Đồ án Thiết kế và thi công mô hình giám sát và điều khiển mô hình trồng nấm rơm

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 6 tháng 6 năm 2019 NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên: Vũ Ngọc Duy Tín MSSV: 14141321 Nguyễn Hoàng Quốc Hưng MSSV: 14141142 Chuyên ngành: Điện Tử Công Nghiệp Mã ngành: 141 Hệ đào tạo: Đại học chính quy Mã hệ: 1 Khóa: 2014 Lớp: 1411DT I. TÊN ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MÔ HÌNH GIÁM SÁT VÀ ĐIỀU KHIỂN MÔ HÌNH TRỒNG NẤM RƠM II. NHIỆM VỤ 1. Các số liệu ban đầu:  Chọn nấm rơm làm đối tượng nghiên cứu.  Thiết kế mô hình điều khiển 2 khu riêng biệt.  Sử dụng LCD hiển thị dữ liệu trên mô hình.  Kích thước mô hình 60x40x40. 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, DHT11, cảm biến mực nước, IC ULN2803.  NỘI DUNG 2: Tìm hiểu và nghiên cứu về lập trình Webserver, tìm hiểu về ngôn ngữ HTML, PHP, cơ sở dữ liệu MySQL.  NỘI DUNG 3: Các giải pháp thi thiết kế hệ thống, thi công mô hình.  NỘI DUNG 4: Thiết kế hệ thống điều khiển, lưu đồ giải thuật và chương trình điều khiển mô hình.  NỘI DUNG 5: Thiết kế hoàn chỉnh mô hình thực tế.  NỘI DUNG 6: Chạy thử nghiệm hệ thống.  NỘI DUNG 7: Cân chỉnh hệ thống.  NỘI DUNG 8: Viết sách luận văn.  NỘI DUNG 9: Bảo vệ đề tài tốt nghiệp. III. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 18/02/2019 IV. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 10/06/2019 V. HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: ThS. Nguyễn Thanh Nghĩa CÁN BỘ 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. HCM, ngày 6 tháng 6 năm 2019 LỊCH TRÌNH THỰC HIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên 1: Vũ Ngọc Duy Tín Lớp:14141DT2A MSSV: 14141321 Họ tên sinh viên 2: Nguyễn Hoàng Quốc Hưng Lớp: 14141DT1B MSSV: 14141142 Tên đề tài: Hệ Thống Giám Sát Và Điều Khiển Mô Hình Trồng Nấm Rơm. Tuần/Ngày Nội Dung Xác nhận GVHD 1 (19-25/3) - Gặp GVHD để phổ biến quy định: thực hiện chọn đề tài, tên đề tài, thời gian làm việc. - Duyệt đề tài. - Viết đề cương cho đề tài. 2 (26/3-1/4) - Tìm hiểu cơ sở lý thuyết về web. - Tìm hiểu các cảm biến sử dụng trong đề tài. - Tìm hiểu về cách thức lập trình thiết kế Web Server. 3 (2/4-8/4) - Thiết kế sơ đồ khối, giải thích chức năng. - Tính toán lựa chọn linh kiện cho từng khối. 4 (9/4-15/4) - Thiết kế sơ đồ nguyên lý và giải thích hoạt động của mạch. 5 (16/4-22/4) - Viết chương trình. - Thi công mạch, xây dựng mô hình. - Thiết kế Web Server. 6 (23/4-29/4) - Viết chương trình. - Thi công mạch, xây dựng mô hình. - Thiết kế Web Server. 7 (30/4-6/5) - Viết chương trình. - Thi công mạch, xây dựng mô hình. - Thiết kế Web Server. 8 (7/5-13/5) - Viết chương trình. - Thi công mạch, xây dựng mô hình. - Thiết kế WebServer. 9 (14/5-20/5) - Kiểm tra, hoàn thiện mô hình, chạy thử và sửa lỗi. - Viết báo cáo. 10 (21/5-27/5) - Hoàn thiện mô hình, chạy thử và sửa lỗi. - Viết báo cáo. 11 (28/5-3/6) - Hoàn thiện, chỉnh sửa báo cáo gửi cho GVHD để xem xét góp ý lần cuối trước khi in báo cáo. 12 (4/6-10/6) Nộp quyển báo cáo và làm Slide báo cáo. GV HƯỚNG DẪN (Ký và ghi rõ họ và tên) LỜI CAM ĐOAN Đề tài này là do tôi tự thực hiện dựa vào một số tài liệu trước đó và không sao chép từ tài liệu hay công trình đã có trước đó. Người thực hiện đề tài Vũ Ngọc Duy Tín Nguyễn Hoàng Quốc Hưng LỜI CẢM ƠN Em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến Thầy Nguyễn Thanh Nghĩa _ Giảng viên bộ môn Điện Tử Công Nghiệp – Y Sinh đã trực tiếp hướng dẫn và tận tình giúp đỡ tạo điều kiện để em có thể hoàn thành tốt đề tài. Em chân thành cảm ơn Thầy Việt và Thầy Khoa _ Giảng viên bộ môn Điện Tử Công Nghiệp – Y Sinh đã góp ý và chia sẻ nhiều kinh nghiệm quý báu cho em thực hiện tốt đề tài. Em xin gửi lời chân thành cảm ơn các thầy cô trong Khoa Điện-Điện Tử đã tạo những điều kiện tốt nhất cho em hoàn thành đề tài. Em cũng gửi lời đồng cảm ơn đến các bạn lớp thực hiện ĐATN đã chia sẻ trao đổi kiến thức cũng như những kinh nghiệm quý báu trong thời gian thực hiện đề tài. Cảm ơn đến cha mẹ đã tận tâm chăm sóc, lo lắng giúp đỡ em là nguồn động viên vô cùng lớn giúp em có thể hoàn thành đề tài. Xin chân thành cảm ơn! Người thực hiện đề tài Vũ Ngọc Duy Tín Nguyễn Hoàng Quốc Hưng MỤC LỤC 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 PHƯƠNG PHÁP TRỒNG NẤM RƠM TRUYỀN THỐNG ....... 5 2.2 GIỚI THIỆU MÔ HÌNH NÔNG NGHIỆP SỬ DỤNG NHÀ KÍNH TRONG THỰC TẾ .................................................................................................................... 8 2.3 TỔNG QUAN VỀ ARDUINO ............................................................................ 