Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế và thi công hệ thống quản lý nhà yến thông minh

Đồ án tốt nghiệp thiết kế và thi công hệ thống quản lý nhà yến thông minh. Giám sát và điều khiển nhiệt độ, độ ẩm, ánh sáng tự động qua điện thoại.

• Tác giả: Phạm Ngọc Thương
• Người hướng dẫn: ThS. Nguyễn Văn Hiệp
• Trường học: Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Kỹ Thuật Điện Tử Truyền Thông
• Đề tài: Thiết Kế Và Thi Công Hệ Thống Quản Lý Nhà Yến Tự Động
• Loại tài liệu: Đồ Án Tốt Nghiệp
• Năm xuất bản: 2021
• Địa điểm: Thành phố Hồ Chí Minh

Tóm tắt

I. Giới thiệu về hệ thống quản lý nhà yến tự động

Hệ thống quản lý nhà yến tự động là giải pháp công nghệ tiên tiến được thiết kế và thi công để tối ưu hóa môi trường sống và điều kiện sinh sản của chim yến. Đây là một công trình nghiên cứu quan trọng từ Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM, nhằm nâng cao năng suất và chất lượng tổ yến. Hệ thống tích hợp các cảm biến thông minh và thiết bị điều khiển tự động để duy trì những yếu tố ảnh hưởng tới sản lượng như nhiệt độ, độ ẩm, ánh sáng và không gian sống. Với sự phát triển của công nghệ IoT và lập trình nhúng, thiết kế hệ thống quản lý nhà yến không còn chỉ dựa vào kinh nghiệm thủ công mà đã trở thành một ngành công nghệ phát triển. Công trình này giúp nông dân và những người kinh doanh nuôi yến có thể kiểm soát toàn bộ quá trình quản lý thông qua ứng dụng di động và giao diện điều khiển.

1.1. Đặc điểm sinh học của loài chim yến

Loài chim yến có những đặc điểm sinh học đặc thù cần được hiểu rõ trước khi thiết kế hệ thống quản lý. Chim yến có chu kỳ sinh sản kéo dài từ 2-3 tháng, với mùa sinh sản từ tháng 1 đến tháng 8 hàng năm. Một cặp chim yến có thể sinh sản từ 2-3 lần trong năm, mỗi lần đẻ 1-2 quả trứng. Yếu tố môi trường như nhiệt độ (20-28°C), độ ẩm (70-85%), và ánh sáng đóng vai trò quan trọng trong đặc điểm phân bố và hiệu suất sinh sản của chúng.

1.2. Tầm quan trọng của tự động hóa trong nuôi yến

Tự động hóa hệ thống quản lý nhà yến giúp duy trì các điều kiện môi trường ổn định mà không cần sự can thiệp liên tục. Các thiết bị ngoại vi như quạt tản nhiệt, mạch phun sương, và đèn sưởi được điều khiển tự động dựa trên dữ liệu từ cảm biến nhiệt độ, độ ẩm DHT11 và cảm biến ánh sáng BH1750. Điều này không chỉ tiết kiệm công sức mà còn giảm tỷ lệ lỗi do yếu tố con người, nâng cao chất lượng tổ yến và sản lượng toàn bộ.

II. Các thành phần phần cứng của hệ thống

Hệ thống quản lý nhà yến tự động sử dụng một bộ phần cứng tiên tiến gồm các cảm biến thông minh và module điều khiển. Tâm của hệ thống là Module Doit ESP32 Devkit V1, một vi xử lý mạnh mẽ với khả năng kết nối Wi-Fi và Bluetooth. Hệ thống tích hợp cảm biến DHT11 để đo nhiệt độ và độ ẩm, cảm biến ánh sáng BH1750 FVI để kiểm soát chiếu sáng, và cảm biến hồng ngoại PIR HC-SR501 để phát hiện sự chuyển động. Ngoài ra, Module thời gian thực DS1307 cung cấp thông tin thời gian chính xác, trong khi Camera IP Ezviz C6N cho phép giám sát từ xa. Module 6 Relay 5VDC điều khiển các thiết bị ngoại vi như quạt tản nhiệt, mạch phun sương siêu âm, và đèn sưởi Halogen.

2.1. Các cảm biến trong hệ thống

Cảm biến nhiệt độ, độ ẩm DHT11 là linh kiện quan trọng để thi công hệ thống quản lý môi trường. Nó cung cấp dữ liệu chính xác về yếu tố ảnh hưởng đến sinh sản chim yến. Cảm biến ánh sáng BH1750 FVI đo cường độ ánh sáng để điều khiển hệ thống chiếu sáng tự động. Cảm biến hồng ngoại PIR phát hiện sự hiện diện của chim, kích hoạt các hành động phù hợp. Camera IP cung cấp giám sát trực tiếp và lưu trữ dữ liệu cho mục đích phân tích.

