Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế và thi công hệ thống IoTs chăm sóc vườn cây ăn quả sử dụng pin năng lượng mặt trời

Chia sẻ: Xylitol Extra | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:155

Thêm vào BST

Báo xấu

161
lượt xem 45
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Đề tài gồm các mục tiêu: Tìm hiểu được về sự sinh trưởng của cây ăn quả mong muốn để từ đó nắm bắt được những điều kiện nhiệt độ, độ ẩm, ánh sáng thích hợp với sự phát của loại cây đó. Tìm hiểu được cơ sở lý thuyết của việc thiết kế và thi công một vườn cây ăn quả. Tìm hiểu được về Pin năng lượng mặt trời và cách chuyển đổi năng lượng mặt trời thành nguồn điện cung cấp cho hệ thống. Thiết kế được hệ thống chăm sóc cây ăn quả.

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 IoTs chăm sóc vườn cây ăn quả sử dụng pin năng lượng mặt trời

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 6 tháng 3 năm 2018 NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên:Ngô Thành Đạt MSSV: 14141060 Lê Hải Nguyên MSSV: 14141216 Chuyên ngành: Điện tử công nghiệp Mã ngành: 141 Hệ đào tạo: Đại học chính quy Mã hệ: 1 Khóa: 2014 Lớp: 14141DT1B I. TÊN ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG HỆ THỐNG IOTS CHĂM SÓC VƯỜN CÂY ĂN QUẢ SỬ DỤNG PIN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI II. NHIỆM VỤ 1. Các số liệu ban đầu:  Chọn cây cà chua là đối tượng nghiên cứu.  Thiết kế mô hình nhà kính có kích thước dài, rộng, cao là 100 x 50 x 65 cm bằng khung nhôm và bọc nhựa nilong, có mái che.  Màn hình cảm ứng để thao tác có kích thước 3.2 inch.  Sử dụng 2 tấm pin năng lượng mặt trời 12V-10W và bộ lưu điện 12V 9Ah để cấp nguồn hoạt động cho toàn bộ hệ thống. 2. 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, module NODEMCU ESP8266, module L293, động cơ Servo, động cơ DC, DHT11, BH1750, cảm biến mưa, cảm biến độ ẩm đất.  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, cân chỉnh hệ thống.  NỘI DUNG 7: Viết sách luận văn. III. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 06/03/2018 IV. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 16/07/2018 V. HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: ThS. Võ Đức Dũng CÁN BỘ HƯỚNG DẪN BM. ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP - Y SINH
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 23 tháng 3 năm 2018 LỊCH TRÌNH THỰC HIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên 1: Ngô Thành Đạt Lớp: 14141DT1B MSSV:14141060 Họ tên sinh viên 2: Lê Hải Nguyên Lớp: 14141DT1B MSSV: 14141216 Tên đề tài: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG HỆ THỐNG IoTs CHĂM SÓC VƯỜN CÂY ĂN QUẢ SỬ DỤNG PIN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI Xác nhận Tuần/ngày Nội dung GVHD - Gặp GVHD để phổ biến quy định: thực hiện chọn đề tài, tên đề tài, thời gian làm việc. 1 (19-25/3) - Duyệt đề tài. - Viết đề cương cho đề tài. - Tìm kiếm các kiến thức, thông tin về đặc tính. nhiệt độ, độ ẩm của cây ăn quả mong muốn. 2 - Tìm hiểu về Pin năng lượng mặt trời. (26/3-1/4) - Tìm hiểu các cảm biến sử dụng trong đề tài. - Tìm hiểu về cách thức lập trình ứng dụng trên điện thoại và thiết kế Web Server. - Thiết kế sơ đồ khối, giải thích chức năng. 3 (2/4-8/4) - Tính toán lựa chọn linh kiện cho từng khối. - Thiết kế sơ đồ nguyên lý và giải thích hoạt 4 động của mạch. (9/4-15/4) - Thiết kế nguồn từ pin năng lượng mặt trời. - Thi công mạch cấp nguồn sử dụng pin năng 5 lượng mặt trời. (16/4-22/4) - Thi công mạch, xây dựng mô hình.
