Báo cáo internet vạn vật đề tài xây dựng hệ thống tưới cây tự động

Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (3.86 MB, 35 trang )

<span class="text_page_counter">Trang 1</span><div class="page_container" data-page="1">

<b>TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT VĨNH LONGKHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN</b>

<b>MÔN: INTERNET VẠN VẬT</b>

<b>TỰ ĐỘNG</b>

Giảng viên hướng dẫn: Trần Phan An Trường Người thực hiện: 20004136 – Trần Hồng Nhung

20004020 – Huỳnh Đạt 20004141 – Nguyễn Tấn Phát

Vĩnh Long, 2022

</div><span class="text_page_counter">Trang 2</span><div class="page_container" data-page="2">

<b>NHẬN XÉT & ĐÁNH GIÁ ĐIỂM CỦA NGƯỜI HƯỚNG DẪN</b>

</div><span class="text_page_counter">Trang 3</span><div class="page_container" data-page="3">

Bài báo cáo môn học Internet vạn vật với đề tài “Xây dựng hệ thống tưới cây tự động” là kết quả của quá trình cố gắng khơng ngừng nghỉ của nhóm em và nhận được sự hướng dẫn tận tình thầy Trần Phan An Trường giảng viên môn Internet vạn vật đã trang bị giúp em những kỹ năng cơ bản và kiến thức cần thiết để hoàn thành được đồ án này. Qua đây, nhóm em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới thầy, người đã giúp đỡ chúng em hoàn thành được bài báo cáo này này.

Tuy nhiên, trong quá trình làm đồ án do kiến thức chun ngành cịn hạn chế nên không thể tránh khỏi một vài thiếu sót khi trình bày và đánh giá vấn đề. Rất mong nhận được sự góp ý, đánh giá của thầy cùng các bạn để đề tài của nhóm em thêm hoàn thiện hơn.

Chúng em xin chân thành cảm ơn!

</div><span class="text_page_counter">Trang 5</span><div class="page_container" data-page="5">

<b>CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI...2</b>

<b>1.2.1.Mục tiêu và phạm vi nghiên cứu đề tài...5</b>

<b>CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT...8</b>

<b>2.1.5.Các chân của Arduino...10</b>

<b>2.1.6.Ứng dụng của Arduino Uno R3...10</b>

<b>2.2.1.Giới thiệu phần mềm Proteus...10</b>

<b>2.2.2.Mô phỏng Arduino trên Proteus...11</b>

<b>2.3.Cảm biến và module chức năng...11</b>

<b>2.3.9.Mạch mở rộng chân I/O expander giao tiếp I2C...19</b>

<b>CHƯƠNG 3: PHÂN TÍCH THIẾT KẾ HỆ THỐNG...21</b>

<b>3.1.Đặc tả hệ thống...21</b>

</div><span class="text_page_counter">Trang 6</span><div class="page_container" data-page="6">

<b>3.3.Code hệ thống tưới cây tự động...22</b>

<b>CHƯƠNG 4. KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN...27</b>

<b>4.2.Hướng phát triển...27</b>

<b>4.2.1Đo và thông báo được các thông số về môi trường xung quanh...27</b>

<b>4.2.2Đưa đề tài phát triển rộng rãi vào thực tế...27</b>

</div><span class="text_page_counter">Trang 7</span><div class="page_container" data-page="7">

Ngày nay, khoa học cơng nghệ ngày càng phát triển, vi điều khiển AVR và vi điều khiển PIC ngày càng thơng dụng và hồn thiện hơn, nhưng có thể nói sự xuất hiện của Arduino vào năm 2005 tại Italya đã mở ra một hướng đi mới cho vi điều khiển. Sự xuất hiện của Arduino đã hỗ trợ cho con người rất nhiều trong lập trình và thiết kế, nhất là đối với những người bắt đầu tìm tịi về vi điều khiển mà khơng có quá nhiều kiến thức, hiểu biết sâu sắc về vật lý và điện tử. Phần cứng của thiết bị đã được tích hợp nhiều chức năng cơ bản và là mã nguồn mở. Ngơn ngữ lập trình trên nền Java lại vơ cùng dễ sử dụng tương thích với ngôn ngữ C và hệ thư viện rất phong phú và được chia sẻ miễn phí. Chính vì những lý do như vậy nên arduino hiện đang dần phổ biến và được phát triển ngày càng mạnh mẽ trên toàn thế giới.

