Đồ án HCMUTE: Hệ thống chiếu sáng và tưới cây thông minh cho công viên

Đồ án nghiên cứu hcmute điều khiển giám sát hệ thống chiếu sáng và tưới cây thông minh cho công viên, thiết kế chi tiết, tính toán kỹ thuật theo tiêu chuẩn, đánh giá tính khả thi

Người đăng

Ẩn danh

Thể loại

đồ án tốt nghiệp

2019

97
3
0

Phí lưu trữ

35 Point

Mục lục chi tiết

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN

LỜI CẢM ƠN

TÓM TẮT

TÓM TẮT TIẾNG ANH

1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN

1.1. Đặt vấn đề

1.2. Giới thiệu về hệ thống chiếu sáng và tưới cây thông minh

1.3. Mô tả hệ thống

1.4. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

1.5. Phương pháp nghiên cứu

1.6. Ý nghĩa khoa học và thực tiến của đề tài

1.7. Bố cục đề tài

2. CHƯƠNG 2: CƠ SỞ THỰC HIỆN ĐỀ TÀI

2.1. Chiếu sáng cho công viên

2.1.1. Các nguyên tắc chung và chỉ tiêu kỹ thuật chiếu sáng công viên

2.1.2. Chỉ tiêu kỹ thuật về chiếu sáng

2.1.3. Chủng loại đèn sử dụng trong chiếu sáng công viên

2.2. Giới thiệu phần mềm thiết kế chiếu sáng DIAlux

2.3. Giới thiệu hệ thống tưới nước tự động cho cây

2.3.1. Mục đích, yêu cầu

2.3.2. Ý nghĩa của việc tưới nước cho cây

2.3.3. Tổng quan các phần mềm

2.4. Giới thiệu chung về Firebase (Server lưu trữ dữ liệu)

2.5. Arduino IDE và lập trình cho Arduino

2.6. Công cụ viết ứng dụng Mit App Inventor 2

2.7. Tổng quan các phần cứng

2.7.1. Board Arduino Nano

2.7.2. Board NodeMCU Dev KIT

2.7.3. Cảm biến đo dòng điện ACS712

2.7.4. Cảm biến đo điện áp ZMPT101B

2.7.5. Cảm biến đo độ ẩm đất

2.7.6. Nguồn tổ ong 12VDC

2.7.7. Mạch giảm áp DC LM2596 3A

2.8. Hệ thống sử dụng năng lượng mặt trời

2.8.1. Giới thiệu về pin mặt trời

2.8.2. Bộ điều khiển sạc DC/DC

2.8.3. Bộ biến đổi DC/AC

2.8.4. Bộ lưu trữ năng lượng (Ắc-quy)

2.8.5. Tính toán hệ thống pin mặt trời làm việc độc lập

3. CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ HỆ THỐNG

3.1. Thiết kế chiếu sáng công viên Mê Linh (Hà Nội) bằng phần mềm DIAlux

3.2. Sơ đồ khối của hệ thống

3.3. Nguyên lý hoạt động của hệ thống

3.4. Lập trình cho hệ thống

3.4.1. Lập trình cho cảm biến nhiệt độ, độ ẩm không khí DHT11

3.4.2. Lập trình cho cảm biến đo dòng điện ACS712

3.4.3. Lập trình cho cảm biến đo điện áp ZMPT101B

3.4.4. Lập trình cho cảm biến độ ẩm đất

3.4.5. Giao tiếp giữa Arduino với Nodemcu Dev KIT 1

3.4.6. Chương trình tổng hợp

3.4.7. Thiết lập sever lưu trữ dữ liệu

3.4.8. Xây dựng giao diện giám sát, điều khiển hệ thống chiếu sáng và tưới cây

3.5. Thiết kế hệ thống sử dụng năng lượng mặt trời

3.5.1. Tính tổng lượng tiêu thụ điện (Wh) của tất cả các thiết bị mà hệ thống phải cung cấp mỗi ngày

3.5.2. Tính số Wh các tấm pin mặt trời phải cung cấp cho toàn tải mỗi ngày

3.5.3. Tính toán kích cở tấm pin mặt trời cần sử dụng

3.5.4. Tính toán ắc-quy

3.5.5. Tính toán bộ chuyển đồi DC/AC (Inverter)

3.5.6. Chọn bộ chuyển đổi DC/DC

3.5.7. Lựa chọn thiết bị cho hệ thống

4. CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU, THỬ NGHIỆM, VẬN HÀNH

4.1. Kết quả nghiên cứu