- Lập trình ứng dụng trên điện thoại. - Thiết kế Web Server. - Thi công mạch cấp nguồn sử dụng pin năng lượng mặt trời. 6 - Thi công mạch, xây dựng mô hình. (23/4-29/4) - Lập trình ứng dụng trên điện thoại. - Thiết kế Web Server. - Thi công mạch cấp nguồn sử dụng pin năng lượng mặt trời. 7 - Thi công mạch, xây dựng mô hình. (30/4-6/5) - Lập trình ứng dụng trên điện thoại. - Thiết kế Web Server. - Thi công mạch nguồn sử dụng pin năng lượng mặt trời. 8 - Thi công mạch, xây dựng mô hình. (7/5-13/5) - Lập trình ứng dụng trên điện thoại. - Thiết kế Web Server - Kiểm tra, hoàn thiện mô hình, chạy thử và 9 sửa lỗi. (14/5-20/5) - Viết báo cáo. 10 - Hoàn thiện mô hình, chạy thử và sửa lỗi. (21/5-27/5) - Viết báo cáo. - Hoàn thiện, chỉnh sửa báo cáo gửi cho 11 GVHD để xem xét góp ý lần cuối trước khi (28/5-3/6) in báo cáo. 12 - Nộp quyển báo cáo và làm Slide báo cáo. (4/6-10/6) GV HƯỚNG DẪN (Ký và ghi rõ họ và tên)
PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN Họ và tên sinh viên: Ngô Thành Đạt MSSV: 14141060 Lê Hải Nguyên MSSV: 14141216 Ngành: Công Nghệ Kỹ Thuật Điện Tử Truyền Thông. Tên đề tài THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG HỆ THỐNG IoTs CHĂM SÓC VƯỜN CÂY ĂN QUẢ SỬ DỤNG PIN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI Họ và tên Giáo viên hướng dẫn: ThS. Võ Đức Dũng NHẬN XÉT 1. Về nội dung đề tài & khối lượng thực hiện: ................................................................................................................................ ................................................................................................................................ ................................................................................................................................ ................................................................................................................................ ................................................................................................................................ 2. Ưu điểm: ................................................................................................................................ ................................................................................................................................ ................................................................................................................................ ................................................................................................................................ ................................................................................................................................ 3. Khuyết điểm: ................................................................................................................................ ................................................................................................................................ ................................................................................................................................ ................................................................................................................................ ................................................................................................................................ 4. Đề nghị cho bảo vệ hay không? ................................................................................................................................ 5. Đánh giá loại: ................................................................................................................................ ................................................................................................................................ 6. Điểm:……………….(Bằng chữ:............................................................................ ) Tp. Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2018 Giáo viên hướng dẫn
PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN Họ và tên sinh viên: Ngô Thành Đạt MSSV: 14141060 Lê Hải Nguyên MSSV: 14141216 Ngành: Công Nghệ Kỹ Thuật Điện Tử Truyền Thông. Tên đề tài THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG HỆ THỐNG IoTs CHĂM SÓC VƯỜN CÂY ĂN QUẢ SỬ DỤNG PIN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI Họ và tên Giáo viên phản biện: ............................................................................. ................................................................................................................................ NHẬN XÉT 1. Về nội dung đề tài & khối lượng thực hiện: ................................................................................................................................ ................................................................................................................................ ................................................................................................................................ ................................................................................................................................ ................................................................................................................................ 