Đồ án Thiết bị hỗ trợ nuôi cá tự động

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. Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2018 NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên: Châu Nguyễn Hoang Ân MSSV: 14141010 Nguyễn Luật Hoài Phong MSSV: 14141229 Chuyên ngành: Điện Tử Công Nghiệp – Y Sinh Mã ngành: 41 Hệ đào tạo: Đại học chính quy Mã hệ: 1 Khóa: 2014 Lớp: 14141DT2 I. TÊN ĐỀ TÀI: THIẾT BỊ HỖ TRỢ NUÔI CÁ TỰ ĐỘNG II. NHIỆM VỤ 1. Các số liệu ban đầu: - Sử dụng module ESP32S và các linh kiện cần thiết liên quan đến đề tài. - Có thể giám sát và điều khiển hoạt động của thiết bị qua Internet. 2. Nội dung thực hiện:  NỘI DUNG 1: Tìm hiểu giải pháp thiết kế hệ thống nuôi cá tự động.  NỘI DUNG 2: Thiết kế, thi công mạch điều khiển sử dụng ESP32S và các thiết bị ngoại vi.  NỘI DUNG 3: Viết chương trình cho mạch điều khiển.  NỘI DUNG 4: Thiết kế, thi công mô hình bể cá.  NỘI DUNG 5: Thiết kế website hiển thị thông tin và điều khiển thiết bị.  NỘI DUNG 6: Lắp đặt thiết bị vào mô hình bể cá và kết nối với website.  NỘI DUNG 7: Chạy thử nghiệm hệ thống.  NỘI DUNG 8: Cân chỉnh hệ thống.  NỘI DUNG 9: Viết sách luận văn.  NỘI DUNG 10: Báo cáo đề tài tốt nghiệp. III. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: / /2018 IV. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: / /2018 V. HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: ThS. Trương Ngọc Anh GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN BM. ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 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. Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2018 LỊCH TRÌNH THỰC HIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên 1: CHÂU NGUYỄN HOÀNG ÂN Lớp: 14141DT2C MSSV:14141010 Họ tên sinh viên 2: NGUYỄN LUẬT HOÀI PHONG Lớp: 14141DT2C MSSV:14141229 Tên đề tài: THIẾT BỊ HỖ TRỢ NUÔI CÁ TỰ ĐỘNG Tuần/ngày Nội dung Xác nhận GVHD Tuần 1 (19/03 - 25/03) - Gặp GVHD để nghe phổ biến yêu cầu làm đồ án, tiến hành chọn đồ án. Tuần 2 (26/02 - 01/04) - GVHD tiến hành xét duyệt đề tài. Tuần 3 (02/04 - 08/04) - Viết đề cương tóm tắt nội dung đồ án. Tuần 4 (09/04 - 15/04) - Tiến hành thiết kế sơ đồ khối, giải thích chức năng các khối. - Lựa chọn linh kiện chính cho các khối. Tuần 5 (16/04 - 22/04) - Thiết kế sơ đồ nguyên lý và giải thích hoạt động của mạch. Tuần 6 (23/04 - 29/04) - Lựa chọn và mua linh kiện. Kiểm tra các linh kiện. - Vẽ mạch in PCB. Tuần 7 (30/04 - 06/05) - Tiến hành thi công mạch. - Kiểm tra mạch thi công. Tuần 8 (07/05 - 13/05) - Kiểm tra mạch thi công. - Viết chương trình và thử nghiệm kiểm tra hoạt động của mạch điều khiển. - Thiết kế và thi công máy cho ăn. Tuần 9 (14/05 - 20/05) Tuần 10 (21/05 - 27/05) - Viết chương trình điều khiển. Tuần 11 (28/05 - 03/06) - Thiết kế website, cơ sở dữ liệu. - Chạy thử nghiệm, kiểm tra lỗi và tối ưu hệ thống. Tuần 12 (04/06 - 10/06) - Thiết kế thi công máy làm lạnh và vỏ hộp mạch điều khiển. - Thiết kế website, kiểm tra kết nối giữa website với cơ sở dữ liệu và thiết bị. Tuần 13 (11/06 - 17/06) - Thiết kế lắp ráp mô hình bể cá. Tuần 14 (18/06 - 24/06) - Chạy thử nghiệm hệ thống và tối ưu chương trình. - Viết báo cáo những nội dung đã làm. Tuần 15 (25/06 - 01/07) - Viết báo cáo những nội dung đã làm. Tuần 16 (02/07 - 08/07) - Hoàn thiện báo cáo và gởi cho GVHD để xem xét góp ý lần cuối trước khi in và báo cáo. Tuần 17 (09/07 - 15/07) - Làm slide và bảo vệ đồ án tốt nghiệp. GV HƯỚNG DẪN (Ký và ghi rõ họ và tên) LỜI CAM ĐOAN Tôi (Chúng tôi) – Châu Nguyễn Hoàng Ân và Nguyễn Luật Hoài Phong cam đoan đồ án tốt nghiệp là công trình nghiên cứu của bản thân tôi (chúng tôi) dưới sự hướng dẫn của Th.S Trương Ngọc Anh. 