4.2. Vận hành, thử nghiệm mô hình

5. CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI

5.1. Nhược điểm

5.2. Hướng phát triển đề tài

TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Giới thiệu về hệ thống chiếu sáng và tưới cây thông minh

Hệ thống chiếu sáng và tưới cây thông minh cho công viên tại HCMUTE được thiết kế nhằm tối ưu hóa việc sử dụng năng lượng và tài nguyên nước. Hệ thống chiếu sáng thông minh không chỉ cung cấp ánh sáng mà còn có khả năng thu thập dữ liệu về môi trường xung quanh. Việc ứng dụng công nghệ IoT trong hệ thống này cho phép quản lý từ xa, giúp tiết kiệm năng lượng và giảm thiểu chi phí. Hệ thống được điều khiển thông qua ứng dụng trên điện thoại thông minh, cho phép người dùng dễ dàng bật/tắt đèn và theo dõi tình trạng hoạt động của hệ thống. Đặc biệt, hệ thống tưới cây tự động sẽ hoạt động dựa trên độ ẩm của đất, đảm bảo cây xanh trong công viên luôn được cung cấp đủ nước mà không lãng phí. Điều này không chỉ cải thiện chất lượng không gian xanh mà còn góp phần bảo vệ môi trường.

1.1. Công nghệ chiếu sáng thông minh

Công nghệ chiếu sáng thông minh sử dụng các cảm biến để điều chỉnh độ sáng của đèn theo nhu cầu thực tế. Khi lượng người qua lại giảm, hệ thống sẽ tự động giảm độ sáng, từ đó tiết kiệm năng lượng. Công nghệ chiếu sáng này không chỉ giúp giảm chi phí điện năng mà còn tạo ra một môi trường an toàn hơn cho người dân. Hệ thống có khả năng phát hiện sự cố và thông báo ngay lập tức đến người quản lý, giúp nhanh chóng khắc phục sự cố. Việc sử dụng cảm biến ánh sángcảm biến độ ẩm trong hệ thống cũng giúp tối ưu hóa việc sử dụng tài nguyên, đảm bảo cây xanh luôn trong tình trạng tốt nhất.

1.2. Hệ thống tưới cây tự động

Hệ thống tưới cây tự động được thiết kế để hoạt động song song với hệ thống chiếu sáng. Khi độ ẩm của đất xuống dưới mức quy định, van tưới sẽ tự động mở để cung cấp nước cho cây. Điều này không chỉ giúp tiết kiệm nước mà còn đảm bảo cây xanh luôn được chăm sóc đúng cách. Hệ thống tưới cây tự động này có thể được điều khiển từ xa thông qua ứng dụng, cho phép người dùng theo dõi và điều chỉnh theo nhu cầu. Việc sử dụng công nghệ này không chỉ nâng cao hiệu quả tưới tiêu mà còn giảm thiểu công sức lao động cho nhân viên quản lý công viên.

II. Lợi ích của hệ thống chiếu sáng và tưới cây thông minh

Hệ thống chiếu sáng và tưới cây thông minh mang lại nhiều lợi ích thiết thực cho công viên tại HCMUTE. Đầu tiên, việc sử dụng công nghệ xanh giúp giảm thiểu tác động đến môi trường. Hệ thống sử dụng năng lượng mặt trời, một nguồn năng lượng tái tạo, giúp giảm chi phí điện năng và bảo vệ môi trường. Thứ hai, việc tự động hóa trong chiếu sáng và tưới cây giúp tiết kiệm thời gian và công sức cho nhân viên quản lý. Hệ thống có khả năng hoạt động độc lập, giảm thiểu sự can thiệp của con người, từ đó nâng cao hiệu quả quản lý. Cuối cùng, việc cải thiện không gian xanh trong công viên không chỉ tạo ra một môi trường sống tốt hơn cho người dân mà còn thu hút du khách, góp phần phát triển kinh tế địa phương.

