BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÀ RỊA-VŨNG TÀU KHOA CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT-NÔNG NGHIỆP CÔNG NGHỆ CAO BÁO CÁO ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐỀ TÀI:HỆ THỐNGĐIỀU KHIỂN PID CÂN BẰNG BỒN NƢỚC ĐƠN VỚI ESP32 Trình độ đào tạo: Đại học Hệ đào tạo: Chính quy Ngành: Công nghệ ký thuật Điện – Điện tử Chuyên ngành: Điện tự động hóa Khoá học: 2018-2022 Lớp: DH18TD Giảng viên hướng dẫn: Ths. NGUYỄN LƯƠNG THANH TÙNG Sinh viên thực hiện: Võ Quang Hùng Mã SV: 18033954 Bà Rịa-Vũng Tàu, tháng. năm 20… Nhận xét của GVHD 1.Thái độ tác phong và nhận thức trong quá trình thực hiện đồ án: 2.Hình thức, thể thức trình bày đồ án: 3. Kiến thức chuyên môn: 4.Đánh giá khác: 5.Đánh giá kết quả: GIÁO VIÊN HƢỚNG DẪN ThS.
NguyễnLƣơng Thanh Tùng LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành Đồ án tốt nghiệp này. Trƣớc tiên chúng em xin chân thành cảm ơn ban giám hiệu nhà trƣờng đã tạo điều kiện cho chúng tôi có một môi trƣờng học tập tốt. Chúng em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến giảng viên Ths. Nguyễn Lƣơng Thanh Tùng, giảng viên trƣờng Đại Học Bà Rịa Vũng Tàu.
Trên cƣơng vị là ngƣời hƣớng dẫn đề tài, đã trực tiếp hƣớng dẫn và nhiệt tình giúp đỡ tại điều kiện cho chúng em trong suốt thời gian thực hiện Đồ án. Chúng em xin chân thành cảm ơn các thầy cô trƣờng Đại Học Bà Rịa Vũng Tàu đã cung cấp cho chúng em những kiến thức quý báu làm nền tảng cho những nghiên cứu của chúng em trong việc thực hiện đồ án môn học. MỤC LỤC CHƢƠNG 1.GIỚI THIỆU TỔNG QUAN ĐỀ TÀI CHƢƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ CÁC LINH KIỆN ĐƢỢC SỬ DỤNG CHƢƠNG 3: ĐIỀU KHIỂN PID CHƢƠNG 4: GIỚI THIỆU VỀ WEBSERVER CHƢƠNG 5: GIAO DIỆN WEBSITE ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT CHƢƠNG 6: THIẾT KẾ MẠCH VÀ CHƢƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN CHƢƠNG 7: KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI CHƢƠNG 1.GIỚI THIỆU TỔNG QUAN ĐỀ TÀI 1. Tình hình nghiên cứu thuộc lĩnh vực đề tài Mỗi giai đoạn phát triển của lịch sử thế giới đều gắn liền với những cuộc cáchmạng về khoa học kĩ thuật.Và ngày nay, cuộc cách mạng Internet of Things đã tạo nênnhững thay đổi đáng kể cho cuộc sống con ngƣời ở hiện tại và trong tƣơng lai.Với sự phát triển của Internet, smartphone và đặc biệt là các thiết bị cảm biến,Internet of Things (IoT) đang trở thành xu hƣớng mới của thế giới.
IoT đƣợc địnhnghĩa là những vật dụng có khả năng kết nối Internet. Bạn vào nhà, mở khóa cửa, đènsẽ tự động sáng chỗ bạn đứng, điều hòa sẽ tự động điều chỉnh nhiệt độ, nhạc sẽ tựđộng bật để chào đón bạn… những điều chỉ có trong phim khoa học viễn tƣởng, đangdần trở thành hiện thực với công nghệ IoT.Việc giám sát đƣợc nhiệt độ, độ ẩm môi trƣờng là một vấn đề rất quan trọng trongcác ngành công nghiệp cũng nhƣ nông nghiệp, và thật là tuyệt vời nếu ở bất kỳ nơi đâuvà lúc nào nếu bạn có internet thì bạn đề có thể làm đƣợc điều đó. Công nghệ Internetof Things khiến điều này trở lên dễ dàng hơn. Nhiệt độ, độ ẩm là một trong những đại lƣợng vật lý đƣợc quan tâm nhiều do nócó vai trò quyết định trong nhiều tính chất của vật chất.
