Đồ án báo cáo Internet Vạn vậtĐề tài: Hệ thống tưới cây tự độngSử dụng 3 cảm biến: cảm biến mưa, cảm biến nhiệt độ độ ẩm và cảm biến độ ẩm đấtTrong quá trình học tập và làm việc bận rộn thì việc chăm sóc tưới tiêu cây cảnh sẽ gặp phải một số khó khăn khi chúng ta không có thời gian để tưới nước cũng như chăm bón cho cây trồng của mình, thì đây là một hệ thống tưới tiêu hoàn toàn tự động dựa vào các cảm biến để đo nhiệt độ và độ ẩm của môi trường nhằm cung cấp nước tưới cho cây trồng vào những lúc cần thiết giúp cây trồng luôn phát triển khỏe mạnh.
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT VĨNH LONG KHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN BÁO CÁO MÔN: INTERNET VẠN VẬT ĐỀ TÀI: XÂY DỰNG HỆ THỐNG TƯỚI CÂY TỰ ĐỘNG Giảng viên hướng dẫn: Trần Phan An Trường Người thực hiện: 20004136 – Trần Hồng Nhung Vĩnh Long, 2022 NHẬN XÉT & ĐÁNH GIÁ ĐIỂM CỦA NGƯỜI HƯỚNG DẪN Ý thức thực hiện: Nội dung thực hiên: Hình thức trình bày: Tổng hợp kết quả: Tổ chức báo cáo trước hội đồng Tổ chức chấm thuyết minh Vĩnh Long,ngày……tháng……năm…… Người hướng dẫn (Ký ghi rõ họ tên) LỜI CẢM ƠN Bài báo cáo môn học Internet vạn vật với đề tài “Xây dựng hệ thống tưới tự động” kết trình cố gắng khơng ngừng nghỉ nhóm em nhận hướng dẫn tận tình thầy Trần Phan An Trường giảng viên môn Internet vạn vật trang bị giúp em kỹ kiến thức cần thiết để hoàn thành đồ án Qua đây, nhóm em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới thầy, người giúp đỡ chúng em hoàn thành báo cáo này Tuy nhiên, trình làm đồ án kiến thức chuyên ngành cịn hạn chế nên khơng thể tránh khỏi vài thiếu sót trình bày đánh giá vấn đề Rất mong nhận góp ý, đánh giá thầy bạn để đề tài nhóm em thêm hoàn thiện Chúng em xin chân thành cảm ơn! MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU Ngày nay, khoa học công nghệ ngày phát triển, vi điều khiển AVR vi điều khiển PIC ngày thông dụng hồn thiện hơn, nói xuất Arduino vào năm 2005 Italya mở hướng cho vi điều khiển Sự xuất Arduino hỗ trợ cho người nhiều lập trình thiết kế, người bắt đầu tìm tịi vi điều khiển mà khơng có q nhiều kiến thức, hiểu biết sâu sắc vật lý điện tử Phần cứng thiết bị tích hợp nhiều chức mã nguồn mở Ngôn ngữ lập trình Java lại vơ dễ sử dụng tương thích với ngơn ngữ C hệ thư viện phong phú chia sẻ miễn phí Chính lý nên arduino dần phổ biến phát triển ngày mạnh mẽ toàn giới Trên sở kiến thức học môn học: Tin học sở, Kỹ thuật số,… với hiểu biết thiết bị điện tử, nhóm chúng em định thực đề tài: Thiết kế hệ thống tưới tự động Đề tài gồm nội dung sau: Chương Tổng quan đề tài Chương Cơ sở lý thuyết Chương Phân tích thiết kế hệ thống Chương Kết luận hướng phát triển Trần Hồng Nhung CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI 1.1 Tổng quan Internet vạn vật Hình 1.1 Internet vạn vật Internet vạn vật (IoT) khái niệm kết nối thiết bị với với Internet IoT mạng lưới