9 2.4 TỔNG QUAN VỀ IOT ...................................................................................... 11 2.5 TỔNG QUAN VỀ WEB .................................................................................... 12 2.6 CÁC CHUẨN GIAO TIẾP ................................................................................ 13 2.6.1 CHUẨN GIAO TIẾP UART ...................................................................... 13 2.6.2 CHUẨN GIAO TIẾP I2C ........................................................................... 14 2.6.3 CHUẨN GIAO TIẾP ONE-WIRE ............................................................. 15 CHƯƠNG 3. TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ ............................................................. 17 3.1 GIỚI THIỆU ....................................................................................................... 17 3.2 TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG ....................................................... 18 3.2.1 THIẾT KẾ SƠ ĐỒ KHỐI HỆ THỐNG ..................................................... 18 3.2.2 TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ MẠCH ........................................................ 19 3.2.3 SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ CỦA TOÀN MẠCH ............................................. 40 CHƯƠNG 4. THI CÔNG HỆ THỐNG .................................................................... 42 4.1 GIỚI THIỆU ....................................................................................................... 42 4.2 THI CÔNG HỆ THỐNG ................................................................................... 42 4.2.1 Thi công mạch điều khiển trung tâm .......................................................... 42 4.2.2 Thi công mạch điều khiển trực tiếp và hiển thị ........................................... 43 4.2.3 Thi công mô hình ........................................................................................ 44 4.2.4 Lắp ráp và kiểm tra ..................................................................................... 44 4.3 ĐÓNG GÓI VÀ THI CÔNG MÔ HÌNH ........................................................... 45 4.4 LẬP TRÌNH HỆ THỐNG .................................................................................. 48 4.4.1 Lưu đồ giải thuật ......................................................................................... 48 4.4.2 Phần mềm lập trình cho vi điều khiển ......................................................... 49 4.4.3 Phần mềm lập trình cho web. ...................................................................... 52 4.4.4 Công cụ lập trình Web server...................................................................... 53 4.4.5 Công cụ lập trình gửi và nhận tin nhắn ....................................................... 57 4.5 SƠ ĐỒ TOÀN BỘ HỆ THỐNG ........................................................................ 62 4.6 TÀI LIỆU HƯỚNG DẪN SỬ DỤNG, THAO TÁC ........................................ 62 4.6.1 Tài liệu hướng dẫn sử dụng ........................................................................ 62 CHƯƠNG 5. KẾT QUẢ_NHẬN XÉT_ĐÁNH GIÁ ............................................... 64 5.1 KẾT QUẢ ........................................................................................................... 64 5.2 NHẬT XÉT VÀ ĐÁNH GIÁ ............................................................................ 70 CHƯƠNG 6. KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN .......................................... 71 6.1 KẾT LUẬN ........................................................................................................ 71 6.2 HƯỚNG PHÁT TRIỂN ..................................................................................... 71 TÀI LIỆU THAM KHẢO ......................................................................................... 72 DANH MỤC HÌNH VÀ BẢNG Hình 2.1: Đóng mô nấm ............................................................................................. 6 Hình 2.2: Chăm sóc mô nấm ....................................................................................... 6 Hình 2.3: Nấm rơm có thể thu hoạch được ................................................................. 7 Hình 2.4: Mô hình nhà kính thực tế ............................................................................ 8 Hình 2.5: Mô hình nhà lưới kín thực tế ....................................................................... 