Đang tải... (xem toàn văn)
XÂY DỰNG MÔ HÌNH HỆ THỐNG, TRANG TRẠI THÔNG MINH, KIỂM NGHIỆM HỆ THỐNG
LỜI NÓI ĐẦU Ngày với phát triển không ngừng khoa học kỹ thuật, điện tử phát triển mạnh mẽ, không riêng nghành cơng nghiệp mà nghành chăn nuôi Những ứng dụng khoa học kĩ thuật áp dụng vào để tạo nên mơ hình phát triển chăn nuôi công nghệ cao nước ta, giúp nghành chăn nuôi bắt kịp với xu mà cách mạng 4.0 diễn Một lĩnh vực phát triển ứng dụng vi điều khiển Arduino Do gia đình hộ chăn nuôi lâu năm với nhu cầu muốn cải tiến áp dụng công nghệ vào chăn nuôi nên em lựa chọn đề tài chăn nuôi công nghệ cao Dưới hướng dẫn Thầy Trần Văn Dũng, em định thực đề tài: “Xây dựng mơ hình hệ thống trang trại thơng minh” Sau thời gian nỗ lực nghiên cứu, dẫn nhiệt tình thầy Trần Văn Dũng, em hoàn thành đề tài chọn Báo cáo gồm chương: Chương 1: Cơ sở lý thuyết Chương 2: Xây đựng mơ hình hệ thống trang trại thông minh Chương 3: Kiểm nghiệm hệ thống Dưới Bài tiểu luận báo cáo kết nghiên cứu em, nổ lực q trình thực đề tài nhiều thiếu sót, em mong giúp đỡ Thầy để em hồn thiện áp dụng vào thực tế Em xin gửi lời cảm ơn đến Thầy Trần Văn Dũng giúp đỡ em nhiều trình thực đề tài, em xin chân thành cảm ơn CHƯƠNG 1: CƠ SƠ LÝ THUYẾT 1.1 Tổng quan mơ hình hệ thống trang trại thơng minh 1.1.1 Hệ thống làm mát tự động cho chuồng trại a) Những lý để làm hệ thống làm mát tự động cho chuồng trại - Do nhu cầu ổn định nhiệt độ - Do nhu cầu phòng ngừa dịch bệnh - Do nhu cầu suất hiệu - Do nhu cầu mặt quản lý b) Nguyên lý hoạt động hệ thống làm mát tự động Hình 1.1 Nguyên lý hoạt động hệ thống Một đầu đặt hệ thống quạt hút, đầu để thơng gió với mơi trường bên ngồi Khi quạt hút hoạt động, khơng khí chuồng rút khơng khí tràn vào, khơng khí di chuyển từ đầu đến cuối chuồng ni tạo mơi trường mát mẻ c) Mục đích vệc lưu thơng khơng khí - Cung cấp đủ lượng oxy cho vật ni - Phân bố khơng khí đồng chuồng nuôi - Điều khiển nhiệt độ theo ý muốn - Loại thải NH3, CO2 bụi bẩn ngồi - Giúp vật ni điều khiện thoải mái - Giảm tỉ lệ hao hụt bệnh tật d) Khảo sát hệ thống làm mát chuồng trại thực tế Một số hệ thống làm mát cũ Khơng khí chuồng lưu thơng tự nhiên, sử dụng quạt làm mát bình thường Hình 1.2: Mơ hình trại gà cũ Hình 1.3: Mơ hình trại lợn cũ Đặc điểm mơ hình cũ: - Hiệu thấp - Mật độ ni - Khó quản lý mặt môi trường - Rủi ro, hao hụt cao Một số hệ thống làm mát Mơ hình hệ thống làm mát thiết kế với đầu đặt hệ thống quạt hút, đầu đặt hệ thống làm mát làm ướt bơm nước Khi quạt hút hoạt động, khơng khí chuồng rút khơng khí tràn vào thơng qua làm mát, khơng khí qua làm mát giảm nhiệt , khơng khí di chuyển từ đầu đến cuối chuồng nuôi tạo môi trường mát mẻ Trại lợn áp dụng hệ thống làm mát tự động, hệ thống giúp giảm nhiệt độ chuồng ni phù hợp