Đồ án Thi công mô hình hệ thống trồng Hoa Lan

i NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên: Nguyễn Quang Thạnh MSSV: 14141294 Phan Thanh Triều MSSV: 14141330 Chuyên ngành: Điện tử công nghiệp Mã ngành: 41 Hệ đào tạo: Đại học chính quy Mã hệ: 1 Khóa: 2014 Lớp: 14141DT2A 14141DT3A I. TÊN ĐỀ TÀI: THI CÔNG MÔ HÌNH HỆ THỐNG TRỒNG HOA LAN. II. NHIỆM VỤ 1. Các số liệu ban đầu: - Kit Arduino Mega, NodeMCU và ngôn ngữ lập trình. - Tài liệu về Arduino Mega, NodeMCU, Firebase. - Thư viện về LCD, step motor, Arduino, ESP 8266, Firebase. 2. Nội dung thực hiện: • Nội dung 1: Tìm hiểu và nghiên cứu về các module Arduino, module ESP8266, module L298, động cơ bước, cảm biến DHT11, cảm biến ánh sáng, cảm biến mưa, cảm biến độ ẩm đất. • Nội dung 2: Giao tiếp Module ESP 8266 với Arduino Mega 2560. • Nội dung 3: Điều khiển các thiết bị theo cảm biến và thời gian thực. • Nội dung 4: Hiển thị thông tin trên web FireBase. • Nội dung 5: Thiết kế, lập trình và điều khiển thiết bị qua điện thoại. • Nội dung 6: Thiết kế mô hình sản phẩm. • Nội dung 7: Đánh giá kết quả thực hiện. III. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 18/02/2019 IV. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 05/07/2019 V. HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: ThS. Nguyễn Thanh Tâm CÁN BỘ HƯỚNG DẪN BM. ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH ii TRƯỜNG ĐH SPKT TP. HỒ CHÍ MINH KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM ĐỘC LẬP - TỰ DO - HẠNH PHÚC ----o0o---- Tp. HCM, ngày 5 tháng 07 năm 2019 LỊCH TRÌNH THỰC HIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên 1: Nguyễn Quang Thạnh Lớp:14141DT2A MSSV: 14141294 Họ tên sinh viên 2: Phan Thanh Triều Lớp: 14141DT3A MSSV: 14141330 Tên đề tài: Thi công mô hình hệ thống trồng hoa Lan. Tuần/ngày Nội dung Xác nhận GVHD Tuần 1 (18/02/2019) Nhận đồ án , tìm hiểu đề tài Tuần 2 (25/02/2019) Chọn và tìm hiểu đề tài. Tuần 3,4, 5 (04/03 – 24/03/2019) Tìm hiểu và nghiên cứu giao tiếp Module ESP 8266-12 với Arduino Mega 2560. Tuần 6, 7, 8 (25/03 – 14/04/2019) Điều khiển các thiết bị theo cảm biến. Tuần 9,10, 11, 12 (14/04 – 05/05/2019) Thiết kế và lập trình ứng dụng trên điện thoại thông minh và gửi các hoạt động lên Firebase. Tuần 13, 14 (06/05 - 19/05/2019) Tìm hiểu thiết kế mô hình sản phẩm. Tuần 15 (20/05/2019) Hoàn thành báo cáo, kiểm ra các phần cứng. Tuần 16 10/06/2019 Hoàn thành nhiệm vụ đồ án GV HƯỚNG DẪN (Ký và ghi rõ họ và tên) iii LỜI CAM ĐOAN Đề tài này là do chúng tôi tự thực hiện dựa vào một số tài liệu và không sao chép từ tài liệu hay công trình đã có trước đó. Nếu có bất kỳ sự gian lận nào chúng tôi xin chịu trách nhiệm về nội dung đồ án của mình. Người thực hiện Nguyễn Quang Thạnh – Phan Thanh Triều iv LỜI CẢM ƠN  Chúng em xin chân thành cảm ơn quý Thầy Cô trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM đã tận tình dạy dỗ chúng em trong suốt những năm qua. Trong đó phải kể đến quý thầy cô trong khoa Điện – Điện Tử đã truyền đạt những kiến thức, kinh nghiệm cùng với sự đam mê của mình như đốt lên những ngọn lửa đam mê khám phá trong mỗi chúng em và rồi từ những kiến thức, đam mê đó chúng em kết lại thành một đồ án cuối cùng, đồ án tốt nghiệp do chính tay mình tạo ra, nó như một bàn đạp đầu tiên để bước vào những cánh cửa lớn hơn. Đặc biệt, Chúng em xin cảm ơn sâu sắc thầy Nguyễn Thanh Tâm đã giúp đỡ chúng em trong quá trình lựa chọn đề tài và hỗ trợ chúng em trong quá trình thực hiện đề tài. Trong quá trình thực hiện đồ án cũng xảy ra nhiều khó khăn, thiếu sót nhưng được sự đôn đốc và góp ý của thầy chúng em đã gặt hái được nhiều kiến thức và kinh nghiệm. Chúng em cũng không quên cảm ơn đấng sinh thành, những người thân trong gia đình đã luôn động viên và tạo những điều kiện tốt nhất trong cuộc sống, trong học tập cũng như trong quá trình thực hiện và hoàn thành đề tài. Cám ơn Sư Phạm Kỹ Thuật! Xin chân thành cám ơn! Người thực hiện để tài Nguyễn Quang Thạnh – Phan Thanh Triều v MỤC LỤC NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP .......................................................................... i LỊCH TRÌNH THỰC HIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ...............................................ii LỜI CAM ĐOAN ..................................................................................................... iii LỜI CẢM ƠN ........................................................................................................... iv DANH MỤC HÌNH ................................................................................................viii DANH MỤC BẢNG.................................................................................................. xi TÓM TẮT ................................................................................................................ xii CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN ...................................................................................... 