khổng lồ gồm vật (things) người kết nối - tất thu thập chia sẻ liệu với Việc kết nối thực qua Wifi, Bluetooth… 1.1.1 Lịch sử Hình 1.2 Kevin Ashton (1968) Trần Hồng Nhung Năm 1999, Kevin Ashton đưa cụm từ Internet of Things nhằm để đối tượng nhận biết tồn chúng Đến năm 2016, Internet Vạn Vật khẳng định bước tiến nhờ hội tụ nhiều cơng nghệ, bao gồm truyền tải vô tuyến diện dầy đặc, phân tích liệu thời gian thực, máy học, cảm biến hàng hóa, hệ thống nhúng Điều có nghĩa tất dạng thức hệ thống nhúng cổ điển, mạng cảm biến không dây, hệ thống điều khiển, tự động hóa (bao gồm nhà thơng minh tự động hóa cơng trình), vân vân đóng góp vào việc vận hành Internet Vạn Vật (IoT) 1.1.2 Lợi ích IoT coi chìa khóa thành cơng người tương lai gần, tác động tích cực đến đời sống, cơng việc thơng qua nhiều ứng dụng: • Tự động hóa hệ thống nhà thơng minh • Quản lý thiết bị cá nhân kết nối mạng • Mua sắm thơng minh qua phần mềm máy tính, điện thoại • Quản lý mơi trường, chất thải nhà máy, xí nghiệp • Quản lý, lập kết hoạch công việc cho doanh nghiệp, cơng ty • Theo dõi sức khỏe từ xa • … Hầu hết ngành nghề phát triển dựa kết nối linh hoạt mạng lưới IoT Bao gồm từ giáo dục, nơng nghiệp, cơng nghiệp, y tế,… Điển nhà máy sản xuất bắt đầu áp dụng cảm biến cho thành phần làm sản phẩm Từ theo dõi hoạt động chúng nâng cao chất lượng Hay doanh nghiệp sử dụng công nghệ IoT để quản lý nhân sự, liệu công ty cải thiện hiệu suất làm việc Trần Hồng Nhung 1.1.3 Ưu điểm • Giao tiếp: IoT khuyến khích giao tiếp thiết bị, gọi giao tiếp Machine-toMachine (M2M) Các thiết bị vật lý trì kết nối đem đến việc kết • hợp nhuần nhuyễn chúng giúp đạt chất lượng sản phẩm cao Tự động hóa giúp giám sát thiết bị tốt hơn: Đây ưu điểm vượt trội IoT IoT cho phép bạn tự động hóa kiểm soát nhiệm vụ : thực hàng ngày Không cần đến can thiệp người, máy móc giao tiếp với giúp gia tăng tốc độ chất lượng sản phẩm • Thông tin: Các cách mạng công nghiệp phát triển nhiều đầu mối nguồn thông tin thứ Doanh nghiệp bạn cần chuẩn bị thứ cần thiết tra cứu thông tin để định tập tức • Màn hình, máy quan sát: Ưu điểm rõ ràng IoT giám sát Nó biết xác số lượng vật tư chất lượng khơng khí, sản phẩm nhà bạn cung cấp thêm thơng tin • mà trước bạn gặp khó khăn thu thập Tiết kiệm thời gian: Sự tương tác máy với máy mang lại hiệu tốt cho kết xác Thay phí thời gian để lặp lại nhiệm vụ tương tự ngày, cho phép người thực cơng việc sáng tạo khác • Tiết kiệm tiền bạc: Ưu điểm lớn IOT tiết kiệm tiền IoT hữu ích giúp cho thói quen hàng ngày người cách làm cho thiết bị giao tiếp với hiệu Chúng cảnh báo kịp thời vấn đề, cố phát sinh Vì vậy, bạn tiết kiệm lượng chi phí sửa chữa, trì nhiều sản phẩm Trần Hồng Nhung 1.1.4 Nhược điểm • Độ phức tạp: IoT mạng lưới đa dạng phức tạp, với lỗi lỗi phần mềm phần cứng gây hậu nghiêm trọng Khi điện gây nhiều bất tiện hệ thống thao tác nhiều thiết bị chúng