2. Ưu điểm: ................................................................................................................................ ................................................................................................................................ ................................................................................................................................ ................................................................................................................................ ................................................................................................................................ 3. Khuyết điểm: ................................................................................................................................ ................................................................................................................................ ................................................................................................................................ ................................................................................................................................ ................................................................................................................................ 4. Đề nghị cho bảo vệ hay không? ................................................................................................................................ 5. Đánh giá loại: ................................................................................................................................ ................................................................................................................................ 6. Điểm:……………….(Bằng chữ:............................................................................ ) Tp. Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2018 Giáo viên phản biện
LỜI CAM ĐOAN Chúng tôi – Ngô Thành Đạt và Lê Hải Nguyên cam đoan Đồ án tốt nghiệp này là công trình nghiên cứu của bản thân chúng tôi dưới sự hướng dẫn của Thạc Sỹ Võ Đức Dũng. Các kết quả công bố trong Đồ án tốt nghiệp là trung thực và không sao chép từ bất kỳ công trình nào khác. Người thực hiện đề tài Ngô Thành Đạt Lê Hải Nguyên i
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: Ngô Thành Đạt Lê Hải Nguyên ii
TÓM TẮT 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. Do đó, IoTs đã và đang dẫn đầu trong việc cải thiện chất lượng cũng như năng suất nuôi trồng nông nghiệp nước ta hiện nay. 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 nhầm nâng cao chất lượng sản phẩm. Với mục đích muốn tiếp cận với các công nghệ đang phát triển trên. Vì vậy, nhóm thực hiện đồ án với mong muốn chế tạo ra mô hình hệ thống vườn cây ăn quả IoTs sử dụng kit Arduino được điều khiển, giám sát bằng máy tính thông qua Internet trong đó bao gồm: Hệ thống có các chức năng như sau:  Hệ thống chính là điều khiển vườn cây ăn quả bằng màn hình cảm ứng HMI. Sau đó, dữ liệu cảm biến, trạng thái hoạt động của các thiết bị sẽ được gửi lên Internet. Hệ thống có 2 chế độ hoạt động là MANUAL và AUTO. Ở chế độ MANUAL người dùng có thể điều khiển các thiết bị một cách chủ động, bật tắt các thiết bị tùy ý mà không cần phụ thuộc vào các điều kiện của môi trường. Còn ở chế độ AUTO, cho phép người dùng cài đặt các thông giới hạn của môi trường, từ đó các thiết bị sẽ hoạt động theo các thông số mà môi trường đo đạc được.  Hệ thống mở rộng bao gồm: iii
 Hệ thống điều khiển thiết bị từ xa thông qua Internet, hiển thị trạng thái hoạt động của các thiết bị, điều khiển bật tắt các thiết tùy trong chế độ MANUAL, và cho phép người dùng thiết lập các giá trị môi trường giới hạn trong chế độ AUTO. Khi chuyển chế độ hoạt động trên web thông qua Internet thì phần cứng sẽ chuyển đổi chế độ hoạt động theo. Mô hình sử dụng kit Arduino Mega2560 làm vi điều khiển trung tâm để điều khiển các module mở rộng như màn hình cảm ứng HMI, NODEMCU ESP8266, L293, DHT11, BH1750,… Đóng mái cho khu vườn bằng cách sử dụng động cơ Servo khi có mưa, đóng mở rèm bằng động cơ DC khi cường độ ánh sáng tăng quá cao. Ngoài ra, còn có một số cơ cấu chấp hành khác như bơm nước, quạt, đèn LED, đèn sưởi,… iv
MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN ...........................................................................................................i LỜI CẢM ƠN ............................................................................................................... ii TÓM TẮT .................................................................................................................... iii DANH MỤC HÌNH VÀ BẢNG ................................................................................ viii CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN .........................................................................................1 1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ .......................................................................................................1 1.2 MỤC TIÊU ............................................................................................................2 1.3 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU .................................................................................2 1.4 GIỚI HẠN .............................................................................................................3 1.5 BỐ CỤC .................................................................................................................3 CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT .............................................................................5 2.1 GIỚI THIỆU VỀ MÔ HÌNH TRỒNG RAU TRONG NHÀ KÍNH NGOÀI