1 1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ .................................................................................................. 1 1.2 MỤC TIÊU ĐỀ TÀI ......................................................................................... 2 1.3 NỘI DUNG THỰC HIỆN ................................................................................. 2 1.4 GIỚI HẠN CỦA ĐỀ TÀI ................................................................................. 2 1.5 BỐ CỤC ĐỒ ÁN .............................................................................................. 3 CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT .......................................................................... 4 2.1 QUY TRÌNH TRỒNG HOA LAN .................................................................... 4 2.1.1 Đặt tính sinh trưởng của hoa lan ................................................................. 4 2.1.2 Mô tả quy trình chăm sóc ........................................................................... 6 2.2 QUY TRÌNH HOẠT ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG ............................................... 6 2.3 GIỚI THIỆU PHẦN CỨNG .......................................................................... 6 2.3.1 Tổng quan arduino mega 2560 ................................................................ 6 2.3.2 Giới thiệu LCD 20x4 ................................................................................ 8 2.3.3 Cảm biến độ ẩm đất .................................................................................. 10 2.3.4 Cảm biến mưa .......................................................................................... 11 2.3.5 Cảm biến nhiệt độ - độ ẩm .................................................................... 12 vi 2.3.6 Cảm biến đo thời gian .............................................................................. 13 2.3.7 Cảm biến ánh sáng ................................................................................... 14 2.3.8 Tổng quan Module ESP8266 .................................................................... 15 2.3.9 Giới thiệu Module L298 ........................................................................... 18 2.3.10 Động cơ bước ....................................................................................... 20 2.3.11 Bơm mini ............................................................................................... 20 2.3.12 Đèn ........................................................................................................ 21 2.3.13 Nút nhấn ................................................................................................. 22 2.3.14 Giới thiệu Firebase .............................................................................. 22 2.3.15 Giới thiệu mạch Bluetooth HC-05 ...................................................... 23 2.3.16 Giới thiệu Module Relay ......................................................................... 25 2.3.17 Giới thiệu về chuẩn I2C ...................................................................... 26 CHƯƠNG 3. TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ ........................................................... 28 3.1 GIỚI THIỆU ................................................................................................. 28 3.2 TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG .................................................. 28 3.2.1 Thiết kế sơ đồ khối hệ thống ................................................................. 28 3.2.2 Tính toán và thiết kế mạch .................................................................... 30 3.2.3 Sơ đồ nguyên lý của toàn mạch.............................................................. 41 CHƯƠNG 4. THI CÔNG HỆ THỐNG ............................................................. 42 4.1 THI CÔNG MẠCH ĐIỀU KHIỂN .................................................................. 42 4.2 THI CÔNG BẢNG ĐIỀU KHIỂN .................................................................. 44 4.3 TIẾN HÀNH THI CÔNG VÀ LẮP RÁP HỆ THỐNG HOÀN CHỈNH .......... 44 4.3.1 Mặt trước ................................................................................................. 45 4.3.2 Mặt bên .................................................................................................... 46 4.3.3 Mặt trên .................................................................................................... 47 4.4 LƯU ĐỒ GIẢI THUẬT ............................................................................... 49 4.5 GIỚI THIỆU VỀ PHẦN MỀM LẬP TRÌNH ................................................. 54 CHƯƠNG 5: KẾT QUẢ - NHẬN XÉT - ĐÁNH GIÁ ........................................... 71 vii 5.1 KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC .................................................................................. 71 5.2 KẾT QUẢ THỬ NGHIỆM HỆ THỐNG: .................................................... 