HỆ THỐNG BƠM PHÂN TỰ ĐỘNG ỨNG DỤNG iot

THÔNG TIN TÀI LIỆU

Thông tin cơ bản

Tiêu đề	Hệ Thống Bơm Phân Tự Động Ứng Dụng IoT
Tác giả	Nguyễn Lâm Viên, Võ Trần Ngọc Lượng, Võ Thành Nhân, Nguyễn Cao Sang, Nguyễn Duy Tân, Hoàng Duy Lộc
Người hướng dẫn	ThS. Bùi Quốc Bảo
Trường học	Đại học Quốc gia Thành phố Hồ Chí Minh
Chuyên ngành	Khoa Điện – Điện Tử
Thể loại	Báo cáo đồ án
Năm xuất bản	2020
Thành phố	Tp. Hồ Chí Minh

Định dạng
Số trang	118
Dung lượng	5,45 MB

Cấu trúc

1. TỔNG QUAN
- 1.1. ĐẶT VẤN ĐỀ
- 1.2. MỤC TIÊU
- 1.3. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU
- 1.4. BỐ CỤC
2. GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI
- 2.1. PRODUCT REQUIREMENT
  - 2.1.1. Name:
  - 2.1.2. Purpose:
  - 2.1.3. Input and Output:
  - 2.1.4. Use Case:
  - 2.1.5. Functions:
  - 2.1.6. Performance:
  - 2.1.7. Manufacturing cost:
  - 2.1.8. Power:
  - 2.1.9. Physical size/weight:
  - 2.1.10. Installation:
- 2.2. DESIGN SPECIFICATION:
  - 2.2.1. Description:
  - 2.2.2. External Environment:
  - 2.2.3. System Block Diagram:
    - 2.2.3.1. Sensor:
    - 2.2.3.2. Module TTL to Rs485
    - 2.2.3.3. Microcontroller:
    - 2.2.3.4. Raspberry:
    - 2.2.3.5. Van nước điện tử:
    - 2.2.3.6. Relay:
    - 2.2.3.7. Máy bơm:
    - 2.2.3.8. Đèn báo:
    - 2.2.3.9. Hệ thống nguồn:
- 2.3. EMBEDDED SYSTEM DESIGN ISSUE
  - 2.3.1. Constraints
  - 2.3.2. Functional issues
  - 2.3.3. Real-time issues
  - 2.3.4. Concurrent issues
  - 2.3.5. Reactive issues
- 2.4. PROJECT PLAN
3. CƠ SỞ LÝ THUYẾT:
- 3.1. ỨNG DỤNG IOT TRONG NÔNG NGHIỆP
  - 3.1.1. Giới thiệu
  - 3.1.2. Cấu trúc cơ bản của một hệ thống ứng dụng công nghệ IoT
- 3.2. CÁC CHUẨN GIAO TIẾP VÀ TRUYỀN DỮ LIỆU
  - 3.2.1. Chuẩn giao tiếp UART
  - 3.2.2. Chuẩn giao tiếp RS485
  - 3.2.3. Chuẩn giao tiếp I2C
  - 3.2.4. Giao thức MQTT
    - 3.2.4.1. Khái niệm về MQTT
    - 3.2.4.2. Định dạng của Message
    - 3.2.4.3. Quy trình truyền nhận dữ liệu chính trong MQTT:
      - 3.2.4.3.1. CONNECT and SUBSCRIBE message sequence
      - 3.2.4.3.2. PUBLISH message flows
4. HARDWARE
- 4.1. TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ PHẦN CỨNG
  - 4.1.2. Tính toán thiết kế mạch phần cứng
    - 4.1.2.1. Mạch Main Board
    - 4.1.2.2. Mạch Cảm biến 1
    - 4.1.2.3. Mạch Cảm biến 2
    - 4.1.2.4. Mạch nguồn LM2596
    - 4.1.2.5. Mạch nguồn LM1117
  - 4.1.3. Sơ đồ nguyên lý hệ thống
    - 4.1.3.1. Mạch Main Board
    - 4.1.3.2. Mạch Sensor Board 1
    - 4.1.3.3. Mạch Sensor Board 2
- 4.2. THI CÔNG HARDWARE
  - 4.2.2. Thi công hệ thống
    - 4.2.2.1. Mạch Xử lý Chính (Main Board)
