HỆ THỐNG NHÀ KÍNH THÔNG MINH

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

BỘ CÔNG THƯƠNGTRƯỜNG 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:

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 hếtsức 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 triểncác 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 chocây 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 cuộc sống và tăng năng suất cho người trồng 5

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

CẢM BIẾN TRUNG TÂM XỬ LÍ CÁC CƠ CẤU CHẤP

HÀNH

5 Sơ đồ cấu trúc

+ 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

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

7

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

- 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 thiết nóng ở trên 40o C Cây khô héo và có thể bị chết Cây trồng quang hợp hiệuquả ở các nhiệt độ như sau:12oC-24oC; 18oC-21oC; 24oC.v.v tùy theo từng loại cây trồng

8

6.1.4 Ảnh hưởng của nguyên tố khoáng:

- Các nguyên tố kháng tham gia vào vào việc cấu thành nên Enzim quang hợp vàdiệp 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

 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 điềuchỉnh biến trở màu xanh trên board mạch)

- Phần đầu dò được cắm vào đất để phát hiện độ ẩm, khi độ ầm của đất đạtngưỡng 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:

Thông số kĩ thuật

11

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 tíchhợp 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 wire, trừ chân D0)

Interrupt/PWM/I2C/One- Số chân Analog Input: 1 (điện áp vào tối đa 3.3V)

 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 <ESP8266WiFi.h>

#include <BlynkSimpleEsp8266.h>

WidgetLED PUMP(V0); // Đèn trạng thái bơm

WidgetLED LAMP(V1); // Đèn trạng thái đèn sưởi

#include "DHT.h"

15

/*khai báo TIMER */

#include <SimpleTimer.h>

#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 15 //nhiệt độ lạnh

#define HOT_TEMP 30 //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 60L //Chế độ tư động

//Token Blynk và wifi

char auth[] = "3d175c6bb5784af39efde16af181****"; //

16

char ssid[] = "Tên Wifi ";

char pass[] = "Mật khẩu";

// Biến lưu các giá trị cảm biến

int timePumpOn = 10; // Thời gian bật bơm nước

// Biến cho timer

17

// Khởi tạo cổng serial 115200

Serial.begin(115200);

dht.begin(); // Bắt đầu đọc dữ liệu

Blynk.begin(auth, ssid, pass);

soilMoist = soilMoist / (i);

soilMoist = map(soilMoist, 1023, 0, 0, 100); //Ít nước:0% ==> Nhiều nước 100%

21

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);}

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

9.Hướng phát triển:

- Do thời gian, điều kiện nghiên cứu, chế tạo có giới hạn nên đề tài đã hoàn thành nhưng chưa thật sự đáp ứng được những kỳ vọng , vì vậy những kiến nghị sau đây được đề xuất để nghiên cứu sau được hoàn chỉnh hơn:

- Hệ thống cần có bộ phận nhận biết lượng CO2 để điều chỉnh lượng CO2 theo yêu cầu để cây quang hợp tốt

- Hệ thống cần có bộ phận pha trộn phân bón một cách tự động

- Hệ thống điều khiển có thể lựa chọn được những thông số điều kiện môi

trường cho từng nhóm cây một cách tự động

27

- Hệ thống điều khiển qua internet có khả năng linh hoạt hơn như: thay đổi một

số thông số về điều kiện môi trường như ánh sáng, nhiệt độ, độ ẩm v.v mà

không cần điều chỉnh trực tiếp từ thiết bị.10.Nhận xét của thầy

28

29