THỰC TẾ ........................................................................................................................5 2.2 TỔNG QUAN VỀ ARDUINO .............................................................................8 2.3 TỔNG QUAN VỀ IOT .......................................................................................10 2.4 TỔNG QUAN VỀ WEB .....................................................................................11 2.5 CÁC CHUẨN GIAO TIẾP .................................................................................12 2.5.1 CHUẨN GIAO TIẾP UART ........................................................................12 2.5.2 CHUẨN GIAO TIẾP I2C .............................................................................13 2.5.3 CHUẨN GIAO TIẾP ONE-WIRE ...............................................................14 CHƯƠNG 3. TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ ..............................................................16 3.1 GIỚI THIỆU ...........................................................................................................16 3.2 TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG ............................................................17 3.2.1 THIẾT KẾ SƠ ĐỒ KHỐI HỆ THỐNG ...........................................................17 3.2.2 TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ MẠCH ..............................................................19 A. Khối xử lý trung tâm ......................................................................................19 B. Khối giao tiếp wifi ..........................................................................................21 C. Khối webserver ...............................................................................................23 D. Khối điều khiển trực tiếp và hiển thị ..............................................................24 E. Khối cảm biến .................................................................................................27 F. Khối relay ..........................................................................................................34 G. Khối cơ cấu chấp hành .....................................................................................36 H. Khối nguồn .......................................................................................................44 3.2.3 SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ CỦA TOÀN MẠCH ...............................................50 v
A. Mạch cấp nguồn................................................................................................50 B. Mạch điều khiển................................................................................................52 CHƯƠNG 4. THI CÔNG HỆ THỐNG .....................................................................54 4.1 GIỚI THIỆU ............................................................................................................54 4.2 THI CÔNG HỆ THỐNG .........................................................................................54 4.2.1 THI CÔNG MẠCH SẠC PIN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI ..........................54 4.2.2 THI CÔNG KẾT NỐI MẠCH GIẢM ÁP CUNG CẤP NGUỒN ...................56 4.2.3 THI CÔNG KẾT NỐI MODULE RELAY ĐIỀU KHIỂN NGÕ RA .............57 4.2.4 THI CÔNG KẾT NỐI NGUỒN VÀ DÂY CHO BỘ ĐIỀU KHIỂN TRUNG TÂM ..........................................................................................................................58 4.3 ĐÓNG GÓI VÀ THI CÔNG MÔ HÌNH ................................................................59 4.3.1 ĐÓNG GÓI TỦ ĐIỀU KHIỂN ........................................................................59 4.3.2 THI CÔNG MÔ HÌNH .....................................................................................60 4.4 LẬP TRÌNH HỆ THỐNG .......................................................................................62 4.4.1 LƯU ĐỒ GIẢI THUẬT ...................................................................................62 A. Lưu đồ điều khiển chế độ hoạt động ............................................................63 B. Lưu đồ điều khiển chế độ MANU ................................................................65 C. Lưu đồ điều khiển chế độ AUTO .................................................................67 D. Lưu đồ truyền nhận dữ liệu trong chế độ MANU ........................................69 E. Lưu đồ truyền nhận dữ liệu trong chế độ AUTO .........................................71 F. Lưu đồ điều khiển web .................................................................................73 4.4.2 PHẦN MỀM LẬP TRÌNH CHO VI ĐIỀU KHIỂN ....................................74 A. GIỚI THIỆU PHẦN MỀM LẬP TRÌNH ARDUINO IDE .........................74 B. Công cụ lập trình Webserver ........................................................................79 C. Công cụ lập trình và thiết kế giao diện cho màn hình HMI UART .............86 4.5 VIẾT TÀI LIỆU HƯỚNG DẪN SỬ DỤNG, THAO TÁC ....................................91 4.5.1 HỆ THỐNG CẤP NGUỒN CHO HỆ THỐNG ...............................................91 4.5.2 HƯỚNG DẪN SỬ DỤNG HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TRỰC TIẾP ............91 4.5.3 HƯỚNG DẪN SỬ DỤNG HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN THÔNG QUA MẠNG INTERNET ................................................................................................................92 CHƯƠNG 5. KẾT QUẢ_NHẬN XÉT_ĐÁNH GIÁ ................................................93 5.1 KẾT QUẢ ................................................................................................................93 5.2 NHẬN XÉT – ĐÁNH GIÁ ...................................................................................105 CHƯƠNG 6. KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ........................................106 6.1 KẾT LUẬN ...........................................................................................................106 vi
