ĐẶT VẤN ĐỀ Ngày nay, xã hội ngày càng phát triển m nh mẽ, kỹ thuật ngày càng hiện đ i nên nhu cầu về trao đổi thông tin giải trí, nhu cầu về điều khiển các thiết bị từ xa ngày càng cao. Và những hệ thống dây cáp phức t p l i không thể đáp ứng nhu cầu này. Vì vậy công nghệ không dây đã ra đời và phát triển m nh mẽ, t o rất nhiều thuận lợi cho con ngƣời trong đời sống hằng ngày. Hiện nay, việc đƣa máy móc, công nghệ hiện đ i vào sản suất nông nghiệp trên thế giới rất phổ biến, đặt biệt là các nƣớc phát triển Tuy nhiên, so với thế giới ngành nông nghiệp nƣớc ta còn khá l c hậu, trong đó có chăn nuôi, mô hình sản xuất nhỏ lẻ, ít ứng dụng khoa học, công nghệ hiện đ i vào sản xuất, dẫn đến năng suất thấp, chất lƣợng kém.
Chính vì vậy, nhằm góp phần đƣa công nghệ kĩ thuật áp dụng vào chăn nuôi trong nƣớc nhiều hơn, ứng dụng đƣợc thực tế hơn nên nhóm đã quyết định làm đề tài: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MÔ HÌNH HỆ THỐNG VÀ QUẢN LÝ TRANG TRẠI HEO. Ở những đề tài trƣớc chỉ dừng l i ở việc quản lí vật nuôi nhờ vào RFID mà chƣa kết hợp đƣợc việc quản lí và chăn nuôi. Đối với đề tài này, nhóm sẽ kết hợp giữa quản lí và chăn nuôi, đồng thời sử dụng điện tho i để quản lí từ xa, từ đó có thể xử lý các trục trặc, sự cố.2 MỤC TIÊU CỦA ĐỀ TÀI Thiết kế, thi công đƣợc mô hình quản lí trang tr i nuôi heo gồm các mục tiêu cụ thể: Thiết kế, thi công đƣợc phần cứng của m ch điều khiển. Viết đƣợc phần mềm điều khiển arduino mega 2560, điều khiển hệ thống cho ăn, uống tự động, điều khiển đƣợc hệ thống tắm, dọn vệ sinh tự động, điều khiển đƣợc hệ thống làm mát tự động cho heo, mái che cho chuồng tr i.
Viết đƣợc phần mềm giao tiếp giữa arduino mega 2560 và máy tính, điện tho i. Viết đƣợc phần mềm C# quản lí thông tin của heo. Viết đƣợc ứng dụng android nhận thông tin và cảnh báo của trang tr i heo. 1 BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP Y SINH CHƢƠNG 1.3 NỘI DUNG THỰC HIỆN Nội dung 1: Giao tiếp Module ESP-12 8266 với Arduino Mega 2560.
Nội dung 2: Lƣu thông tin trên thẻ Tag của Module RFID, thiết lập giao diện C# trên Visual Studio. Nội dung 3: Điều khiển các thiết bị theo cảm biến và thời gian thực. Nội dung 4: Thiết kế và lập trình ứng dụng trên Android Studio và điều khiển thiết bị qua điện tho i. Nội dung 5: Hiển thị thông tin trên web FireBase.
Nội dung 6: Thiết kế mô hình sản phẩm. Nội dung 7: Đánh giá kết quả thực hiện.4 GIỚI HẠN CỦA ĐỀ TÀI Sử dụng vi điều khiển arduino mega 2560 để điều khiển. Chỉ thiết kế mô hình giám sát nhỏ trong trang tr i nuôi heo. Chỉ sử dụng động cơ DC để điều khiển mái che, để mô phỏng mô hình trang tr i.
Chỉ sử dụng động cơ bƣớc, đông cơ DC để điều khiển hệ thống cho ăn, uống tự động phù hợp mô hình nhỏ. Chỉ có thể giám sát trang tr i bằng thời gian thực, điện tho i thông qua phần mềm Android Studio. Chỉ sử dụng điều khiển các hệ thống cho ăn, uống, dọn vệ sinh, tắm rửa, làm mát và mái che một cách tự động cho trang tr i quy mô nhỏ, số lƣợng 5 con.5 BỐ CỤC ĐỒ ÁN Chƣơng 1: Tổng Quan. Chƣơng 2: Cơ Sở Lý Thuyết.