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 Châu Nguyễn Hoàng Ân Nguyễn Luật Hoài Phong LỜI CẢM ƠN Để có thể hoàn thành đề tài này, nhóm sinh viên thực hiện xin gửi lời cảm ơn chân thành đến các Thầy/Cô trong khoa Điện - Điện Tử, trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh, những người đã truyền đạt cho em những kiến thức quý báu, chỉ dẫn và định hướng cho nhóm trong quá trình học tập. Đây là những tiền đề để nhóm có thể hoàn thành được đề tài cũng như trong sự nghiệp sau này. Đặc biệt, nhóm xin chân thành cảm ơn Thầy Trương Ngọc Anh đã tận tình hướng dẫn và tạo điều kiện thuận lợi cho nhóm trong suốt thời gian thực hiện Đồ Án Tốt Nghiệp. Nhóm xin được phép gửi đến thầy lòng biết ơn và lời cảm ơn chân thành và sâu sắc nhất. Kiến thức, kinh nghiệm và cái tâm nghề nghiệp của thầy không những đã giúp đỡ nhóm hoàn thành tốt đề tài mà còn là tấm gương để nhóm học tập và noi theo trên con đường sau này. Cuối cùng, mặc dù đã cố gắng hoàn thành nhiệm vụ đề tài đặt ra và đảm bảo thời hạn nhưng do kiến thức còn hạn hẹp nên chắc chắn sẽ không tránh khỏi những thiếu sót, mong quý Thầy/Cô và các bạn sinh viên thông cảm. Nhóm mong nhận được những ý kiến của Thầy/Cô và các bạn sinh viên. Nhóm chúng em xin chân thành cảm ơn! MỤC LỤC TRANG BÌA _________________________________________________________ I NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP _______________________________________ I LỊCH TRÌNH THỰC HIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP __________________________ II LỜI CAM ĐOAN ____________________________________________________ IV LỜI CẢM ƠN ________________________________________________________ V MỤC LỤC __________________________________________________________ VI LIỆT KÊ HÌNH ______________________________________________________ IX LIỆT KÊ BẢNG ____________________________________________________ XIII TÓM TẮT _________________________________________________________ XIV Chương 1. TỔNG QUAN _______________________________________________ 1 1.1. ĐẶT VẤN ĐỀ _________________________________________________ 1 1.2. MỤC TIÊU ____________________________________________________ 2 1.3. NỘI DUNG THỰC HIỆN ________________________________________ 2 1.4. GIỚI HẠN ____________________________________________________ 3 1.5. BỐ CỤC ______________________________________________________ 3 Chương 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT __________________________________________ 5 2.1. KỸ THUẬT NUÔI CÁ CẢNH ____________________________________ 5 2.1.1. Tổng quan _________________________________________________ 5 2.1.2. Nước nuôi cá cảnh ___________________________________________ 5 2.1.3. Cách thay nước bể cá _________________________________________ 6 2.1.4. Thức ăn cho cá ______________________________________________ 6 2.1.5. Ánh sáng __________________________________________________ 7 2.1.6. Nhiệt độ nước_______________________________________________ 7 2.1.7. Oxi cho cá _________________________________________________ 7 2.2. TỔNG QUAN VỀ WEBSITE _____________________________________ 8 2.2.1. Các khái niệm về internet _____________________________________ 8 2.2.2. Giới thiệu tổng quan về website ________________________________ 8 2.2.3. Ngôn ngữ HTML ____________________________________________ 9 2.2.4. Ngôn ngữ CSS _____________________________________________ 11 2.2.5. Ngôn ngữ PHP _____________________________________________ 16 2.2.6. Ngôn ngữ JavaScript ________________________________________ 17 2.2.7. MySQL __________________________________________________ 18 2.2.8. 