với vật ni Hình 1.4: Mơ hình hệ thống làm mát trại lợn Trại gà áp dụng mơ hình làm mát Hình 1.5: Mơ hình hệ thống làm mát trại gà Đặc điểm mơ hình : - Hiệu cao - Mật độ nuôi nhiều - Dễ quản lý mặt môi trường - Hạn chế rủi ro, giảm hao hụt 1.1.2 Hệ thống chiếu sáng tự động Hiện công nghệ phát triển áp dụng thành nghiên cứu vào sống để giúp chất lượng sống sản xuất lên Hệ thống chiếu sáng thông minh khơng xa lạ gì, tiện dụng Cụ thể chăn ni giúp chung ta nhiều Hệ thống chiếu sáng sử dụng modul quamh trở để tiếp nhận ánh sáng từ môi trường so sánh định bật tắt bóng đèn Quang trở loại "vật liệu" điện tử hay gặp sử dụng mạch cảm biến ánh sáng Có thể hiểu cách dễ dàng rằng, quang trở loại điện trở có điện trở thay đởi theo cường độ ánh sáng Nếu đặt môi trường có ánh sáng, có bóng râm tối điện trở quang trở tăng cao đặt ngồi nắng, nơi có ánh sáng điện trở giảm a) Những lí để xây dựng hệ thống chiếu sáng tự động - Đáp ứng điều kiện ánh sáng lí tưởng cho vật ni Hệ thống chiếu sáng tự động giúp chủ trang trại tiết kiệm chi phí, khơng lãng - phí nguồn điện Giúp chủ trang trại giảm thiểu công sức phải bật bóng đèn b) Ngun lí hoạt động hệ thống Hệ thống tiếp nhận ánh sáng xạ mặt trời thông qua cảm biến Khi cảm biến tiếp nhận mức mặc định đưa tín hiệu xử lí trung tâm thơng để bật tắt bóng đèn Cụ thể rê tay lại gần quang trở (giảm cường độ ánh sáng chiều vào) hiệu điện nhỏ ⇒ giá trị đọc khoảng cỡ vài trăm Bây ta dùng biến trở để xây dựng mức (ta thay đởi được) giá trị quang trở bé mức đèn sáng ngược lại đèn tắt 1.1.3 Hệ thống giám sát hiển thị thơng số chuồng ni Những lí cần giám sát nhiệt độ chuồng nuôi Đối với hộ chăn nuôi việc giám nhiệt độ chuồng nuôi quan trọng, nhiệt độ định đến sức khỏe vật nuôi, chuồng nuôi mát mẻ điều kiện thuận lợi cho vật nuôi phát triển, để đạt hiệu cao kinh tế Điều đòi hỏi phải thu thập nhiệt độ giám sát nhiệt độ chuồng nuôi, nhờ giám sát nhiệt độ chuồng nuôi người ni chủ động tình giúp chuồng ni ln điều kiện lí tưởng Hệ thống giám sát nhiệt độ thiết kế đọc nhiệt độ từ cảm biến hiển thị lên LCD 10 Về mặt kĩ thuật coi Arduino điều khiển logic lập trình Đơn giản hơn, Arduino thiết bị tương tác với ngoại cảnh thông qua cảm biến hành vi lập trình sẵn Với thiết bị này, việc lắp ráp điều khiển thiết bị điện tử dễ dàng hết khác Windows, Mac Os, Linux Desktop, Android di động - Ngơn ngữ lập trình đơn giản dễ hiểu - Nền tảng mở: Arduino phát triển dựa nguồn mở nên phần mềm chạy Arduino chia sẻ dễ dàng tích hợp vào cácnền tảng khác - Mở rộng phần cứng: Arduino thiết kế sử dụng theo dạng module nên việc mở rộng phần cứng dễ dàng - Đơn giản nhanh: Rất dễ dàng lắp ráp, lập trình sử dụng thiết bị - Dễ dàng chia sẻ: Mọi người dễ dàng chia sẻ mã nguồn với mà không lo lắng ngơn