Đồ án 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

TP. HỒ CHÍ MINH

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

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

MSSV: 14141216

Mã ngành: 141

Lê Hải Nguyên

Chuyên ngành:

Hệ đào tạo:

Khóa:

Điện tử công nghiệp

Đại học chính quy

2014

Mã hệ:

Lớp:

1

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

BM. ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP - Y SINH

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

TRƯỜNG ĐH. SƯ PHẠM KỸ THUẬT

TP. HỒ CHÍ MINH

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

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:

Lớp: 14141DT1B

Họ tên sinh viên 2:

Lớp: 14141DT1B

Ngô Thành Đạt

MSSV:14141060

MSSV: 14141216

Lê Hải Nguyên

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

GVHD

Tuần/ngày

Nội dung

- Gặp GVHD để phổ biến quy định: thực hiện

chọn đề tài, tên đề tài, thời gian làm việc.

- Duyệt đề tài.

1

(19-25/3)

- 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.

- 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.

- Tính toán lựa chọn linh kiện cho từng khối.

- Thiết kế sơ đồ nguyên lý và giải thích hoạt

động của mạch.

(26/3-1/4)

3

(2/4-8/4)

4

(9/4-15/4)

- Thiết kế nguồn từ pin năng lượng mặt trời.

- Thi công mạch cấp nguồn sử dụng pin năng

lượng mặt trời.

5

(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.

- Lập trình ứng dụng trên điện thoại.

- Thiết kế Web Server.

(23/4-29/4)

- Thi công mạch cấp nguồn sử dụng pin năng

lượng mặt trời.

7

- Thi công mạch, xây dựng mô hình.

- Lập trình ứng dụng trên điện thoại.

- Thiết kế Web Server.

(30/4-6/5)

- Thi công mạch nguồn sử dụng pin năng

lượng mặt trời.

8

- Thi công mạch, xây dựng mô hình.

- Lập trình ứng dụng trên điện thoại.

- Thiết kế Web Server

(7/5-13/5)

- Kiểm tra, hoàn thiện mô hình, chạy thử và

sửa lỗi.

9

(14/5-20/5)

- Viết báo cáo.

- Hoàn thiện mô hình, chạy thử và sửa lỗi.

- Viết báo cáo.

10

(21/5-27/5)

- Hoàn thiện, chỉnh sửa báo cáo gửi cho

GVHD để xem xét góp ý lần cuối trước khi

in báo cáo.

11

(28/5-3/6)

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

Lê Hải Nguyên

MSSV: 14141060

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

Lê Hải Nguyên

MSSV: 14141060

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 HẠ N .............................................................................................................3

1.5 BỐ CỤC .................................................................................................................3

CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾ T .............................................................................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 WE B .....................................................................................11

2.5 CÁC CHUẨN GIAO TIẾ P .................................................................................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 THỐN G ...........................................................17

3.2.2 TÍNH TOÁN VÀ T HIẾT KẾ MẠCH ..............................................................19

A. Khối xử lý trung tâm ......................................................................................19

B. Khối giao tiếp wifi ..........................................................................................21

C. Khối webserve r ...............................................................................................23

D. Khối điều khiển trực tiếp và hiển thị ..............................................................24

E. Khối cảm biến .................................................................................................27

F. Khối rela y ..........................................................................................................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 KHIỂ N ........................................................................59

4.3.2 THI CÔNG MÔ HÌNH.....................................................................................60

4.4 LẬP TRÌNH HỆ THỐN G .......................................................................................62

4.4.1 LƯU ĐỒ GIẢI THUẬ T ...................................................................................62

A. Lưu đồ điều khiển chế độ hoạt động ............................................................63

B. Lưu đồ điều khiển chế độ MAN U ................................................................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 ID E .........................74

B. Công cụ lập trình Webserve r ........................................................................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 TIẾ P ............91

4.5.3 HƯỚNG DẪN SỬ DỤNG HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂ N THÔNG QUA MẠNG

INTERNET................................................................................................................92

CHƯƠNG 5. KẾT QUẢ_NHẬN XÉT_ĐÁNH GI Á ................................................93

5.1 KẾT QUẢ ................................................................................................................93

5.2 NHẬN XÉT – ĐÁNH GIÁ ...................................................................................105

CHƯƠNG 6. KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂ N ........................................106

6.1 KẾT LUẬN ...........................................................................................................106

vi

6.2 HƯỚNG PHÁT TRIỂ N ....................................................................................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