6.2 HƯỚNG PHÁT TRIỂN ....................................................................................106 TÀI LIỆU THAM KHẢO.........................................................................................107 PHỤ LỤC ...................................................................................................................108 vii
DANH MỤC HÌNH VÀ BẢNG TRANG Hình 2.1 Mô hình vườn lưới kín ngoài thực tế ................................................................5 Hình 2.2 Mô hình vườn lưới hở ngoài thực tế .................................................................6 Hình 2.3 Các hình thức trồng tại hộ gia đình ..................................................................6 Hình 2.4 Các loại Board Arduino ....................................................................................8 Hình 2.5 Tổng quan về hệ thống IoT ............................................................................10 Hình 2.6 Giao tiếp UART .............................................................................................12 Hình 2.7 Giao tiếp I2C ...................................................................................................13 Hình 2.8 Giao tiếp One - Wire ......................................................................................14 Hình 2.9 Giao tiếp One - Wire ......................................................................................15 Hình 3.1 Sơ đồ khối hệ thống ........................................................................................17 Hình 3.2 Sơ đồ khối hệ thống thiết bị thực tế................................................................18 Hình 3.3 Khối xử lý trung tâm sử dụng board Arduino Mega 2560 .............................20 Hình 3.4 ESP Node MCU 8266 ....................................................................................21 Hình 3.5 Sơ đồ nguyên lý NODEMCU kết nối Arduino Mega ....................................22 Hình 3.6. Công cụ để tạo máy chủ của Webserver và Database ...................................24 Hình 3.7 Hình ảnh thực tế của màn hình HMI UART LCD .........................................25 Hình 3.8 Kết nối màn hình với Arduino ........................................................................26 Hình 3.9 Hình ảnh thực tế cảm biến DHT11.................................................................27 Hình 3.10 Kết nối cảm biến DHT 11 với Arduino ........................................................28 Hình 3.11 Hình ảnh thực tế cảm biến BH1750 .............................................................29 Hình 3.12 Kết nối cảm biến BH1750 với Arduino .......................................................30 Hình 3.13 Hình ảnh thực tế cảm biến độ ẩm đất ...........................................................31 Hình 3.14 Kết nối cảm biến độ ẩm đất với Arduino .....................................................32 Hình 3.15 Hình ảnh thực tế cảm biến mưa ....................................................................33 Hình 3.16 Kết nối cảm biến mưa với Arduino ..............................................................33 Hình 3.17 Hình ảnh thực tế Relay và cấu tạo bên trong của Relay...............................34 Hình 3.18 Cơ cấu tác động của Relay ...........................................................................35 Hình 3.19 Mạch nguyên lý của Module Relay ..............................................................35 Hình 3.20 Hình ảnh thực tế của bơm.............................................................................36 Hình 3.21 Kết nối của bơm với Relay và Arduino ........................................................37 Hình 3.22 Hình ảnh thực tế Led dây .............................................................................37 Hình 3.23 Kết nối của led dây với Relay và Arduino ...................................................38 Hình 3.24 Hình ảnh thực tế quạt ...................................................................................38 viii
Hình 3.25 Kết nối của quạt hút và quạt thổi với Relay và Arduino ..............................39 Hình 3.26 Hình ảnh thực tế động cơ Servo MG996 ......................................................40 Hình 3.27 Kết nối của 2 động cơ Servo với Arduino ...................................................40 Hình 3.28 Hình ảnh thực tế đèn sưởi .............................................................................41 Hình 3.29 Kết nối của đèn sưởi với Relay và Arduino .................................................41 Hình 3.30 Hình ảnh thực tế Module L293 ....................................................................42 Hình 3.31 Hình ảnh thực tế động cơ DC .......................................................................43 Hình 3.32 Kết nối động cơ DC với Module L293 và Arduino .....................................43 Hình 3.33 Hình ảnh toàn bộ cơ cấu tác động thông qua Relay .....................................44 Hình 3.34 