Đồ án Mô hình vườn cây thông minh (Phần 1)

Nội dung text: Đồ án Mô hình vườn cây thông minh (Phần 1)

1. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ TRUYỀN THÔNG MÔ HÌNH VƯỜN CÂY THÔNG MINH GVHD: TS. PHAN VĂN CA SVTH: NGÔ ÐÌNH THI MSSV: 11141315 S K L 0 0 4 9 6 7 Tp. Hồ Chí Minh, tháng 07/2017
2. TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ Ố HỒ ẠO CHẤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP MÔ HÌNH VƢỜN CÂY THÔNG MINH SVTH : NGÔ ĐÌNH THI MSSV : 11141315 Khoá : 2011 : CNKT ĐIỆN TỬ, TRUYỀN THÔNG GVHD: TS. PHAN VĂN CA Tp. Hồ i
3. CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM – – Hạnh phúc Tp. Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2017 NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ và tên sinh viên: Ngô Đình Thi MSSV: 11141315 MSSV: 11141315 Ngành: CNKT Điện tử, viễn thông. Lớp: 11141CL2 Lớp: 11141CL2 Giảng viên hƣớng dẫn: TS. Phan Văn Ca ĐT: 0966613763 ĐT: 0966613763 Ngày nộp đề tài: 1. Tên đề tài: Mô hình vƣờn cây thông minh. - Đo nhiệt độ, độ ẩm đất, độ ẩm không khí hiển thị LCD. - Điều khiển tự động: đèn sƣởi, bơm nƣớc. - Cập nhật thông tin lên trang web. - Điều khiển từ xa: đèn sƣởi, bơm nƣớc. 4. Sản phẩm: TRƢỞNG NGÀNH GIẢNG VIÊN HƢỚNG DẪN ii
4. CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự do – Hạnh Phúc DẪN tên Sinh viên: Ngô Đình Thi MSSV: 11141315 Ngành: CNKT Điên tử ,truyền thông Mô hình vƣờn cây thông minh TS. Phan Văn Ca 1. Về nội dung đề ối lƣợ hiện: 2. Ƣu điểm: 3. điểm: 4. Đề ảo vệ hay không? 5. Đánh giá loại: ) Tp. Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 20 Giáo viên hƣớng dẫn (Ký & ghi rõ họ tên) iii
5. CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự do – Hạnh Phúc Ngô Đình Thi MSSV: 11141315 Ngành: Điên tử ,truyền thông Mô hình vƣờn cây thông minh 1. Về nội dung đề ối lƣợ hiện: 2. Ƣu điểm: 3. điểm: 4. Đề ảo vệ hay không? 5. Đánh giá loại: 6. Điểm: chữ: ) Tp. Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 20 iv
6. LỜI CẢM ƠN Lời đầu tiên em xin gửi lời tri ân và biết ơn sâu sắc đến Thầy Phan Văn Ca, ngƣời hƣớng dẫn khoa học đã tận tình chỉ bảo, động viên, khích lệ em trong suốt quá trình nghiên cứu, thực hiện đề tài. Em cũng xin gửi lời cảm ơn đến thầy trƣởng khoa ThS. Nguyễn Ngô Lâm các thầy cô trong Khoa điện tử truyền thông, trƣờng đại học Sƣ Phạm Kỹ Thuật TPHCM đã nhiệt tình giảng dạy và tạo mọi điều kiện giúp đỡ em trong quá trình học tập, nghiên cứu. Xin cảm ơn những ngƣời thân yêu trong gia đình dành cho tôi sự quan tâm, chia sẻ, động viên,khích lệ trong suốt thời gian học tập và nghiên cứu để tôi hoàn thành luận vănnày.Một lần nữa xin trân trọng cảm ơn ! Tácgiả luận văn Ngô Đình Thi v