Trên cơ sở kiến thức đã học trong môn học: Tin học cơ sở, Kỹ thuật số,… cùng với những hiểu biết về các thiết bị điện tử, nhóm chúng em đã quyết định thực hiện đề tài: Thiết kế hệ thống tưới cây tự động. Đề tài gồm các nội dung sau:

Chương 1. Tổng quan về đề tài Chương 2. Cơ sở lý thuyết

Chương 3. Phân tích thiết kế hệ thống Chương 4. Kết luận và hướng phát triển

</div><span class="text_page_counter">Trang 8</span><div class="page_container" data-page="8">

<b>CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI1.1.Tổng quan về Internet vạn vật</b>

<i>Hình 1.1. Internet vạn vật</i>

Internet vạn vật (IoT) là khái niệm kết nối các thiết bị với nhau và với Internet. IoT là một mạng lưới khổng lồ gồm các vật (things) và con người được kết nối - tất cả đều thu thập và chia sẻ dữ liệu với nhau. Việc kết nối có thể thực hiện qua Wifi, Bluetooth…

</div><span class="text_page_counter">Trang 9</span><div class="page_container" data-page="9">

<i>Hình 1.2. Kevin Ashton (1968)</i>

Năm 1999, Kevin Ashton đã đưa ra cụm từ Internet of Things nhằm để chỉ các đối tượng có thể được nhận biết cũng như sự tồn tại của chúng.

Đến năm 2016, Internet Vạn Vật khẳng định được bước tiến của mình nhờ sự hội tụ của nhiều cơng nghệ, bao gồm truyền tải vô tuyến hiện diện dầy đặc, phân tích

nghĩa là tất cả các dạng thức của hệ thống nhúng cổ điển, như mạng cảm biến khơng

IoT được coi là chìa khóa thành cơng của con người trong tương lai gần, nó tác động tích cực đến đời sống, cơng việc thơng qua nhiều ứng dụng:

 Tự động hóa hệ thống nhà thơng minh  Quản lý các thiết bị cá nhân bằng kết nối mạng

 Mua sắm thông minh qua các phần mềm máy tính, điện thoại  Quản lý mơi trường, chất thải trong các nhà máy, xí nghiệp  Quản lý, lập kết hoạch công việc cho các doanh nghiệp, công ty  Theo dõi sức khỏe từ xa

 …

Hầu hết các ngành nghề hiện nay đều phát triển hơn dựa trên sự kết nối linh hoạt của mạng lưới IoT. Bao gồm từ giáo dục, nông nghiệp, công nghiệp, y tế,…

Điển hình như các nhà máy sản xuất bắt đầu áp dụng cảm biến cho các thành phần làm ra sản phẩm. Từ đó theo dõi hoạt động của chúng và nâng cao chất lượng. Hay các doanh nghiệp sử dụng công nghệ IoT để quản lý nhân sự, dữ liệu công ty cải thiện hiệu suất làm việc.

</div><span class="text_page_counter">Trang 10</span><div class="page_container" data-page="10">

IoT khuyến khích giao tiếp giữa các thiết bị, cịn được gọi là giao tiếp Machine-to-Machine (M2M). Các thiết bị vật lý có thể duy trì kết nối do đó sẽ đem đến việc kết hợp nhuần nhuyễn giữa chúng giúp đạt chất lượng sản phẩm cao hơn.

<i> Tự động hóa giúp giám sát thiết bị tốt hơn: </i>

Đây là ưu điểm vượt trội của IoT. IoT cho phép bạn tự động hóa và kiểm sốt các nhiệm vụ được : thực hiện hàng ngày. Không cần đến sự can thiệp của con người, các máy móc có thể giao tiếp với nhau giúp gia tăng tốc độ cũng như chất lượng sản phẩm.