000webhost _______________________________________________ 20 2.3. GIỚI THIỆU VỀ PHẦN CỨNG __________________________________ 21 2.3.1. Cảm biến nhiệt độ DS18B20 __________________________________ 21 2.3.2. Module thời gian thực DS1307 ________________________________ 23 2.3.3. Module L298N _____________________________________________ 24 2.3.4. Động cơ bước 28BYJ48-12V _________________________________ 25 2.3.5. Sò nóng lạnh TEC1-12706 ___________________________________ 25 2.3.6. Relay SRD12VDC __________________________________________ 26 2.3.7. TIP41C ___________________________________________________ 27 2.3.8. ESP32S __________________________________________________ 28 2.3.9. Cảm biến vật cản hồng ngoại __________________________________ 30 2.3.10. Thiết bị làm nóng nước ______________________________________ 31 2.3.11. Máy lọc nước ______________________________________________ 31 2.3.12. Máy bơm oxi ______________________________________________ 32 Chương 3. TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ __________________________________ 33 3.1. GIỚI THIỆU __________________________________________________ 33 3.2. TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG __________________________ 33 3.2.1. Sơ đồ khối hệ thống _________________________________________ 33 3.2.2. Tính toán và thiết kế mạch ____________________________________ 34 3.2.3. Sơ đồ nguyên lý toàn mạch ___________________________________ 44 Chương 4. THI CÔNG HỆ THỐNG ______________________________________ 45 4.1. GIỚI THIỆU __________________________________________________ 45 4.2. THI CÔNG ___________________________________________________ 45 4.2.1. Thi công mạch in PCB _______________________________________ 45 4.2.2. Tiến hành in và rữa mạch in __________________________________ 47 4.2.3. Hàn linh kiện và lắp ráp các module ____________________________ 48 4.2.4. Thiết kế hộp đựng cho mạch điều khiển _________________________ 48 4.2.5. Thiết kế máy cho cá ăn ______________________________________ 50 4.2.6. Thiết kế thiết bị làm lạnh nước ________________________________ 51 4.3. THI CÔNG MÔ HÌNH HỆ THỐNG _______________________________ 53 4.4. MÔ TẢ HOẠT ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG __________________________ 54 4.5. LẬP TRÌNH HỆ THỐNG _______________________________________ 55 4.5.1. Lưu đồ giải thuật ___________________________________________ 55 4.5.2. Lập trình cho ESP32S _______________________________________ 56 4.6. THIẾT KẾ WEBSITE __________________________________________ 59 4.6.1. Tạo web server _____________________________________________ 59 4.6.2. Thiết kế cơ sở dữ liệu _______________________________________ 62 4.6.3. Lập trình các file xử lý dữ liệu với database ______________________ 68 4.6.4. Thiết kế giao diện website ____________________________________ 69 4.7. TÀI LIỆU HƯỚNG DẪN VÀ THAO TÁC _________________________ 80 4.7.1. Tài liệu hướng dẫn __________________________________________ 80 4.7.2. Quy trình thao tác __________________________________________ 81 Chương 5: KẾT QUẢ - NHẬN XÉT VÀ ĐÁNH GIÁ ________________________ 82 5.1. KẾT QUẢ ____________________________________________________ 82 5.2. KẾT QUẢ THỐNG KÊ _________________________________________ 82 5.3. NHẬN XÉT VÀ ĐÁNH GIÁ ____________________________________ 86 5.3.1. Ưu điểm của hệ thống _______________________________________ 86 5.3.2. Nhược điểm của hệ thống ____________________________________ 87 Chương 6: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN _________________________ 88 6.1. KẾT LUẬN __________________________________________________ 88 6.2. HƯỚNG PHÁT TRIỂN _________________________________________ 89 TÀI LIỆU THAM KHẢO ______________________________________________ 90 PHỤ LỤC ___________________________________________________________ 93 LIỆT KÊ HÌNH Hình 2. 1 Bố cục cơ bản của HTML trong web _______________________________ 9 Hình 2. 2 Hiệu ứng khi có CSS trong HTML _______________________________ 11 Hình 2. 3 Popup khi thực hiện lệnh alert() trong JavaScript ____________________ 17 Hình 2. 4 Sơ đồ chân DS18B20 __________________________________________ 22 Hình 2. 5 DS18B20 loại chống nước ______________________________________ 22 Hình 2. 6 Hình ảnh thực tế module DS1307 ________________________________ 23 Hình 2. 7 Sơ đồ chân module DS1307 _____________________________________ 23 Hình 2. 8 Module L298N _______________________________________________ 24 Hình 2. 