Một trong những đặc điểm củanhiệt độ là làm thay đổi liên tục các đại lƣợng chịu sự ảnh hƣởng của nó, ví dụ nhƣ ápsuất, thể tích của một chất khí. Nó cũng là yếu tố ảnh hƣởng rất lớn đến chính conngƣời chúng ta và tất cả sự sống trên trái đất. Ngày nay khi nền công nghiệp phát triểnmạnh, sản phẩm tạo ra ngày càng phong phú thì nhu cầu lƣu trữ hàng hóa trong cácnhà kho càng lớn.Việc kiểm soát nhiệt độ, độ ẩm khi bảo quản, lƣu trữ sản phảm công – nông nghiệp trong các nhà kho là rất quan trọng. Cũng giống nhƣ vậy, trong các phòng thí nghiệm trong bệnh viện, trong các nhà kính trồng cây cảnh, khu sản xuất rausạch…việc đảm bảo nhiệt độ, độ ẩm cũng là yếu tố quan trọng quyết đến đến chấtlƣợng sản phẩm.
Tổng quan về Internet of Things 2.1 Giới thiệu về mô hình Internet of Things (IoT)2. IoT là gì? IoT (Internet of Things) là một mạng lƣới gồm các đối tƣợng có khả năng kết nốiInternet và tác động qua lại giữa các dịch vụ web.IoT không chỉ là các máy "giao tiếp" với nhau mà còn nhiều thứ khác nữa, baogồm khả năng thay đổi hoàn toàn thế giới, cả trong cuộc sống và cách chúng ta cảm nhận trong thực tế. IoT là thuật ngữ dùng để chỉ các đối tƣợng có thể đƣợc nhận biết (identifiable)cũng nhƣ chỉ sự tồn tại của chúng trong một kiến trúc mang tính kết nối. Cụm từ nàyđƣợc đƣa ra bởi Kevin Ashton vào năm 1999.
Ông là một nhà khoa học đã sáng lập raTrung tâm Auto-ID ở đại học MIT, nơi thiết lập các quy chuẩn toàn cầu cho RFID(một phƣơng thức giao tiếp không dây dùng sóng radio) cũng nhƣ một số loại cảm biến khác. IoT sau đó cũng đƣợc dùng nhiều trong các ấn phẩm đến từ các hãng và nhà phân tích.Vào tháng 6 năm 2009, Ashton từng cho biết rằng "hiện nay máy tính - và Internetgần nhƣ phụ thuộc hoàn toàn vào con ngƣời để chuyển tải dữ liệu. Gần nhƣ tất cả 17trong số 50 Petabyte dữ liệu đang có trên Internet (vào thời điểm đó) đều đƣợc ghi lạihoặc tạo ra bởi con ngƣời chúng ta, thông qua các cách thức nhƣ gõ chữ, nhấn nút,chụp ảnh, quét mã vạch. Con ngƣời chính là nhân tố quyết định trong thế giớiInternet hiện nay.
Thế nhƣng con ngƣời lại có nhiều nhƣợc điểm: chúng ta chỉ có thờigian hạn chế, khả năng tập trung và độ chính xác cũng ở mức thấp so với máy móc.Điều đó có nghĩa là chúng ta không giỏi trong việc thu thập thông tin về thế giới xungquanh, và đây là một vấn đề lớn.Một quan điểm khác lại cho rằng, IoT gồm các đối tƣợng thông minh có thể đƣợcđiều khiển và tƣơng tác với những đối tƣợng có thể đáp ứng tƣơng tác từ xa, hay cóthể làm việc độc lập nhằm cung cấp các dịch vụ và giải pháp mà không cần sự canthiệp của con ngƣời.Hiện nay, IoT đang trải qua giai đoạn phát triển "bộc phát" và điều này xảy ra nhờvào một số nhân tố, trong đó gồm IPv6, 4G, chi phí, tính sẵn có của công nghệ. Trongnhững năm tiếp theo, bạn sẽ thấy ngày càng có nhiều thiết bị trên thị trƣờng. Nhữngthách thức đang diễn ra là quản lý dữ liệu và chuyển sang IPv6 (IPv6 đã sẵn sàng vàchạy với địa chỉ đã đƣợc cấp phát. IPv4 đã cạn kiệt và 2011 chỉ còn lại những địa chỉ cuối cùng) CHƢƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ CÁC LINH KIỆN ĐƢỢC SỬ DỤNG 1.
ESP32 NodeMCU-32S CP2102 Ai-Thinker *Kit RF thu phát Wifi BLE ESP32 NodeMCU-32S CP2102 Ai-Thinker đƣợc phát triển trên nền Vi điều khiển trung tâm là ESP32 SoC với công nghệ Wifi, BLE và kiến trúc ARM mới nhất hiện nay, kit có thiết kế phần cứng, firmware và cách sử dụng tƣơng tự Kit NodeMCU ESP8266, với ƣu điểm là cách sử dụng dễ dàng, ra chân đầy đủ, tích hợp mạch nạp và giao tiếp UART CP2102, thích hợp với các nghiên cứu, ứng dụng về Wifi, BLE, IoT và điều khiển, thu thập dữ liệu qua mạng. *Thông số kỹ thuật: Nhà sản xuất: Ai-Thinker Module trung tâm: Ai-Thinker ESP32-S SPI Flash: 32Mbits Frequency Range: 2400~2483.5Mhz Bluetooth: BLE 4.2 BR/EDR Wifi: 802.11 b/g/n/e/i Support Interface: UART/SPI/SDIO/I2C/PWM/I2S/IR/ADC/DAC Nguồn sử dụng: 5VDC từ cổng Micro USB. Tích hợp mạch nạp và giao tiếp UART CP2102 Chuẩn 38 chân cắm 2.54mm, ra chân đầy đủ module ESP32. Tích hợp Led Status, nút nhấn IO0 (BOOT) và ENABLE.