<i> Thông tin: </i>

Các cuộc cách mạng công nghiệp đã phát triển nhiều hơn về đầu mối cũng như nguồn thông tin về mọi thứ. Doanh nghiệp bạn chỉ cần chuẩn bị những thứ cần thiết và tra cứu thơng tin để có thể ra quyết định ngay tập tức.

Ưu điểm rõ ràng của IoT là giám sát. Nó biết chính xác số lượng vật tư hoặc chất lượng khơng khí, sản phẩm trong nhà bạn và cũng có thể cung cấp thêm thơng tin mà trước đây bạn gặp khó khăn khi thu thập.

Sự tương tác giữa máy với máy mang lại hiệu quả tốt hơn và cho kết quả chính xác. Thay vì phí thời gian để lặp lại các nhiệm vụ tương tự mỗi ngày, nó cho phép mọi người thực hiện các cơng việc sáng tạo khác.

Ưu điểm lớn nhất của IOT là tiết kiệm tiền. IoT rất hữu ích khi giúp cho thói quen hàng ngày của mọi người bằng cách làm cho các thiết bị giao tiếp với nhau hiệu quả. Chúng sẽ cảnh báo kịp thời những vấn đề, sự cố phát sinh. Vì vậy, bạn có thể tiết kiệm năng lượng cũng như chi phí sửa chữa, duy trì nhiều sản phẩm.

</div><span class="text_page_counter">Trang 11</span><div class="page_container" data-page="11">

<b>1.1.4. Nhược điểm</b>

IoT là một mạng lưới đa dạng và phức tạp, vì vậy với bất kỳ lỗi hoặc lỗi trong phần mềm hoặc phần cứng có thể gây ra hậu quả nghiêm trọng. Khi mất điện cũng có thể gây ra nhiều bất tiện trong các hệ thống và thao tác của nhiều thiết bị vì chúng được kết nối với nhau.

<i> Quyền riêng tư / Bảo mật:</i>

Cuộc sống của chúng ta sẽ ngày càng được kiểm sốt bởi cơng nghệ, và sẽ phụ thuộc vào nó. Nếu tất cả dữ liệu IoT này được truyền đi, nguy cơ mất quyền riêng tư sẽ tăng lên.

Tất cả các thiết bị gia dụng, máy móc cơng nghiệp, dịch vụ khu vực công và nhiều thiết bị khác đều được kết nối với Internet. Vì vậy, nó đã tạo ra một kho thông tin khổng lồ có sẵn trên các thiết bị đó và những thơng tin này dễ bị tấn công bởi tin tặc. Sẽ rất nghiêm trọng nếu thông tin cá nhân cũng như bí mật của riêng bạn những kẻ xâm nhập trái phép lan truyền.

<b>1.2.1. Mục tiêu và phạm vi nghiên cứu đề tài</b>

Mục tiêu của đề án là thiết kế một hệ thống tưới cây tự động đơn giản với nguyên lý là thông qua cảm biến độ ẩm của đất để truyển tín hiệu cho hệ thống để biết lúc nào nên vận hành động cơ bơm nước cho khu vườn. Tất cả mọi việc đều tự động diễn ra trong quá trình cài đặt sẵn và qua các cảm biến để điều tiết việc tưới cây hợp lí trong mọi thời thiết.

Với mơ hình mạch đơn giản, chi phí thấp, dễ thiết kế, nên có thể áp dụng rộng rãi vào cuộc sống thực tế của chúng ta

1.2.2.1. Tìm hiểu về tưới tiêu tự động

Tưới tự động là gì? Ngay cái tên đã nói lên được điểm căn bản và cốt lõi của phương pháp này. Hiểu một cách đơn giản thì nó chính là việc cung cấp nước

</div><span class="text_page_counter">Trang 12</span><div class="page_container" data-page="12">

cho cây trồng một cách hoàn toàn tự động. Phương pháp này rất đa dạng về hình thức. Có thể là tưới dạng phun sương, nhỏ giọt hay phun mưa.

