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

• Tác giả: Huỳnh Trung Tính
• Người hướng dẫn: TS. Nguyễn Thị Lưỡng
• Trường học: Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Công Nghệ Kỹ Thuật Điện – Điện Tử
• Đề tài: Điều Khiển, Giám Sát Hệ Thống Chiếu Sáng Và Tưới Cây Thông Minh Cho Công Viên
• Loại tài liệu: đồ án tốt nghiệp
• Năm xuất bản: 2019
• Địa điểm: Tp. Hồ Chí Minh

• 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

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 sáng và cảm 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.