Tải bản đầy đủ

HỆ THỐNG NHÀ KÍNH THÔNG MINH

BỘ CÔNG THƯƠNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THÀNH PHỐ
HỒ CHÍ MINH

BÀI BÁO CÁO: THIẾT LẬP DỰ ÁN
ĐỀ TÀI: HỆ THỐNG NHÀ KÍNH THÔNG MINH

GVHD:
Thành viên nhóm:


LỜI CẢM ƠN
Sau gần 5 tháng thực hiện thiết lập dự án kỹ thuật “MÔ HÌNH NHÀ KÍNH
THÔNG MINH ĐIỀU KHIỂN QUA WIFI” đã hoàn thành.
Lời đầu tiên chúng em muốn xin chân thành cảm ơn sự hướng dẫn tận tình của
thầy Ngô Thanh Quyền, khoa Điện chuyên ngành Điều khiển Tự động của trường
Đại học công nghiệp TP.HCM.Trong quá trình học thầy tận tình hướng dẫn ,chỉ
dạy cũng như cung cấp các kinh nghiệm thực tế, các tài liệu,vật liệu liên quan cho
chúng em trong suốt quá trình thực hiện đề tài nghiên cứu khoa học này.
Xin gửi lời cảm ơn đến các thầy cô trong khoa Điện trường Đại Học Công
Nghiệp TP.HCM đã tận tình giảng dạy trong suốt quá trình học cũng như nhận

được các ý kiến góp ý. Chính các thầy cô đã xây dựng cho chúng em những kiến
thức nền tảng và những kiến thức chuyên môn để có thể hoàn thiện đồ án này cũng
như công việc của mình sau này. Em xin chân thành cảm ơn!


LỜI MỞ ĐẦU

Ngày nay, trong những ngành sản suất hiện đại thì tự động hóa đóng vai trò hết
sức quan trọng. Tự động hóa các quá trình sản suất được sử dụng một cách rộng
rãi. Các hệ thống tự động hóa sử dụng ở mức độ cao đối với sản xuất, đặc biệt là
trong lĩnh vực nôi trồng. Bên cạnh đó Nhà nước đang chủ động đầu tư và phát triển
các ngành công nghệ cao, với vai trò quan trọng thì tự động hóa được xem là lĩnh
vực đóng vai trò chủ đạo.
Trong lĩnh vực nông nghiệp thì những ứng dụng của tự động hóa sẽ làm tăng
hiệu suất và năng suất hơn, đặc biệt là không cần phải tốn nhiều sức lao động bằng
tay.
Từ những kiến thức đã được học và được thầy giáo hướng dẫn tận tình, nhóm
chúng em chọn và hoàn thiện đề tài: “MÔ HÌNH NHÀ KÍNH THÔNG MINH
ĐIỀU KHIỂN QUA WIFI”


Mục lục


1. Giới thiệu ý nghĩa thực tiễn
Hiện nay trên thế giới, việc ứng dụng các công nghệ điều khiển vào trong
sản xuất là rất nhiều và cần thiết trong các ngành nghề kể cả trong nông nghiệp.
Trong nông nghiệp, nhờ ứng dụng các công nghệ điều khiển hiện đại mà năng
suất và chất lượng cây trồng tăng lên đáng kể. Với công nghệ trồng rau trong
nhà kín có sự hỗ trợ của các thiết bị điều khiển đã cho những kết quả ngoài
mong đợi với năng suất cao, chất lượng tốt, sạch, an toàn mà còn có thể trồng
những loại cây mà từ trước không phải là truyền thống của vùng miền.
Mô hình nhà kín thông minh có khả năng tự cung cấp chất dinh dưỡng cho
cây theo chu kỳ thời gian, tự động điều khiển khí hậu trong mô hình ( nhiệt độ,
độ ẩm, ánh sáng ) do hệ thống có trang bị các cảm biến nhiệt độ, độ ẩm, ánh
sáng, PH và các cơ cấu chấp hành như : bộ khuấy trộn, hệ thống tưới nhỏ giọt,
hệ thống phun sương, quạt điều hòa, đèn led chiếu sáng kích thích tăng trưởng.
Ở Việt Nam thị trường rau ,củ quả không an toàn tràn ngập làm các bà
mẹ nội trợ rất e ngại khi mua rau. Hiện nay cũng đã có nhiều nơi ở Việt Nam đã
ứng dụng công nghệ trồng cây trong nhà màng và công nghệ này cũng đã phát


