DUNG 3: Các giải pháp thiết kế hệ thống, thi công mô hình.  NỘI DUNG 4: Thiết kế hệ thống điều khiển, lưu đồ giải thuật và chương trình điều khiển mô hình.  NỘI DUNG 5: Thiết kế hoàn chỉnh mô hình thực tế.  NỘI DUNG 6: Chạy thử nghiệm hệ thống.  NỘI DUNG 7: Cân chỉnh hệ thống.  NỘI DUNG 8: Viết sách luận văn.  NỘI DUNG 9: Bảo vệ đề tài tốt nghiệp 1.4 GIỚI HẠN  Thiết kế mô hình cửa có kích thước dài, rộng, cao là 60 x 60 x 60 cm bằng mica và khung nhôm.  Cảm biến nhiệt độ và độ ẩm sai số
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN  Chương 2: Cơ Sở Lý Thuyết Trong chương này trình bày về các lý thuyết có liên quan đến các vấn đề mà đề tài sẽ dùng để thực hiện thiết kế, thi công cho đề tài.  Chương 3: Tính Toán Và Thiết Kế Chương này giới thiệu tổng quan về các yêu cầu của đề tài mà mình thiết kế và các tính toán, thiết kế gồm những phần nào như: Thiết kế sơ đồ khối hệ thống, sơ đồ nguyên lý toàn mạch, tính toán thiết kế mạch.  Chương 4: Thi Công Hệ Thống Chương này trình bày về quá trình lắp ráp các thiết bị, đo kiểm tra mạch, lắp ráp mô hình. Thiết kế lưu đồ giải thuật cho chương trình và viết chương trình cho hệ thống. Hướng dẫn quy trình sử dụng hệ thống.  Chương 5: Kết Quả_Nhận Xét_Đánh Giá Trình bày về những kết quả đã được mục tiêu đề ra sau quá trình nghiên cứu thi công. Từ những kết quả đạt được để đánh giá quá trình hoàn thành được bao nhiêu phần trăm.  Chương 6: Kết Luận Và Hướng Phát Triển Chương này trình bày về những kết quả mà đồ án đạt được, những hạn chế, từ đó rút ra kết luận và hướng phát triển để giải quyết các vấn đề tồn đọng để đồ án hoàn thiện hơn. BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP-Y SINH 3
CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT Chương 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 GIỚI THIỆU PIN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI Pin năng lượng Mặt trời hay pin mặt trời hay pin quang điện (Solar panel) bao gồm nhiều tế bào quang điện (solar cells) - là phần tử bán dẫn có chứa trên bề mặt một số lượng lớn các cảm biến ánh sáng là điốt quang, thực hiện biến đổi năng lượng ánh sáng thành năng lượng điện. Sự chuyển đổi năng lượng ánh sáng thành năng lượng điện này thực hiện theo hiệu ứng quang điện. Các pin năng lượng Mặt trời có nhiều ứng dụng trong thực tế, đặc biệt thích hợp cho các vùng mà điện lưới khó vươn tới như núi cao, ngoài đảo xa, hoặc phục vụ các hoạt động trên không gian; Cụ thể như các vệ tinh quay xung quanh quỹ đạo trái đất, máy tính cầm tay, các máy điện thoại cầm tay từ xa, thiết bị bơm nước... Các Pin năng lượng Mặt trời được thiết kế như những modul thành phần, được ghép lại với nhau tạo thành các tấm năng lượng Mặt trời có diện tích lớn, thường được đặt trên nóc các tòa nhà nơi chúng có thể có thể đó ánh sáng nhiều nhất, và kết nối với bộ chuyển đổi của mạng lưới điện. Các tấm pin Mặt Trời lớn ngày nay được lắp thêm bộ phận tự động điều khiển để có thể xoay theo hướng ánh sáng, giống như loài hoa hướng dương hướng về ánh sáng Mặt Trời. Pin năng lượng mặt trời công suất 10W có kích thước nhỏ gọn. Phù hợp để sạc cho bình ắc quy 12V/4.5Ah hoặc 12V/7.2Ah – loại bình ắc quy rất phổ biến hiện nay. Công suất mỗi tấm pin là 10W và có thể ghép nối các tấm lại với nhau để tăng điện áp hoặc công suất lên trong những trường hợp cần thiết. Pin năng lượng mặt trời được sản xuất tại Việt Nam với công nghệ tiên tiến, hiệu suất cao lên đến 98% giúp cho hệ thống vận hành luôn luôn ổn định. Bộ điều khiển sạc (Solar Regulator) là thiết bị thực hiện chức năng điều tiết sạc cho ắc-quy, bảo vệ cho ắc-quy chống nạp quá tải và xả quá sâu nhằm nâng cao tuổi thọ của bình ắc-quy, và giúp hệ thống pin mặt trời sử dụng hiệu quả và lâu dài. Bộ điều khiển còn cho biết tình trạng nạp điện của Panel mặt trời vào ắc-quy giúp cho người sử dụng kiểm soát được các phụ tải. Bộ điều khiển còn thực hiện việc bảo vệ nạp quá điện BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP-Y SINH 4
CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT thế (>13,8V) hoặc điện thế thấp (