72 5.2.1 Quá trình chạy ứng dụng trên điện thoại và hiển thị trên web ....... 72 5.2.2 Quá trình vận hành trên phần cứng hệ thống ....................................... 74 5.3 NHẬN XÉT - ĐÁNH GIÁ ............................................................................. 77 CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN .................................. 78 6.1 KẾT LUẬN ................................................................................................... 78 6.2 HƯỚNG PHÁT TRIỂN................................................................................. 78 TÀI LIỆU THAM KHẢO ....................................................................................... 79 DATASHEET ........................................................................................................ 79 CODE THAM KHẢO ............................................................................................. 80 ➢ ĐOẠN CODE CHƯƠNG TRÌNH CHÍNH ............................................. 80 ➢ ĐOẠN CODE CHƯƠNG TRÌNH ESP8266 ........................................... 96 viii DANH MỤC HÌNH Hình 2-1: Board Arduino Mega 2560. .......................................................................... 7 Hình 2-2: Màn hình LCD 20x4. ................................................................................... 8 Hình 2- 3: Cảm biến độ ẩm đất. ................................................................................. 10 Hình 2- 4: Cảm biến mưa. .......................................................................................... 11 Hình 2-5: Cảm biến DHT11. ...................................................................................... 12 Hình 2-6: Sơ đồ chân Realtime. ................................................................................. 13 Hình 2-7: Module Realtime. ...................................................................................... 13 Hình 2-8: Sơ đồ nguyên lý Realtime. ......................................................................... 14 Hình 2- 9: Cảm biến ánh sáng. ................................................................................... 14 Hình 2-10: Module NodeMCU 8266.......................................................................... 16 Hình 2-11: Sơ đồ chân và sơ đồ kết nối...................................................................... 17 Hình 2-12: Module L298 ........................................................................................... 18 Hình 2-13: Sơ đồ chân và sơ đồ kết nối...................................................................... 19 Hình 2-14: Động cơ bước. ......................................................................................... 20 Hình 2-15: Bơm 12 VDC ........................................................................................... 21 Hình 2-16: Đèn trái ớt ................................................................................................ 21 Hình 2- 18: Nút nhấn 4 chân. ..................................................................................... 22 Hình 2- 19: Giao diện FireBase. ................................................................................. 23 Hình 2- 20: Module HC - 05 ...................................................................................... 23 Hình 2- 21: Mặt sau của module HC - 05 ................................................................... 24 Hình 2-22: Module Relay Mức Cao ........................................................................... 26 Hình 2- 23: Module Relay mức thấp. ......................................................................... 26 Hình 2-24: Sơ đồ truyền I2C. ..................................................................................... 27 Hình 3-1: Sơ đồ khối.................................................................................................. 28 Hình 3-2: Sơ đồ nguyên lý các cảm biến. ................................................................... 32 Hình 3-3: Sơ đồ nguyên lý Realtime. ......................................................................... 33 Hình 3-4: Sơ đồ nguyên lý Relay. .............................................................................. 34 Hình 3-5: Sơ đồ nguyên lý L298. ............................................................................... 35 Hình 3-6: Sơ đồ nguyên lý LCD 20x4. ....................................................................... 36 ix Hình 3-7: Sơ đồ nguyên lý khối ESP8266. ................................................................. 37 Hình 3-8: Sơ đồ nguyên lý khối Bluetooth HC 05 ...................................................... 37 Hình 3-9: Bơm 12 VDC ............................................................................................. 38 Hình 3-10: Sơ đồ nguyên lý khối ............................................................................... 39 Hình 3-11: Đèn trái ớt ................................................................................................ 