7. TÓM TẮT Sang thiên niên kỷ này với sự khởi đầu của cuộc cách mạng về công nghệ không dây đánh dấu một thời đại mới, thời đại hậu PC. Thời đại hậu PC là sự hội tụ của mobile phone, các thiết bị tính toán cầm tay và công nghệ truyền thông băng rộng. Với sự ra đời của internet of things đã cho phép các thiết bị khác nhau trong mọi lĩnh vực kết nối vào mạng internet đem lại nét tƣơi mới cho việc quản lí từ : nông nghiệp, kinh tế, giáo dục ngày một dễ dàng và tiện lợi hơn. Trong phạm vi đề tài, sinh viên đi vào tìm hiểu và thiết kế một mô hình vƣờn cây thông minh mà ở đó con ngƣời có thể giám sát các yếu tố quan trọng trong nông nghiệp nhƣ: nhiệt độ, độ ẩm , các thiết bị liên quan phục vụ nông nghiệp nhƣ: bơm tƣới nƣớc, đèn sƣởi . theo thời gian thực.Hệ thống có thể làm việc tự động hoặc thủ công từ xa. vi
8. MỤC LỤC NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ii ỦA GIÁO VIÊN HƢỚNG DẪN iii ỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN iv LỜI CẢM ƠN v TÓM TẮT vi MỤC LỤC vii DANH MỤ x DANH MỤC HÌNH xi CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN 1 1.1 Đặt vấn đề. 1 1.2 Mục tiêu của đề tài 3 CHƢƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT 5 2.1 Module wifi esp8266mod. 5 2.1.1 Giới thiệu chung 5 2.1.2 Thông số kĩ thuật. 6 2.1.3 Sơ đồ chân. 6 2.2 Giao tiếp I2C. 7 2.2.2 Đặc điểm giao tiếp I2C. 7 2.2.3 Chế độ hoạt động (tốc độ truyền): 9 2.2.4 Điều kiện START và STOP (START and STOP conditions) 11 2.3 Websever(thinkspeak) 12 vii
9. 2.3.1 Giới thiệu 12 2.3.2 Lƣu trữ : 12 2.3.3 Phân tích 13 2.3.4 Tƣơng tác. 13 2.4 Ứng dụng Blynk 14 2.5 Yêu cầu kỹ thuật với cây trồng (cà chua). 17 2.5.1 Yêu cầu về đất 17 2.5.2 Yêu cầu về nhiệt độ 17 2.5.3 Yêu cầu về ánh sáng 19 2.5.4 Yêu cầu với độ ẩm 20 2.5.5 Yêu cầu về dinh dƣỡng khoáng 20 CHƢƠNG 3 : 22 THIẾT KẾ HỆ THỐNG NÔNG NGHIỆP THÔNG MINH 22 3.1. Chức năng và mô hình hệ thống. 22 3.1.1 Chức năng hệ thống . 22 3.1.2 Mô hình hệ thống. 22 3.2. Sơ đồ khối hệ thống 23 3.2.1 Sơ đồ khối và chức năng mỗi khối 23 3.2.2 Hoạt động của hệ thống. 25 3.3. Thiết kế, tính toán hệ thống 25 3.3.1 Khối module wifi 25 3.3.2 Cảm biến nhiệt độ ,độ ẩm môi trƣờng. 26 3.3.3 Cảm biến độ ẩm. 27 viii
10. 3.3.4 Lcd hiển thị. 27 3.3.5 Khối thiết bị . 28 3.3.6 Khối nguồn cung cấp. 30 3.3.7 Khối websever. 30 3.3.8 Khối blynk. 31 3.4. Phần cứng và phần mềm hệ thống. 31 3.4.1 Phần cứng 31 3.4.2 Lƣu đồ giải thuật chƣơng trình. 32 3.4.3 Phầm mềm lập trình : 34 3.4.3.1 Phần mềm viết code và lập trình cho esp8266. 34 3.4.3.2 Sử dụng thingspeak. 43 3.4.3.3 Sử dụng blynk 45 CHƢƠNG 4 : KẾT QUẢ . 51 4.1 Mạch in hệ thống. 51 4.2 Mạch thực tế. 51 4.3 Kết quả trên webservers. 53 CHƢƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN 57 5.1 Kết luận. 57 5.2 Hƣớng phát triển. 57 TÀI LIỆU THAM KHẢO 58 ix