kết nối với • Quyền riêng tư / Bảo mật: Cuộc sống ngày kiểm soát cơng nghệ, phụ thuộc vào Nếu tất liệu IoT truyền đi, nguy quyền riêng tư tăng lên • An tồn: Tất thiết bị gia dụng, máy móc cơng nghiệp, dịch vụ khu vực công nhiều thiết bị khác kết nối với Internet Vì vậy, tạo kho thơng tin khổng lồ có sẵn thiết bị thơng tin dễ bị công tin tặc Sẽ nghiêm trọng thơng tin cá nhân bí mật riêng bạn kẻ xâm nhập trái phép lan truyền 1.2 Lĩnh vực IoT 1.2.1 Mục tiêu phạm vi nghiên cứu đề tài Mục tiêu đề án thiết kế hệ thống tưới tự động đơn giản với nguyên lý thông qua cảm biến độ ẩm đất để truyển tín hiệu cho hệ thống để biết lúc nên vận hành động bơm nước cho khu vườn Tất việc tự động diễn trình cài đặt sẵn qua cảm biến để điều tiết việc tưới hợp lí thời thiết Với mơ hình mạch đơn giản, chi phí thấp, dễ thiết kế, nên áp dụng rộng rãi vào sống thực tế 1.2.2 Khái quát tưới tiêu tự động 1.2.2.1 Tìm hiểu tưới tiêu tự động Trần Hồng Nhung Tưới tự động gì? Ngay tên nói lên điểm cốt lõi phương pháp Hiểu cách đơn giản việc cung cấp nước cho trồng cách hoàn toàn tự động Phương pháp đa dạng hình thức Có thể tưới dạng phun sương, nhỏ giọt hay phun mưa Hệ thống tưới tự động tự động hóa thơng qua thiết bị cảm biến để biết xác thời điểm trồng cần cung cấp nước để giúp cho phát triển khỏa mạnh Hệ thống ứng dụng phổ biến lĩnh vực nông nghiệp nhiều cơng trình xây dựng cảnh quan Hiện nay, khơng khó để bắt gặp khu biệt thự, hộ gia đình lắp hệ thống vườn cảnh, vườn rau,… 1.2.2.2 Các loại hệ thống tưới Hệ thống tưới nhỏ giọt: Nước tưới thành giọt đến xác vị trí gốc Phương pháp tưới thích hợp để tưới cho gốc lớn vườn, chậu cảnh, hàng rào cây, tường cây, khay rau trồng ban công… • Ưu điểm: - Tiết kiệm nước tối đa cho gia đình bạn - Khơng làm nước văng tung tóe xung quanh, hạn chế phát triển cỏ dại mọc quanh gốc - Có thể ứng dụng cho nhiều khu vườn, nhiều địa hình khác - Áp suất nước tưới đồng cho toàn gốc vị trí khác - Chi phí lắp đặt hợp lí • Nhược điểm: - Chỉ tưới gốc cây, khơng có khả làm mát thân - Các đầu tưới có khả bị tắt nghẽn không sử dụng lọc Trần Hồng Nhung 10 • Có đèn báo hiệu nguồn đầu • Độ nhạy điều chỉnh thơng qua chiết áp • LED sáng lên khơng có mưa đầu cao, có mưa, đầu thấp LED tắt Chế độ kết nối: • VCC: Nguồn • GND: Đất • D0: Đầu tín hiệu TTL chuyển đổi • A0: Đầu tín hiệu Analog 2.3.4 Module chuyển đổi Hình 2.6 Module cảm biến độ ẩm đất Module chuyển đổi có cấu tạo gồm IC so sánh LM393, biến trở, điện trở dán 100 Ohm tụ dán Biến trở có chức định ngưỡng so sánh với tin hiệu độc ẩm đất đọc từ cảm biến Đặc điểm: − Điện áp hoạt động: 3.3V – 5V − Kích thước PCB: 3cm x 1.6cm − Mô tả pin module: Trần Hồng Nhung 18 − Nguyên lý hoạt động: Khi module cảm biến độ ẩm phát hiện, có thay đổi điện áp đầu vào ic LM393 Ic nhận biết có thay đổi đưa tín hiệu 0V để báo hiệu thay đổi tính tốn để đọc độ ẩm đất + Cảm biến độ ẩm đất