huy tính hiệu quả đã giúp cho các nhà đầu tư đạt được lợi nhuận. Tuy nhiên các
thiết bị điều khiển của các nhà màng trồng rau lớn ở Việt Nam hầu hết được
nhập từ nước ngoài nên giá thành cao, do đó những hộ nông dân nhỏ khó tiếp
cận được với công nghệ này hoặc có thì ở mức đơn giản và còn nhiều khâu phải
làm thủ công.
Vì lý do này, nhóm em đã chọn lựa đề tài “nhà kín thông minh ”. Đề tài thực
hiện cho phép giải quyết:
- Áp dụng công nghệ tự động để điều khiển tiểu khí hậu của nhà màng giúp
giảm bớt sức lao động, nguồn nước, phân bón, thuốc trừ sâu và nâng cao chất
lượng
- Ứng dụng công nghệ thông tin để quan sát, quản lý thiết bị điều khiển.
- Mô hình nhà kính có thể sử dụng ở qui mô nhỏ trong hộ gia đình nhất là
những nơi có khuôn viên nhỏ của hộ gia đình ở khu đô thị.
- Làm tăng giá trị của sản phẩm cây trồng, giúp cải thiện chất lượng sản phẩm
thực phẩm đảm bảo sức khỏe
5 cuộc sống và tăng năng suất cho người trồng.


2. Mục tiêu nghiên cứu đề tài:
Đề tài triển khai nghiên cứu hướng tới mục tiêu sau:
- Tự động hóa quá trình tưới nước, cung cấp ánh sáng cho cây
- Tự động hóa quá trình tạo độ ẩm và thông khí.
- Tự động hóa quá trình che, cắt nắng.
- Thiết kế, chế tạo và lắp ráp hoàn chỉnh nhà kính.

3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:
- Đặc tính quang hợp của cây xanh.
- Khí hậu trong nhà kính.
- Cách thức điều khiển khí hậu trong nhà kính.
- Cách thức giám sát và điều khiển qua mạng internet.

4. Phương pháp nghiên cứu:
- Nghiên cứu phân tích lý thuyết: Thu thập tài liệu từ các nguồn báo chí, tạp chí,
sách, từ internet có liên quan đến nội dung nghiên cứu.
- Phương pháp thực nghiệm: Tiến hành thử nghiệm mô hình

6


5. Sơ đồ cấu trúc

CẢM BIẾN

TRUNG TÂM XỬ LÍ

CÁC CƠ CẤU CHẤP
HÀNH

+ Cảm biến: - Cảm biến nhiệt độ ,độ ẩm DHT11
- Cảm biết đo độ ẩm đất
- Cảm biến ánh sáng
- Cảm biến đo độ PH
+ Cơ cấu chấp hành: - Led chiếu sáng
- Quạt,hệ thống phun sương
- Hệ thống tưới nhỏ giọt

6. Kế hoạch triển khai
6.1 Tìm hiểu đặc tính quang hợp của cây xanh:
Quang hợp ở cây xanh là quá trình trong đó năng lượng ánh sáng mặt trời
được diệp lục hấp thụ để tạo ra cacbohiđrat và O2 từ khí CO2 và nước.
7
Như vậy đặc tính quang hợp của cây trồng phụ thuộc vào các yếu tố chính như:
cường độ ánh sáng, nhiệt độ,lượng CO2, và nước.