2.1. Tiết kiệm năng lượng và tài nguyên

Hệ thống chiếu sáng thông minh giúp tiết kiệm năng lượng thông qua việc tự động điều chỉnh độ sáng. Việc sử dụng năng lượng mặt trời cho hệ thống chiếu sáng và tưới cây không chỉ giảm chi phí mà còn giảm thiểu ô nhiễm môi trường. Hệ thống tưới cây tự động giúp tiết kiệm nước, đảm bảo cây xanh luôn được cung cấp đủ nước mà không gây lãng phí. Điều này rất quan trọng trong bối cảnh biến đổi khí hậu và tình trạng khan hiếm nước hiện nay.

2.2. Cải thiện chất lượng không gian xanh

Hệ thống chiếu sáng và tưới cây thông minh không chỉ giúp cải thiện chất lượng không gian xanh mà còn tạo ra một môi trường sống tốt hơn cho người dân. Cây xanh trong công viên được chăm sóc tốt sẽ phát triển mạnh mẽ, tạo ra không khí trong lành và cảnh quan đẹp mắt. Điều này không chỉ thu hút người dân đến công viên mà còn góp phần nâng cao chất lượng cuộc sống. Hệ thống cũng có thể thu thập dữ liệu về chất lượng không khí và các yếu tố môi trường khác, từ đó giúp các nhà quản lý đưa ra các quyết định hợp lý hơn trong việc bảo vệ môi trường.

01/02/2025
Đồ án hcmute điều khiển giám sát hệ thống chiếu sáng và tưới cây thông minh cho công viên

Trích đoạn nội dung tài liệu

Chương 1: Tổng quan - Chương 2: Cơ sở thực hiện đề tài - Chương 3: Thiết kế hệ thống - Chương 4: Kết quả nghiên cứu, vận hành, thực nghiệm mô hình - Chương 5: Kết luận và hướng phát triển 3 do an CHƯƠNG 2: CƠ SỞ THỰC HIỆN ĐỀ TÀI 2.1 Chiếu sáng cho công viên 2.1 Các nguyên tắc chung và chỉ tiêu kỹ thuật chiếu sáng công viên Khi thiết kế hệ thống chiếu sáng công viên phải tuân thủ bộ tiêu chuẩn xây dựng Việt Nam TCXDVN333: 2005 do Bộ Xây dựng ban hành. Các nguyên tắc chung Trong thiết kế chiếu sáng công viên ngoài việc đảm bảo mức độ chiếu sáng theo tiêu chuẩn quy định còn cần phải đặc biệt quan tâm đến yếu tố trang trí, thẩm mỹ. [1] Kiểu dáng thiết bị chiếu sáng (đèn, cột đèn, cần đèn) cần có phong cách đồng nhất và phù hợp với cảnh quan môi trường kiến trúc trong khu vực. Tuỳ theo hình thức và quy mô của mỗi công viên mà hệ thống chiếu sáng có thể bao gồm toàn bộ hoặc một số trong những thành phần sau đây: - Chiếu sáng chung khu vực cổng ra vào yêu cầu đảm bảo mức độ chiếu sáng quy định.

- Chiếu sáng sân tổ chức các hoạt động ngoài trời yêu cầu đảm bảo mức độ chiếu sáng quy định. - Chiếu sáng đường đi dạo ngoài yêu cầu đảm bảo mức độ chiếu sáng quy định, thiết kế bố trí đèn phải đảm bảo tính dẫn hướng tạo cho người đi bộ có cảm nhận rõ ràng về hình dạng và hướng của con đường. - Chiếu sáng thảm cỏ, bồn hoa, mặt nước. - Chiếu sáng tạo phông trang trí: sử dụng các đèn pha chiếu sáng tán lá cây.

