Đang tải... (xem toàn văn)
Nền nông nghiệp của nước ta là nền nông nghiệp vẫn còn lạc hậu cũng như chưa có nhiều ứng dụng khoa học kĩ thuật được áp dụng vào thực tế. Rất nhiều quy trình kĩ thuật trồng trọt, chăm sóc được tiến hành một cách chủ quan và không đảm bảo được đúng yêu cầu. Có thể nói trong nông học ngoài những kĩ thuật trồng trọt, chăm sóc thì tưới nước là một trong các khâu quan trọng nhất trong trồng trọt, để đảm bảo cây sinh trưởng và phát triển bình thường, tưới đúng và tưới đủ theo yêu cầu nông học của cây trồng sẽ không sinh sâu bệnh, hạn chế thuốc trừ sâu cho sản phẩm an toàn, đạt năng suất, hiệu quả cao. Mặt khác hiện nay nước ta đang trong giai đoạn công nghiệp hóa, hiện đại hóa các thiết bị máy móc tự động được đưa vào phục vụ thay thế sức lao động của con người. Vì vậy nhóm chúng em đã thực hiện đề tài đó là thiết kế vườn thông minh.
BỘ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ -⸙∆⸙ - MÔN HỌC: THỰC TẬP THỰC TẬP THIẾT KẾ HỆ THỐNG NHÚNG TRONG CÔNG NGHIỆP ĐỀ TÀI: HỆ THỐNG VƯỜN THÔNG MINH GVHD: Ths Nguyễn Thanh Nghĩa SVTH: Lê Đinh Hưng: 19161243 Nguyễn Như Nghĩa: 19161266 Tp Hồ Chí Minh tháng năm Mục lục Mục lục i Danh sách hình ảnh .iii Danh sách bảng iv Chương TỔNG QUAN 1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ .1 1.2 MỤC TIÊU 1.3 NỘi DUNG NGHIÊN CỨU 1.4 GIỚI HẠN .1 Chương 2.1 CƠ SỞ LÝ THUYẾT .1 NGÔN NGỮ PYTHON .1 2.1.1 LỊCH SỬ VỀ PYTHON 2.1.2 TÍNH NĂNG CỦA PYTHON .2 2.1.3 LỢI ÍCH CỦA VIỆC SỬ DỤNG NGÔN NGỮ PYTHON .3 2.2 TỔNG QUAN VỀ SENSOR .4 2.2.1 KHÁI NIỆM SENSOR 2.2.2 PHÂN LOẠI SENSOR Chương TÍNH TỐN, THIẾT KẾ VÀ THI CƠNG 3.1 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG 3.1.1 GIỚI THIỆU VỀ KIT RASPBERRY PI4 .8 3.1.2 ĐẶC TRƯNG CỦA RASPBERRY PI4 3.1.3 CẢM BIẾN ĐO ĐỘ ẨM ĐẤT 11 3.1.4 CẢM BIẾN MƯA 12 3.1.5 MÀN HÌNH LCD 16X2 13 3.2 SƠ ĐỒ KHỐI .15 3.3 CODE PYTHON VÀ THIẾT KẾ APP ĐIỀU KHIỂN 15 3.3.1 CODE PYTHON 15 3.3.2 THIẾT KẾ APP ĐIỀU KHIỂN THÔNG QUA MQTT DASHBOARD 22 3.4 SƠ ĐỒ KẾT NỐI PHẦN CỨNG .26 Chương KẾT QUẢ THỰC HIỆN 28 4.1 Quá trình thực đề tài 28 4.2 Kết 30 Khảo sát hoạt động hệ thống: 30 TÀI LIỆU THAM KHẢO 33 i Danh sách hình ản Hình 2.1 Các loại sensor thơng dụng .4 Hình 3.1 Kit Raspberry pi4 Hình 3.2 Sơ đồ SPIO Raspberry Pi4 11 Hình 3.3: SOIL MOISTURE SENSOR .12 Hình 3.4: RAIN SENSOR 13 Hình 3.5: LCD 16x2 14 Hình 3.6 Sơ đồ khối hệ thống vườn thông minh 15 Hình 4.1 Viết code mơ thử hệ thống .28 Hình 4.2 Mua kết nối linh kiện 28 Hình 4.3 Xây dựng app 29 ii Danh sách bảng Bảng 2.1 Các phiên Python phát hành Bảng 2.2 Chuyển đổi đáp ứng kích thích Bảng 2.3 Phân loại theo dạng kích thích Bảng 2.4 Cảm biển thụ động Bảng 2.5 Cảm biến tích cực Bảng 3.1: Thông tin ngày phát hành, hình thức kích thước phiên Pi.8 iii Chương TỔNG QUAN 1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ Nền nông nghiệp nước ta nông nghiệp cịn lạc hậu chưa có nhiều ứng dụng khoa học kĩ thuật áp dụng vào thực tế Rất nhiều quy trình kĩ thuật trồng trọt, chăm sóc tiến hành cách chủ quan khơng đảm bảo yêu cầu Có thể nói nơng học ngồi kĩ thuật trồng trọt, chăm sóc tưới nước khâu quan trọng trồng trọt, để đảm bảo sinh trưởng phát triển bình thường, tưới tưới đủ theo yêu cầu nông học trồng không sinh sâu bệnh, hạn chế thuốc trừ sâu cho sản phẩm an toàn, đạt suất, hiệu cao Mặt khác nước ta giai