    - 4.2.2.2. Mạch Cảm biến 1 (Sensor Board 1)
    - 4.2.2.3. Mạch Cảm biến 2 (Sensor Board 2)
  - 4.2.3. Lắp ráp và kiểm tra
  - 4.2.4. Hoàn chỉnh mô hình hệ thống
5. FIRMWARE PROGRAMMING AND GATEWAY:
- 5.1. MODULE MAINCONTROLLER
  - 5.1.1. Chức năng
  - 5.1.2. Nguyên lý hoạt động
  - 5.1.3. Cấu trúc và lưu đồ giải thuật
    - 5.1.3.1. Shared Variable
    - 5.1.3.2. Khối MainProcess
    - 5.1.3.3. Khối Usart_Handler
    - 5.1.3.4. Khối Tim_Handler
    - 5.1.3.5. Khối Exti_Handler
  - 5.1.4. Các loại Module cảm biến được dùng.
    - 5.1.4.1. Cảm biến lưu lượng nước Ys201
    - 5.1.4.2. Module Max485
    - 5.1.4.3. Cảm biến siêu âm HC – SRF04 (Dự kiến)
- 5.2. GATEWAY DÙNG RASPBERRY
  - 5.2.1. Cấu hình SSH cho điều khiển Raspberry từ xa
  - 5.2.2. Mô tả và sơ đồ khối
  - 5.2.3. Lưu đồ giải thuật
- 5.3. FRAME FORMAT
  - 5.3.1. Dữ liệu từ Mix Sensor gửi đến MainController
  - 5.3.2. Dữ liệu từ Climate Sensor gửi đến MainController
  - 5.3.3. Dữ liệu từ MainController gửi đến Raspberry
  - 5.3.4. Dữ liệu từ Raspberry gửi đến MainController
  - 5.3.5. Dữ liệu từ Raspberry gửi đến Server
  - 5.3.6. Dữ liệu từ Raspberry nhận từ Server
  - 5.3.7. Truyền xa bằng Rs485 và xử lý lỗi
  - 5.3.8. Kết quả:
- 5.4. SENSOR BOARD 1
  - 5.4.1. I2C Library
    - 5.4.1.1. Header file
    - 5.4.1.2. Các hàm sử dụng
      - 5.4.1.2.1. Khởi động: I2C_Config
      - 5.4.1.2.2. Đọc giá trị I2C từ Slave: I2C_Read
  - 5.4.2. Cảm biến nhiệt độ - độ ẩm onewire DHT11:
    - 5.4.2.1. Header file:
    - 5.4.2.2. Các hàm sử dụng:
      - 5.4.2.2.1. Khởi động DHT11: DHT11_Start
      - 5.4.2.2.2. Chờ đợi phản hồi từ cảm biến: DHT11_Check_Response
      - 5.4.2.2.3. Đọc dữ liệu từ cảm biến: DHT11_Read
      - 5.4.2.2.4. Đọc giá trị nhiệt độ - độ ẩm: DHT11_GetData
  - 5.4.3. Cảm biến ánh sáng MAX44009:
      - 5.4.3.2.1. Config chân và ngoại vi sử dụng: MAX44009_Config
      - 5.4.3.2.2. Đọc giá trị ánh sáng: MAX44009_GetLightIntensity
- 5.5. SENSOR BOARD 2
  - 5.5.1. Cảm biến nhiệt độ onewire DS18B20:
      - 5.5.1.2.1. Khởi động cảm biến: DS18B20_Star
      - 5.5.1.2.2. Gửi dữ liệu cho DS18B20: DS18B20_Write
      - 5.5.1.2.3. Đọc dữ liệu từ cảm biến: DS18B20_Read
      - 5.5.1.2.4. Đọc giá trị nhiệt độ: DS18B20_GetTemp
6. PC SOFTWARE AND SERVER
- 6.1. TẠO DATABASE
- 6.2. THIẾT KẾ PC SOFTWARE
  - 6.2.2. Quy trình thiết kế
  - 6.2.3. Nguyên lí hoạt động
- 6.3. THIẾT KẾ WEBSERVER
7. KẾT QUẢ, NHẬN XÉT VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN
- 7.1. KẾT QUẢ
  - 7.1.1. Nội dung nghiên cứu
  - 7.1.2. Kết quả nghiên cứu
- 7.2. NHẬN XÉT
- 7.3. HƯỚNG PHÁT TRIỂN
TÀI LIỆU THAM KHẢO