2.2. Module điều khiển và xử lý

Module Doit ESP32 Devkit V1 là bộ xử lý trung tâm của toàn hệ thống, xử lý tất cả tín hiệu từ cảm biến và điều khiển các thiết bị ngoại vi. Module thời gian thực DS1307 đảm bảo các tác vụ tự động diễn ra đúng thời gian. Hệ thống sử dụng giao tiếp I2C để kết nối các linh kiện, giúp giảm số lượng dây dẫn. Mạch chuyển đổi I2C cho LCD cho phép hiển thị dữ liệu trực tiếp. Module 6 Relay 5VDC cung cấp đủ kênh để điều khiển các thiết bị ngoại vi khác nhau.

III. Thiết kế và thi công hệ thống

Thiết kế hệ thống quản lý nhà yến tuân theo một quy trình khoa học bao gồm tính toán, sơ đồ nguyên lý, và thi công thực tế. Yêu cầu thiết kế bao gồm duy trì nhiệt độ ổn định (20-28°C), độ ẩm phù hợp (70-85%), và cung cấp ánh sáng đủ cho chim yến. Sơ đồ khối hệ thống minh họa mối quan hệ giữa các khối chức năng: khối cảm biến, khối xử lý, khối hiển thị và khối điều khiển. Thiết kế mạch in được thực hiện với độ chính xác cao, sau đó là thi công bo mạch và lắp ráp các linh kiện. Quá trình thi công mô hình bao gồm xây dựng khung chứa, lắp đặt các cảm biến tại vị trí tối ưu, và kết nối tất cả các thiết bị ngoại vi. Kiểm tra và hiệu chỉnh được thực hiện cẩn thận để đảm bảo hệ thống hoạt động chính xác.

3.1. Quy trình thi công mạch điện

Thiết kế mạch in sử dụng phần mềm CAD để tối ưu hóa bố trí linh kiện và giảm nhiễu. Thi công bo mạch bắt đầu bằng in thiết kế lên đồng, sau đó khắc gọc và tráng mạ. Lắp ráp các linh kiện được thực hiện tuần tự từ linh kiện nhỏ đến lớn, với kiểm tra điện trở và năng lượng giữa các bước. Cuối cùng, toàn bộ bo mạch được kiểm tra bằng các công cụ đo điện và thử nghiệm chức năng trước khi tích hợp.

3.2. Thi công mô hình và lắp ráp hệ thống

Thi công mô hình bao gồm xây dựng nhà yến thu nhỏ với yêu cầu xây dựng đáp ứng các tiêu chuẩn về kích thước và thông gió. Các cảm biến được lắp tại vị trí đại diện, Module Relay điều khiển thiết bị ngoại vi như quạt và mạch phun sương. Hệ thống được kiểm tra toàn diện để đảm bảo tất cả yếu tố ảnh hưởng được kiểm soát hiệu quả.

IV. Phần mềm và kết quả thực hiện

Phần mềm điều khiển hệ thống được lập trình bằng Arduino IDE, cho phép viết mã cho Module Doit ESP32 một cách dễ dàng. Hệ thống có hai chế độ hoạt động: chế độ bằng tay (sử dụng nút nhấn và LCD) và chế độ tự động (dựa trên các ngưỡng được cài đặt sẵn). Ứng dụng Blynk cung cấp giao diện người dùng thân thiện, cho phép điều khiển và giám sát hệ thống từ điện thoại ở bất kỳ nơi đâu. Kết quả thực hiện cho thấy hệ thống làm mát hoạt động ổn định duy trì nhiệt độ, hệ thống sưởi kích hoạt khi cần, hệ thống phun sương duy trì độ ẩm, và hệ thống chiếu sáng điều chỉnh theo thời gian biểu. Mô hình hoàn thiện chứng minh rằng thiết kế và thi công hệ thống quản lý nhà yến tự động có thể nâng cao chất lượng tổ yến và sản lượng một cách hiệu quả.

