BÁO cáo bài tập NHÓM đề tài ỨNG DỤNG IOT TRONG mô HÌNH TRỒNG nấm KIM CHÂM

Mục đích - Đo chính xác nhiệt độ, độ ẩm không khí, độ ẩm đất trong nuôi trồng nấm kim châm - Gửi các dữ liệu đo được về máy chủ thông qua cloud và app Blynk trên smartphone - Điều khiển

Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội

Viện Điện tử - Viễn thông

-Bộ môn: Hệ thống nhúng và thiết kế giao tiếp nhúng (ET4361) Nhóm sinh viên thực hiện: Nhóm 5 1 Hoàng Bích Phượng 20172763

2 Lê Đình Minh 20172698

3 Phan Doãn Đức 20172486

4 Lê Công Luận 20172673

5 Phạm Thị Phượng 20172764

GVHD: TS Hàn Huy Dũng Hà nội, tháng 5/2021

BÁO CÁO BÀI TẬP NHÓM ĐỀ TÀI: ỨNG DỤNG IOT TRONG MÔ HÌNH TRỒNG NẤM KIM CHÂM

Nội dung trình bày

I Tổng quan đề tài

II Thiết kế hệ thống

III Thiết kế chi tiết

IV Phụ lục

1 Mục đích, khách hàng, hoàn cảnh sử dụng

a Mục đích

- Đo chính xác nhiệt độ, độ ẩm không khí, độ ẩm đất trong nuôi trồng nấm kim

châm

- Gửi các dữ liệu đo được về máy chủ thông qua cloud và app Blynk trên

smartphone

- Điều khiển tự động các thiết bị từ xa để tối ưu nhiệt độ, độ ẩm đất phù hợp với

từng thời kì phát triển của nấm

b Khách hàng

- Người nông dân, các hộ trồng nấm còn đang sử dụng các biện pháp thủ công

trong nuôi trồng nấm

- Thích hợp với các hộ nuôi trồng mô hình không quá lớn (từ vài chục m2 đến vài

trăm m2)

c Hoàn cảnh sử dụng

- Giám sát các thông số nhiệt độ, độ ẩm không khí, độ ẩm đất của môi trường và

hiển thị lên LCD cho người nông dân dễ quan sát

- Tự động tưới nước để làm mát khi độ ẩm cao hơn mức cho phép và nhiệt độ

cao, cảnh báo khi nhiệt độ quá cao (đa số các mô hình nhỏ và vừa hiện nay là

mô hình thủ công)

- Giảm bớt nhân công chăm sóc, lưu lại dữ liệu để ngày càng tối ưu điều kiện,

nâng cao năng suất thu hoạch và chất lượng sản phẩm

Nấm kim châm

I Tổng quan đề tài

2.Yêu cầu kĩ thuật

a Yêu cầu chức năng

• Đo được chính xác các thông số gồm nhiệt

độ, độ ẩm không khí và độ ẩm đất với độ trễ

thấp

• Hiển thị kết quả đo trên màn hình LCD và

giám sát từ xa thông qua smartphone

• Điều khiển máy bơm từ xa thông qua ứng

dụng trên smartphone Có 2 chế độ: điều

khiển tự động, điều khiển thủ công

• App trên smartphone có thể kết nối với

mạch từ bất kỳ đâu thông qua mạng không

dây

• Có khả năng điều khiển thiết bị theo kịch

bản có sẵn, phản ứng với sự thay đổi của

môi trường

• Gửi thông báo về điện thoại trong trường

hợp xảy ra sự cố hoặc các thông số môi

trường thay đổi đột ngột

b Yêu cầu phi chức năng

• Mạch nhỏ gọn, dễ sử dụng, tiêu thụ ít năng lượng

• Hoạt động ổn định, độ trễ truyền không quá 10 giây

• Giao diện app trên smartphone dễ nhìn,

dễ thao tác

• Có tính linh hoạt: có thể sử dụng được để giám sát nông nghiệp trên nhiều khu vực

có các đặc điểm địa hình, khí hậu khác nhau

• Tính chất chuyên dụng, giá thành rẻ, dễ dàng thương mại hóa

I Tổng quan đề tài

3 Đầu vào/ đầu ra

• Đầu vào: các tín hiệu tương tự:

nhiệt độ, độ ẩm đất, độ ẩm không

khí, ánh sang, mực nước

• Đầu ra: các tín hiệu số: nhiệt độ,

độ ẩm của môi trường hiển thị trên

khối hiển thị và điều khiển bật/tắt

máy bơm, đèn

4 Các đặc điểm của hệ thống (con số)

• Delay: 1s (mong muốn)

