BÁO CÁO KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU MÁY PHUN SƯƠNG & HỆ THỐNG TƯỚI TỰ ĐỘNG THÔNG MINH CẢM BIẾN ĐỘ ẨM NHIỆT ĐỘ Lĩnh vực dự thi: Hệ thống nhúng

Máy phun sương là một thiết bị nên có trong những căn phòng có lắp máy điều hòa, nó giúp cân bằng độ ẩm, mang đến luồng không khí mát cho phòng.. Trong những ngày nắng nóng, nhiều gia đì

PHÒNG GIÁO DỤC – ĐÀO TẠO THÁI THỤY

TRƯỜNG THCS THÁI HƯNG

***

BÁO CÁO KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU

MÁY PHUN SƯƠNG & HỆ THỐNG TƯỚI TỰ ĐỘNG THÔNG

MINH CẢM BIẾN ĐỘ ẨM NHIỆT ĐỘ Lĩnh vực dự thi: Hệ thống nhúng

Tác giả: 1 Bùi Trung Hiếu

2 Đỗ Mạnh Dũng Lớp 9C – Trường THCS Thái Hưng

Năm học 2018-2019

Phần I VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU

1 Tính cấp thiết

Trong những ngày nắng nóng cao điểm, bên cạnh điều hòa, quạt máy, máy phun sương là một trong những mặt hàng thường được các nhân viên điện máy tư vấn cho khách hàng Máy phun sương là một thiết bị nên có trong những căn phòng có lắp máy điều hòa, nó giúp cân bằng độ ẩm, mang đến luồng không khí mát cho phòng Sử dụng điều hòa kết hợp với máy phun sương sẽ giúp căn phòng bớt khô hơn Nó có thể làm giảm nhiệt độ không khí từ 5 – 7 độ, và giảm bớt bụi trong không khí Trong những ngày nắng nóng đỉnh điểm, loại máy phun sương là lựa chọn của nhiều gia đình, đặc biệt là những gia đình có trẻ nhỏ

Tuy nhiên, nếu không sử dụng đúng cách, máy phun sương không những không đạt được tác dụng cung cấp độ ẩm, làm mát không khí như mong muốn, mà còn gây hại cho người sử dụng Trong những ngày nắng nóng, nhiều gia đình sử dụng máy phun sương liên tục, trong phòng đóng kín cửa, hơi nước tỏa ra, mang đến cho căn phòng bầu không khí ẩm ướt kéo dài, là môi trường lý tưởng để vi khuẩn, nấm mốc phát triển, và có thể ảnh hưởng đến đường hô hấp của các thành viên trong gia đình Hơi nước tỏa ra từ máy phun sương cũng là nguyên nhân làm hỏng các loại đồ gỗ, đồ điện tử, điện máy đặt trong phòng

Dù sử dụng điều hòa nhiệt độ, máy phun sương hay các thiết bị khác để làm mát cho phòng, vào buổi sáng sớm, bạn vẫn nên dừng sử dụng các thiết bị, mở cửa sổ, cửa

ra vào… để không khí được lưu thông, giúp căn phòng sạch sẽ, thông thoáng hơn Mặt khác việc sử dụng tùy tiện, thiếu hiểu biết các thiết bị làm mát là nguyên nhân dẫn đến tình trạng trẻ viêm phổi ngày càng nặng Đặc biệt là với trẻ nhỏ sức đề kháng thấp, rất dễ mắc các bệnh tai, mũi, họng do không khí ẩm thấp là do độ ẩm cao,

vi khuẩn phát triển nhiều, nếu sử dụng không cẩn thận như làm đổ nước khi di chuyển

quạt có thể gây chập mạch điện, điện giật rất nguy hiểm"