Hệ thống tưới tự động được tự động hóa thơng qua thiết bị cảm biến để biết được chính xác thời điểm cây trồng cần cung cấp nước để giúp cho cây được phát triển khỏa mạnh.

Hệ thống này được ứng dụng phổ biến trong lĩnh vực nơng nghiệp cũng như nhiều cơng trình xây dựng cảnh quan. Hiện nay, khơng khó để bắt gặp các khu biệt thự, các hộ gia đình lắp hệ thống này tại vườn cây cảnh, vườn rau,… 1.2.2.2. Các loại hệ thống tưới

 Hệ thống tưới nhỏ giọt:

Nước tưới thành từng giọt đến chính xác vị trí của gốc cây. Phương pháp tưới này thích hợp để tưới cho các gốc cây lớn trong vườn, chậu cây cảnh, hàng rào cây, bức tường cây, khay rau trồng ở ban công…

 Ưu điểm:

- Tiết kiệm nước tối đa cho gia đình bạn.

- Khơng làm nước văng tung tóe ra xung quanh, hạn chế sự phát triển của cỏ dại mọc quanh gốc cây.

- Có thể ứng dụng cho nhiều khu vườn, nhiều địa hình khác nhau.

- Áp suất nước tưới đồng đều cho tồn bộ các gốc cây ở những vị trí khác nhau. - Chi phí lắp đặt hợp lí.

 Nhược điểm:

- Chỉ tưới được ở gốc cây, khơng có khả năng làm mát lá và thân cây. - Các đầu tưới có khả năng bị tắt nghẽn nếu khơng sử dụng bộ lọc. 

 Hệ thống tưới phun mưa

Nước phun giống như mưa, tia nước tưới đều cho những khu vực mà bạn muốn tưới. Hình thức tưới này thích hợp để tưới cho các bồn hoa trong khuôn viên sân vườn, luống rau xanh, những khu vực cây cảnh…

 Ưu điểm:

- Nước tưới đều, khơng bỏ sót khu vực nào.

</div><span class="text_page_counter">Trang 13</span><div class="page_container" data-page="13">

- Có thể điều chỉnh được lưu lượng nước tưới ở từng khu vực và từng gốc cây. - Ứng dụng tưới cho nhiều loại cây khác nhau.

 Nhược điểm:

- Nước dễ văng tung tóe ra lối đi. - Lưu lượng nước tưới lớn.

<i> Hệ thống tưới phun sương:</i>

Phun ra tia nước thành màn sương mỏng và mịn, tạo môi trường thuận tiện giúp cây phát triển nhanh. Hệ thống tưới phun sương thường được ứng dụng để tưới cho vườn lan, các giỏ hoa treo, tưới làm mát không gian sân vườn…

Ưu điểm:

- Nước phun mịn, tưới đều cho toàn bộ khu vực mà bạn mong muốn. - Tốn ít lưu lượng nước tưới.

Nhược điểm: - Nước tưới dễ bị bốc hơi.

- Rễ cây hấp thụ được rất ít lượng nước.

</div><span class="text_page_counter">Trang 14</span><div class="page_container" data-page="14">

<b>CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT</b>

<b>2.1.1.Lịch sử phát triển Arduino</b>

Arduino được khởi động vào năm 2005 như là một dự án dành cho sinh viên tại Ivrea, Italy. Vào thời điểm đó các sinh viên sử dụng một "BASIC Stamp" (con tem Cơ Bản) có giá khoảng $100, xem như giá dành cho sinh viên. Massimo Banzi, một trong những người sáng lập, giảng dạy tại Ivrea. Cái tên "Arduino" đến từ một quán bar tại Ivrea, nơi một vài nhà sáng lập của dự án này thường xuyên gặp mặt. Bản thân quán bar này lấy tên là Arduino, Bá tước của Ivrea, và là vua của Italy từ năm 1002 đến 1014.