9 Hình 2.6: Một số loại board Arduino phổ biến ......................................................... 11 Hình 2.7: Mô hình sơ đồ IOT .................................................................................... 11 Hình 2.8: Giao tiếp UART ........................................................................................ 14 Hình 2.9: Giao tiếp I2C .............................................................................................. 14 Hình 2.10: Giao tiếp One-Wire ................................................................................. 15 Hình 3.1: Sơ đồ khối hệ thống .................................................................................. 18 Hình 3.2: Sơ đồ khối hệ thống thiết bị thực tế .......................................................... 18 Hình 3.3: Khối xử lý trung tâm sử dụng Arduino Nano ........................................... 20 Hình 3.4: ESP8266 NODEMCU .............................................................................. 21 Hình 3.5: Sơ đồ nối dây giữa Arduino Nano và NODEMCU .................................. 23 Hình 3.6: Công cụ để tạo máy chủ của Webserver và Database .............................. 24 Hình 3.7: Kết nối LCD với Arduino Nano ............................................................... 25 Hình 3.8: Nút nhấn 2 chân ........................................................................................ 26 Hình 3.9: Còi Buzzer................................................................................................. 26 Hình 3.10: Sơ đồ kết nối của Button và Buzzer với Arduino ................................... 27 Hình 3.11: Hình cảm biến DHT11 ............................................................................ 27 Hình 3.12: Kết nối cảm biến DHT11 với Arduino Nano .......................................... 28 Hình 3.13: Hình ảnh cảm biến đo mực nước ............................................................ 29 Hình 3.14: Kết nối cảm biến mực nước với Arduino Nano ...................................... 29 Hình 3.15: Cấu tạo của IC đệm dòng ULN2803....................................................... 30 Hình 3.16: Sơ đồ nguyên lý 1 kênh của ULN2803 ................................................... 30 Hình 3.17: Kết nối ULN2803 với Arduino Nano ..................................................... 31 Hình 3.18: Hình ảnh Relay thực tế............................................................................ 32 Hình 3.19: Sơ đồ nguyên lý của Relay ..................................................................... 32 Hình 3.20: Kết nối ULN2803 với Relay ................................................................... 33 Hình 3.21: Hình ảnh phun sương siêu âm HB20-12 ................................................. 34 Hình 3.22: Kết nối phun sương với Relay ................................................................ 35 Hình 3.23: Đèn sợi tóc .............................................................................................. 35 Hình 3.24: Kết nối đèn sợi tóc với Relay .................................................................. 36 Hình 3.25: Quạt ......................................................................................................... 36 Hình 3.26: Kết nối quạt với Relay ............................................................................ 37 Hình 3.27: Hình đèn báo ........................................................................................... 37 Hình 3.28: Kết nối đèn báo với Relay ....................................................................... 38 Hình 3.29: Hình ảnh module hạ áp LM2596 ............................................................ 39 Hình 3.30: Hình sơ đồ nguyên lý mạch hạ áp LM2596 ............................................ 39 Hình 3.31: Sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển trung tâm .......................................... 40 Hình 3.32: Sơ đồ nguyên lý của khối điều khiển trực tiếp và hiển thị ..................... 41 Hình 4.1: Sơ đồ mạch in khối điều khiển trung tâm ................................................. 42 Hình 4.2: Sơ đồ mạch in khối điều khiển trực tiếp và hiển thị ................................. 43 Hình 4.3: Mô hình sau khi hoàn thành ...................................................................... 44 Hình 4.4: Mạch điều khiển sau khi hoàn thành......................................................... 45 Hình 4.5: Mạch điều khiển trực tiếp và hiển thị sau khi hoàn thành ........................ 