9 Sơ đồ chân module L298N _____________________________________ 24 Hình 2. 10 Động cơ bước 28BYJ48-12V___________________________________ 25 Hình 2. 11 Sò nóng lạnh TEC1-12706 _____________________________________ 26 Hình 2. 12 Relay SRD12VDC ___________________________________________ 27 Hình 2. 13 Sơ đồ chân TIP41C __________________________________________ 27 Hình 2. 14 ESP32S ____________________________________________________ 28 Hình 2. 15 Sơ đồ chân ESP32S __________________________________________ 28 Hình 2. 16 Module cảm biến hồng ngoại ___________________________________ 30 Hình 2. 17 Sơ đồ chân module cảm biến hồng ngoại _________________________ 30 Hình 2. 18 Máy sưởi bể cá ______________________________________________ 31 Hình 2. 19 Máy lọc nước _______________________________________________ 31 Hình 2. 20 Máy bơm oxi _______________________________________________ 32 Hình 2. 21 Sơ đồ chân module cảm biến hồng ngoại _________________________ 34 Hình 2. 22 Sơ đồ nguyên lý toàn mạch ____________________________________ 44 Hình 3. 1 Sơ đồ khối hệ thống ___________________________________________ 33 Hình 3. 2 Sơ đồ chân DS18B20 __________________________________________ 34 Hình 3. 3 Sơ đồ chân module DS1307 _____________________________________ 35 Hình 3. 4 Sơ đồ chân relay SRD12VDC ___________________________________ 37 Hình 3. 5 Sơ đồ chân TIP41C ___________________________________________ 37 Hình 3. 6 Sơ đồ chân Diode _____________________________________________ 38 Hình 3. 7 Điện trở ____________________________________________________ 38 Hình 3. 8 Sơ đồ chân động cơ bước 28BYJ48-12V __________________________ 38 Hình 3. 9 Sơ đồ chân module L298N _____________________________________ 39 Hình 3. 10 Sò nóng lạnh TEC1-12706 _____________________________________ 39 Hình 3. 11 Quạt tản nhiệt _______________________________________________ 40 Hình 3. 12 Sơ đồ chân ESP32S __________________________________________ 41 Hình 3. 13 Nguồn xung ________________________________________________ 42 Hình 4. 1 Sơ đồ nguyên lý khối cảm biến __________________________________ 35 Hình 4. 2 Sơ đồ nguyên lý khối thời gian thực ______________________________ 36 Hình 4. 3 Sơ đồ nguyên lý khối điều khiển ngoại vi __________________________ 40 Hình 4. 4 Sơ đồ nguyên lý khối xử lý và kết nối internet ______________________ 42 Hình 4. 5 Sơ đồ nguyên lý khối nguồn ____________________________________ 44 Hình 4. 6 Thiết kế mạch in trên phần mềm Protues ___________________________ 45 Hình 4. 7 Sơ đồ mạch in lớp dưới ________________________________________ 46 Hình 4. 8 Sơ đồ bố trí linh kiện __________________________________________ 46 Hình 4. 9 Sơ đồ bố trí linh kiện 3D _______________________________________ 47 Hình 4. 10 Board mạch sau khi in và rữa ___________________________________ 47 Hình 4. 11 Mạch điều khiển thực tế sau khi hàn và ráp các linh kiện _____________ 48 Hình 4. 12 Khung hộp thô cho mạch điều khiển _____________________________ 49 Hình 4. 13 Thiết kế lỗ hiện jack cắm, công tắc ______________________________ 49 Hình 4. 14 Hộp đựng mạch điều khiển ____________________________________ 49 Hình 4. 15 Vỏ hộp chứa thức ăn _________________________________________ 50 Hình 4. 16 Trục xoáy đẩy thức ăn ________________________________________ 50 Hình 4. 17 Máy cho cá ăn chưa gắn cảm biến _______________________________ 51 Hình 4. 18 Máy cho cá ăn đã gắn cảm biến _________________________________ 51 Hình 4. 19 Sắp xếp bố trí linh kiện cho máy làm lạnh _________________________ 52 Hình 4. 20 Ghép quạt tản nhiệt cho máy làm lạnh ____________________________ 52 Hình 4. 21 Máy làm lạnh nước cho bể cá __________________________________ 53 Hình 4. 22 Mô hình mặt trước ___________________________________________ 53 Hình 4. 23 Mô hình mặt trên và mặt sau ___________________________________ 54 Hình 4. 