6.1.1 Ảnh hưởng của ánh sáng đến quang hợp:
Ánh sáng ảnh hưởng đến quang hợp về hai mặt: cường độ sáng và quang
phổ sáng.
a) Cường độ sáng:
Có hai trị số liên quan đến quang hợp đó là điềm bù sáng và điểm bảo hòa
ánh sáng.
- Điểm bù sáng: là cường độ sáng mà tại đó cường độ quang hợp cân bằng với
cường độ hô hấp
- Điểm bảo hòa ánh sáng: là trị số ánh sáng mà từ đó cường độ quang hợp không
tăng thêm ( đạt cực đại) mặc dù cường độ sáng tiếp tục tăng .
b) Quang phổ của ánh sáng:
- Các tia sáng khác nhau ảnh hưởng khác nhau đến quang hợp. Quang hợp chỉ
xảy ra ở miền ánh sáng xanh, tím và đỏ. Thành phần ánh sáng biến động phụ
thuộc vào độ sâu (trong môi trường nước), thời gian của ngày, cây mọc dưới
tán .
- Cây quang hợp được ở nồng độ CO2 thấp nhất là 0,0,8 – 0,01%. Khi tăng nồng
độ CO2 lúc đầu cường độ quang hợp tăng tỉ lệ thuận sau đó tăng chậm cho tới
khi đền trị số bão hòa CO2. Vượt quá mức đó thì cường độ quang hợp lại giảm .
6.1.2 Ảnh hưởng của nước:
- Ảnh hưởng của nước đến sự đóng mở khí khổng, nên ảnh hưởng đến khả năng
hấp thụ CO2 vào lá để tiến hành các phản ứng quang hợp. Nước quyết định tốc
độ vận chuyển các sản phẩm quang hợp ra khỏi lá. Thiếu nước sản phẩm quang
hợp sẽ bị tắc nghẽn dẫn đến ức chế quang hợp. Khi cây thiếu nước đến 40 – 60%
thì quang hợp sẽ giảm hoặc ngưng quang hợp .
6.1.3 Ảnh hưởng của nhiệt độ:
- Nhiệt độ ảnh hưởng đến các phản ứng Enzim chủ yếu trong pha tối của quang
hợp. Đối với một số loại cây khả năng quang hợp tăng theo nhiệt độ đến giá trị
tối ưu. Trên ngưỡng đó quang hợp sẽ giảm dần.
- Khi nhiệt độ quá lạnh 0oC , một số cây trồng sẽ có hiện tượng chết rét; thời
8 khô héo và có thể bị chết. Cây trồng quang hợp hiệu
thiết nóng ở trên 40o C Cây
quả ở các nhiệt độ như sau:12oC-24oC; 18oC-21oC; 24oC.v.v.. tùy theo từng loại
cây trồng .


6.1.4 Ảnh hưởng của nguyên tố khoáng:
- Các nguyên tố kháng tham gia vào vào việc cấu thành nên Enzim quang hợp và
diệp lục của lá cây, điều tiết độ đóng mở của khí khổng và liên quan đến quá
trình phân ly nước
6.2. Tìm hiểu một số phần cứng
6.2.1 cảm biến đo nhiệt độ ,độ ẩm DHT11:
- DHT11 là cảm biến nhiệt độ, độ ẩm rất thông dụng hiện nay vì chi phí rẻ và rất
dễ lấy dữ liệu thông qua giao tiếp 1-wire ( giao tiếp digital 1-wire truyền dữ liệu
duy nhất). Cảm biến được tích hợp bộ tiền xử lý tín hiệu giúp dữ liệu nhận về
được chính xác mà không cần phải qua bất kỳ tính toán nào.
Đặc điểm:
- Độ ẩm
 Độ phân giải : 16bit
 Độ chính xác : tại 250C ± 5% RH
 Dải độ ẩm hoạt động : 20% - 90% RH , sai số ± 5% RH
- Nhiệt độ:
 Độ phân giải : 16bit
 Dải nhiệt độ hoạt động : 0°C ~ 50°C, sai số ± 2°C
- Đặc tính điện:
 Tần số lấy mẫu : >2s
 Điện áp hoạt động : 3,5V - 5,5V (DC)
 Điện áp cung cấp : 60μA - 0.3mA
Sơ đồ chân cảm biến DHT11 gồm 2 chân cấp nguồn và 1 chân tín hiệu.