4.1. Phần mềm Arduino IDE và Blynk

Phần mềm Arduino IDE cho phép lập trình Module ESP32 với cú pháp C/C++ quen thuộc. Các thư viện hỗ trợ giao tiếp với cảm biến DHT11, BH1750, và DS1307 được tích hợp sẵn. Ứng dụng Blynk kết nối với Module qua Wi-Fi, cung cấp dashboard trực quan với các nút điều khiển, đồ thị dữ liệu và thông báo cảnh báo. Điều này cho phép quản lý hệ thống quản lý nhà yến từ xa một cách thuận tiện.

4.2. Kết quả và đánh giá hiệu suất

Kết quả thực hiện cho thấy hệ thống làm mát duy trì nhiệt độ trong phạm vi ±1°C, hệ thống sưởi phản ứng nhanh chóng, và hệ thống phun sương điều chỉnh độ ẩm hiệu quả. Các ưu điểm bao gồm tự động hóa hoàn toàn, giám sát từ xa, và tiết kiệm năng lượng. Những nhược điểm cần cải thiện bao gồm chi phí ban đầu cao và cần bảo trì định kỳ.

Trích đoạn nội dung tài liệu

đặt vấn đề, lý do chọn đề tài, mục tiêu, nội dung nghiên cứu các giới hạn thông số và bố cục đồ án. - Chương 2: Cơ sở lý thuyết - Chương này trình bày các lý thuyết có liên quan đến các vấn đề mà đề tài sẽ dùng để thiết kế và thi công cho đề tài. - Chương 3: Tính toán và Thiết kế - Chương này giới thiệu tổng quan về các yêu cầu của đề tài mà mình thiết kế và các tính toán, thiết kế gồm những phần nào như: Thiết kế sơ đồ khối hệ thống, sơ đồ nguyên lý toàn mạch, tính toán thiết kế mạch. - Chương 4: Thi công hệ thống - Chương này trình bày về quá trình vẽ mạch in lắp ráp các thiết bị, đo kiểm tra mạch, lắp ráp mô hình.

Thiết kế lưu đồ giải thuật cho chương trình và viết chương trình cho hệ thống. - Chương 5: Kết quả, Nhận xét, Đánh giá - Trình bày những kết quả đã đạt được mục tiêu đề ra sau quá trình nghiên cứu thi công. Từ đó đánh giá, quá trình hoàn thành được bao nhiêu phần trăm. - Chương 6: Kết luận và Hướng phát triển - Chương này trình bày về những kết quả mà đồ án đạt được, những hạn chế, từ đó rút ra kết luận và hướng phát triển để giải quyết các vấn đề còn tồn tại để đồ án hoàn thiện hơn.

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 2 CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT Chương 2.1 ĐẶC ĐIỂM SINH HỌC CỦA LOÀI CHIM YẾN 2.1 Đặc điểm hình thái Ở Việt Nam loài chim yến cho tổ ăn là loài chim hàng (Aerodramusfuciphagus), được phân thành hai phân loài Aerodramus Fuciphagus Germani - loài chim yến sống ở ngoài đảo tự nhiên và Aerodramus Fuciphagus Amechanus - loài chim yến sinh sống ở trong nhà. Chim yến nhà trưởng thành có khối lượng trung bình là 12,3- 13,0g. Lông chim phần trên thân có màu đen hơi nhạt, phần dưới có màu xám đen hoặc nâu đen, lông đuôi màu đen, móng chân màu hồng hoặc màu nâu đen.

Mắt màu nâu đen hạt nhãn. Mỏ màu đen có chiều dài 4,5mm, miệng rộng 6mm, đầu có chiều dài 24mm. Cánh của chim yến có chiều dài trung bình 93,30mm, lông đuôi có chiều dài trung bình 45,2mm.2 Đặc điểm phân bố Chim yến hàng phân bố nhiều ở các nước như: Indonesia, Malaysia, Việt Nam. Loài chim yến sống thành quần đàn, thích làm tổ từng cặp riêng rẽ, thích sống ở chỗ gần nước (sông, hồ, biển), kiếm ăn ở các đồng ruộng, rừng cây thấp.

Chim yến là loài chim bay lượn cao và bay xa đến hàng trăm km. Tại Việt Nam, chim yến phân bố ven biển từ Nghệ An đến Cà Mau và các tỉnh Đông Nam Bộ, Tây Nguyên.3 Nơi làm tổ Nơi có nhiệt độ trong nhà yến phù hợp nhất là từ 26 - 31°C, tuy nhiên tùy theo vùng miền, chim yến vẫn có thể chấp nhận sống trong điều kiện nhiệt độ trung bình không đồng đều trong các nhà yến. Về độ ẩm tốt nhất là 74 - 85%, số lượng cá thể chim yến làm tổ trong mùa sinh sản luôn cao và tương đối ổn định. Với môi trường độ ẩm cao hơn từ 89 - 92% sản lượng có thể giảm 15 - 18% và dễ gây hư hao cho các vật dụng trang thiết bị trong nhà yến.