Chƣơng 3: Tính Toán Và Thiết Kế Hệ Thống. Chƣơng 4: Thi Công Hệ Thống. Chƣơng 5: Kết Quả, Nhận Xét, Đánh Giá. Chƣơng 6: Kết Luận và Hƣớng Phát Triển.
Chƣơng 1: Tổng Quan. 2 BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP Y SINH CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN Chƣơng này trình bày vấn đề dẫn nhập, lý do chọn đề tài, mục tiêu, nội dung nghiên cứu, các giới h n và bố cục đồ án. Chƣơng 2: Cơ Sở Lý Thuyết.
Giới thiệu các linh kiện, thiết bị sử dụng thiết kế hệ thống, các chuẩn truyền, giao thức. Chƣơng 3: Tính Toán Và Thiết Kế Hệ Thống. Tính toán thiết kế, đƣa ra sơ đồ nguyên lí của hệ thống. Chƣơng 4: Thiết Kế Hệ Thống.
Thiết kế hệ thống, lƣu đồ, đƣa ra giải thuật và chƣơng trình. Chƣơng 5: Kết Quả, Nhận Xét, Đánh Giá. Đƣa ra kết quả đ t đƣợc sau một thời gian nghiên cứu, một số hình ảnh của hệ thống, đƣa ra những nhận xét, đánh giá toàn bộ hệ thống. Chƣơng 6: Kết Luận và Hƣớng Phát Triển.
Trình bày những kết luận về hệ thống những phần làm rồi và chƣa làm, đồng thời nếu ra hƣớng phát triển cho hệ thống. 3 BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP Y SINH CHƢƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT CHƢƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 QUY TRÌNH HOẠT ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG M ch đƣợc điều khiển bởi Module Arduino Mega 2560 đóng vai trò điều khiển trung tâm, Arduino điều khiển tiếp nhận giao tiếp với các module khác trong đề tài nhƣ: Module RFID MFRC522, WifiEsp V1, Cảm biến mƣa, Cảm biến siêu âm, Cảm biến cân nặng, Module L298, Động cơ DC, LCD 20x4, Cảm biến nhiệt độ. Sự kết hợp của các thiết bị sẽ t o nên một hệ thống quản lý heo một cách tốt nhất, hiện đ i hơn.2 GIỚI THIỆU PHẦN CỨNG 2.1 TỔNG QUAN ARDUINO MEGA 2560 a.
Giới thiệu Board Arduino Mega. [7] Arduino Mega2560 là một vi điều khiển bằng cách sử dụng ATmega2560. Arduino Mega2560 khác với tất cả các vi xử lý trƣớc giờ vì không sử dụng FTDI chip điều khiển chuyển tín hiệu từ USB để xử lý. Thay vào đó, nó sử dụng ATmega16U2 lập trình nhƣ là một công cụ chuyển đổi tín hiệu từ USB.
Ngoài ra, Arduino Mega2560 cơ bản vẫn giống Arduino Uno R3, chỉ khác số lƣợng chân và nhiều tính năng m nh mẽ hơn, nên các b n vẫn có thể lập trình cho con vi điều khiển này bằng chƣơng trình lập trình cho Arduino Uno R3. Hình 2-1: Board Arduino Mega 2560. Thông số kỹ thuật: 4 BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP Y SINH CHƢƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT Vi điều khiển chính: ATmega2560.
IC n p và giao tiếp UART: ATmega16U2. Nguồn nuôi m ch: 5VDC từ cổng USB hoặc nguồn ngoài cắm từ giắc tròn DC (khuyên dùng 7-9VDC để đảm bảo m ch ho t động tốt. Nếu b n cắm 12V thì IC. ổn áp rất d chết và gây hƣ hỏng m ch).
Số chân Digital : 54 (có 15 chân PWM). Số chân Analog: 16. Giao tiếp UART: 4 bộ UART. Giao tiếp SPI: 1 bộ (chân 50 đến 53) dùng với thƣ viện SPI của Arduino.
Giao tiếp I2C: 1 bộ. Ngắt ngoài: 6 chân. Bộ nhớ Flash: 256 KB, 8KB sử dụng cho Bootloader. Xung clock: 16 MHz.2 GIỚI THIỆU LCD 20x4 a.