9


6.2.2 Cảm biến đo độ ẩm đất:
- Cảm biến phát hiện độ ẩm đất, bình thường đầu ra mức thấp, khi đất
thiếu nước đầu ra sẽ mức cao.
- Độ nhạy của cảm biến độ ẩm đất có thể điều chỉnh được (Bằng cách điều
chỉnh biến trở màu xanh trên board mạch).
- Phần đầu dò được cắm vào đất để phát hiện độ ẩm, khi độ ầm của đất đạt
ngưỡng thiết lập, đầu ra DO sẽ chuyển trạng thái từ mức thấp lên mức cao.

10


- Thông số kỹ thuật
 Điện áp làm việc 3.3V ~ 5V
 Có lỗ cố định để lắp đặt thuận tiện
 PCB có kích thước nhỏ 3.2 x 1.4 cmỗ
 Sử dung chip LM393 để so sánh, ổn định làm việc
 Đầu kết nối sừ dung 3 dây

6.2.3 Cảm biến đo độ PH:

11

Thông số kĩ thuật


 Nguồn: 5VDC
 Tín hiệu trả về: Analog
 Khoảng đo PH: 0- 14 PH
 Khoảng nhiệt độ: 0- 60 độ C
 Độ chuẩn xác: 0,1PH (25 độ C)
6.2.4 hệ thống bơm
Dùng để bơm ,tưới nước cho hệ thống nhà kính giúp cây sinh trưởng và phát triển
tốt.

6.2.5 Module Relay 2 kênh

12


- Tín hiệu vào điều khiển DC 12V
+Đưa tín hiệu từ vi điều khiển hoặc cảm biến vào IN1 ,IN2
+ Chân VCC nối với nguồn 12V
+ chân GND nối với nguồn 0V
- Đầu ra tiếp điểm relay đống ngắt 220V-10A
+COM chân chung của relay
+ NC tiếp điểm thường đống
+NO tiếp điểm thường mở
6.2.5 ESP 8266:
NodeMCU V1.0 được phát triển dựa trên Chip WiFi ESP8266EX bên
trong Module ESP-12E dễ dàng kết nối WiFi với một vài thao tác.Board còn tích
hợp IC CP2102, giúp dễ dàng giao tiếp với máy tính thông qua Micro USB để
thao tác với board. Bên trong ESP8266 có sẵn một lõi vi xử lý vì thế bạn có thể
trực tiếp lập trình cho ESP8266 mà không cần thêm bất kì con vi xử lý nào nữa.
Hiện tại có hai ngôn ngữ có thể lập trình cho ESP8266, sử dụng trực tiếp phần
mềm IDE của Arduino để lập trình với bộ thư viện riêng hoặc sử dụng phần
mềm nodeMCU
- Thông số kĩ thuật












Chip: ESP8266EX
WiFi: 2.4 GHz hỗ trợ chuẩn 802.11 b/g/n
Điện áp hoạt động: 3.3V
Điện áp vào: 5V thông qua cổng USB
Số chân I/O: 11 (tất cả các chân I/O đều có Interrupt/PWM/I2C/Onewire, trừ chân D0)
Số chân Analog Input: 1 (điện áp vào tối đa 3.3V)
Bộ nhớ Flash: 4MB
Giao tiếp: Cable 13
Micro USB
Hỗ trợ bảo mật: WPA/WPA2
Tích hợp giao thức TCP/IP
Lập trình trên các ngôn ngữ: C/C++, Micropython, NodeMCU


- Sơ đồ chân

6.3 Phần mềm
- Phần mềm:
 Arduino IDE
14có thể lập trình cho ESP8266
 ứng dụng Blynk
 Thư viện blynk


 Thư viện SimpleTimer
 Thư viện DHT

7. Phân tích hệ thống và chương trình
Chúng ta sẽ đi qua phân tích một chút về input và output của hệ thống:
- Input
Các thông số của cảm biến: nhiệt độ, độ ẩm, độ ẩm đất
Nút nhấn: điều khiển bơm và đèn
- Output
Relay điều khiển bơm
Relay điều khiển đèn
- Thông tin cần hiển thị lên điện thoại
+ Bơm được bật
+ Đèn được bật
+ Hệ thống offline
- Dữ liệu cần hiển thị và lưu trữ.
- Code Arduino IDE:
/*khai báo ESP & Blynk */
#define BLYNK_PRINT Serial
#include
#include
WidgetLED PUMP(V0); 15// Đèn trạng thái bơm
WidgetLED LAMP(V1);
#include "DHT.h"