ngữ hay hệ điều hành sử dụng.Một điều không dễ dàng cho đam mê công nghệ điều khiển học người ngoại đạo khơng có nhiều thời gian để tìm hiểu sâu về kĩ thuật lập trình điện tử Hiện có nhiều loại vi điều khiển đa số lập trình ngơn ngữ C/C++ Assembly nên khó khăn cho người có kiến thức sâu điện tử lập trình Nó trở ngại cho người muốn tạo riêng cho đồ mang tính cơng nghệ Do lí Arduino phát triển nhằm đơn giản hóa việc thiết kế, lắp ráp linh kiện điện tử lập trình vi xử lí người tiếp cận dễ dàng với thiết bị điện tử mà không cần nhiều kiến thức điện tử thời gian Ví dụ minh họa: sử dụng arduino uno để điều khiển đèn led 35 Hình 2.13: Sử dụng UNO R3 điều khiển đèn led Code cho chương trình ví dụ: Hình 2.14: Giao diện phần mềm IDE Giải thích: Đoạn code bao gồm hàm setup() - chạy lần cấp điện cho Arduino hàm loop() - gọi liên tục lặp lặp lại suốt thời gian hoạt động Arduino Hàm setup()Dòng 2: định cho Arduino biết ta xuất sử dụng pin để xuất tín hiệu điện Hàm loop() 36 Dòng 6: u cầu Arduino xuất tín hiệu điện - tương ứng với bật đèn LED Dòng - 11: Arduino dừng lại chờ thời gian 1000ms - tương ứng với giây Dòng 10: yêu cầu Arduino ngắt tín hiệu điện - tương ứng với tắt đèn LED Cuối cùng, ta nạp code lên Arduino thông qua IDE Phần mềm phụ trợ Arduino IDE Arduino IDE (Arduino Integrated Development Environment) trình soạn thảo văn bản, giúp ta viết code để nạp vào bo mạch arduino Các phiên cách cài đặt Arduino IDE phát triển qua nhiều phiên bản.Tính đến ngày 1/11/2016, Phiên Aduino IDE 1.6.12 Cách cài đặt: Truy cập vào trang web http://arduino.cc/en/Main/Software tải chươngtrình Arduino IDE phù hợp với hệ điều hành máy tính bao gồm Windown, Mac OShay Linux Đối với Windown có cài đặt (.exe) Zip, Zip cần giảinén chạy chương trình khơng cần cài đặt Sau cài đặt xong giao diện chương trình sau: 37 Hình 2.15: Giao diện phần mềm IDE Các cơng cụ Arduino IDE Verify Kiểm tra lỗi biên dịch code Upload Dịch upload code vào bo mạch cài đặt sẵn New Tạo sketch Open Mở sketch có sẵn 38 Save Lưu sketch Serial Monitor Mở serial monitor Tạo project, soạn thảo chương trình, gỡ lỗi (debug), biên dịch, mơ , nạp chương trình: Một chương trình viết Arduino IDE gọi sketch, sketch lưu định dạng ino Để tạo chương trình soạn thảo từ Arduino IDE, Ta mở chương trình Arduino IDE cài đặt Chọn file/new, cửa sổ bao gồm hàm setup() - chạy lần cấp điện cho Arduino hàm loop() - gọi liên tục lặp lặp lại suốt thời gian hoạt động Arduino.Ta soạn thảo dòng lệnh theo ý tưởng thuật tốn đề để thực thi cho cảm biến linh kiện điện tử ngoại vi nối với Arduino Sau soạn thảo xong chương trình arduino, ta cần dịch nạp vào Broad Arduino Để dịch ta nhấn vào nút công cụ chương trình tự động dịch.Nếu có lỗi, Arduino IDE báo cần sửa lại lỗi phần