Mô hình nông trạng thông minh IOT

Đồ án kỹ thuật điều khiển

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT – CƠNG NGHỆ CẦN THƠ
KHOA KỸ THUẬT CƠ KHÍ
~~~~~~~~~~  ~~~~~~~~~~

ĐỒ ÁN SCADA
THIẾT KẾ MƠ HÌNH ESP8266 ĐỂ ĐIỀU KHIỂN
THIẾT BỊ QUA BLYNK

GVHD: Hồ Thế Anh

Sinh viên thực hiện:
Lê Tuấn Anh 1800315
Đỗ Minh Đang 1800219
Lê An Lộc 1800072
Phạm Phú Hải 1800255
Bùi Văn Quí 1800428

Cần Thơ, tháng 11 năm
2021


ĐỒ ÁN KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN

GVHD: TRẦN HOÀI TÂM

LỜI CAM ĐOAN

Em xin cam đoan đề tài: “ Thiết kế mô hình ESP8266 đề điều khiển

thiết bị qua Blynk” này là do bản thân thực hiện và được sự hướng dẫn của giảng
viên. Các kết quả, số liệu trong đề tài là trung thực và hoàn toàn khách quan. Những
số liệu trong các bảng biểu phục vụ cho việc phân tích, nhận xét, đánh giá được cá
nhân thu thập từ các nguồn khác nhau có ghi rõ nguồn gốc. Nếu phát hiện có bất kỳ
sự gian lận nào em xin hồn toàn chịu trách nhiệm về nội dung đồ án của mình.
Sinh viên thực hiện:
Lê Tuấn Anh. MSSV: 1800315
Đỗ Minh Đang. MSSV: 1800219
Lê An Lộc 1800072
Phạm Phú Hải 1800255
Bùi Văn Quí 1800428


LỜI CẢM ƠN
Để đề tài được hoàn thành theo đúng thời gian yêu cầu của nhà trường cũng
như của khoa và đạt được kết quả trên không chỉ là sự nỗ lực của bản thân chúng
em mà cịn có sự giúp đỡ của gia đình, sự chỉ bảo của thầy cô giáo và các bạn sinh
viên.
Với điều kiện thời gian cũng như kinh nghiệm cịn hạn chế,đồ án này khơng thể
tránh những thiếu sót. Em rất mong được sự chỉ bảo đóng góp ý kiến của các thầy cơ
để em có điều kiện bổ sung, nâng cao ý thức của mình, phục vụ tốt hơn những đồ án
sau này.
Kính chúc ban giám hiệu, quý thầy cô hiện đang công tác tại Trường Đai học Kỹ
Thuật – Công Nghệ Cần Thơ và thầy Hồ Thế Anh nhiều sức khỏe, thành công trong
cuộc sống.
Em xin chân thành cảm ơn!

1

MỤC LỤC
Chương I: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI....................................................................3
GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI..............................................................................................3
1.1 Đặt vấn đề.........................................................................................................3
1.2 Mục tiêu và phạm vi nghiên cứu.......................................................................3
1.3 Đối tượng nghiên cứu........................................................................................3
1.4 Phương pháp nghiên cứu ..................................................................................3
1.5 Sơ lược về hệ thống và sơ đồ khối của hệ thống................................................4
CHƯƠNG II: TỔNG QUA VỀ MƠ HÌNH.............................................................5
Giới thiệu chung về mơ hình...................................................................................5
1. Nơng trại thơng minh là gì?.................................................................................5
2. Thành phần cấu tạo nên nông trại thông minh.....................................................5
CHƯƠNG III: GIỚI THIỆU VỀ MỘT SỐ LINH KIỆN ĐƯỢC SỬ DỤNG TRONG
MÔ HÌNH...............................................................................................................7
Giới thiệu chung......................................................................................................7
3.1 Khối cảm biến...................................................................................................7
3.2 Khối điều khiển.................................................................................................8
3.3 Khối relay........................................................................................................10
3.4 Cảm biến độ ẩm đất.........................................................................................11
3.5 Máy bơm chìm................................................................................................13
CHƯƠNG IV: SƠ ĐỒ VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG VÀ THI CÔNG MƠ HÌNH
“ESP8266 để điều khiển thiết bị qua Blynk”.........................................................14
4.1 Giới thiệu chung..............................................................................................14
4.2 Sơ đồ mạch......................................................................................................14
4.3 Nguyên lý hoạt động.......................................................................................14
4.4 Các bước tiến hành..........................................................................................15
CHƯƠNG V: KẾT QUẢ MÔ PHỎNG.................................................................23
5.1 Ưu điểm...........................................................................................................23
5.2 Nhược điểm.....................................................................................................23
5.3 Hướng phát triển..............................................................................................23

2


CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI
GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI
1.1 Đặt vấn đề
Trong cuộc sống hiện tại có rất nhiều yếu tố ảnh hưởng đến quá trình sản xuất và
con người. Trong đó nhiệt độ và độ ẩm là yếu tố được đề cập tới rất nhiều, vì thế
mạch đo nhiệt độ và độ ẩm ra đời là sự tất yếu. Với sự phát triển cơng nghệ như hiện
nay thì việc sản xuất mạch đo độ ẩm đơn giản mà độ chính xác cao là điều khá đơn
giản. Việc áp dụng trong thực tế càng phổ biến hơn khi độ ẩm đóng vai trong rất lớn
cho kết quả sản lượng cây trồng. Về việc phát triển của công nghệ hiện đại ngày nay,
khi internet đang phát triển mạnh mẽ, thì việc áp dụng những ứng dụng của internet
vào nông nghiệp là tất nhiên.
