ĐẶT VẤN ĐỀ Ngày nay, khi xã hội phát triển thì nhu cầu sống của con người ngày càng tăng nhưng tài nguyên thiên nhiên ngày càng cạn kiệt, chính điều đó thúc đẩy con người phải lao động để tạo ra của cải vật chất phục vụ đời sống. Môi trường ngày càng ô nhiễm nhưng nhu cầu sống và hưởng thụ của con người lại ngày càng cao, dân số thế giới ngày càng tăng vọt làm cho thế giới sẽ không đủ các sản phẩm để cung cấp cho mọi người 6 do an ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP nếu hoạt động lao động chỉ thủ công. Để giải quyết vấn đề đó chỉ duy nhất là ứng dụng tự động hóa vào sản xuất. Các nước trên thế giới đã sớm nhận biết điều này và đã ứng dụng tự động hóa vào sản xuất từ rất sớm, kết quả là họ sớm có một nền sản xuất đại công nghiệp đưa ra thị trường hàng loạt sản phẩm số lượng lớn, chất lượng cao tăng thu nhập cho các quốc gia Anh, Pháp, Mỹ…Chính công nghệ tự động hóa cao ứng dụng vào sản xuất đã đưa các quốc gia này trở thành các cường quốc giàu mạnh có vị thế cao trên trường quốc tế.
Nước ta thuộc nhóm các nước đang phát triển với một nền kin tế nông nghiệp truyền thống qua nhiều thập niên trở lại đây nền nông nghiệp của Việt Nam ngày càng phát triển vững mạnh và đến nay nền kinh tế Việt Nam đang chuyển sang các ngành công nghiệp và dịch vụ đặc biệt là công nghệ thông tin, với Việt Nam nông nghiệp vẫn là một ngành có đóng góp đáng kể vào tổng thu nhập quốc dân. Chính vì vậy mà nền nông nghiệp nước ta luôn được sự quan tâm của Đảng và nhà nước, nhờ đó mà ngành nông nghiệp đã có nhiều bước phát triển vượt bậc trong những năm gần đây, sản lượng thu hoạch được từ các loại nông sản qua các mùa vụ ngày càng được nâng cao. Tuy nhiên ngày nay nhu cầu về sản phẩm nông nghiệp không chỉ đơn giản là số lượng mà phải đảm bảo cả số lượng và chất lượng, nhất là khi môi trường ô nhiễm trầm trọng. Việc sử dụng thuốc bảo vệ thực vật bừa bãi làm ô nhiễm vào các loại sản phẩm nông nghiệp, đây là vấn đề bức xúc của toàn thể xã hội.
Để giải quyết vấn đề trên con đường lựa chọn tối ưu là ứng dụng công nghệ cao vào sản xuất nông nghiệp trong đó tự động hóa đóng vai trò quan trọng về mặt kỹ thuật phục vụ sản xuất nông nghiệp chất lượng cao, tưới tiêu, thu hoạch và bảo quản … Nhất là hiện nay Đảng và nhà nước ta đang đẩy nhanh công nghiệp hóa hiện đại hóa nông nghiệp nông thôn. Do đó tiến hành nghiên cứu đề tài “Hệ thống kích thích cây trồng ban đêm và tưới cây tự động”. Trong quá trình thực hiện đề tài đã tiến hành tham khảo một số nghiên cứu trên cơ sở lý thuyết rồi từ đó xây dựng mô hình thực nghiệm. Qua nhiều lần thí nghiệm và cơ sở lý thuyết khẳng định mô hình của nhóm đảm bảo tính thực tế và có thể ứng dụng trong sản xuất nông nghiệp công nghệ cao ngày nay.3 TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI Trong quá trình thực hiện đề tài đã tiến hành tham khảo một số nghiên cứu trên cơ sở lý thuyết rồi từ đó xây dựng mô hình thực nghiệm.
Qua nhiều lần thí nghiệm và cơ sở lý thuyết khẳng định mô hình của nhóm đảm bảo tính thực tế và có thể ứng dụng trong sản xuất nông nghiệp công nghệ cao ngày nay. Mô hình vừa đơn giản, hiệu quả và cũng rất dễ sử dụng để mọi người có thể sử dụng để trồng rau tại gia đình. 7 do an ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Cùng với việc hạn chế về diện tích nhà cửa và đất đai trong nhu cầu ra sạch càng tăng, nhóm đã thiết kế một mô hình nhỏ gọn, có khả năng theo dõi môi trường xung quanh và tự động tưới thông phần mềm website. Có thể cung cấp cho người dùng cái nhìn tổng quát về môi trường, đồng thời dễ dàng điều khiển các thiết bị tưới và chiếu sáng.