Với độ ẩm thấp hơn 74% chim yến sẽ không vào làm tổ. Một yếu tố yêu cầu để nuôi chim yến trong nhà là điều kiện ánh sáng. Chúng chỉ cảm thấy an toàn trong điều kiện ánh sáng dưới 50 lux vào ban ngày và không bị ánh sáng mặt trời chiếu trực tiếp vào tổ. Ngoài ra, tần số âm thanh mà chim yến phát ra vào khoảng 1 - 16 KHz, tập trung nhất ở khoảng 2 - 5 KHz, nằm trong khoảng tai người nghe được.4 Vùng kiếm ăn Môi trường sống thích hợp để chim kiếm là vùng có côn trùng bay suốt cả năm.

Thông thường, chim rời tổ khoảng 5 giờ sáng về lại tổ lúc 18 giờ chiều. Chim bắt đầu kiếm ăn trên vùng cây thấp từ 6 - 10 giờ; trên vùng cây cao từ 10 - 14 giờ và trên vùng có mặt nước vào lúc 14 - 16 giờ. Mùa đông chim đi kiếm ăn muộn và trở về sớm, mùa hè đi sớm và trở về muộn hơn. BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 3 CHƯƠNG 2.5 Đặc điểm về sinh sản 2.1 Chu kỳ sinh sản của chim yến Trong nhà yến chim xây tổ khoảng 30 - 32 ngày để tạo thành các tổ có kích thước đủ để đẻ trứng.

Sau đó, chim dừng khoảng 8 - 11 ngày mới bắt đầu đẻ quả trứng đầu tiên. Tổ của chim yến được làm từ nước bọt và cả hai bố mẹ cùng làm tổ và nuôi con. Sau khi nở khoảng 41 - 51 ngày chim đủ khỏe mạnh và rời tổ. 1: Tổ chim yến 2.2 Mùa sinh sản Nhìn chung, mùa sinh sản phụ thuộc vào từng vùng, điều kiện khí hậu từng năm, nguồn thức ăn và có biên động theo vĩ độ của từng khu vực.

Tại Việt Nam, chim ở đảo làm tổ vào cuối tháng 12 đến tháng 3 năm sau, đẻ lần 1 vào cuối tháng 3 đến giữa tháng 5 (tùy vùng và tùy năm), trong đó 70% chim tập trung đẻ vào giữa tháng 4. Nếu bị khai thác lấy tổ thì tiếp tục làm tổ đến khoảng tháng 5 - 6; trong nhà yến, mùa sinh sản của cả đàn kéo dài và có tính chất rải rác quanh năm. Chim thường đẻ trứng trong khoảng thời gian từ 2h00 đến 4h00. Trứng chim yến có màu trắng, kích thước trung bình là 21,26mm  13,84mm trọng lượng 2,25g.

Chim bắt đầu ấp khi đẻ trứng đầu tiên, cả chim trống và chim mái thay phiên nhau ấp trứng và tiếp tục đẻ thêm trứng thứ 2. Thời gian đẻ của trứng thứ nhất và thứ hai cách nhau khoảng 1 đến 4 ngày. BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 4 CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT Hình 2.

2: Chu kỳ vòng đời chim yến 2.3 Số lần làm tổ và đẻ trứng trong năm Phụ thuộc vào phương pháp thu hoạch tổ, nếu sau khi chim làm tổ xong, chim chuẩn bị đẻ lần đầu, ta lấy tổ không cho chim ấp nở và nuôi chim con thì chim yến sẽ lập tức làm tổ lại, vì vậy chim có thể làm tổ nhiều lần. Tại Việt Nam, tỷ lệ chim yến đẻ trứng thường xuyên giao động từ 33 - 77%, vào tháng 5 tỷ lệ đẻ trứng đạt 60 - 65%. Trong tự nhiên: chim chỉ làm tổ và đẻ 2 lần/năm, nếu sau khi đẻ lần 1 để chim tự ấp nở nuôi con, thì có thể có 50 - 60% chim làm tổ và đẻ lại lần hai. Trong nhà yến: Mỗi chu kỳ sinh sản của chim khoảng 3 - 4 tháng.