- Chiếu sáng tạo các điểm nhấn kiến trúc như đài phun nước, các cụm tiểu cảnh cây xanh, non bộ,… 4 do an 2. Chỉ tiêu kỹ thuật về chiếu sáng Độ rọi ngang trung bình trong các công viên không được nhỏ hơn trị số quy định trong bảng sau: Bảng 2.1 Các chỉ số quang học tiêu chuẩn chiếu sáng công viên [1] En(tb) (lux) TT Đối tượng chiếu sáng Công viên Vườn hoa Công viên, vườn hoa ở khu vực trung tâm đô thị lớn, có lượng người qua lại cao, khả năng xảy ra tội pham hình sự ở mức cao - Cổng vào chính 20 Không 1 - Cổng vào phụ 10 Không - Đường trục chính 10 7 - Đường nhánh, đường dạo có nhiều cây xanh 5 3 - Sân tổ chức các hoạt động ngoài trời 10 10 Công viên, vườn hoa ở khu vực ngoại thành đô thị lớn, có lượng người qua lại trung bình, khả năng xảy ra tội pham hình sự ở mức trung bình - Cổng vào chính 10 Không 2 - Cổng vào phụ 7 Không - Đường trục chính 5 3 - Đường nhánh, đường dạo có nhiều cây xanh 3 2 - Sân tổ chức các hoạt động ngoài trời 7 7 Công viên, vườn hoa ở khu vực đô thị nhỏ, có lượng người qua lại thấp, khả năng xảy ra tội pham hình sự ở mức thấp - Cổng vào chính 7 Không 3 - Cổng vào phụ 5 Không - Đường trục chính 5 3 - Đường nhánh, đường dạo có nhiều cây xanh 2 1 - Sân tổ chức các hoạt động ngoài trời 5 5 Tỉ số giữa giá trị độ rọi ngang lớn nhất và độ rọi ngang trung bình ở các đối tượng chiếu sáng không được vượt quá 3:1 khi độ rọi trung bình tiêu chuẩn trên 6 lux; 5:1 khi độ rọi trung bình tiêu chuẩn từ 4 lux đến 6 lux; 10:1 khi độ rọi trung bình tiêu chuẩn dưới 4 lux. Thiết bị chiếu sáng được sử dụng cần phải có khả năng hạn chế chói loá tốt. Vị trí, cao độ đặt đèn và góc chiếu cần tính toán để không gây cảm giác chói loá 5 do an cho người sử dụng.