Lý thuyết phần cứng được đóng góp bởi một sinh viên người Colombia tên là Hernando Barragan. Sau khi nền tảng Wiring hoàn thành, các nhà nghiên cứu đã làm việc với nhau để giúp nó nhẹ hơn, rẻ hơn, và khả dụng đối với cộng đồng mã nguồn mở. Trường này cuối cùng bị đóng cửa, vì vậy các nhà nghiên cứu, một trong số đó là David Cuarlielles, đã phổ biến ý tưởng này.

Giá hiện tại của board mạch này dao động xung quanh $30 và được làm giả đến mức chỉ còn $9. Một mạch bắt chước đơn giản Arduino Mini Pro có lẽ được xuất phát từ Trung Quốc có giá rẻ hơn $4, đã trả phí bưu điện.

<b>2.1.2. Arduino Uno R3</b>

<i>Hình 2.1. Arduino Uno R3</i>

</div><span class="text_page_counter">Trang 15</span><div class="page_container" data-page="15">

Arduino thực sự đã gây sóng gió trên thị trường thế giới trong nhiều năm qua với số lượng người dùng cực lớn và đa dạng.

Arduino Uno R3 là một trong những mạch Arduino được sử dụng phổ biến nhất. Hiện nay, dòng mạch này đã phát triễn đến thế hệ thứ 3 (R3)

Đây là board mạch được đánh giá là tốt nhất cho những người mới bắt đầu về điện tử và lập trình. Nó được sử dụng nhiều nhất trong các board mạch thuộc họ Arduino.

2.1.3. <b>Thông số kỹ thuật</b>

Arduino Uno được xây dụng với phân nhân là vi điều khiển Atmega328P sử dụng thạch anh có chu kỳ dao động là 16 MHz. Với vi điều khiển này, ta có 14 ngõ

</div><span class="text_page_counter">Trang 16</span><div class="page_container" data-page="16">

ra/vào được đánh số từ 0 đến 13. Song song đó, ta có thêm 6 ngõ nhận tín hiệu anolog được đánh ký hiệu từ A0 đến A5.

Trên board cịn có 1 nút reset, 1 ngõ kết nối với máy tính qua cổng USB và 1 ngõ sử dụng nguồn cấp jack 2.1mm lấy năng lượng trực tiếp từ AC-DC adapter hay thông qua ắc-quy nguồn.

<b>2.1.5. Các chân của Arduino</b>

Các chân năng lượng: GND (Ground), 5V, 3.3V, Vin (Voltage Input), IOREF, RESET.

Các cổng ra/vào: Arduino Uno có 14 chân digital để đọc hoặc xuất tín hiệu vào 6 chân analog (A0 – A5) cung cấp độ phân giải tín hiệu 10 bit, để đọc giá trị điện trong khoảng 0V – 5V

<b>2.1.6. Ứng dụng của Arduino Uno R3</b>

Aruino Uno R3 được sử dụng phổ biến trong việc tự thiết kế ra các mạch điện tử như điều khiển led, gửi dữ liệu lên lcd, điều khiển motor,... hay được gắn thêm các Shield để kết nối nhiều module cảm biến khác để thực hiện thêm nhiều chức năng mở rộng như gửi dữ liệu qua wifi.

<b>2.2.Tìm hiểu về Proteus</b>

<b>2.2.1. Giới thiệu phần mềm Proteus</b>

Phần mềm vẽ Proteus là phần mềm vẽ mạch điện tử được phát triển bởi cơng ty Lancenter Electronics. Phần mềm có thể mơ tả hầu hết các linh kiện điện tử thông dụng hiện nay, đặc biệt hỗ trợ cho cả các phần mềm như 8051, PIC, Motorola, AVR.

Proteus có khả năng mô phỏng hoạt động của các mạch điện tử bao gồm phần thiết như kế mạch và viết trình điều khiển cho các loại vi điều khiển như MCS-51, AVR, PIC…

</div><span class="text_page_counter">Trang 17</span><div class="page_container" data-page="17">

<b>2.2.2. Mô phỏng Arduino trên Proteus</b>

<i>Hình 2.2. Mơ phỏng Arduino trên Proteus</i>

<b>2.3.Cảm biến và module chức năng2.3.1. Cảm biến độ ẩm đất</b>

Cảm biến đo độ ẩm đất hay còn được gọi là máy đo độ ẩm đất. Nó chủ yếu được sử dụng để đo hàm lượng thể tích nước của đất, theo dõi độ ẩm của đất, tưới tiêu nông nghiệp và bảo vệ lâm nghiệp.