nhạy với độ ẩm môi trường xung quanh, thường sử dụng để phát độ ẩm đất + Khi độ ẩm đất vượt giá trị thiết lập, ngõ module D0 mức giá trị 0V + Ngõ D0 kết nối trực tiếp với vi điều khiển như: Arduino, PIC, AVR, STM để phát cao thấp, để phát độ ẩm đất + Đầu Analog A0 kết nối với chuyển đổi ADC, nhận giá trị xác độ ẩm đất Trần Hồng Nhung 19 2.3.5 Động bơm 12V Hình 2.4 Động bơm 12V Thơng số kỹ thuật: • Điện áp làm việc: DC 12V • Dịng khơng tải: 0,23Â • Lưu lượng : 2-3 lít / phút (12V) • Áp suất đầu ra: 1-2,5 kg • Độ sâu hút nước đạt được: 1-2,5 mét • Tuổi thọ làm việc bình thường: 2-3 năm • Đường kính đầu vào đầu ra: đường kính ngồi 8mm • Chiều dài động cơ: 32MM • Đường kính động cơ: 28MM • Chiều dài bơm: 36MM • Tổng chiều dài: 69MM • Bơm đường kính: * 35MM 40mm • Trọng lượng : 111 g Trần Hồng Nhung 20 2.3.6 Điện trở 220Ω Hình 2.5 Điện trở 220 Ω Điện trở 220 Ohm 1/4W loại điện trở có giá trị cố định sản xuất theo công nghệ Carbon film cách kết tinh Carbon lõi gốm Điện trở cắm 1/4W Carbon film có giá trị dung sai nhỏ 5%, chất lượng cao (nhiễu nhiệt nhỏ, đặc tính tần cao) Tuy nhiên, điện trở Carbon fim có cơng suất thấp 1/4W Điện trở cắm 100 Ohm 1/4W có kích thước nhỏ chiều dài 6.5mm, rộng 2mm, chân cắm 0,5mm Nhiệt độ hoạt động từ -55oC đến 155oC dải điện áp rộng thích hợp với nhiều mạch điện tử Thông số kỹ thuật: • • • • 2.3.7 Model: 220 Ohm - 1/4W Nhiệt độ hoạt động: -55oC – 155o C Linh kiện xuyên lỗ: 0.5mm Loại: Điện trở cố định Led Hình 2.6 Led Led hoạt động mức 1,8 đến 3V, dòng 10 đến 20mA Trần Hồng Nhung 21 2.3.8 LCD 20x4 Hình 2.7 LCD 20x4 LCD 20x4 loại hình tinh thể lỏng nhỏ dùng để hiển thị chữ số bảng mã ASCII Mỗi ô Text LCD bao gồm chấm tinh thể lỏng, chấm kết hợp với theo trình tự “ẩn” “hiện” tạo nên kí tự cần hiển thị hiển thị kí tự LCD 20x4 nghĩa loại LCD có dịng dịng hiển thị 20 kí tự Đây loại hình sử dụng phổ biến loại mạch điện Thông số kĩ thuật LCD 20x4: - Điện áp: 5V - Ngõ giao tiếp: 16 chân - Màu sắc: xanh xanh dương - Module hỗ trợ giao tiếp với vi điều khiển: LCD I2C 16x2 Trần Hồng Nhung 22 2.3.9 Mạch mở rộng chân I/O expander giao tiếp I2C Hình 2.8 Mạch mở rộng chân I/O expander giao tiếp I2C Mạch mở rộng chân I/O Expander PCF8574 sử dụng để mở rộng chân giao tiếp I/O Vi điều khiển qua giao tiếp I2C, mạch có khả mở rộng I/O giúp bạn giao tiếp với nhiều thiết bị qua vài bước thiết đặt đơn giản, mạch tích hợp DIP Switch giúp dễ dàng thay đổi địa I2C Thơng số kỹ thuật: • IC chính: PCF8574 • Điện áp hoạt động : 2.5~6VDC • Giao tiếp : I2C, thiết lập địa DIP Switch • Số chân giao tiếp mở rộng: I/O • Tần số : 100kHz maximum • Kích thước : 37.5 x 16.7 mm Trần Hồng Nhung 23 CHƯƠNG 3: PHÂN TÍCH THIẾT KẾ HỆ THỐNG 3.1 Đặc tả hệ thống Hệ thống tưới THĐ BĐK BBĐ ĐC VƯỜN tự động cho máy bơm nước tự động biểu diễn hình 3.1 sau: CB Sơ đồ 3.1 Hệ thống tưới tự động THĐ: Tín hiệu đặt BĐK: Bộ điều