Giới thiệu về màn hình LCD 20x4. [4] Ở các phần giao tiếp với led 7 đo n có h n chế vì chỉ hiển thị đƣợc các số từ 0 đến 9 hoặc số hex từ 0 đến F – không thể nào hiển thị đƣợc các thông tin kí tự khác nhƣng chúng sẽ đƣợc hiển thị đầy đủ trên LCD có rất nhiều d ng phân biệt theo kích thƣớc từ vài kí tự đến hàng chục kí tự từ 1 hàng đến vài chục hàng vì vậy để cho thuận tiện cho việc hiển thị nên chúng ta sử dụng LCD. Ở đây chúng ta sử dụng LCD 20x4 có nghĩa là có 4 hàng, mỗi hàng có 20 kí tự. Màn hình LCD 20x4 sử dụng IC Driver HD44780.
Hỗ trợ giao tiếp dữ liệu 4bits và 8bit có khả năng hiển thị 4 dòng mỗi dòng 20 ký tự màn hình có độ bền cao màn hình LCD 20x4 bao gồm bộ điểu khiển và các vùng nhớ. Cấu tạo màn hình LCD 20x4 Đƣợc cấu t o gồm 14 chân: Các chân cấp nguồn Chân số 1 là chân nối mass(0V), chân thứ 2 là chân VDD nối với nguồn 5V. Chân thứ 3 thƣờng đƣợc nối với contrast thƣờng nối với biến trở. Các chân điều khiển chân số 4 là chân RS dùng để điều khiển lựa chọn thanh ghi Chân RW dùng để quá trình đọc và ghi Chân E là chân cho phép 5 BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP Y SINH CHƢƠNG 2.
CƠ SỞ LÝ THUYẾT các chân dữ liệu D7-D0: Chân số 7 đến chân số 14 là 8 chân dùng để trao đổi giữa thiết bị và LCD. Hình 2-2: Màn hình LCD 20x4. Chức năng và thông số hoạt động của LCD 20x4 Bảng 2-1: Chức năng của các chân màn hình LCD 20x4 STT TÊN CẤU CHỨC NĂNG CHÂN HÌNH 1 VSS Power GND 2 VDD Power +5V 3 VO analog Contrast Control 4 RS Input RS=0 chọn thanh ghi lệnh RS=1chọn thanh ghi giữ liệu 5 RW Input RW=0 thanh ghi viết RW=1 thanh ghi đọc 6 E Input Cho phép 7 D0 8 D1 9 D2 Chân truyền dữ liệu 10 D3 I/0 6 BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP Y SINH CHƢƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT 11 D4 12 D5 13 D6 14 D7 Các thông số hoạt động và giới hạn: - Có 3 vùng nhớ nội bộ: Bộ nhớ DDRAM Bộ nhớ phát ký tự ROM- CGROM bộ nhớ phát ký tự RAM-CGRAM - Khả năng hiển thị 20 ký tự mỗi hàng gồm 4 dòng.
- Giao tiếp 4bits hoặc 8bits.3 GIỚI THIỆU MODULE RFID MFRC522 a. Tổng quan về Module MFRC522 [7] Module RFID MFRC522 với mức giá rẻ và thiết kế nhỏ gọn module này là sự lựa chọn hàng đầu cho các ứng dụng về đọc ghi thẻ RFID.Module MFRC522 đƣợc sử dụng trong đồ án với mục đích kiểm soát đóng mở cửa bằng giao thức giữa thẻ Tag và Module MFRC522, đƣợc kết nối ới Arduino UNO. Thẻ Tag giao tiếp với Module MFRC522 đƣợc chấp nhận (là thẻ đúng), Module sẽ chuyển thông tin sang Arduino xử lý thực hiện tác vụ yêu cầu đã lập trình sẵn (ở đây là đóng mở cửa). Đầu đọc MFRC522 sử dụng IC MFRC522 của Philip dùng để đọc và ghi dữ liệu cho thẻ NFC tần số 13.
Hình 2-3: Module RFID. 7 BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP Y SINH Hình 2-4: Sơ đồ chân RFID. Chức năng chân và thông số kỹ thuật Tần số hoạt động: Tần số ho t động là tần số điện từ mà thẻ tag dùng để giao tiếp hoặc thu đƣợc năng lƣợng. Phổ điện từ mà RFID thƣờng ho t động là tần số thấp (LF), tần số cao (HF), siêu cao tần (UHF) và vi sóng (Microwave).
Vì hệ thống RFID truyền đi bằng sóng điện từ, chúng cũng đƣợc điều chỉnh nhƣ thiết bị radio.