Hình ảnh thực tế Pin năng lượng mặt trời 12V-10W ...................................45 Hình 3.35 Hình ảnh thực tế Acquy 12V-9Ah................................................................46 Hình 3.36 Hình ảnh thực tế bộ hỗ trợ sạc năng lượng mặt trời .....................................47 Hình 3.37 Hình ảnh thực tế mạch hạ áp ........................................................................48 Hình 3.38 Hình ảnh nguyên lý mạch hạ áp LM2596 ....................................................49 Hình 3.39 Hình ảnh nguyên lý mạch nạp điện cho acquy .............................................50 Hình 3.40 Hình ảnh nguyên lý mạch giảm áp cấp điện cho hệ thống ...........................50 Hình 3.41 Hình ảnh nguyên lý mạch giảm áp cấp điện cho hệ thống ...........................51 Hình 3.42 Sơ đồ nguyên lý toàn bộ hệ thống ................................................................52 Hình 4.1 Kết nối mạch sạc với pin năng lượng mặt trời và acquy ................................54 Hình 4.2 Mặt trước hệ thống pin năng lượng mặt trời ..................................................55 Hình 4.3 Hệ thống giảm áp và domino cấp nguồn ........................................................56 Hình 4.4 Hệ thống giảm áp cấp nguồn cho arduino ......................................................57 Hình 4.5 Hệ thống cấp nguồn và nối dây cho mạch relay.............................................58 Hình 4.6 Hệ thống cấp nguồn và nối dây cho bộ điều khiển trung tâm ........................58 Hình 4.7 Tủ điều khiển chính của hệ thống...................................................................59 Hình 4.8 Mặt trước tủ điều khiển với màn hình LCD HMI ..........................................60 Hình 4.9 Tủ điều khiển với màn hình LCD HMI ..........................................................60 Hình 4.10 Mô hình nhìn từ mặt trước............................................................................61 Hình 4.11 Mô hình nhìn từ mặt hông ............................................................................61 Hình 4.12 Mô hình nhìn từ phía trên .............................................................................62 Hình 4.13 Lưu đồ chọn chế độ hoạt động .....................................................................64 Hình 4.14 Lưu đồ chọn chế độ Manual .........................................................................66 Hình 4.15 Lưu đồ chọn chế độ hoạt động auto .............................................................68 Hình 4.16 Lưu đồ truyền nhận trong chế độ manu........................................................70 Hình 4.17 Lưu đồ truyền nhận trong chế độ AUTO .....................................................72 ix
Hình 4.18 Lưu đồ điều khiển web .................................................................................73 Hình 4.19 Quy trình làm việc của Arduino ...................................................................74 Hình 4.20 Giao diện lập trình arduino ...........................................................................75 Hình 4.21 Giao diện menu arduino IDE ........................................................................75 Hình 4.22 Giao diện file menu arduino IDE ................................................................75 Hình 4.23 Giao diện Examples menu arduino IDE .......................................................76 Hình 4.24 Giao diện edit menu arduino IDE .................................................................76 Hình 4.25 Giao diện Tool Menu Arduino IDE .............................................................77 Hình 4.26 Chọn board arduino ......................................................................................77 Hình 4.27 Hiển thị Board và Serial Port đã kết nối .......................................................78 Hình 4.28 Arduino Toolbar ...........................................................................................78 Hình 4.29 Logo của 000webhost ...................................................................................79 Hình 4.30 Đăng ký tài khoản .........................................................................................80 Hình 4.31 Giao diện nơi đăng ký tài khoản ...................................................................81 Hình 4.32 Giao diện nơi email xác nhận đăng ký tài khoản .........................................81 Hình 4.33 Xác nhận thành công ....................................................................................82 Hình 4.34 Tạo database ................................................................................................83 Hình 4.35 Nhập tên database muốn tạo ........................................................................83 Hình 4.36 Quản lý, chỉnh sửa database ........................................................................84 Hình 4.37 Kết quả tạo thành công database .................................................................84 Hình 4.38 Nơi upfile code lên ......................................................................................85 Hình 4.39 Các file code được up lên thành công .........................................................85 Hình 4.40 Màn hình khởi động phần mềm lập trình cho màn hình .............................86 Hình 4.41 Các thành phần chính của phần mềm ..........................................................87 Hình 4.42 Chọn loại màn hình .....................................................................................87 