khiển BBĐ: Bộ biến đổi ĐC: Động CB: Các cảm biến Nguyên lý hoạt động: Tín hiệu đặt người lập trình đặt điều kiện điều khiển cho hệ thống • • • • • Các giá trị thay đổi thời tiết, nhiệt độ, độ ẩm nhận biết qua cảm biến Các giá trị cảm biến đưa điều khiển so sánh với giá trị cài đặt qua điều khiển Bộ điều khiển xử lý đưa tín hiệu điều khiển sang biến đổi để thực việc điều khiển động hoạt động hợp lí Động hoạt động đưa nước tới téc phun tưới đảm bảo việc chăm sóc trồng phát triển tốt Hệ thống làm việc liên tục khoa học tránh thao tác thừa điều khiển động Trần Hồng Nhung 24 Sơ đồ đấu nối 3.2 LCD1 LCD 20X4 VSS VDD VEE RS RW E D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 www.TheEngineeringProjects.com U1 14 15 13 SIM1 SCL SDA 10 11 12 P0 P1 P2 P3 P4 P5 P6 P7 INT A0 A1 A2 SOIL1 SOIL MOISTURE PCF8574 www.TheEngineeringProjects.com AREF ATMEL www.arduino.cc blogembarcado.blogspot.com ~6 ~5 ~3 TX > RX < DIGITAL (PWM~) SIMULINO ANALOG IN A0 A1 A2 A3 A4 A5 POWER A0 A1 A2 A3 A4 A5 ATMEGA328P 5V GND 13 12 ~11 ~10 ~9 ARDUINO RESET D1 R1 13 12 11 10 220 Soil Moisture Sensor LED-GREEN + RL1 RLY-SPCO U2 SIMULINO UNO VDD DATA GND 80 30 > %RH °C DHT11 A0 TestPin Vcc GND OUT www.TheEngineeringProjects.com B82412A3271K000 C1 100u - + Rain Sensor HL - 83 RAIN1 RAIN SENSOR Hình 3.1 Sơ đồ đấu nối Code hệ thống tưới tự động #include LiquidCrystal_I2C lcd(0x27, 20, 4); #include "DHT.h" #define sensor A1 Trần Hồng Nhung 25 GND Vcc TestPin RV1 77% L1 3.3 - 1k #define led 13 #define motor int rainSensor = 6; const int DHTPIN = 2; const int DHTTYPE = DHT11; DHT dht(DHTPIN, DHTTYPE); void setup() { Serial.begin(9600); dht.begin(); lcd.init(); lcd.backlight(); lcd.setCursor(3, 0); lcd.print("TUOI CAY TU DONG"); lcd.clear(); pinMode(rainSensor, INPUT); pinMode(sensor, INPUT); pinMode(led, OUTPUT); pinMode(motor, OUTPUT); } void loop() { float doam = dht.readHumidity(); float nhietdo = dht.readTemperature(); int cbm= digitalRead(rainSensor); int dad = analogRead(sensor); dad = map(dad, 0, 1023, 0, 100); Trần Hồng Nhung 26 lcd.setCursor(0, 1); lcd.print("Nhiet do:"); lcd.setCursor(11, 1); lcd.print(nhietdo); lcd.setCursor(15, 1); lcd.print("(C)"); lcd.setCursor(0, 2); lcd.print("Do am:"); lcd.setCursor(11, 2); lcd.print(doam); lcd.setCursor(15, 2); lcd.print("(%)"); lcd.setCursor(0,3); lcd.print("Do am dat:"); lcd.setCursor(11, 3); lcd.print(dad); lcd.setCursor(15, 3); lcd.print("(%)"); if (cbm == HIGH) { Serial.println("Không mưa"); lcd.setCursor(0, 0); lcd.print("Khong mua"); if (dad < 100||nhietdo 32 ) { digitalWrite(led, HIGH); digitalWrite(motor, HIGH); lcd.setCursor(10,0); lcd.print(" Motor bat"); } else{ digitalWrite(led, LOW); digitalWrite(motor, LOW); lcd.setCursor(10, 0); lcd.print(" Motor tat"); } } else { if (nhietdo < 32 ) { digitalWrite(led, HIGH); digitalWrite(motor, HIGH); lcd.setCursor(10, 0); lcd.print(" Motor