</div><span class="text_page_counter">Trang 18</span><div class="page_container" data-page="18">

Hai đầu đo của cảm biến được cắm vào đất để phát hiện độ ẩm. Dùng dây nối giữa cảm biến và module chuyển đổi. Thông tin về độ ẩm đất sẽ được đọc về và gửi tới module chuyển đổi.

• DO: Đầu ra tín hiệu số (0 và 1) • AO: Đầu ra Analog (Tín hiệu tương tự)

 Đo nhiệt độ đất, đo độ ẩm đất Nhà kính.

 Đo dữ liệu độ ẩm đất, nhiệt độ đất giúp nhà nông giám sát chất lượng vườn cây trồng.

 Tích hợp các hệ thống tưới thông minh.

 Các ứng dụng phù hợp giám sát đo độ ẩm đất, nhiệt độ đất cần độ chính xác cao, ổn định và tiện lợi.

</div><span class="text_page_counter">Trang 19</span><div class="page_container" data-page="19">

Để có thể giao tiếp với DHT11 theo chuẩn 1 chân vi xử lý thực hiện theo 2 bước:

<b>-</b> Gửi tin hiệu muốn đo (Start) tới DHT11, sau đó DHT11 xác nhận lại.

<b>-</b> Khi đã giao tiếp được với DHT11, Cảm biến sẽ gửi lại 5 byte dữ liệu và nhiệt độ đo được.

<b>Thông tin kỹ thuật:</b>

 Nguồn: 3 -> 5 VDC.

 Dòng sử dụng: 2.5mA max (khi truyền dữ liệu).  Khoảng đo độ ẩm: 20%-90% RH (sai số 5%RH)  Khoảng đo nhiệt độ: 0-50°C (sai số 2°C)  Tần số lấy mẫu tối đa: 1Hz (1 giây / lần)  Kích thước 15mm x 12mm x 5.5mm.

Cảm biến nước mưa (Rain Water Sensor ) được sử dụng để phát hiện mưa, nước hoặc các dung dịch dẫn điện tiếp xúc với bề mặt cảm biến sẽ phát ra tín hiệu để làm các ứng dụng tự động: phát hiện mưa, báo mực nước tự động,...

<b>Thông số kỹ thuật:</b>

 Điện áp sử dụng: 5VDC

</div><span class="text_page_counter">Trang 20</span><div class="page_container" data-page="20">

 Kích thước tấm cảm biến mưa: 54 x 40mm  Kích thước board PCB: 30 x 16mm

 Tín hiệu đầu ra: Digital TTL (0VDC / 5VDC) và đầu ra Analog A0 trả giá trị điện áp tuyến tính theo lượng nước tiếp xúc với cảm biến.

 Lỗ cố định bu lông dễ dàng để cài đặt  Có đèn báo hiệu nguồn và đầu ra

 Độ nhạy có thể được điều chỉnh thông qua chiết áp

 LED sáng lên khi khơng có mưa đầu ra cao, có mưa, đầu ra thấp LED tắt.

 VCC: Nguồn  GND: Đất

 D0: Đầu ra tín hiệu TTL chuyển đổi  A0: Đầu ra tín hiệu Analog

<b>2.3.4. Module chuyển đổi</b>

<i>Hình 2.6. Module cảm biến độ ẩm đất</i>

Module chuyển đổi có cấu tạo chính gồm một IC so sánh LM393, một biến trở, 4 điện trở dán 100 Ohm và 2 tụ dán. Biến trở có chức năng định ngưỡng so sánh với tin hiệu độc ẩm đất đọc về từ cảm biến.

Đặc điểm:

</div>

Báo cáo internet vạn vật đề tài xây dựng hệ thống tưới cây tự động

<b>TỰ ĐỘNG</b>

Tài liệu liên quan

Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về