Vô cùng thuận tiện cho việc giám sát khu vườn của mình mà không cần phải trực tiếp ra vườn.4 MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU Theo dõi nhiệt độ, độ ẩm không khí, độ ẩm đất. Hiển thị các thông số, thông tin, điều khiển lên giao diện phần mềm website. Điều khiển tự động hoặc cài đặt điều khiển đèn và động cơ bơm nước qua website.5 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU NỘI DUNG 1: Tìm hiểu và nghiên cứu về cấu tạo phần cứng, nguyên lý hoạt động, tính năng của các module NODEMCU ESP8266, Board STM32F103C8T6, DHT11, động cơ DC, cảm biến độ ẩm đất. cảm biến ánh sáng, … NỘI DUNG 2: Tìm hiểu và nghiên cứu về lập trình Webserver, tìm hiểu về ngôn ngữ HTML, PHP.
NỘI DUNG 3: Các giải pháp thi thiết kế hệ thống, thi công mô hình. NỘI DUNG 4: Thiết kế hệ thống điều khiển, lưu đồ giải thuật và chương trình điều khiển mô hình. NỘI DUNG 5: Thiết kế hoàn chỉnh mô hình thực tế. NỘI DUNG 6: Chạy thử nghiệm hệ thống.
NỘI DUNG 7 : Cân chỉnh hệ thống. NỘI DUNG 8: Viết sách luận văn. NỘI DUNG 9: Bảo vệ đề tài tốt nghiệp.6 ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGUYÊN CỨU Đối tượng nguyên cứu: - Module ESP8266 truyền dữ liệu hông dây, kết nối với vi xử lý thông qua giao thức UART. - Website và webservices.
- Cảm biến nhiệt độ và độ ẩm khí DHT11, ánh sáng và độ ẩm đất. 8 do an ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP - Board STM32F103C8T6 sử dụng xử lý trung tâm. Phạm vi nguyên cứu: - Có thể điều khiển và theo dõi hệ thống qua phần mềm website. - Cảm biến nhiệt độ, ánh sáng và độ ẩm có ngưỡng cho phép.
- Tự động bật tắt máy bơm và đèn led nếu vượt quá ngưỡng cho phép.7 GIỚI HẠN ĐỀ TÀI Đề tài chỉ tìm hiểu trong phạm vi như sau: Tìm hiểu cách kết nối và truyền dữ liệu Tìm hiểu cách đọc và truyền dữ liệu của các loại cảm biến DHT11, cảm biến độ ẩm đất và cảm biến ánh sáng. Có thể xem ngưỡng thông qua website. Chỉ thực nghiệm trên mô hình nhỏ.8 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Trong thời gian thực nghiệm đề tài với sự hướng dẫn nhiệt tình từ thầy Ths.Thái Hoàng Linh tiến hành bằng các phương pháp: Phương pháp nghiên cứu bằng lý thuyết: - Tài liệu về Arduino trên internet. - Tham khảo một số video về trồng cây ứng dụng vào công nghệ tự động.
- Tham khảo tài liệu về chương trình C, phần mềm ứng dụng IDE cho Arduino, cách kết nối và nạp chương trình cho board, cách kết nối và nạp chương trình cho board, cách kết nối cảm biến với board Arduino. - Tìm hiểu các loại cảm biến để phục vụ trong quá trình thực nghiệm. - Tham khảo một số đồ án tốt nghiệp có sử dụng vi xử lý tạo nền tảng tư duy. Phương pháp nghiên cứu bằng thực tiễn: - Từ cơ sơ lý thuyết nắm được nhóm tiến hành làm thực nghiệm mô hình nhỏ để đưa lý thuyết vào thực tiễn.9 BỐ CỤC ĐỒ ÁN Chương 1: Tổng quan 9 do an ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Giới thiệu tổng quát các vấn đề chung của đề tài.
