Đồ án Thiết kế và thi công mô hình hệ thống và quản lý trang trại heo

ii TRƢỜNG 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 10 tháng 07 năm 2018 NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên: Nguyễn Ngọc Thạch MSSV: 14141292 Đoàn Quốc Duyệt MSSV: 14141045 Chuyên ngành: Công nghệ kỹ thuật điện - điện tử truyền thông Mã ngành: 41 Hệ đào tạo: Đại học chính quy Mã hệ: 1 Khóa: 2014 Lớp: 14141DT1C 14141DT1B I. TÊN ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MÔ HÌNH HỆ THỐNG VÀ QUẢN LÝ TRANG TRẠI HEO. II. NHIỆM VỤ Nội dung thực hiện:  Nội dung 1: Tìm hiểu và nghiên cứu giao tiếp Module ESP 8266-12 với Arduino Mega 2560.  Nội dung 2: Lƣu thông tin trên thẻ Tag của Module RFID, thiết lập giao diện C# trên Visual Studio.  Nội dung 3: Điều khiển các thiết bị theo cảm biến và thời gian thực.  Nội dung 4: Thiết kế và lập trình ứng dụng trên hệ điều hành Android và gửi các hoạt động lên web FireBase.  Nội dung 5: Thiết kế và thi công mạch điều khiển.  Nội dung 6: Thiết kế mô hình sản phẩm.  Nội dung 7: Đánh giá kết quả thực hiện. III. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 02/04/2018 IV. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 10/07/2018 V. HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƢỚNG DẪN: ThS. Nguyễn Trƣờng Duy CÁN BỘ HƢỚNG DẪN BM. ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH iii TRƢỜNG 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 10 tháng 07 năm 2018 LỊCH TRÌNH THỰC HIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên 1: Nguyễn Ngọc Thạch Lớp:14141DT1C MSSV: 14141292 Họ tên sinh viên 2: Đoàn Quốc Duyệt Lớp: 14141DT1B MSSV: 14141045 Tên đề tài: Thiết Kế Và Thi Công Mô Hình Hệ Thống Và Quản Lý Trang Trại Heo. Tuần/ngày Nội dung Xác nhận GVHD Tuần 1 (02- 08/04/2018) Nhận đồ án , tìm hiểu đề tài Tuần 2 (09- 15/04/2018) Chọn và tìm hiểu đề tài. Tuần 3 (16- 22/04/2018) Tìm hiểu và nghiên cứu giao tiếp Module ESP 8266-12 với Arduino Mega 2560. Tuần 4 (23/4 - 29 /04/2018) Lƣu thông tin trên thẻ Tag của Module RFID, thiết lập giao diện C# trên Visual Studio. Tuần 5,6 (30/4 - 13/05/2018) Điều khiển các thiết bị theo cảm biến và thời gian thực. Tuần 7,8,9,10 (14/5 - 10/06/2018) Thiết kế và lập trình ứng dụng trên hệ điều hành Android và gửi các hoạt động lên web FireBase. Tuần 11,12 (11 - 24/06/2018) Tìm hiểu thiết kế mô hình sản phẩm. Tuần 13 (25/6 - 1/07/2018) Viết báo cáo, kiểm ra các phần cứng 10/07/2018 Hoàn thành nhiệm vụ đồ án GV HƢỚNG DẪN (Ký và ghi rõ họ và tên) iv LỜI CAM ĐOAN Đề tài này là do chúng tôi tự thực hiện dƣới sự hƣớng dẫn của thầy ThS. Nguyễn Trƣờng Duy, dựa vào một số tài liệu và không sao chép từ tài liệu hay công trình đã có trƣớc đó. Nếu có bất kỳ sự gian lận nào chúng tôi xin chịu trách nhiệm về nội dung đồ án của mình. Ngƣời thực hiện Nguyễn Ngọc Thạch Đoàn Quốc Duyệt v LỜI CẢM ƠN  Chúng em xin chân thành cảm ơn quý thầy, cô Trƣờng Đại Học Sƣ 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 nhƣ 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 nhƣ một bàn đạp đầu tiên để bƣớc vào những cánh cửa lớn hơn. Đặc biệt, Chúng em xin cảm ơn sâu sắc thầy Nguyễn Trƣờng Duy đã tận tình 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 nhƣng đƣợc sự đôn đốc và góp ý của thầy chúng em đã gặt hái đƣợc nhiều kiến thức và kinh nghiệm. Một lần nữa chúng em xin cảm ơn thầy. Sinh viên thực hiện đồ án Nguyễn Ngọc Thạch Đoàn Quốc Duyệt vi MỤC LỤC NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ............................................................................ ii LỊCH TRÌNH THỰC HIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ............................................... iii LỜI CAM ĐOAN ......................................................................................................... iv LỜI CẢM ƠN ................................................................................................................ v MỤC LỤC ..................................................................................................................... vi LIỆT KÊ HÌNH VẼ .................................................................................................... vii LIỆT KÊ BẢNG ......................................................................................................... viii TÓM TẮT ..................................................................................................................... ix CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN ......................................................................................... 1 1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ ........................................................................................................ 1 1.2 MỤC TIÊU CỦA ĐỀ TÀI ...................................................................................... 1 1.3 NỘI DUNG THỰC HIỆN ...................................................................................... 