39 Hình 3-12: Sơ đồ nguyên lý toàn mạch. ..................................................................... 41 Hình 4-1: Sơ đồ bố trí linh kiện mặt trên. ................................................................... 43 Hình 4-3: Sơ đồ bố trí linh kiện mặt trên. ................................................................... 44 Hình 4-4: Sơ đồ bố trí linh kiện lớp dưới. ................................................................... 44 Hình 4-5: Sơ đồ bố trí thiết bị mặt trước. ................................................................... 45 Hình 4-6: Hình ảnh thực tế mặt trước. ........................................................................ 45 Hình 4-7: Sơ đồ bố trí thiết bị mặt bên. ...................................................................... 46 Hình 4-8: Hình ảnh thực tế mặt bên. .......................................................................... 47 Hình 4-9: Sơ đồ bố trí thiết bị mặt trên....................................................................... 47 Hình 4-10: Hình ảnh thực tế mặt bên. ........................................................................ 48 Hình 4-11: Lưu đồ chương trình code điều khiển. ...................................................... 49 Hình 4-12: Lưu đồ chế độ tự động ............................................................................. 50 Hình 4-13: Lưu đồ chế độ điều khiển ......................................................................... 51 Hình 4-14: Lưu đồ truyền nhận dữ liệu lên Firebase. ................................................. 52 Hình 4-15: Lưu đồ điều khiển trên App ..................................................................... 53 Hình 4-16: Quy trình làm việc của arduino ................................................................ 54 Hình 4-18: Giao diện menu arduino IDE.................................................................... 55 Hình 4-19: Giao diện file menu arduino IDE. ............................................................ 55 Hình 4-20: Giao diện Examples menu ....................................................................... 55 Hình 4-21: Giao diện Sketch Menu Arduino IDE....................................................... 56 Hình 4-23: Giao diện Tool Menu Arduino IDE .......................................................... 57 Hình 4-24: Board Arduino sử dụng ............................................................................ 57 Hình 4-25: Arduino Toolbar ...................................................................................... 58 Hình 4-26: Chương trình nạp thành công. .................................................................. 58 Hình 4-27: Giao diện phần mềm Inventor. ................................................................. 59 Hình 4- 28: Giao diện thiết kế. ................................................................................... 60 x Hình 4- 29: Chọn chế độ làm việc. ............................................................................. 60 Hình 4- 30: Khối lệnh Block. ..................................................................................... 61 Hình 4- 31: Code Blocks. ........................................................................................... 61 Hình 4- 32: Vùng làm việc. ........................................................................................ 62 Hình 4- 33: Danh sách lệnh. ....................................................................................... 63 Hình 4- 34: Tạo giao diện mới ................................................................................... 64 Hình 4- 35: Kéo thả các khối lệnh .............................................................................. 64 Hình 4- 36: Tạo nút điều khiển bằng giọng nói .......................................................... 65 Hình 4- 37: Chọn Firebase để kết nối ......................................................................... 65 Hình 4- 38: Cân chỉnh và sắp xếp .............................................................................. 66 Hình 4- 39: Khối lệnh nút Auto và Manual ................................................................ 66 Hình 4- 40: Khối lệnh các nút nhấn khác ................................................................... 67 Hình 4- 41: Khối lệnh nút điều khiển bằng giọng nói ................................................. 67 Hình 4- 42: Khối lệnh cập nhật các thông số môi trường ........................................... 68 Hình 4- 43: Khối lệnh điều khiển các thiết bị ............................................................. 69 Hình 4- 44: Giao diện sau khi thiết kế. ....................................................................... 70 Hình 5-1: Giao diện điều khiển bằng Bluetooth ......................................................... 73 Hình 5-2: Giao diện điều khiển bằng Wifi ................................................................. 73 Hình 5-3: Giao diện web FireBase. .............