11. Iot: Internet of things. IEEE: Institute of Electrical and Electronics Engineers. SDA: Serial Data. SCL: Serial Clock. Hs: High-Speed. x
12. DANH MỤC HÌNH Hình 1. 1: Internet of things. 2 Hình 1. 2 : Hệ thống thủy canh thông minh của Hachi. 3 Hình 2. 1: Hệ thống kết nối wifi. 5 Hình 2. 2: Esp8266mod. 6 Hình 2. 3:Sơ đồ chân Esp8266mod. 7 Hình 2. 4: Thành phần chuẩn kết nối I2C. 7 Hình 2. 5: Kết nối thiết bị vào bus I2C. 8 Hình 2. 6: Chế độ master, slave của I2C. 9 Hình 2. 7: Truyền bit trên I2C. 10 Hình 2. 8: Điều kiện start và stop 11 Hình 2. 9: Truyền dữ liệu với xung clock . 12 Hình 2. 10: Thingspeak. 12 Hình 2. 11: Thiết bị tƣơng tác. 13 Hình 2. 12: Biểu đồ dữ liệu. 13 Hình 2. 13: Thông báo của thingspeak. 14 Hình 2. 14: Ứng dụng blynk. 15 Hình 2. 15: Cơ cấu blynk. 16 Hình 2. 16: Đất trồng cây cà chua. 17 Hình 2. 17: nhiệt độ ảnh hƣởng đến cây. 17 xi
13. Hình 2. 18: Sự hình thành màu sắc quả. 18 Hình 2. 19: Bệnh đốm nâu cà chua. 19 Hình 2. 20: Ánh sáng ảnh hƣởng đến sự phát triển của cây. 19 Hình 2. 21: Độ ẩm với cây cà chua. 20 Hình 2. 22: Yêu cầu dinh dƣỡng của cây. 21 Hình 3. 1: Mô hình hệ thống. 22 Hình 3. 2: Mô hình hệ thống. 23 Hình 3. 3: Sơ đồ khối hệ thống. 24 Hình 3. 4: Esp8266mod. 25 Hình 3. 5: Thành phần Esp8266mod. 26 Hình 3. 6: DHT22. 27 Hình 3. 7: MH- sensor - series. 27 Hình 3. 8: Lcd16x2 28 Hình 3. 9: Module I2C PCF8574. 28 Hình 3. 10: Led_green. 29 Hình 3. 11: Led_red. 29 Hình 3. 12: Relay 5Vdc. 29 Hình 3. 13: Nguồn lấy từ usb laptop. 30 Hình 3. 14: Thingspeak. 30 Hình 3. 15: Ứng dụng Blink. 31 Hình 3. 16: Sơ đồ nguyên lí hệ thống. 32 Hình 3. 17: Lƣu đồ chƣơng trình chính. 33 xii
14. Hình 3. 18: Lƣu đồ chƣơng trình con. 34 Hình 3. 19: Phần mềm viết code Arduino. 34 Hình 3. 20: Cài đặt Arduino Core. 35 Hình 3. 21: Add địa chỉ trang chủ. 36 Hình 3. 22: Chọn quản lí board arduino. 37 Hình 3. 23: Tìm thƣ viện Arduino. 38 Hình 3. 24: Chọn tên arduino muốn cài code. 39 Hình 3. 25: Chọn port giao tiếp. 40 Hình 3. 26: Tìm thƣ viện blynk. 41 Hình 3. 27: Cài thƣ viện blynk. 42 Hình 3. 28: Nạp chƣơng trình cho esp8266mod. 43 Hình 3. 29: Tạo kênh mới. 44 Hình 3. 30: Hoàn thành chi tiết kênh. 44 Hình 3. 31: Lấy thông tin API. 45 Hình 3. 32: Tạo dự án mới. 46 Hình 3. 33: Tạo gauge nhiệt độ. 47 Hình 3. 34: Tạo nút nhấn đèn. 48 Hình 3. 35: Tạo led trạng thái đèn 49 Hình 3. 36: Mã xác thực blynk. 50 Hình 4. 1: Mạch in hệ thống 51 Hình 4. 2: Mạch thực tế. 51 Hình 4. 3: Bơm mở tự động. 52 xiii