// Đèn trạng thái đèn sưởi


/*khai báo TIMER */
#include
#define DHTPIN D3

// Chân DATA nối với D3

#define SOIL_MOIST_1_PIN A0

// Chân A0 nối với cảm biến độ ẩm

#define PUMP_ON_BUTTON D0

//Nút điều khiển bằng tay bơm

#define LAMP_ON_BUTTON D1

//Nút điều khiển đèn bằng tay

#define SENSORS_READ_BUTTON D4 //Nút lấy dữ liệu tức thời
#define PUMP_PIN D6

// Bom

#define LAMP_PIN D7

// Den

#define DHTTYPE DHT11 // DHT 11
/* Thông số cho chế độ tự động */
#define DRY_SOIL

66

// độ ẩm đất lúc khô

#define WET_SOIL

85

// độ ẩm đất khi ướt

#define COLD_TEMP
#define HOT_TEMP

15
30

//nhiệt độ lạnh
//nhiệt độ nóng

#define TIME_PUMP_ON 15

// bật bơm trong 15s

#define TIME_LAMP_ON 15

// bật đèn trong 15s

/* TIMER */
#define READ_BUTTONS_TM 1L // Tương ứng với giây
#define READ_SOIL_HUM_TM 10L //Đọc cảm biến ẩm đất
#define READ_AIR_DATA_TM 2L //Đọc DHT
#define DISPLAY_DATA_TM 10L //Gửi dữ liệu lên màn hình
#define SEND_UP_DATA_TM 10L //Gửi dữ liệu lên blynk
#define AUTO_CTRL_TM
16

60L //Chế độ tư động

//Token Blynk và wifi
char auth[] = "3d175c6bb5784af39efde16af181****"; //


char ssid[] = "Tên Wifi ";
char pass[] = "Mật khẩu";
// Biến lưu các giá trị cảm biến
float humDHT = 0;
float tempDHT = 0;
//Biến lưu độ ẩm đất ;
int soilMoist = 0;
// Biến lưu trạng thái bơm
boolean pumpStatus = 0;
boolean lampStatus = 0;
int timePumpOn = 10; // Thời gian bật bơm nước
// Biến cho timer
long sampleTimingSeconds = 50;
long startTiming = 0;
long elapsedTime = 0;
// Khởi tạo timer
SimpleTimer timer;
// Khởi tạo cảm biến
DHT dht(DHTPIN, DHTTYPE);
void setup() {
pinMode(PUMP_PIN, OUTPUT);
pinMode(LAMP_PIN, OUTPUT);
pinMode(PUMP_ON_BUTTON, INPUT_PULLUP);
pinMode(LAMP_ON_BUTTON,
INPUT_PULLUP);
17
pinMode(SENSORS_READ_BUTTON, INPUT_PULLUP);
aplyCmd();


// Khởi tạo cổng serial 115200
Serial.begin(115200);
dht.begin();

// Bắt đầu đọc dữ liệu

Blynk.begin(auth, ssid, pass);
PUMP.off();
LAMP.off();
startTimers();
}
void loop() {
timer.run(); // Bắt đầu SimpleTimer
Blynk.run();
}
/****************************************************************
* Hàm điều khiển nhận tín hiệu từ blynk
****************************************************************/
BLYNK_WRITE(3) // Điều khiển bơm
{
int i = param.asInt();
if (i == 1)
{ pumpStatus = !pumpStatus;
aplyCmd();
}}
BLYNK_WRITE(4) // Điều khiển đèn
{

18
int i = param.asInt();
if (i == 1)