Nội dung

TỔNG QUAN

ĐẶT VẤN ĐỀ

Nông nghiệp là một vấn đề quan trọng đối với mỗi quốc gia trong việc đảm bảo an ninh lương thực và đóng vai trò then chốt trong nền kinh tế Đây là lĩnh vực sản xuất chủ yếu, không chỉ đảm bảo đời sống cho xã hội mà còn là nguồn cung cấp nguyên liệu và tiêu thụ sản phẩm cho nền kinh tế, đồng thời hỗ trợ tích lũy cho ngành công nghiệp Tại Việt Nam, nông nghiệp vẫn là ngành sản xuất chính với hơn 66,9% dân số sống ở khu vực nông thôn và lao động nông nghiệp chiếm 42% tổng số lao động trong xã hội.

Ngày nay, Việt Nam đang nỗ lực phát triển nền công nghiệp, điều này mang lại nhiều lợi ích nhưng cũng gây ra ô nhiễm môi trường, ảnh hưởng nghiêm trọng đến ngành nông nghiệp Ngoài ra, sản xuất nông nghiệp còn phải đối mặt với nhiều khó khăn do biến đổi khí hậu, dẫn đến hiện tượng thời tiết cực đoan ngày càng phức tạp, ảnh hưởng lớn đến năng suất và chất lượng sản phẩm nông nghiệp.

Việc chuyển dịch cơ cấu kinh tế sang công nghiệp và dịch vụ đã dẫn đến sự giảm sút đáng kể số lượng nhân lực trong lĩnh vực nông nghiệp Dự báo cho thấy xu hướng này sẽ tiếp tục gia tăng trong những năm tới, đặt ra những thách thức lớn trong việc giải quyết vấn đề nhân lực cho ngành nông nghiệp.

Việc tìm kiếm giải pháp mới nhằm ổn định và nâng cao chất lượng sản phẩm cùng năng suất thu hoạch đã trở thành ưu tiên hàng đầu của nhà nước trong những năm qua Ứng dụng công nghệ trong chăm sóc và thu hoạch nông nghiệp không chỉ giúp khắc phục vấn đề thiên tai và môi trường mà còn tiết kiệm nhân lực và gia tăng năng suất cây trồng Một trong những công nghệ nổi bật gần đây là Internet of Things (IoT), đã mang lại nhiều kết quả thành công và ngày càng được áp dụng rộng rãi trong nông nghiệp Do đó, chúng em đã chọn đề tài “Hệ thống quản lý trộn phân trong nhà” và nghiên cứu thêm về các ứng dụng công nghệ điện tử trong lĩnh vực này.

MỤC TIÊU

Mục tiêu của đề tài là phát triển một hệ thống IoT trong nhà kính, có khả năng giám sát dữ liệu môi trường và dung dịch thông qua cảm biến Hệ thống này sẽ tự động bơm phân và nước vào bồn với liều lượng phù hợp, đồng thời cho phép người dùng thực hiện giám sát và điều khiển thông qua một trang web và phần mềm trên PC.

NỘI DUNG NGHIÊN CỨU

NỘI DUNG 1: Giao tiếp giữa Stm32F103C8T6 với các cảm biến, giữa các vi điều khiển và điều khiển các thiết bị một chiều/xoay chiều.