Việc xác định độ ẩm không khí bằng cảm giác thật khó khăn rất cần đến một thiết

bị có thể đo được độ ẩm và nhiệt độ một cách chính xác để điều khiển đóng ngắt thiết

bị phun sương tạo ẩm cho căn phòng hoặc ngôi nhà vừa đủ để tạo thêm độ mát, đồng

thời hạn chế sự phát triển của vi khuẩn, bảo vệ sức khỏe cho các thành viên trong gia đình là việc làm rất cấp thiết

Hiện nay tại một số địa phương việc phát triển thực phẩm sạch, nhiều nhà vườn phát triển đã sử dụng nhà trồng để canh tác một số loại cây, hoa, rau màu có giá trị kinh tế cao Tuy nhiên giá thành của thực phẩm sạch thường có chi phí cao vì sử dụng nhiều nhân công trong việc chăm sóc phun tưới nước, tưới phân.Với phương châm hạ giâ thành sản phẩm bằng cách áp dụng khoa học công nghệ, giảm chi phí nhân công trong việc phun tưới, để sản phẩm sạch đến tay người tiêu dùng ngày càng nhiều là ưu tiên hàng đầu của các nhà vườn, các nông trại Bên cạnh đó thực tế trong cuộc sống bận rộn hiện nay, nhiều gia đình vẫn có thú vui là trồng những cây cảnh, vườn rau trong không gian trống của nhà mình như sân thượng, ban công Tuy nhiên, trong những lúc bạn bận đi công tác nhiều ngày thì những cây cảnh và vườn hoa ở nhà sẽ không ai tưới nước, làm cho cây chết Nhận thấy sự cần thiết phải xây dựng một hệ thống điều khiển đóng, ngắt mạch dựa trên cảm biến về nhiệt độ và độ ẩm, đồng thời đi công tác xa nhà nhưng vẫn điều khiển được việc phun tưới cây theo đúng yêu cầu như đang làm trực tiếp tại nhà, trong nông trại hoặc trang trại, có thể phun rửa vệ sinh chuồng trại, phun tưới các vườn rau một cách tự động hoặc điều khiển từ xa mà không cần đến con người làm trực tiếp là một yêu cầu cấp thiết để giúp con người có nhiều thời gian dành cho công việc khác hoặc giảm chi phí nhân công, hạ giá thành sảm phẩm, đưa sản phẩm sạch đến tay người tiêu dùng ngày càng nhiều hơn

Chính vì những nguyên nhân trên nên nhóm em đã quyết định thực hiện sản

phẩm: “MÁY PHUN SƯƠNG & HỆ THỐNG TƯỚI TỰ ĐỘNG THÔNG MINH CẢM BIẾN ĐỘ ẨM NHIỆT ĐỘTẠI NƠI TRÔNG CÂY” để khắc phục những

nhược điểm trên của những máy phun sương đời cũ Đồng thời hỗ trợ con người trong việc tưới tiêu hoa màu cây trồng Trong hệ thống còn sử dụng nguồn cung cấp điện năng là các tấm pin mặt trời, vừa tiết kiệm điện năng, bảo vệ môi trường và chủ động khi không có điện

2 Kế hoạch và phương pháp nghiên cứu:

* Kế hoạch nghiên cứu

- Lĩnh vực dự thi: Hệ thống nhúng

- Thời gian bắt đầu nghiên cứu: Ngày 05/8/2018

+ Bước 1: Nghiên cứu thực tế, quan sát và nghiên cứu các sản phẩm đã có và những nhược điểm chưa được khắc phục cũng như các tính năng mới chưa được bổ sung,

từ đó hình thành ý tưởng

+ Bước 2: Nghiên cứu các thiết bị, linh kiện điện tử, các vật liệu, đặc điểm, tính chất vật liệu cấu thành

+ Bước 3: Thiết kế bản vẽ và mô hình thủ công của sản phẩm

+ Bước 4: Lựa chọn các thiết bị, linh kiện phù hợp

+ Bước 5: Gia công, lắp ráp chi tiết các linh kiện, mạch điện

+ Bước 6: Lắp ráp các chi tiết, linh kiện cấu thành sản phẩm

+ Bước 7: Thử nghiệm và vận hành sản phẩm

+ Bước 8: Chỉnh sửa các chi tiết của sản phẩm cho phù hợp với thực tế

+ Bước 9: Hoàn thiện sản phẩm Thời gian hoàn thiện: Tháng 10/2018

* Phương pháp nghiên cứu:

- Dựa trên những hiểu biết về thiết bị, linh kiện và ý tưởng hình thành

- Thiết kế mô hình, sơ đồ khối của sản phẩm và các mục tiêu yêu cầu đặt ra

- Dựa trên sự hỗ trợ của giáo viên và chuyên môn về lĩnh vực điện tử để lắp ráp hoàn thiện sản phẩm

- Chạy thử nghiệm

- Tiếp tục hoàn thiện và điều chỉnh

Phần II TIẾN HÀNH NGHIÊN CỨU

(Lắp ráp và thử nghiệm.)

A./ Tìm hiểu

Để tạo ra sản phẩm như mong muốn, nhóm em đã tìm hiểu và lên kế hoạch sử dụng những loại linh kiện phù hợp để giá thành sản phẩm sau khi hoàn thành phù hợp với người tiêu dùng mà vẫn đảm bảo chất lượng như:

 Cảm biến độ ẩm, nhiệt độ DHT11

 IC chính: ESP8266 Wifi SoC

 Module cảm biến độ ẩm đất

 Mạch phun sương

 Máy bơm

 Pin năng lượng mặt trời

 Hệ thống Wifi, điện thoại smartphone (để điều khiển)

 Board Arduino Esp8266

 Các thiết bị điện, điện tử khác

Sơ đồ hoạt động:

Sản phẩm của nhóm em sẽ đáp ứng nhu cầu của người tiêu dùng như rẻ, tiện lợi, tốt Hứa hẹn sẽ là một sản phẩm bán chạy khi tung ra ngoài thị trường Ngoài ra, nhóm

em đã tìm hiểu những sản phẩm gần giống đã từng có trong quá khứ để tìm ra nhược điểm để khắc phục triệt để nhược điểm đó Sản phẩm sẽ sớm được hoàn thành và sẽ ngày càng cải tiến hơn

* Điểm mới trong sản phẩm so với các thiết bị trên thị trường:

+ Dùng cho cả điều khiển máy phun sương và thiết bị tưới tự động thông minh, thậm chí có thể áp dụng cho các lĩnh vực điều khiển khác có liên quan đến các chỉ số nhiệt

độ, độ ẩm với điện áp lên đến 220V

+ Có thể điều khiển bằng tay hoặc qua điện thoại thông minh thông qua mạng LAN + Sử dụng pin năng lượng mặt trời để cung cấp điện năng

+ Có màn hình LCD để tiện theo dõi các các số nhiệt độ, độ ẩm và có thể điều chỉnh cài đặt mức nhiệt độ, độ ẩm theo yêu cầu của nhà vườn

+ Chi phí thiết kế rẻ, thông dụng, thân thiện với môi trường

Mạch cảm

biến độ ẩm,

nhiệt độ

Bộ điều khiển ( IC chính:

ESP8266 Wifi SoC )

Mạch phun sương (hoặc Máy bơm tưới cây)

điều khiển

Cảm biến độ

ẩm đất

B./ Thiết kế và thi công:

I./ Yêu cầu của đề tài

 Mạch hoạt động ổn định

 Linh kiện hoàn hảo

 Phun sương hoặc bơm nước theo độ ẩm, nhiệt độ thích hợp

 Mạch đơn giản và giá thành hợp lý

1 Phân tích, thiết kế hệ thống

Mạch gồm các phần:

o Cơ khí

o Mạch điện

o Chương Trình

 Cơ khí:

Có rất nhiều loại vật liệu để tạo vỏ cho sản phẩm như: sắt, nhôm, inox, nhựa,… Tuy nhiên để tạo nên giá thành rẻ, trọng lượng nhẹ mà vẫn đảm bảo độ bền cho sản phẩm, chọn nguyên liệu là nhựa để tạo nên các chi tiết vỏ ngoài cho sản phẩm