Chủng loại đèn sử dụng trong chiếu sáng công viên bắt buộc phải tuân theo bảng sau: Bảng 2.2 Chủng loại đèn sử dụng cho chiếu sáng công viên [1] Chủng loại đèn Đối tượng và mục đích Đèn Đèn pha TT Đèn Đèn Đèn Đèn chiếu sáng chiếu chiếu pha chùm nấm đường điểm nước 1 Cổng ra vào Có Có Có Có Có Không Sân tổ chức các hoạt động 2 Có Có Có Có Không Không ngoài trời 3 Đường đi dạo Không Có Có Có Không Không Cảnh quan, thảm cỏ, bồn 4 Không Có Có Không Không Không hoa, mặt nước Chiếu sáng tạo phông 5 Có Không Không Không Không Không trang trí 6 Điểm nhấn kiến trúc Có Không Không Không Có Có Nguồn sáng được chọn nên có thành phần quang phổ phù hợp với môi trường có nhiều cây xanh, gam màu ánh sáng trắng lạnh để tạo cảm giác mát mẻ, thư giãn. Chủng loại và công suất bóng đèn sử dụng trong chiếu sáng công viên được quy định trong bảng sau: Bảng 2.3 Chủng loại và công suất bóng đèn sử dụng trong chiếu sáng công viên [1] Công suất bóng đèn (W) Đối tượng và mục TT Metal Cao áp Huỳnh quang Cao áp đích chiếu sáng Halogen halide thủy ngân Compact Natri 1 Cổng ra vào 70-400 80-250 Không Không 70-250 Sân tổ chức các hoạt 2 70-400 80-250 Không Không 70-400 động ngoài trời 3 Đường đi dạo 70-150 80-125 15-40 Không Không Cảnh quan, thảm cỏ, 4 70-250 80-125 15-40 Không Không bồn hoa, mặt nước Chiếu sáng tạo phông 5 70-400 Không Không Không Không trang trí 6 Điểm nhấn kiến trúc 70-400 80-125 15-40 80-300 70-250 6 do an 2.2 Giới thiệu phần mềm thiết kế chiếu sáng DIAlux Dialux là phần mềm thiết kế chiếu sáng độc lập, được tạo lập bởi công ty DIAL GmbH – Đức và cung cấp miễn phí cho người có nhu cầu. Phần mềm thiết kế chiếu sáng DIAlux bao gồm 2 phần: - Phần DIAlux 4.13 Light Wizard: đây là một phần riêng biệt của Dialux từng bước hỗ trợ cho người thiết kế dễ dàng và nhanh chóng thiết lập một dự án chiếu sáng. Kết quả chiếu sáng nhanh chóng được trình bày và kết quả có thể chuyển thành tập tin PDF hoặc chuyển qua dự án chiếu sáng DIAlux để DIAlux có thể thiết lập thêm các chi tiết cụ thể chính xác với đầy đủ các chức năng trình bày.13: Đây là phần chính và là toàn bộ phần mềm thiết kế chiếu sáng DIAlux.

Từ phần DIAlux 4.2 có thể chọn để vào nhiều phần khác nhau: + Phần thiết kế nhanh (wizards) cho chiếu sáng nội thất, ngoại thất và giao thông. + Phần thiết kế mới một dự án chiếu sáng nội thất. + Phần thiết kế mới một dự án chiếu sáng ngoại thất. + Phần thiết kế mới một dự án chiếu sáng giao thông.

+ Phần mở các dự án đã có hoặc các dự án mới mở gần đây. DIAlux tính toán chiếu sáng chủ yếu theo các tiêu chuẩn châu Âu như EN 12464, CEN 8995. DIAlux cho phép chèn và xuất tập tin DWG hoặc DXF. DIAlux có thể chèn nhiều vậy dụng, vật thể các mẫu bề mặt hoặc cho thiết kế sinh động và giống với thực tế hơn.

Với chức năng mô phỏng và xuất thành ảnh, phim, DIAlux có hình thức trình bày khá ấn tượng. 7 do an DIAlux là phần mềm độc lập, tính toán được với thiết bị của nhiều nhà sản xuất thiết bị chiếu sáng khác nhau với điều kiện các thiết bị đã được đo đạc sự phân bố ánh sáng và có tập tin dữ liệu phân bố ánh sáng để đưa vào DIAlux. DIAlux cung cấp công cụ online cho việc cập nhật, liên lạc với DIALGmbH và kết nối với các nhà sản xuất thiết bị chiếu sáng. Tải miễn phí phần mềm DIAlux tại www.2 Giới thiệu hệ thống tưới nước tự động cho cây 2.1 Mục đích, yêu cầu Hệ thống tưới cây là một công cụ để chuyển tải một lượng nước như nhau từ nguồn nước đến các điểm khác nhau của đồng ruộng, vườn cây, hoa với mật độ phủ đồng đều cao và cho phép sử dụng cung cấp nước, phân hòa tan trong nước phù hợp cho từng giai đoạn sinh trưởng khác nhau của cây trồng.