2 1.4 GIỚI HẠN CỦA ĐỀ TÀI ....................................................................................... 2 1.5 BỐ CỤC ĐỒ ÁN .................................................................................................... 2 CHƢƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT ............................................................................ 4 2.1 QUY TRÌNH HOẠT ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG ................................................... 4 2.2 GIỚI THIỆU PHẦN CỨNG .................................................................................. 4 2.2.1 TỔNG QUAN ARDUINO MEGA 2560 ......................................................... 4 2.2.2 GIỚI THIỆU LCD 20x4................................................................................... 5 2.2.3 GIỚI THIỆU MODULE RFID MFRC522 ...................................................... 7 2.2.4 TỔNG QUAN MODULE ESP8266 ................................................................ 9 2.2.5 GIỚI THIỆU MODULE L298 ....................................................................... 11 2.2.6 CẢM BIẾN MƢA. [7] ................................................................................... 14 2.2.7 CẢM BIẾN NHIỆT ĐỘ -ĐỘ ẨM. [7] .......................................................... 15 2.2.8 CẢM BIẾN ĐO THỜI GIAN. [7] ................................................................. 16 2.2.9 CẢM BIẾN SIÊU ÂM. [7]............................................................................. 17 vi 2.2.10 GIỚI THIỆU FIREBASE. [8] ...................................................................... 18 2.2.11 GIỚI THIỆU MODULE RELAY (RƠ-LE) ................................................. 19 2.3 GIỚI THIỆU CÁC CHUẨN GIAO THỨC: ........................................................ 21 2.3.1 SƠ LƢỢC VỀ GIAO TIẾP USART:[10] ...................................................... 21 2.3.2 SƠ LƢỢC VỀ CHUẨN SPI: ......................................................................... 23 2.3.3 SƠ LƢỢC VỀ CHUẨN I2C:[7] .................................................................... 26 CHƢƠNG 3. TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ ............................................................. 27 3.1 GIỚI THIỆU ......................................................................................................... 27 3.2 TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG .......................................................... 27 3.2.1 THIẾT KẾ SƠ ĐỒ KHỐI HỆ THỐNG. ........................................................ 27 3.2.2 TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ MẠCH ............................................................ 30 3.2.3 SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ CỦA TOÀN MẠCH ................................................. 37 CHƢƠNG 4. THI CÔNG HỆ THỐNG .................................................................... 38 4.1 THI CÔNG HỆ THỐNG: ..................................................................................... 38 4.2 LƢU ĐỒ GIẢI THUẬT. ...................................................................................... 40 4.2.1 LƢU ĐỒ GIẢI THUẬT ARDUINO MEGA 2560. ...................................... 40 4.2.2 GIỚI THIỆU VỀ ARDUINO IDE ................................................................. 50 4.2.3 LƢU ĐỒ GIẢI THUẬT CỦA ESP. .............................................................. 52 4.2.4 LẬP TRÌNH C# TRÊN PHẦN MỀM VISUAL STUDIO. ........................... 53 4.2.5 CHƢƠNG TRÌNH TRÊN ANDROID STUDIO. .......................................... 56 CHƢƠNG 5: KẾT QUẢ, NHẬN XÉT, ĐÁNH GIÁ ............................................... 64 5.1 SẢN PHẨM SAU KHI HOÀN THÀNH: ............................................................ 64 5.1.1 SẢN PHẨM: .................................................................................................. 64 5.1.2 KIẾN THỨC CÓ ĐƢỢC TRONG THIẾT KẾ SẢN PHẨM: ....................... 64 5.2 KẾT QUẢ CHẠY HỆ THỐNG: .......................................................................... 65 5.2.1 QUÁ TRÌNH CHẠY ỨNG DỤNG TRÊN ĐIỆN THOẠI: ........................... 65 5.2.2 QUÁ TRÌNH VẬN HÀNH TRÊN PHẦN CỨNG HỆ THỐNG: ................. 66 5.2.3 QUÁ TRÌNH VẬN HÀNH TRÊN PHẦN MỀM VISUAL STUDIO: ......... 67 CHƢƠNG 6: KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN ......................................... 69 vi 6.1 KẾT LUẬN........................................................................................................... 69 6.2 HƢỚNG PHÁT TRIỂN ....................................................................................... 69 TÀI LIỆU THAM KHẢO .......................................................................................... 