24 Mô tả hoạt động của hệ thống __________________________________ 54 Hình 4. 25 Lưu đồ giải thuật chính của hệ thống _____________________________ 56 Hình 4. 26 Giao diện phần mềm ARDUINO IDE ____________________________ 56 Hình 4. 27 Cài phần mềm GIT GUI _______________________________________ 57 Hình 4. 28 Tạo website mới _____________________________________________ 60 Hình 4. 29 Kết quả sau khi tạo tên miền website mới _________________________ 60 Hình 4. 30 Thanh công cụ quản lý website trên 000webhost ___________________ 60 Hình 4. 31 Giao diện thống kê của trang web _______________________________ 61 Hình 4. 32 Điền thông tin databases mới ___________________________________ 62 Hình 4. 33 Databases mới ______________________________________________ 62 Hình 4. 34 Quản lý databases ____________________________________________ 62 Hình 4. 35 Giao diện quản lý databases ____________________________________ 63 Hình 4. 36 Tạo bảng database mới ________________________________________ 63 Hình 4. 37 Tạo các cột cho bảng database __________________________________ 63 Hình 4. 38 Kết quả thu được khi đọc dữ liệu bảng “thongtinbeca” _______________ 69 Hình 4. 39 Giao diện quản lý file website __________________________________ 69 Hình 4. 40 Thanh công cụ trong giao diện quản lý file ________________________ 70 Hình 4. 41 Giao diện trang đăng ký tài khoản _______________________________ 70 Hình 4. 42 Giao diện trang đăng nhập _____________________________________ 71 Hình 4. 43 Giao diện điều khiển đèn LED __________________________________ 72 Hình 4. 44 Giao diện điều khiển máy oxi __________________________________ 73 Hình 4. 45 Giao diện điều khiển máy lọc __________________________________ 73 Hình 4. 46 Giao diện thông tin nhiệt độ ____________________________________ 74 Hình 4. 47 Giao diện thông tin cho cá ăn ___________________________________ 74 Hình 4. 48 Thanh chức năng trong trang điều khiển. _________________________ 75 Hình 4. 49 Giao diện lịch sử thông tin gần nhất _____________________________ 76 Hình 4. 50 Giao diện lịch sử thay đổi gần nhất ______________________________ 77 Hình 4. 51 Thanh chức năng trang lịch sử thông tin __________________________ 77 Hình 4. 52 Giao diện trang khôi phục tài khoản _____________________________ 78 Hình 4. 53 Giao diện trang đổi mật khẩu ___________________________________ 79 Hình 4. 54 Công cụ Dựng Website của 000webhost __________________________ 79 Hình 4. 55 Giao diện chọn form websites __________________________________ 80 Hình 4. 56 Giao diện thiết kế web của 000webhost___________________________ 80 Hình 5. 1 Bảng lịch sử thiết bị với sự cố wifi _______________________________ 83 Hình 5. 2 Bảng lịch sử bật tắt thiết bị chế độ manual _________________________ 83 Hình 5. 3 Bảng lịch sử bật tắt thiết bị chế độ auto ____________________________ 84 Hình 5. 4 Kết quả lượng thức ăn của 4 mức cho ăn ___________________________ 84 Hình 5. 5 Kết quả thông tin khi máy làm lạnh hoạt động ______________________ 85 Hình 5. 6 Kết quả thông tin khi máy làm nóng hoạt động ______________________ 85 Hình 5. 7 Kết quả hoạt động lâu dài ______________________________________ 86 LIỆT KÊ BẢNG Bảng 2. 1 Các thẻ khác trong HTML ______________________________________ 10 Bảng 2. 2 Các thuộc tính của CSS ________________________________________ 12 Bảng 2. 3 Một số kiểu dữ liệu trong SQL __________________________________ 18 Bảng 4. 1 Cấu trúc dữ liệu của bảng database “thongtinbeca” __________________ 64 Bảng 4. 2 Cấu trúc dữ liệu của bảng database “dieukhien1” ____________________ 65 Bảng 4. 3 Thời gian bơm oxi ở chế độ auto. ________________________________ 66 Bảng 4. 4 Thời gian bật máy lọc chế độ auto. _______________________________ 66 Bảng 4. 5 Cấu trúc dữ liệu của bảng database “mathietbi” _____________________ 66 Bảng 4. 6 Cấu trúc dữ liệu của bảng database “thongtintaikhoan” _______________ 67 TÓM TẮT Ngày