Cây trồng luôn luôn cần nước để phát triển. Khi đất bị khô do ít mưa, bốc hơi lớn, khô nóng , hạn hán, cây trồng bị thiếu nước có thể ngưng phát triển, lúc đó ta phải bổ sung nước cho đất và cây trồng hấp thụ. Tuy nhiên, khi lượng nước trong đất quá nhiều và kéo dài, cây trồng có thể bị hại do ngập úng, lúc đó ta cần phải tiêu thoát nước. Tưới cây theo độ ẩm đất đảm bảo lượng nước tưới đủ đáp ứng cho sự phát triển của cây, không dư cũng, không thiếu ảnh hưởng đến cây.2 Ý nghĩa của việc tưới nước cho cây Nước là một yếu tố quan trọng ảnh hưởng rất lớn sự sinh trưởng và phát triển của cây trồng.

Trong sản xuất nông nghiệp, nước trên ruộng luôn luôn thay đổi. Sự thay đổi đó làm cho đất phát triển theo hai hướng trái ngược nhau – đất ngày càng tốt lên hay xấu đi. Nếu chúng ta nắm vững quy luật biến đổi của chế độ nước và sử dụng hợp lý các nguồn nước ở từng vùng thì độ phì của đất ngày càng tăng thêm hoặc hạn chế đến mức thấp đến sự phát triển xấu đi của đất. Ngược lại nếu không nắm vững quy luật biến đổi của chế độ nước và sử dụng không hợp lý nguồn nước thì độ phì của đất giảm dần, đất bạc màu, một số nơi có thể hóa mặn, thậm chí không sử dụng đất để trồng trọt được nữa.

Các điều kiện: nước, chất dinh dưỡng, ánh sáng, nhiệt độ, không khí. Các điều kiện sống của cây trồng liên quan mật thiết với nhau và tuân theo quy 8 do an luật không thay thế. Tuy nhiên, chế độ nước có ảnh hưởng rõ rệt đến chế độ nhiệt, không khí và dinh dưỡng trong đất. Trong tự nhiên nước phân bố không đều cả về không gian và thời gian, không phù hợp với nhu cầu của cây trồng.

Lượng nước đến (nước mưa hoặc nước ngầm) quá nhiều hay quá ít so với lượng nước tiêu hao thì cây trồng bị úng hoặc bị hạn. Vì vậy, điều tiết chế độ nước của đất phù hợp với nhu cầu sử dụng là một biện pháp kỹ thuật quan trọng đối với tăng năng suất cây trồng và nâng cao độ phì nhiêu của đất.3 Tổng quan các phần mềm 2.1 Giới thiệu chung về Firebase (Server lưu trữ dữ liệu) Firebase là một dịch vụ cơ sở dữ liệu thời gian thực hoạt động trên nền tảng đám mây được cung cấp bởi Google nhằm giúp các lập trình phát triển nhanh các ứng dụng bằng cách đơn giản hóa các thao tác với cơ sở dữ liệu. Firebase lưu trữ dữ liệu database dưới dạng JSON và thực hiện đồng bộ database tới tất cả các client theo thời gian thực.

Nội dung được bảo vệ bản quyền — Tải xuống đầy đủ

Bài viết "Hệ thống chiếu sáng và tưới cây thông minh cho công viên tại HCMUTE" trình bày về việc áp dụng công nghệ hiện đại vào quản lý không gian xanh tại các công viên, nhằm nâng cao hiệu quả sử dụng tài nguyên và bảo vệ môi trường. Hệ thống chiếu sáng thông minh không chỉ tiết kiệm năng lượng mà còn tạo ra môi trường an toàn và thân thiện cho người dân. Bên cạnh đó, hệ thống tưới cây tự động giúp duy trì độ ẩm cho cây trồng, giảm thiểu lãng phí nước và đảm bảo sự phát triển bền vững cho cây xanh trong công viên.

Để tìm hiểu thêm về các chính sách và công nghệ liên quan đến phát triển bền vững, bạn có thể tham khảo bài viết "Luận văn thạc sĩ tác động của chính sách chuyển giao công nghệ đến sự phát triển bền vững ngành thủy sản tỉnh An Giang". Bài viết này sẽ cung cấp cho bạn cái nhìn sâu sắc hơn về cách công nghệ có thể hỗ trợ trong việc phát triển bền vững các ngành nghề khác nhau.