Kích thƣớc: 25.3mm * Sơ đồ chân: 2Cảm biến Cảm Biến Siêu Âm HC SR-04 Mô tả: Cảm biến siêu âm Ultrasonic HC-SR04 đƣợc sử dụng để nhận biết khoảng cách từ vật thể đến cảm biến nhờ sóng siêu âm, cảm biến có thời gian phản hồi nhanh, độ chính xác cao, phù hợp cho các ứng dụng phát hiện vật cản, đo khoảng cách bằng sóng siêu âm.Cảm biến siêu âm Ultrasonic HC-SR04 sử dụng cặp chân Echo / Trigger để phát và nhận tín hiệu, cảm biến đƣợc sử dụng phổ biến với vô số bộ thƣ viện và Code mẫu với Arduino. Thông số kỹ thuật: Điện áp hoạt động: 5VDC Dòng tiêu thụ: 10~40mA Tín hiệu giao tiếp: TTL Chân tín hiệu: Echo, Trigger. Góc quét:<15 độ Tần số phát sóng: 40Khz Khoảng cách đo đƣợc: 2~450cm (khoảng cách xa nhất đạt đƣợc ở điều khiện lý tƣởng với không gian trống và bề mặt vật thể bằng phẳng, trong điều kiện bình thƣờng cảm biến cho kết quả chính xác nhất ở khoảng cách <100cm). Kích thƣớc: 43mm x 20mm x 17mm VCC Nguồn 3.3 ~ 5VDC TRIG Chân phát sóng âm.
Là chu kỳ của của điện cao /thấp diễn ra. Trạng thái ban dầu là 0V, khi có tín hiệu trả về sẽ là 5V và sau đó trở về ECHO 0V GND Mass Cách điều khiển: Để đo khoảng cách, ta sẽ phát 1 xung rất ngắn (5 microSeconds) từ chân Trig. Sau đó, cảm biến siêu âm sẽ tạo ra 1 xung HIGH ở chân Echo cho đến khi nhận lại đƣợc sóng phản xạ ở pin này. Chiều rộng của xung sẽ bằng với thời gian sóng siêu âm đƣợc phát từ cảm biển và quay trở lại.
Tốc độ của âm thanh trong không khí là 340 m/s (hằng số vật lý), tƣơng đƣơng với 29,412 microSeconds/cm (106 / (340*100)). Tính đƣợc sóng âm di chuyển 1 cm trong không khí sẽ mất 1000 / 344 * 100 ~= 29.1 ms Khi đã tính đƣợc thời gian, ta sẽ chia cho 29,412 để nhận đƣợc khoảng cách.Mạch lái động cơ dạng cầu DC(L298) Mạch điều khiển động cơ DC L298 có khả năng điều khiển 2 động cơ DC, dòng tối đa 2A mỗi động cơ, mạch tích hợp diod bảo vệ và IC nguồn 7805 giúp cấp nguồn 5VDC cho các module khác (chỉ sử dụng 5V này nếu nguồn cấp <12VDC).Mạch điều khiển động cơ DC L298 dễ sử dụng, chi phí thấp, dễ lắp đặt, là sự lựa chọn tối ƣu trong tầm giá. Thông số kỹ thuật: IC chính: L298 - Dual Full Bridge Driver Điện áp đầu vào: 5~30VDC Công suất tối đa: 25W 1 cầu (lƣu ý công suất = dòng điện x điện áp nên áp cấp vào càng cao, dòng càng nhỏ, công suất có định 25W). Dòng tối đa cho mỗi cầu H là: 2A Mức điện áp logic: Low -0.3V~Vss Kích thƣớc: 43x43x27mm Sơ đồ: 4.
Động cơ bơm mini Điện áp: DC / 12V Dòng định mức: 6A Công suất: 72W Tốc độ dòng: 6 L / phút Chiều cao tối đa: 5m Thời gian làm việc liên tục tối đa: 120h Nhiệt độ nƣớc 5℃ - 45℃ Hoạt động nhiệt độ môi trƣờng: 5℃ - 40℃ Áp suất nƣớc tạo ra: 0.9Mpa Chƣơng 3: Điều khiển PID 3.