70 PHỤ LỤC ..................................................................................................................... 71 CHƢƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN ANDROID STUDIO........................................... 71 CHƢƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN VISUAL STUDIO .............................................. 78 CHƢƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN ESP8266 .............................................................. 83 CHƢƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN ARDUINO .......................................................... 89 vii LIỆT KÊ HÌNH VẼ Hình 2-1: Board Arduino Mega 2560. ............................................................................. 4 Hình 2-2: Màn hình LCD 20x4. ....................................................................................... 6 Hình 2-3: Module RFID. .................................................................................................. 7 Hình 2-4: Sơ đồ chân RFID. ............................................................................................ 7 Hình 2-5: Thông số thẻ Tag. ............................................................................................ 9 Hình 2-6: Module NodeMCU 8266. .............................................................................. 10 Hình 2-7: Sơ đồ chân và sơ đồ kết nối. .......................................................................... 11 Hình 2-8: Module L298. ................................................................................................ 12 Hình 2-9: Sơ đồ chân Module L298. ............................................................................. 12 Hình 2-10: Động cơ DC. ................................................................................................ 13 Hình 2- 11: Nút nhấn hành trình. ................................................................................... 14 Hình 2- 12: Nút nhấn 4 chân. ......................................................................................... 14 Hình 2- 13: Cảm biến mƣa. ............................................................................................ 14 Hình 2-14: Cảm biến DHT11. ........................................................................................ 15 Hình 2-15: Sơ đồ chân Realtime. ................................................................................... 16 Hình 2-16: Module Realtime. ........................................................................................ 17 Hình 2-17: Sơ đồ nguyên lý Realtime. ........................................................................... 17 Hình 2- 18: Cảm biến siêu âm........................................................................................ 18 Hình 2- 19: Giao diện FireBase. .................................................................................... 19 Hình 2-20: Module Relay Mức Cao. .............................................................................. 20 Hình 2- 21: Module Relay mức thấp. ............................................................................. 20 Hình 2-22: Khung truyền UART. .................................................................................. 22 Hình 2-23: Sơ đồ truyền SPI giữa 2 thiết bị. .................................................................. 23 Hình 2-24: Truyền SPI nhiều thiết bị. ............................................................................ 24 Hình 2-25: Chế độ cơ bản của SPI. ................................................................................ 25 Hình 2-26: Truyền gửi dữ liệu song công. ..................................................................... 25 Hình 2-27: Sơ đồ truyền I2C. ......................................................................................... 26 Hình 3-1: Sơ đồ khối. ..................................................................................................... 28 Hình 3-2: Sơ đồ nguyên lý nhiệt độ. .............................................................................. 33 Hình 3-3: Cảm biến siêu âm........................................................................................... 33 Hình 3-4: Sơ đồ nguyên lý Realtime. ............................................................................. 34 Hình 3-5: Sơ đồ nguyên lý LCD 20x4. .......................................................................... 35 Hình 3-6: Sơ đồ nguyên lý Relay. .................................................................................. 35 Hình 3-7: Sơ đồ nguyên lý L298. ................................................................................... 36 vii Hình 3-8: Sơ đồ nguyên lý RFID. .................................................................................. 36 Hình 3-9: Sơ đồ nguyên lý toàn mạch. .......................................................................... 