15. Hình 4. 4: Bơm ,đèn tắt tự động . 52 Hình 4. 5: Bơm ,đèn mở tự động. 53 Hình 4. 6: Biểu đồ nhiệt độ. 54 Hình 4. 7: Biểu đồ độ ẩm đất . 54 Hình 4. 8: Biểu đồ độ ẩm không khí . 55 Hình 4. 9: Biểu độ trạng thái bơm . 55 Hình 4. 10: Biểu độ trạng thái đèn . 56 xiv
16. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN 1.1 Đ ặt vấn đề. Sang thiên niên kỷ này với sự khởi đầu của cuộc cách mạng về công nghệ không dây đánh dấu một thời đại mới, thời đại hậu PC. Thời đại hậu PC là sự hội tụ của mobile phone, các thiết bị tính toán cầm tay và công nghệ truyền thông băng rộng. Internet hiện nay chủ yếu là do PC kết nối mạng tạo nên. Nhƣng thời đại hậu PCInternet (Post-PC-Internet) là thời đại của tất cả mọi thứ quanh ta đều có thể kết nối Internet đó là ô tô, mobile phone, ti vi, tủ lạnh, điều hoà, lo vi sóng, máy PDA, máy bán hang tự động, máy rút tiền tự động Thời kỳ hậu PC là thời kỳ có những chuyển biến lớn trong công nghệ đó là: - Chip sẽ chuyển từ chip linh kiện sang chip hệ thống có khả năng kết nối mạng và phần mềm mạnh (hệ thống nhúng). - Chuyển dịch từ trọng tâm là PC sang trọng tâm là truyền thông và tính toán chuyên ngành. - Trọng tâm thiết kế chuyển sang thiết kế các sản phẩm tiêu dùng có khả năng kết nối không dây, hội thoại với ngƣời dùng theo ngôn ngữ tự nhiên, ngôn ngữ hình ảnh và dáng điệu - Giá trị dịch vụ sẽ chiếm tỷ lệ chủ chốt so với giá thành thiết bị kết nối. Do các chuyển biến này các thiết bị nhúng đòi hỏi phải có những dặc tính nổi trội sau: - Giá thành sản phẩm rẻ - Có khả năng tái cấu hình qua mạng - Có tính chuyên dụng cao - Tiêu tốn ít năng lƣợng CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN 1
17. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Hình 1. 1: Internet of things. Và một trong những lĩnh vực đi đầu của Iot là nông nghiệp với rất nhiều công ty và rất nhiều giải pháp khác nhau. Ở Việt Nam, một có sản phẩm nổi bật là hệ thống trồng rau thủy canh của Hachi. Hệ thống thủy canh thông minh của Hachi là một trong những giải pháp đầu tiên tại Việt Nam. Phƣơng pháp trồng rau thủy canh là phƣơng pháp trồng rau không cần đất, cây sống đƣợc nhờ dung dịch dinh dƣỡng thiết yếu hòa tan hoàn toàn trong nƣớc, dung dịch này mỗi ngày sẽ ngấm lên giá thể (xơ dừa, hun trấu, đá nham thạch) – nơi cây đƣợc trồng để đảm bảo sự phát triển bình thƣờng của cây. Đặc biệt, hệ thống trồng rau của Hachi trồng đƣợc rau mọi lúc mọi nơi, ngƣời trồng không phải trực tiếp chăm sóc rau mà chiếc smartphone sẽ làm nhiệm vụ này. CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN 2
18. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Hình 1. 2 : Hệ thống thủy canh thông minh của Hachi. So với trồng rau bằng phƣơng pháp truyền thống, trồng rau bằng phƣơng pháp trên cho năng suất gấp 2-3 lần, thời gian thu hoạch rút ngắn xuống 30%. Loại thu hoạch ngắn nhất là 10-15 ngày, lâu hơn thì 1 tháng. Chất lƣợng của rau cũng đƣợc đảm bảo luôn luôn tƣơi ngon. Hơn nữa, hệ thống thủy canh này cũng tránh đƣợc tất cả các loại bệnh tật, sâu bọ, côn trùng, ô nhiễm ngoài môi trƣờng. Đồng thời, trồng đƣợc những loại rau trái vụ, khó trồng ở điều kiện tự nhiên Ở đề tài này chúng ta sẽ đi vào tìm hiểu và thiết kế một mô hình vƣờn cây thông minh dựa trên Iot. 1.2 M ục tiêu của đề tài Mục tiêu với đề tài : T ìm hiểu về internet of things. T hiết kế bộ phận thu nhận dữ liệu từ môi trƣờng nông nghiệp. T hiết kế bộ phận truyền thông thông tin. T hiết kế cơ cấu chấp hành . C ung cấp thông tin cho ngƣời dùng. CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN 3
19. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 1.3 Đ ối tƣợng và phạm vi nghiên cứu Đối tƣợng nghiên cứu : module wifi esp8266, lcd16x2, cảm biến nhiệt độ, độ ẩm không khí, cảm biến độ ẩm đất, Relay. Phạm vi nghiên cứu : cập nhật nhiệt độ, độ ẩm của đất lên websever, điều khiển bơm, đèn tự động hoặc thủ công qua ứng dụng blynk. 1.4 B ố cục của Đồ án Chƣơng 1: Tổng quan Chƣơng 2: Cơ sở lý thuyết ứng dụng vào đề tài : tìm hiểu về Module ESP8266mode, thingspeak, ứng dụng blynk, yêu cầu của cây trồng . Chƣơng 3: Thiết kế, tính toán, xây dựng hệ thống. Chƣơng 4: Kết quả đề tài. Chƣơng 5: Kết luận về hệ thống. CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN 4
20. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN 5
21. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP CHƢƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Module wifi esp8266mod. 2.1.1 Giới thiệu chung Hình 2. 1: Hệ thống kết nối wifi.  Wifi: là sóng vô tuyến tƣơng tự nhƣ sóng truyền hình, radio, sóng điện thoại nhƣng sóng wifi cũng có điểm khác đó là tần số hoạt động cao hơn rất nhiều, tần số của Wifi dao động từ 2.5GHz đến 5GHz. Tần số này cho phép truyền tải nhiều dữ liệu những phạm vi phủ sóng bị hạn chế. Wifi sử dụng chuẩn kết nối 802.11 trong thƣ viện IEEE, chuẩn kết nối 802.11 bao gồm 4 chuẩn nhỏ là a/b/g/n. - Chuẩn 802.11b là phiên bản rẻ nhất và yếu ớt nhất, nó hoạt động ở 2.4GHz và có thể xử lý đến 11 megabit/giây. - Chuẩn 802.11g nhỉnh hơn đôi chút so với chuẩn b, tuy nó cũng hoạt động ở tần số 2.4GHz nhƣng nó có thể xử lý 54 megabit/giây. - Chuẩn 802.11a phát ở tần số cao hơn là 5GHz và tốc độ xử lý đạt 54 megabit/giây. CHƢƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 5
22. S K L 0 0 2 1 5 4