thông báo Để nạp code vào broad Arduino: 39 Bước 1: Kết nối Arduino UNO R3 vào máy tính - Ta kết nối Arduino với máy tính thơng qua dây cáp USB Bước 2: Tìm cổng kết nối Arduino với máy tính -Khi Arduino Uno R3 kết nối với máy tính, sử dụng cổng COM (Communication port - cổng liệu ảo) để máy tính bo mạch truyền tải liệu qua lại thông qua cổng Vào menu Tools -> Serial Port -> chọn cổng Arduino kết nối với máy tính Bước 3: Cấu hình phiên làm việc cho Arduino IDE Vào menu Tools -> Board -> chọn loại Arduino kết nối với máy tính Bước 4: Nạp code Ta nhấn vào nút để nạp code cho broad Arduino kết nối 2.6 Chế tạo mơ hình hệ thống 2.6.1 Mạch in 40 2.6.2 Mạch thực tế 41 CHƯƠNG 3: KIỂM NGHIỆM HỆ THỐNG 3.1 Chạy thử hệ thống 3.2 Đánh giá độ ổn định hệ thống Kết thu sau hệ thống hoạt động - Hệ thống hoạt động, đáp ứng yêu cầu toán đặt - Trong trình hệ thống hoạt động cảm biến Lm35 có sai số bị nhiễu - nên kết thu từ nhiệt độ ngồi mơi trường chưa xác 100% Do chưa có động bơm nước nên chưa làm hệ thống phun nước, nhiên hoàn thành phần lập trình lắp động bơm nước lúc có 3.3 Hướng phát triển đề tài 42 - Chạy thử nghiệm xem t̉i thọ hệ thống Hồn thiện nâng cấp hệ thống chạy ổn định Hướng đến việc áp dụng vào thực tế trang trại chăn nuôi, hộ chăn - nuôi nhỏ lẻ… Hướng đến nông nghiệp công nghệ cao Phụ lục #include #include LiquidCrystal_I2C lcd(0x3F,20,4); //////// int enA = 6; int in1 = 7; int in2 = 8; int enB = 3; int in3 = 2; 43 int in4 = 4; ///// int cam_bien=A3; void setup() { ///khai báo chân động pinMode(enA, OUTPUT); pinMode(in1, OUTPUT); pinMode(in2, OUTPUT); //// khai báo chân máy bơm pinMode(enB, OUTPUT); pinMode(in3, OUTPUT); pinMode(in4, OUTPUT); ///////// lcd.init(); lcd.init(); lcd.backlight(); lcd.clear(); lcd.setCursor(0,0); lcd.print("Nhiet do:"); } void Muc0() { digitalWrite(in1, HIGH); digitalWrite(in2, LOW); analogWrite(enA, 0); digitalWrite(in3, HIGH); digitalWrite(in4, LOW); 44 analogWrite(enB, 0); delay(100); } void Muc1() { digitalWrite(in1, HIGH); digitalWrite(in2, LOW); analogWrite(enA, 120); digitalWrite(in3, HIGH); digitalWrite(in4, LOW); analogWrite(enB, 120); delay(100); } void Muc2() { digitalWrite(in1, HIGH); digitalWrite(in2, LOW); analogWrite(enA, 200); digitalWrite(in3, HIGH); digitalWrite(in4, LOW); analogWrite(enB, 200); delay(100); } void Muc3 () { 45 digitalWrite(in1, HIGH); digitalWrite(in2, LOW); analogWrite(enA, 255); digitalWrite(in3, HIGH); digitalWrite(in4, LOW); analogWrite(enB, 255); delay(100); } void loop() { //// hiển thị nhiệt đọ lên lcd int doc_cam_bien=analogRead(cam_bien); float temp= doc_cam_bien *5.0/1024.0; float nhiet_do=temp*100.0; lcd.setCursor(10,0); lcd.print(nhiet_do); lcd.print("C"); /////// if (nhiet_do=22 && nhiet_do=27 && nhiet_do