Trình bày về tình hình nghiên cứu hiện nay từ đó đưa ra mục tiêu đối tượng, phạm vi nghiên cứu mà nhóm hướng tới. Chương 2: Cơ sở lý thuyết Trong chương này trình bày về các lý thuyết có liên quan đến các vấn đề mà đề tài sẽ dùng để thực hiện thiết kế, thi công cho đề tài. Chương 3: Thiết kế và xây dựng hệ thống Đặt vấn đề về phần cứng và phần mềm, sơ đồ nguyên lý, sơ đồ khối, chức năng của từng khối. So sánh các loại cảm biến và tính toán thông số.
Lập sơ đồ giải thuật. Chương 4: Kết quả Những kết quả đã được mục tiêu đề ra sau quá trình nghiên cứu thi công. Từ những kết quả đạt được để đánh giá quá trình hoàn thành được bao nhiêu phần trăm. Chương 5: Kết luận và hướng phát triển So sánh kết quả đạt được với mục tiêu đã đề ra ban đầu, trình bày những khó khăn và hạn chế của hệ thống, đưa ra hướng phát triển.
10 do an ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP CHƯƠNG 2: CƠ SƠ LÝ THUYẾT 2.1 GIỚI THIỆU VI ĐIỀU KHIỂN STM32F103C8T6 2.1 Sơ lược về STM32F103C8T6 Vi điều khiển STM32F103C8T6 là họ vi điều khiển 32 bit của hãng ST với 64- 128 Kb bộ nhớ Flash, USB 2.0 full-speed, CAN, 7 bộ Timer, 2 bộ ADC giao diện kết nối. MCU – STMicro STM32F103C8T6 ARM Cortex-M3 MCU tốc độ 72 MHz với 64 KB flash, 20 KB SRAM. Cổng USB để cấp nguồn và nạp chương trình. Có ra chân để debug.
Chân mở rộng là 20-pin với nguồn, I2C, SPI, GPIOs, ADC …Ngoài ra có nút reset và đèn báo nguồn. Ưu điểm của kit này là giá rẻ, phù hợp với túi tiền, tuy nhiên nhược điểm là nạp qua cổng USB nhiều lúc không ổn, không có mạch nạp ST-Link đi cùng nên cũng rất khó khăn để debug. Một số thông số cơ bản: Bảng 2. 1: Một vài thông số cơ bản STM32F103C8T6.
Vi điều khiển STM32F103C8T6 Điện áp hoạt động 5V DC (chỉ được cấp qua cổng USB) sẽ được chuyển đổi thành 3.3VDC qua IC nguồn và cấp cho Vi điều khiển chính. Tần số hoạt động 8Mhz Kích thước 53.24mm Các chuẩn giao tiếp CAN, I2C, SPI, UART, USB,. Thạch anh nội Tích hợp sẵn thạnh anh 32Khz cho các ứng dụng RTC Nhiệt độ hoạt động -40°C ~ 85°C Lõi arm ARM® Cortex®-M3 Standard Package 250 Bộ nhớ Flash 64KB (64K x 8) 11 do an ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Hình 2. 1: Board vi điều khiển STM32F103C8T6.
2: Board vi điều khiển STM32F103C8T6. 12 do an ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 2.2 Cấu hình chi tiết của STM32F103C8T6 ARM 32-bit Cortex M3 với clock max là 72Mhz. Bộ nhớ: - 64 kbytes bộ nhớ Flash (bộ nhớ lập trình). Clock, reset và quản lý nguồn: - Điện áp hoạt động 2.
- Power on reset(POR), Power down reset(PDR) và programmable voltage detector (PVD). - Sử dụng thạch anh ngoài từ 4Mhz -> 20Mhz. - Thạch anh nội dùng dao động RC ở mode 8Mhz hoặc 40khz. Trong trường hợp điện áp thấp: - Có các mode: ngủ, ngừng hoạt động hoặc hoạt động ở chế độ chờ.
- Cấp nguồn ở chân Vbat bằng pin để hoạt động bộ RTC và sử dụng lưu trữ data khi mất nguồn cấp chính. 2 bộ ADC 12 bit với 9 kênh cho mỗi bộ: - Khoảng giá trị chuyển đổi từ 0 – 3. - Lấy mẫu nhiều kênh hoặc 1 kênh. - Có cảm biến nhiệt độ nội.