đoạn công nghiệp hóa, đại hóa thiết bị máy móc tự động đưa vào phục vụ thay sức lao động người Vì nhóm chúng em thực đề tài thiết kế vườn thông minh 1.2 MỤC TIÊU - Hiểu nguyên lý hoạt động loại cảm biến - Hiểu cách kết nối điều khiển module thông qua kit Raspberry - Biết vận dụng ngôn ngữ Python để lập trình nhúng - Sản phẩm phải thỏa mãn yêu cầu đặt như: mưa motor không hoạt động, độ ẩm cao motor không hoạt động,… 1.3 NỘi DUNG NGHIÊN CỨU - Chương 2: Cơ sở lý thuyết - Chương 3: Tính tốn thiết kế thi công 1.4 GIỚI HẠN + Không thể tự điều chỉnh độ ẩm để thực tưới nước theo nhu cầu giống trồng + Đề tài nhận vào tín hiệu Digital mà chưa tối ưu việc nhận tín hiệu Analog để thực nhiệm vụ quan trọng đo nồng độ PH, + Mơ hình vườn thơng minh cịn đơn giản, cần phải tối ưu Chương CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 NGÔN NGỮ PYTHON 2.1.1 LỊCH SỬ VỀ PYTHON Python ngôn ngữ cũ tạo Guido Van Rossum Thiết kế bắt đầu vào cuối năm 1980 phát hành lần vào tháng năm 1991 Vào cuối năm 1980, Guido Van Rossum làm việc Amoeba, phân phối nhóm hệ điều hành Ơng muốn sử dụng ngơn ngữ thơng dịch ABC (ABC có cú pháp dễ hiểu) để truy cập vào gọi hệ thống Amoeba Vì vậy, ơng định tạo ngơn ngữ mở rộng Điều dẫn đến thiết kế ngơn ngữ mới, Python sau này.\ Bảng 2.1Các phiên Python phát hành Phiên Python 1.0 (bản phát hành chuẩn đầu tiên) Ngày phát hành 01/1994 Python 1.6 (Phiên 1.x cuối cùng) 05/09/2000 Python 2.0 (Giới thiệu list comprehension) 16/10/2000 Python 2.7 (Phiên 2.x cuối cùng) 03/07/2010 Python 3.0 (Loại bỏ cấu trúc mô-đun trùng lặp) 03/12/2008 Python 3.8.5 (Bản tính đến thời điểm cập nhật bài) 20/07/2020 2.1.2 TÍNH NĂNG CỦA PYTHON Ngơn ngữ lập trình đơn giản, dễ học: Python có cú pháp đơn giản, rõ ràng Nó dễ đọc viết nhiều so sánh với ngơn ngữ lập trình khác C++, Java, C# Python làm cho việc lập trình trở nên thú vị, cho phép bạn tập trung vào giải pháp khơng phải cú pháp Miễn phí, mã nguồn mở: Bạn tự sử dụng phân phối Python, chí dùng cho mục đích thương mại Vì mã nguồn mở, bạn khơng sử dụng phần mềm, chương trình viết Python mà cịn thay đổi mã nguồn Python có cộng đồng rộng lớn, khơng ngừng cải thiện lần cập nhật Khả di chuyển: Các chương trình Python di chuyển từ tảng sang tảng khác chạy mà khơng có thay đổi Nó chạy liền mạch hầu hết tất tảng Windows, macOS, Linux Khả mở rộng nhúng: Giả sử ứng dụng địi hỏi phức tạp lớn, bạn dễ dàng kết hợp phần code C, C++ ngơn ngữ khác (có thể gọi từ C) vào code Python Điều cung cấp cho ứng dụng bạn tính tốt khả scripting mà ngơn ngữ lập trình khác khó làm Thư viện tiêu chuẩn lớn để giải tác vụ phổ biến: Python có số lượng lớn thư viện tiêu chuẩn giúp cho cơng việc lập trình bạn trở nên dễ thở nhiều, đơn giản khơng phải tự viết tất code 2.1.3 LỢI ÍCH CỦA VIỆC SỬ DỤNG NGƠN NGỮ PYTHON Cú pháp đơn giản: Lập trình Python thú vị Nó dễ dàng để hiểu code Python Tại sao? Cú pháp Python giống với ngơn ngữ tự nhiên, ví dụ đoạn code đây: a = b = sum = a + b print(sum) Ngay chưa lập trình bao giờ, bạn dễ dàng đoán đoạn code thêm vào hai số a, b, tính tổng in tổng chúng Không khắt khe: Bạn không cần xác định kiểu biến Python, không cần thêm dấu chấm phẩy vào cuối câu lệnh Python buộc bạn tuân theo tập có sẵn (như dẫn đúng) Điều nhỏ nhặt giúp cho việc học Python dễ dàng với người nhiều Viết code hơn: Python cho phép viết chương trình có nhiều chức tốt với dịng code Bạn tham khảo mã nguồn game Tic-tac-toe (pastebin.com/7LTkj2V5) với giao diện đồ họa đối thủ máy tính thơng minh mà chưa đến 500 dòng code Đây ví dụ Bạn ngạc nhiên mà Python làm tìm hiểu sâu Cộng đồng lớn, hỗ trợ tốt: Python có cộng đồng hỗ trợ rộng lớn, có nhiều diễn đàn hoạt động trực tuyến giúp bạn bị mắc kẹt với vấn đề Python: 2.2 TỔNG QUAN VỀ SENSOR 2.2.1 KHÁI NIỆM SENSOR Sensor (hay cảm biến) thiết bị cảm nhận, biến đổi đại lượng vật lý đại lượng khơng có tính chất điện cần đo thành đại lượng đo xử lý Các đại lượng đo thường khơng có tính chất điện(như nhiệt độ, áp suất, trọng lượng, ) tác động lên cảm biến cho ta đại lượng đặc trưng mang tính chất điện như(điện tích, điện áp, dịng điện hay trở kháng) chứa đựng thông tin cho phép xác định giá trị đại lượng cần đo Hình 2.1 Các loại sensor thông dụng 2.2.2 PHÂN LOẠI SENSOR Các cảm biến phân loại theo đặc trưng sau đây: + Theo nguyên lý chuyển đổi đáp ứng kích thích Bảng 2.2 Chuyển đổi đáp ứng kích thích Hiện tượng Vật lý Chuyển đổi đáp ứng kích thích Nhiệt điện, quang điện, quang từ, điện từ, quang đàn Hóa học Sinh học hồi, từ điện, nhiệt từ Biến đổi hóa học, biến đổi điện hóa, phân tích phổ Biến đổi sinh hóa, biến đổi vật lý, hiệu ứng thể sống + Phân loại theo dạng kích thích Bảng 2.3 Phân loại theo dạng kích thích Âm Điện Biên pha, phân cực, phổ, tốc độ truyền sóng Điện tích, dịng điện, điện thế, điện áp, điện trường, điện Từ Quang dẫn, số điện môi Từ trường, từ thông, cường độ điện trường, độ từ thẩm Biên, pha, phân cực, phổ, tốc độ truyền, hệ số phát xạ, Cơ khúc xạ, hệ số hấp thụ, hệ số xạ Vị trí, lực, áp suất, gia tốc, vận tốc, ứng suất, độ cứng, Nhiệt Bức xạ moment, khối lượng tỷ trọng, vận tốc chất lưu, độ nhớt Nhiệt dộ, thông lượng, nhiệt dung, tỉ nhiệt Kiểu, lượng, cường độ + Phân loại theo phạm vi sử dụng Khả tải Tốc độ đáp ứng Độ ổn định Tuổi thọ Điều kiện lựa chọn Kích thước, trọng lượng + Phân loại theo tính Độ nhạy Độ xác Độ phân giải Độ chọn lọc Độ tuyến tính Cơng suất tiêu thụ Dải tần Độ trễ + Phân loại theo lĩnh vực ứng dụng Công nghiệp Nghiên cứu khoa học Mơi trường , khí tượng Thông tin, viễn thông Nông nghiệp Dân dụng Vũ trụ Quân Y học + Phân loại theo thơng số mơ hình mạch thay Cảm biến tích cực đầu nguồn áp, nguồn dòng (NPN, PNP) Cảm biến thụ động đặc trưng bời thông số R, L, C, M, tuyến tính phi tuyến Đường cong chuẩn cảm biến đường cong biểu diễn phụ thuộc vào đại lượng điện (S) đầu cảm biến vào giá trị đại lượng cần đo (M) đầu vào + Cảm biến thụ động cảm biến tích cực Bảng 2.4 Cảm biến thụ động Đại lượng Nhiệt độ Thông số biến đổi Điện trở suất Vật liệu làm cảm biến Kim loại, platine, Nickel, đồng, chất bán dẫn, thủy Điện trở suất, độ từ thẩm tinh Hợp kim nickel silic Vị trí Từ thông xạ Điện trở suất Điện trở suất mạ, hợp kim sắt từ Từ trở Bán dẫn quang Độ ẩm Điên trở suất, số Hợp kim polimere Mức điện môi Hằng số điện môi Cách điện lỏng Hiệu ứng sử dụng Áp điện Nhiệt điện Cảm ứng điện từ Hiệu ứng Hall Hóa quang Tín hiệu Điện tích Điện áp Điện áp Điện áp Điện tích Phát xạ quang Dòng điện Hiệu ứng quang thấp Điện áp Hiệu ứng quang điện từ Điện áp Biến dạng Bảng 2.5 Cảm biến tích cực Đại lượng vật lý cần đo Lực, áp suất, gia tốc Nhiệt độ Tốc độ (Vận tốc) Vị trí Từ thơng, xạ quang