{
lampStatus = !lampStatus;
aplyCmd();
}}
void getSoilMoist(void)
{ int i = 0;
soilMoist = 0;
for (i = 0; i < 10; i++) //
{
soilMoist += analogRead(SOIL_MOIST_1_PIN); //Đọc giá trị cảm biến độ ẩm
đất
delay(50); // Đợi đọc giá trị ADC
}
soilMoist = soilMoist / (i);
soilMoist = map(soilMoist, 1023, 0, 0, 100); //Ít nước:0% ==> Nhiều nước
100%
}
void getDhtData(void)
{
tempDHT = dht.readTemperature();
humDHT = dht.readHumidity();
Serial.print("Do am: ");
Serial.println(humDHT);
Serial.print(" %\t");
19
Serial.print("Nhiet do: ");
Serial.println(tempDHT);
Serial.print(" *C\t");


Serial.print("Do am dat: ");
Serial.print(soilMoist);
Serial.print(" %\t");
if (isnan(humDHT) || isnan(tempDHT)) // Kiểm tra kết nối lỗi thì thông báo.
{
Serial.println("Failed to read from DHT sensor!");
return;
}}
void printData(void)
{
// IN thông tin ra màn hình
Serial.print("Do am: ");
Serial.print(humDHT);
Serial.print(" %\t");
Serial.print("Nhiet do: ");
Serial.print(tempDHT);
Serial.print(" *C\t");
Serial.print("Do am dat: ");
Serial.print(soilMoist);
Serial.println(" %");
}
/***************************************************
Thực hiện điều khiển các bơm, bật bơm >tín hiệu mức thấp ->cao
****************************************************/
20
void aplyCmd()
{


if (pumpStatus == 1)
{
Blynk.notify("NDTRBOT: Canh bao ==>> BOM ON");
digitalWrite(PUMP_PIN, HIGH );
PUMP.on();
}
else {
digitalWrite(PUMP_PIN, LOW);
PUMP.off();
}
if (lampStatus == 1)
{
Blynk.notify("NDTRBOT: Canh bao ==>> DEN ON");
digitalWrite(LAMP_PIN, HIGH);
LAMP.on();
}
else
{
digitalWrite(LAMP_PIN, LOW );
LAMP.off();
}
}
/***************************************************
* Chế độ tự động dựa trên21thông số cảm biến
****************************************************/
void autoControlPlantation(void)


{
if (soilMoist < DRY_SOIL)
{
turnPumpOn();
}
if (tempDHT < COLD_TEMP)
{
turnLampOn();
}
}
/***************************************************
* Bật bơm trong thời gian định sẵn
****************************************************/
void turnPumpOn()
{
pumpStatus = 1;
aplyCmd();
}
/***************************************************
* Bật đèn trong thời gian định sẵn
****************************************************/
void turnLampOn()
{
lampStatus = 1;
aplyCmd();
lampStatus = 0;

22


aplyCmd();
}
/***************************************************
Khởi động Timers
****************************************************/
void startTimers(void)
{
timer.setInterval(READ_AIR_DATA_TM * 500, getDhtData);
timer.setInterval(READ_SOIL_HUM_TM * 1000, getSoilMoist);
timer.setInterval(SEND_UP_DATA_TM * 1000, sendUptime);
timer.setInterval(AUTO_CTRL_TM * 1000, autoControlPlantation);
}
/***************************************************
* Gửi dữ liệu lên Blynk
**************************************************/
void sendUptime()
{
Blynk.virtualWrite(10, tempDHT); //Nhiệt độ với pin V10
Blynk.virtualWrite(11, humDHT); // Độ ẩm với pin V11
Blynk.virtualWrite(12, soilMoist); // Độ ẩm đất với V12
}

23


8. Kết quả:
Đề tài đã hoàn thành các nhiệm vụ sau:
 Điều khiển và giám sát nhiệt độ , độ ẩm,tưới nước thông qua điện thoại

24


 Tìm hiểu được đặc tính quang hợp của cây xanh.
 Thiết kế và lắp đặt hệ thống điều khiển.
 Chế tạo các bộ phận của nhà kính.
 Vận hành và thử nghiệm thành công với mô hình của hệ thống điều khiển
thông minh chăm sóc vườn cây trồng tự nhiên.
 Sử dụng thành công module truyền nhận tín hiệu qua wifi, điều khiển
thành công mô hình thông qua mạng wifi.
 Mô hình của nhóm:

25


Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về

Tải bản đầy đủ ngay

×