NỘI DUNG 2: Thiết kế website dựa trên nền tảng Node.js để thực hiện quá trình truyền – nhận dữ liệu cho hệ thống.

NỘI DUNG 3: Thiết kế phần mềm chạy trên PC Gửi giá trị của cảm biến và trạng thái các ngõ ra lên phần mềm thông qua Raspberry.

NỘI DUNG 4: Liên kết và đồng bộ hoá dữ liệu giữa phần mềm và web.

NỘI DUNG 5: Thiết kế phần cài đặt trên web Cập nhật các thông số giới hạn để có thể điều khiển hệ thống

Nội dung của bài viết bao gồm thiết kế và thi công mạch điều khiển, mô hình trộn phân trong nhà kính, cùng với việc nhận xét và đánh giá kết quả thực hiện để hoàn thiện mô hình Cuối cùng, quá trình hoàn thành đồ án sẽ được tổng kết.

BỐ CỤC

Chương này trình bày, đặt vấn đề dẫn nhập lí do chọn đề tài, mục tiêu, nội dung nghiên cứu và bố cục đồ án

Chương 2: Giới thiệu đề tài

Chương 3: Cơ sở lý thuyết

Chương này trình bày ứng dụng của Iot trong nông nghiệp cũng như các chuẩn giao tiếp được thực hiện trong đề tài

Chương này trình bày việc tính toán và thiết kế phần cứng và quá trình thi công hardware

Chương 5: Firmware programming and gateway

Chương này trình bày lưu đồ giải thuật, các frame format cho việc truyền dữ liệu, viết thư viện để đọc các cảm biến

Chương 6: PC Software và Server

Chương này trình bày cách tạo database, quá trình thiết kế Pc Software và Webserver

Chương 7 : Kết quả, đánh giá và kết luận

Chương này tổng hợp kết quả thực hiện các thành phần của hệ thống, đánh giá mức độ hoàn thành các yêu cầu đề ra và đưa ra kết luận về hiệu quả của hệ thống.

GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI

PRODUCT REQUIREMENT

Hệ thống quản lý trộn phân trong nhà kính

Thu thập dữ liệu từ môi trường và hệ thống trộn phân giúp thực hiện bơm nước và phân vào bồn trộn với liều lượng chính xác, đảm bảo quá trình trộn phân diễn ra hiệu quả.

 Dữ liệu đọc từ các cảm biến.

 Tín hiệu điều khiển gửi từ nút nhấn trên mainboard, PC software, Web.

 Relay điều khiển máy bơm, van nước, đèn báo pha.

 Các giá trị đọc từ cảm biến hiển thị trên giao diện của PC software, Web.

- Cấp nguồn cho hệ thống

- Kết nối dây cáp RS485 giữa các board mạch

- Đặt các đầu dò cảm biến vào đúng vị trí

- Mở các giao diện người dùng đã được lập trình sẵn.

- Giao tiếp với người dùng thông qua nút nhấn, giao diện PC Software hay Web:

Để điều khiển hệ thống bơm phân, người dùng có thể sử dụng nút nhấn: nhấn SW1 để bơm phân A, nhấn SW2 cho phân B, nhấn SW3 để khởi động máy trộn, và nhấn SW4 để mở van nước Ngoài ra, người dùng cũng có thể điều khiển qua phần mềm PC hoặc Web bằng cách nhập lưu lượng cần bơm, hệ thống sẽ tự động thực hiện theo yêu cầu.

- Điều khiển được lưu lượng bơm như mong muốn.

- Theo dõi dữ liệu đọc từ các cảm biến.

- Hiển thị giao diện điều khiển thông qua PC Software hay Web.

- Công suất các máy bơm, máy trộn: 1Hp~800W

- Độ trễ phản ứng thực hiện bơm: 0.5s

- Phạm vị hoạt động: các sensr board và mainbard đặt cách nhau

Ngày đăng: 22/12/2021, 19:10