• Tuổi thọ: >3 năm

• Nhiệt độ làm việc: 0 - 55 độ C

• Độ ẩm: 55- 100%

5 Yêu cầu thiết kế

• Unit cost: 800.000 VNĐ

• NRE cost: 200.000 VNĐ

• Size: 10cmx10cmx5cm

• Trọng lượng: 300-1000g

• Performance: Hoạt động liên tục

• Time-to-prototype: 1 tháng

• Time-to-market: 2 tháng (phụ thuộc yêu cầu khách hàng) Flexibility: Có khả năng phát triển một số tính năng như báo cháy, chống trộm Safety: Cao, thiết bị sẽ được chế tạo

vỏ để an toàn với người sử dụng, kể cả trẻ

em và các con vật

I Tổng quan đề tài

II Thiết kế hệ thống

1 Sơ đồ khối

a Sơ đồ đơn giản − Khối nguồn: cung cấp nguồn cho toàn bộ hệ thống phần cứng.

− Khối xử lý: là khối trung gian trong hệ thống nhưng đóng vai trò quan trọng nhất, vừa nhận dữ liệu gửi về từ khối cảm biến và điện thoại, vừa gửi dữ liệu điều khiển thiết bị cũng như hiển thị lên điện thoại.

− Khối cảm biến: thu nhập dữ liệu môi trường và gửi lên khối xử lý.

− Khối điều khiển thiết bị: nhận lệnh điều khiển từ khối xử lý để trực tiếp điêu khiển các thiết bị điện.

− Smartphone: hoàn toàn tách biệt với phần cứng, giao tiếp với duy nhất khối xử lý qua sóng wifi Nhận các giá trị thông số môi trường như nhiệt độ, độ ẩm,… từ khối xử lý để hiển thị, đồng thời gửi các lệnh điều khiển thiết bị xuống khối xử lý.

II Thiết kế hệ thống

b Sơ đồ khối đầy đủ

2 Bộ điều khiển trung tâm

Kit ESP8266 NodeMCU dùng cho các ứng dụng cần kết nối, thu thập

dữ liệu và điều khiển qua sóng Wifi, đặc biệt là các ứng dụng liên

quan đến IoT

• Thông số kỹ thuật:

 IC chính: ESP8266 Wifi SoC

 Phiên bản firmware: NodeMCU Lua

 Chip nạp và giao tiếp UART: CP2102

 GPIO tương thích hoàn toàn với firmware Node MCU

 Cấp nguồn: 5VDC MicroUSB hoặc Vin

 GIPO giao tiếp mức 3.3VDC

 Tích hợp Led báo trạng thái, nút Reset, Flash

 Tương thích hoàn toàn với trình biên dịch Arduino

 Kích thước: 25 x 50 mm

• Truyền thông: Wifi

Kit ESP8266

II Thiết kế hệ thống

Sơ đồ chân ESP8266

2 Giao diện người dùng

Ứng dụng Blynk

Blynk là một ứng dụng iOS và Android để kiểm soát thiết bị

Esp8266, Arduino, Raspberry Pi và thiết bị khác trên Internet

Có ba thành phần chính trong nền tảng:

• Blynk App - cho phép tạo giao diện cho sản phẩm bằng

cách kéo thả các widget khác nhau mà nhà cung cấp đã

thiết kế sẵn

• Blynk Server - chịu trách nhiệm xử lý dữ liệu trung tâm

giữa điện thoại, máy tính bảng và phần cứng Người dùng

có thể sử dụng Blynk Cloud của Blynk cung cấp hoặc tự

tạo máy chủ Blynk riêng Vì đây là mã nguồn mở, nên ta

có thể dễ dàng tích hợp vào các thiết bị và thậm chí có thể

sử dụng Raspberry Pi làm server của người dùng

• Library Blynk – hỗ trợ cho hầu hết tất cả các nền tảng

phần cứng phổ biến - cho phép giao tiếp với máy chủ và

xử lý tất cả các lệnh đến và đi

II Thiết kế hệ thống

Minh họa ứng dụng Blynk

III Thiết kế chi tiết

1 Sơ đồ nguyên lý

Mạch nguyên lý thiết kế trên altium designer

1 Khối xử lý

Sử dụng vi điều khiển ESP8266 V1.0-12E trên kit

NodeMCU được hàn cố định trên đế PCB, và được tích

hợp IC nguồn AMS1117 tạo ra điện áp 3.3V

III Thiết kế chi tiết

2 Khối cảm biến

a Cảm biến độ ẩm đất:

• Điện áp sử dụng: 3.3-5V

• Chân kết nối: A0, D0, VCC, GND

• Đầu ra số (Digital): mức logic 0, 1 (0 đối với đất ẩm và 1 với

đất khô)

• Đầu ra tương tự (Analog): tín hiệu ADC giúp đọc được

chính xác độ ẩm của đất

• Sai số: 5%

Cảm biến độ ẩm đất

b Cảm biến nhiệt độ - độ ẩm môi trường(DHT11):

• Điện áp hoạt động: 3.3V-5V

• Dải độ ẩm hoạt động: 20-90%RH

• Dải nhiệt độ hoạt động: 0-50ºC

• Sai số: ±5% RH đối với độ ẩm, ±2ºC với nhiệt độ

c Cảm biến ánh sáng:

• Điện áp hoạt động: 3.3V-5V

• Chân kết nối: A0, D0, GND, VCC

• Tích hợp biến trở để cài đặt giá trị ngưỡng của độ sáng

• Đầu ra số (Digital): mức logic 0 với điều kiện ánh sáng có cường độ

lớn hơn hoặc bằng giá trị ngưỡng thiết lập, mức logic 1 với điều kiện

ánh sáng nhỏ hơn giá trị ngưỡng thiết lập

• Đầu ra tương tự (Analog): tín hiệu ADC

III Thiết kế chi tiết

Cảm biến DHT11

Cảm biến ánh sáng

d Cảm biến khoảng cách

• Điện áp vào: 3.3-5V

• Tín hiệu đầu ra: xung HIGH(3.3-5V) và LOW(0V)

• Khoảng cách đo : 2cm – 450cm

• Độ chính xác : 0.5cm

• Góc cảm biến : nhỏ hơn 15 độ

3 Khối nguồn

• Nguồn đầu vào 12V được cấp bởi

adapter 12V-2A.

• Lưu ý: ESP8266 NodeMCU hoạt động là

5V nên cần hạ áp từ 12V xuống sử dụng

IC ổn áp 7805

Cần lắp thêm đế tản nhiệt để tránh

trường hợp IC bị cháy do nhiệt sinh ra

quá lớn.

Cảm biến khoảng cách

Nguồn adapter 12V-2A

• ESP8266: 80K

• DHT11: 24K

• Cảm biến độ ẩm đất: 30K

• Cảm biến ánh sáng: 8K

• Cảm biến khoảng cách: 10K

• Adapter 12V-2A: 40K

• LCD 1602: 55K

• Vi điều khiển: 90K

• Máy bơm mini: 170K

Giá các sản phẩm trên tham khảo tại : Linh kiện điện tử 3M: https://chotroihn.vn

Giá bán các loại linh kiện chính

III Thiết kế chi tiết Bảng tóm tắt các linh kiện chính dùng trong mạch

Bảng phân chia công việc và kế hoạch:

Tìm hiểu các mô hình tương tự

Vẽ sơ đồ khối

Lựa chọn linh kiện

Vẽ sơ đồ nguyên lý

All Hoàng Phượng, Phạm Phượng

Minh, Đức, Luận All

26/3-31/3 1/4 – 5/4 6/4-13/4 14/4-20/4

Triển khai phần cứng, test các tính năng

trên ESP8266.

Minh, Hoàng Phượng, Luận  

  21/4 ….

Tìm hiểu về app Blynk, kết nối app Blynk

với ESP8266.

Đức, Phạm Phượng

Thiết kế lại giao diện app Blynk, tạo server

local Blynk.

No identify

Hoàn thiện thiết kế mạch, đặt mạch in,

kiểm thử các tính năng.

Viết báo cáo, dựng slide, chuẩn bị trình bày No identify

Phụ lục

Bảng so sánh ESP32 và ESP8266:

Rõ ràng, ESP32 có nhiều ưu điểm vượt trội hơn ESP8266 rất nhiều Tuy nhiên, trong phạm vi đề tài, các chức năng của ESP8266 là đủ thực hiện Hơn nữa, lựa chọn ESP8266 vì giá bán rẻ hơn ESP32

(80K<160K) ))

Phụ lục

Tài liệu tham khảo:

Trại Nấm ứng dụng IoT (Internet of Things) - AgriConnect https://agriconnect.vn › nhà-trồng-nấm-tự-động-tuna

Giám sát tự động môi trường nhà nấm | Eplusi Technology https://eplusi.net › eplusi-giam-sat-tu-dong-moi-truong-

Datasheet các linh kiện được tham khảo trên:

Electronic Parts DataSheet - Download Datasheets for Free https://www.datasheetspdf.com/

(các trang web trên truy cập lần cuối vào ngày 10/5/2021)