bat"); } Trần Hồng Nhung 28 else { digitalWrite(led, HIGH); digitalWrite(motor, HIGH); lcd.setCursor(10, 0); lcd.print(" Motor bat"); } } } else { Serial.println("Có mưa"); lcd.setCursor(0,0); lcd.print("Co mua "); lcd.print(" Motor tat"); digitalWrite(led, LOW); digitalWrite(motor, LOW); } } Trần Hồng Nhung 29 CHƯƠNG KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN Kết luận 4.1 Qua thời gian làm đồ án với nội dung: Thiết kế hệ thống tưới tự động, nhóm em thiết kế xây dựng hệ thống tưới tự động gồm: - Thiết kế đo nhiệt độ (oC), độ ẩm thời tiết dựa sở để điều khiển động hoạt động Ví dụ: thời thiết nhiệt độ 30 0C với điều kiện động hoạt động lâu việc tưới nước tăng lên đảm bảo cho trồng - phát triển tốt gặp thời tiết xấu Thiết kế cảm biến mưa tạo khả tiết kiệm lượng nguyên liệu tới không cần thiết với khí hậu xấu Đảm bảo cho trồng - tạo thêm khả thông minh cho điều khiển Thiết kế LCD hiển thị đưa thông tin LCD đưa thông tun cho người sử dụng thông tin để đặt thời gian điều khiển hệ thống Do thời gian có hạn nên việc thiết kế hệ thống nhóm em cịn nhiều sai sót Hệ thống chưa tối ưu, việc điều khiển từ xa lấy phát thông tin chưa thành công Phát triển liệu máy tính chưa phát huy hết tính tốt Chúng em mong nhận ủng hộ giúp đỡ thầy đề đề tài chúng em thực hoàn thiện có thêm nhiều cải tiến đáng kể ứng dụng tốt vào thực tiễn 4.2 Hướng phát triển 4.2.1 Đo thông báo thông số môi trường xung quanh - Đo thông số độ ẩm môi trường xung quanh - Đo thông số nhiệt độ thời tiết - Thông báo trạng thái thời tiết 4.2.2 Đưa đề tài phát triển rộng rãi vào thực tế - Trước hết áp dụng mơ hình trồng rau, cây, hoa cảnh hộ gia - đình Có thể phát triển khu sản xuất rau diện rộng Trên thực tế điều khiển từ xa lấy thơng tin qua máy tính TÀI LIỆU THAM KHẢO Trần Hồng Nhung 30 Giáo trình Internet Vạn Vật – Khoa Công Nghệ Thông Tin – Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Vĩnh Long https://www.youtube.com/watch?v=EF1hPh-EEU&list=PLhIcPgI7m_ryv0fPElcQcJwEt-orTcN4U&index=11 https://www.youtube.com/watch? v=RdCUL_d0bQw&list=PLhIcPgI7m_ryv0fPElcQcJwEt-orTcN4U&index=15 https://www.youtube.com/watch? v=K8lo6B1Af74&list=PLhIcPgI7m_ryv0fPElcQcJwEt-orTcN4U&index=27 http://arduino.vn/ Trần Hồng Nhung 31 ... Nhung CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI 1.1 Tổng quan Internet vạn vật Hình 1.1 Internet vạn vật Internet vạn vật (IoT) khái niệm kết nối thiết bị với với Internet IoT mạng lưới khổng lồ gồm vật (things)... 1999, Kevin Ashton đưa cụm từ Internet of Things nhằm để đối tượng nhận biết tồn chúng Đến năm 2016, Internet Vạn Vật khẳng định bước tiến nhờ hội tụ nhiều cơng nghệ, bao gồm truyền tải vô tuyến... cáo môn học Internet vạn vật với đề tài “Xây dựng hệ thống tưới tự động” kết q trình cố gắng khơng ngừng nghỉ nhóm em nhận hướng dẫn tận tình thầy Trần Phan An Trường giảng viên môn Internet vạn