 Mạch điện

Sơ đồ nguyên lý của mạch cảm biến độ ẩm điều khiển phun sương hoặc bơm nước

tự động, phun tưới thông minh:

* Board Arduino Esp8266

* Mạch sử dụng cảm biến độ ẩm, nhiệt độ DHT11:

Cảm biến DHT11 làm nhiệm vụ đo độ ẩm và nhiệt độ của môi trường Sau khi có kết

quả nó gửi tín hiệu tới vi điều khiển Vi điều khiển với chip ESP8266 Wifi SoC nhận tín hiệu xuất ra màn hình LCD và so sánh Nếu nhiệt độ hoặc độ ẩm nhỏ hơn giá trị ta

điều chỉnh cài đặt (độ ẩm không khí tốt nhất cho sức khỏe dao động trong khoảng

55-65% ) thì xuất tín hiệu ra chân P3.5 làm delay đóng Từ đó máy phun sương hoặc máy bơm được cấp nguồn và hoạt động

* Cảm biến độ ẩm đất:

Trạng thái đầu ra mức thấp (0V), khi đất thiếu nước đầu ra sẽ là mức cao (5V), độ nhạy cao chúng ta có thể điều chỉnh được bằng biến trở Phần đầu đo được cắm vào đất để phát hiện độ ẩm của đất, khi độ ầm của đất đạt ngưỡng thiết lập, đầu ra DO sẽ chuyển trạng thái từ mức thấp lên mức cao Nhờ thế, các bạn có thể sử dụng Analog hoặc Digital của Arduino để đọc giá trị từ cảm biến

* LCD pinout - sơ đồ chân của LCD

* Giới thiệu động cơ bơm nước DC

* Pin năng lượng

 Chương trình

2 Thi công

Mạch in :

Pin POLY – Cleantechsolar

PIN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI 50W POLY (CPP50W POLY)

II Thực nghiệm đánh giá kết quả

1 Lắp ráp hoàn thiện sản phẩm

- Hình ảnh:

- Video: Địa chỉ trên Youtobe:

2 Thông số sản phẩm:

- Nguồn DC 5V

- Relay 5v-10A:

Relay kích mức cao 5V

10A - 250VAC: Cường độ dòng điện tối đa qua các tiếp điểm của rơ-le với hiệu điện thế <= 250V (AC) là 10A

- Cảm biến hoạt động trong dải nhiệt độ từ 0-50 độ C, độ ẩm từ 20-90%

3 Hướng dẫn sử dụng

3.1 Đấu nối máy phun sương hoặc máy bơm với mạch theo sơ đồ:

:

3.2 Cách sử dụng bo mạch sau khi đã hoàn thành sản phẩm

3.2.1 Cài đặt cho bo mạch Esp8266 truy cập vào mạng internet

Khi ta muốn sử dụng chức năng của bo mạch tưới cây tự động sau khi đã nạp code, chúng ta cần cấu hình wifi cho Esp8266 Các bước như sau

+ Đầu tiên cắm nguồn cho Esp8266 Đợi trong 6s

+ Dùng SmartPhone bật wifi và tìm mạng wifi “tuoicaytudong”

+ Nhập mật khẩu “123456789”

+ Sau khi đã truy cập được mạng nội bộ của Esp8266, Esp8266 sẽ đưa ta vào mạng cục

bộ có hình ảnh như sau ( Nếu không tự chuyển sang hình, ta dùng trình duyệt web và nhập điạ chỉ 192.168.4.1)

+ Ta tiếp tục chọn dòng đầu tiên “ Configure Wifi” để chọn wifi hoạt động cho

Esp8266

+ Ta chọn mạng wifi để truy cập, nhập mật khẩu và ấn save Đến khi nào màn hình Lcd không còn hiển thị “Preparing!” là thành công