37 Hình 4-1: Sơ đồ bố trí linh kiện mặt trên. ...................................................................... 39 Hình 4-2: Sơ đồ bố trí linh kiện lớp dƣới. ...................................................................... 40 Hình 4-3: Lƣu đồ chính. ................................................................................................. 41 Hình 4-4: Lƣu đồ điều khiển máy bơm. ......................................................................... 42 Hình 4-5: Lƣu đồ tắm cho heo. ...................................................................................... 43 Hình 4-6: Lƣu đồ điều khiển bật quạt. ........................................................................... 44 Hình 4-7: Lƣu đồ hoạt động dọn vệ sinh. ...................................................................... 45 Hình 4-8: Lƣu đồ điều khiển bật đèn. ............................................................................ 46 Hình 4-9: Lƣu đồ điều khiển mái hiên. ......................................................................... 47 Hình 4-10: Lƣu đồ điều khiển cho ăn. ........................................................................... 48 Hình 4-11: Lƣu đồ cho uống. ......................................................................................... 49 Hình 4-12: Lƣu đồ gửi thông tin giữa ESP và Arduino. ................................................ 50 Hình 4-13: Giao diện phần mềm Arduino. .................................................................... 50 Hình 4-14: Cài đặt Arduino bƣớc 2. .............................................................................. 51 Hình 4-15: Cài đặt Arduino bƣớc 3. .............................................................................. 52 Hình 4-16: Cài đặt Arduino bƣớc 5. .............................................................................. 52 Hình 4-17: Lƣu đồ hoạt động của ESP. ........................................................................ 53 Hình 4-18: Giao diện phần mềm Visual Studio. ............................................................ 54 Hình 4-19: Tải và chạy file.exe ...................................................................................... 55 Hình 4-20: Cài đặt Visual Studio. .................................................................................. 55 Hình 4- 21: Cài đặt Visual Studio bƣớc 3. ..................................................................... 56 Hình 4-22: Cài đặt Android Studio bƣớc 1. ................................................................... 57 Hình 4-23: Cài đặt Android Studio bƣớc 2. ................................................................... 57 Hình 4-24: Cài đặt Visual Studio bƣớc 3. ...................................................................... 58 Hình 4-25: Cài đặt Android Studio bƣớc 4. ................................................................... 58 Hình 4-26: Cài đặt Visual Studio bƣớc5 . ...................................................................... 59 Hình 4-27: Tạo project mớit rong Android. ................................................................... 59 Hình 4-28: Tạo project mới trong Android. ................................................................... 60 Hình 4-29: Chọn màn hình. ............................................................................................ 61 Hình 4-30: Chọn phiên bản Android. ............................................................................. 61 Hình 4-31: Đặt tên cho màn hình. .................................................................................. 62 Hình 4-32: Chọn thiết bị để nạp chƣơng trình. .............................................................. 62 Hình 5-1: Sản phẩm thi công. ........................................................................................ 64 Hình 5-2: Giao diện App Chính. .................................................................................... 65 Hình 5-3: Giao diện web FireBase. ................................................................................ 66 vii Hình 5-4: Bảng điều khiển hoạt động. ........................................................................... 67 Hình 5-5: Màn hình LCD 20x4 hiển thị. ........................................................................ 67 Hình 5-6: Bảng làm việc khi nết nối Arduino. ............................................................... 68 viii LIỆT KÊ BẢNG Bảng 2-1: Chức năng của các chân màn hình LCD 20x4 ................................................ 6 Bảng 2-2: Bảng tần số hoạt động. .................................................................................... 8 Bảng 4-1: Danh sách linh kiện. ...................................................................................... 38 ix TÓM TẮT Ngày nay công nghệ trở nên hiện đại, xu hƣớng mọi thứ điều sẽ đƣợc kết nối và điều khiển thông qua mạng không dây wifi (Wireless