45 Hình 4.6: Mô hình sau khi lắp ................................................................................... 46 Hình 4.7: Giao diện đăng nhập của web ................................................................... 47 Hình 4.8: Giao diện trang chủ của web ..................................................................... 47 Hình 4.9: Lưu đồ của NODEMCU ESP8266 ........................................................... 48 Hình 4.10: Lưu đồ của Arduino Nano ...................................................................... 49 Hình 4.11: Giao diện của phần mềm viết code cho mạch Arduino ......................... 50 Hình 4.12: Những thư viện có sẵn trong phần mềm ................................................. 51 Hình 4.13: Giao diện Notepad++ .............................................................................. 53 Hình 4.14: Đăng ký tài khoản mới ............................................................................ 55 Hình 4.15: Giao diện email xác nhận tài khoản ........................................................ 55 Hình 4.16: Tạo tên miền mong muốn ....................................................................... 56 Hình 4.17: Tạo Database mới ................................................................................... 56 Hình 4.18: Các File đã update lên server .................................................................. 57 Hình 4.19: Màn hình truy cập IFTTT ....................................................................... 58 Hình 4.20: Màn hình đăng nhập IFTTT .................................................................... 58 Hình 4.21: Thêm dịch vụ .......................................................................................... 59 Hình 4.22: Thêm dịch vụ SMS ................................................................................. 59 Hình 4.23: Nhập từ khóa tác động ............................................................................ 59 Hình 4.24: Thêm dịch vụ .......................................................................................... 60 Hình 4.25: Chọn dịch vụ Webhook .......................................................................... 60 Hình 4.26: Key do Webhook cung cấp ..................................................................... 61 Hình 4.27: Sơ đồ nguyên lý hoạt động của toàn bộ hệ thống ................................... 62 Hình 5.1: Mô hình sau khi hoàn thành ...................................................................... 64 Hình 5.2: Mô hình khi hoạt động .............................................................................. 64 Hình 5.3: Trang thống kê sản lượng ......................................................................... 65 Hình 5.4: Bảng lưu các thông số khu 1 ..................................................................... 65 Hình 5.5: Trang điều khiển khu 1 ............................................................................. 65 Hình 5.6: Trang điều khiển giọng nói ....................................................................... 66 Hình 5.7: Hệ thống sấy khi tắt .................................................................................. 66 Hình 5.8: Hệ thống sấy khi bật ................................................................................. 67 Hình 5.9: Nhiệt độ khu 1 cao hơn 40 oC ................................................................... 67 Hình 5.10: Hệ thống tự động tắt toàn bộ phần cứng, Buzzer kêu ............................. 67 Hình 5.11:Gửi tin nhắn cảnh báo .............................................................................. 68 Hình 5.12: Chế độ chờ .............................................................................................. 68 Hình 5.13: Chế độ kích hoạt ..................................................................................... 68 Bảng 4.1: Danh sách linh kiện mạch điều khiển trung tâm ...................................... 43 Bảng 4.2: Danh sách linh kiện mạch điều khiển trực tiếp và hiển thị ...................... 44 CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 1 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 hằng ngày càng ngày cần thiết. Cùng với sự phát triển của các ngành khoa học kỹ thuật, công nghệ kỹ thuật điện tử mà trong đó đặt biệt là kỹ thuật điều khiển tự động đóng vai trò quan trọng trong mọi lĩnh vực khoa học kỹ thuật, quản lý, công nghiệp, 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