Nếu xét về quần đàn thì chim yến nuôi trong nhà sinh sản quanh năm, vì các cá thể không thể sinh sản cùng lúc như chim yến ở đảo. Tuy vậy, cũng có những tháng tỷ lệ chim sinh sản cao hơn các tháng khác và tạo thành một số đỉnh trong năm.2 CÁC YẾU TỒ ẢNH HƯỞNG TỚI SẢN LƯỢNG VÀ CHẤT LƯỢNG TỔ YẾN 2.1 Địa thế xây dựng nhà Lựa chọn địa thế xây nhà phải theo dõi đời sống của chim, chứ không tùy thuộc vào ý muốn cùa con người. Ngôi nhà đó cần có các yêu cầu sau: - Vị trí xây nhà chim cũng phải gần đồng ruộng, bụi cỏ, rừng cây thấp, biển, sông, hồ. Những nơi này tạo điều kiện để chim tìm mồi dễ dàng, nhất là vào mùa mưa.

- Nhà phải được xây trong vùng có chim yến sinh sống, khu vực chim kiếm ăn, dưới đường chim bay. Ngôi nhà phải xây không cách xa trung tâm có yến (hang động hoặc nhà cỏ yến sinh sống) 5 - 8km, càng gần càng có cơ hội thành công. Nhà mới xây nên ở gần các nhà có năng xuất cao. BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 5 CHƯƠNG 2.

CƠ SỞ LÝ THUYẾT - Nhà không xây ở độ cao vượt quá mặt biển 1000m. Nếu độ cao trên một 1000m chim yến cũng sinh sống, làm tổ trong căn nhà đó, nhưng đa số sau khi đẻ, chim con bay đi tìm những căn nhà ở địa thế thấp hơn. Hiện nay người ta khuyến cáo là dưới 500m. - Địa điểm xây nhà phải là nơi không có nhiều hãng xưởng, nhà máy.

Ở những nơi đó các côn trùng làm nguồn thực phẩm cho chim thường sẽ bị tiêu diệt dần do đô thị hóa. - Nhà chim phải xây ở nơi tương đối an toàn tránh các loài dịch hại như chim quạ, đại bàng, chim cắt, … là những loài thích ăn thịt chim. Các loài chim săn mồi này sẽ làm chim yến sợ và sẽ tìm nơi khác an toàn hơn.2 Yêu cầu xây dựng đối với nhà nuôi chim yến Hình dáng căn nhà thường giống một cái kho lớn. Tuy nhiên, tùỵ theo điều kiện của miếng đất hình dáng nhà có thể có nhiều kiểu khác nhau, có thể là hình khối ống, hoặc hình khối chữ nhật có bề ngang rộng.

Kích thước từ 10  15m đến 10  20m, tức mặt bằng khoảng 150 - 200m2. Nhà chim có thể to hoặc nhỏ hơn chút ít, nhưng phải tìm cách để tăng sức chứa chim ở trong phòng, như chia nhà thành một số tầng (có thể 3 - 5 tầng). Diện tích khoảng 200m2 bình quân yến lảm 54 tổ/m2/năm, 500m2 mật độ tổ bình quân 163 tổ/m2/năm, diện tích nhỏ hơn 80m2 đều cho sản lượng thấp. Độ cao của tường ít nhất 5.5 - 6m, căn nhà chim càng cao càng tốt.

Nhà có độ cao sẽ tiện cho việc chia thành tầng và phòng, giúp điều hoà không khí, giữ được nhiệt độ và độ ẩm trong nhà. Độ dày tường và vật liệu xây tường: vữa xây tường là cát, vôi và xi măng. Các vật liệu này được trộn theo tỷ lệ 3: 2: 1. Tường bê tông dày 20 - 25cm, dày hơn càng tốt.

Trong các vùng nóng để giảm nhiệt độ của nhà chim có thể xây gạch 2 lớp, ở giữa 2 lớp gạch cách nhau một khoảng không 5cm, điều này sẽ tạo ra một lớp đệm không khí giúp giảm nhiệt độ (hoặc cách nhiệt bằng mút xốp). Mặt ngoài và trong của tường phải phủ một lớp vữa, nhất là mặt ngoài phải phủ xi măng làm cho trơn láng để tránh các con vật khác (như chuột, mèo, kiến.) vào nhà chim, mặt trong có thể chỉ trát vữa. Cửa ra vào cho chim phải đặt ở phía trên cao để không bị cản trở lúc chim bay ra bay vào. Kích thước lỗ cửa có thể là 30  20cm hoặc 45  30cm.

Tuy nhiên rộng hơn càng tốt, vì điều ấy có thể hấp dẫn chim vào nhà yến.