Hình 4.43 Những thành phần chính của màn hình thiết kế ..........................................88 Hình 4.44 Kết quả sau khi thiết kế, lập trình ................................................................88 Hình 4.45 Biên dịch chương trình ................................................................................89 Hình 4.46 Xuất file code ra ngoài máy tình .................................................................89 Hình 4.47 File đã xuất ra dưới dạng .tft .......................................................................90 Hình 5.1 Mặt trước của hệ thống mạch cấp nguồn .......................................................94 Hình 5.2 Đèn báo sạc khi nhận nhận được acquy .........................................................94 Hình 5.3 Đèn báo chế độ sạc .........................................................................................95 Hình 5.4 Màn hình chờ của hệ thống ............................................................................95 Hình 5.5 Màn hình chính của hệ thống .........................................................................96 x
Hình 5.6 Màn hình chọn chế độ của hệ thống ...............................................................96 Hình 5.7 Màn hình chọn chế độ manual........................................................................97 Hình 5.8 Màn hình chọn chế độ auto ............................................................................97 Hình 5.9 Màn hình chọn chế độ auto trong môi trường bình thường ...........................98 Hình 5.10 Màn hình chọn chế độ auto trong môi trường có mưa .................................98 Hình 5.11 Màn hình chọn chế độ auto trong môi trường có nắng ................................99 Hình 5.12 Màn hình khi hệ thống bơm hoạt động ........................................................99 Hình 5.13 Màn hình trang chủ của website .................................................................100 Hình 5.14 Màn hình đăng ký tài khoản .......................................................................100 Hình 5.15 Màn hình đăng nhập tài khoản ...................................................................101 Hình 5.16 Các database đã tạo ....................................................................................101 Hình 5.17 Màn hình tab liên hệ ...................................................................................102 Hình 5.18 Màn hình chế độ auto .................................................................................102 Hình 5.19 Màn hình chế độ manual ............................................................................103 Hình 5.20 Mặt trước mô hình ......................................................................................103 Hình 5.21 Mô hình từ trên cao ....................................................................................104 Hình 5.22 Mô hình từ bên hông .................................................................................104 Bảng 3.1 Bảng tính toán thông số tiêu thụ dòng điện của hệ thống ......................... …47 xi
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 héc- ta. 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 “THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG BỘ MÔN: ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 1
CHƯƠNG 1 : TỔNG QUAN HỆ THỐNG IoTs CHĂM SÓC CÂY ĂN QUẢ SỬ DỤNG PIN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI”. 1.2 MỤC TIÊU  Tìm hiểu được về sự sinh trưởng của cây ăn quả mong muốn để từ đó nắm bắt được những điều kiện nhiệt độ, độ ẩm, ánh sáng thích hợp với sự phát của loại cây đó.  Tìm hiểu được cơ sở lý thuyết của việc thiết kế và thi công một vườn cây ăn quả.  Tìm hiểu được về Pin năng lượng mặt trời và cách chuyển đổi năng lượng mặt trời thành nguồn điện cung cấp cho hệ thống.  Thiết kế được hệ thống chăm sóc cây ăn quả.  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.  Thiết kế được hệ thống cấp điện bằng pin năng lượng mặt trời cho toàn bộ hệ thống.  Thiết kế được giao diện Webserver giám sát, điều khiển các thiết bị thông qua mạng Internet.  Thi công được mô hình khu vườn.  Cân chỉnh, hoàn thiện được mô hình khu vườn. 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 NODEMCU ESP8266, module L293, động cơ Servo, động cơ DC, DHT11, BH1750, cảm biến mưa, cảm biến độ ẩm đất.  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. BỘ MÔN: ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 2
CHƯƠNG 1 : TỔNG QUAN  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  Chọn cây cà chua là đối tượng nghiên cứu.  Thiết kế mô hình nhà kính có kích thước dài, rộng, cao là 100 x 50 x 65 cm bằng khung nhôm và bọc nhựa nilong, có mái che.  Màn hình cảm ứng để thao tác có kích thước 3.2 inch.  Sử dụng 2 tấm pin năng lượng mặt trời 12V-10W và bộ lưu điện 12V 9Ah để cấp nguồn hoạt động cho toàn bộ hệ thống.  Sử dụng 2 module hạ áp để giảm áp từ bộ lưu điện 12V.  Hệ thống chỉ sử dụng điện từ bộ lưu điện, hoàn toàn không dùng nguồn điện ngoài.  Dừng lại ở mức độ mô hình học tập chứ chưa đưa vào thực tế để sử dụng. 1.5 BỐ CỤC  Chương 1: Tổng Quan Chương này trình bày về đặt vấn đề dẫn nhập lý do chọn đề tài, mục tiêu, nội dung nghiên cứu, các giới hạn thông số và bố cục đồ án.  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 BỘ MÔN: ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 3
CHƯƠNG 1 : TỔNG QUAN 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 vẽ mạch in 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 4