3.2.2 Sử dụng với chế độ bằng tay

Trên bo mạch ta thấy có lcd để hiển thị, gồm các thông số chính sau

T: Temperature, nhiệt độ hiện tại của môi trường đo bằng cảm biến DHT11

H: Humidity, độ ẩm hiện tại của môi trường đo bằng cảm biến DHT11

M: Moiture, độ ẩm đất đo đạc tại nơi cần đo độ ẩm đất đo bằng Moiture Sensor

Set: Giá trị cài đặt để đóng rơ le cấp nguồn cho bơm nước hoạt động

Trên bo mạch gồm 3 nút nhấn chính từ trên xuống dưới

- Nút đầu tiên là chọn chế độ làm việc

Chế độ tưới cây gồm 3 chế độ độ chính

+Tắt : Không cho tưới cây

+Tưới tự động: Nếu độ ẩm xuống dưới giá trị Set, sẽ tự động tưới nước cho cây

+Tưới thông minh: Cảm biến sẽ tự động nhận dạng nhiệt độ và độ ẩm để tưới cây cho phù hợp

- Hai nút tiếp theo dùng để tăng giảm giá trị SET, dùng để tăng giảm giá trị cài đặt để đặt điều kiện đóng relay, cấp nguồn cho động cơ bơm nước tưới cây

3.2.3 Sử dụng với chế độ điều khiển trực tuyến

Đầu tiên chúng ta dùng messenger để truy cập page sau

https://www.facebook.com/T%C6%B0%E1%BB%9Bi-C%C3%A2y-T%E1%BB%B1-%C4%90%E1%BB%99ng-272835403428019/

Giao diện trên máy tính:

Giao diện trên điện thoại:

Khi nhắn tin/chat với Page, chúng ta sẽ có 2 lựa chọn chính, đó là hướng dẫn và chế

độ

Ta chọn hướng dẫn, page sẽ gửi cho ta nội dung cách sử dụng điều khiển online qua internet

Khi ta chọn “Chế độ”, page sẽ cho ta các tùy chọn chế độ điều khiển để tưới cây

Từ đó, ta có thể chọn cách làm việc cho phù hợp Khi chọn lệnh làm việc online, sẽ hiển thị lên màn hình lcd thông báo

4 Thực nghiệm đánh giá kết quả:

- Sản phẩm đáp ứng được các yêu cầu về kỹ thuật

- Chi phí thiết kế thấp Cảm biến nhiệt độ, độ ẩm DHT11 với giá thành rẻ, dễ sử dụng, thích hợp sử dụng trong các ứng dụng yêu cầu độ chính xác không cao, môi trường không khắc nghiệt

- Hiệu quả sử dụng tốt Bộ cảm biến dựa trên hệ điều kiện về độ ẩm và nhiệt độ (Có thể điều chỉnh theo yêu cầu sử dụng)

- Hiển thị thông tin trên màn LCD dễ quan sát và điều khiển

- Xu hướng cải tiến: Áp dụng điều khiển cho các lĩnh vực khác có liên quan đến độ ẩm

và nhiệt độ: VD: Kỹ thuật nhà yến, trồng nấm, ấp gà vịt

Phần IV KẾT LUẬN

Do kiến thức còn hạn hẹp nên chắc chắn không tránh khỏi những thiếu sót, hạn

chế vì thế chúng em rất mong có được sự góp ý, hướng dẫn và nhắc nhở từ các thầy

giáo, cô giáo, các cô chú anh chị và các bạn để có thể hoàn thiện hơn nữa đề tài của

mình

Chúng em xin chân thành cảm ơn !

Thái Hưng, ngày 20 tháng 10 năm 2018

Người hướng dẫn Nhóm tác giả

Vũ Khắc Lĩnh Bùi Trung Hiếu

Đỗ Mạnh Dũng

XÁC NHẬN CỦA NHÀ TRƯỜNG

Hiệu trưởng

Bùi Văn Hữu