Với đề tài “ESP8266 để điều khiển thiết bị sử dụng Blynk” ta có thể đo cùng lúc
nhiệt độ và độ ẩm rồi gửi thông tin qua wifi lên ứng dụng Blynk, rồi từ ứng dụng
điều khiển xuống hệ thống tưới nước, nhưng vì đề tài nằm trong phạm vi là Đồ Án
nên còn nhiều hạn chế và độ chính xác của mạch khơng cao.
1.2 Mục tiêu và phạm vi nghiên cứu:
Mục tiêu:
- Làm quen với các linh kiện và cảm biến dùng trong thiết kế mạch.
- Ứng dụng các kiến thức đã học vào thực tiễn.
- Thiết kế mơ hình.
- Vận hành mơ hình ổn định.
Phạm vi nghiên cứu:
- Phạm vi nghiên cứu chủ yếu ở Đồng bằng Sông Cửu Long, tập trung chủ yếu ở các
vùng trồng trọt và chăn nuôi.
1.3 Đối tượng nghiên cứu:
- Đối tương nghiên cứu của đồ án là thiết kế mô hình nơng trại thơng minh sử dụng

cảm biến nhiệt độ và độ ẩm, độ ẩm đất và relay để điều khiển động cơ và đèn.
1.4 Phương pháp nghiên cứu
1.4.1. Nội dung nghiên cứu:
- Tìm hiểu các tài liệu liên quan.
- Xây dựng các u cầu, thiết kế cho mơ hình nông trại thông minh.

3


- Tìm hiểu về các linh kiện được sử dụng trong mơ hình.
- Tìm hiểu và thiết kế mạch.
- Chạy thử nghiệm trước khi làm mơ hình.
1.4.2 Cách thức nghiên cứu:
Về phương pháp nghiên cứu sử dụng phương pháp phân tích và tổng hợp lý
thuyết kết hợp với phương pháp thực nghiệm khoa học. Trên cơ sở khảo sát thực tế
nhu cầu sử dụng cũng như thực trạng của hệ thống để đưa ra phương án thiết kế mơ
hình nơng trại thông minh.
Kết quả thiết kế là nền tảng để lựa chọn thiết bị và phương án chế tạo. Áp dụng
kết quả thực nghiệm vào hệ thống thực tế đồng thời sử dụng để hồn thiện kết quả
nghiên cứu. Tìm hiểu thông tin về các loại cảm biến, module wifi Esp8266 qua các
diễn đàn, sách, báo và tạp chí.
Thiết kế và chế tạo mơ hình mẫu, vận hành thử để tối ưu kết quả đạt được.
1.5. Sơ lược về hệ thống và sơ đồ khối của hệ thống
1.5.1 Sơ lược về hệ thống:
Bộ mạch được điều khiển bởi Kit ESP8266 NodeMCU đóng vai trị điều khiển và
nhập xuất dữ liệu từ các thiết bị giao tiếp với nó. Như đề tài này cảm biến nhiệt độ và
độ ẩm được giao tiếp với Kit ESP8266 NodeMCU và xuất nhập dữ liệu đọc độ ẩm từ
cảm biến sau đó giao tiếp với wifi và truyên lên web.
Phần cứng sau khi thi công hồn thành thì Kit được nạp chương trình qua các lệnh
được thiết kế bằng ngôn ngữ C như những tập lệnh điều khiển vi điều khiển để mạch

hoạt động một cách trơn tru.
1.5.2 Sơ đồ khối:
Cảm biến nhiệt

Nguồn

Relay

độ, độ ẩm

NodeMCU

Blynk

4


CHƯƠNG II: TỔNG QUAN VỀ MƠ HÌNH
I. Giới thiệu chung về mơ hình:
1. Ứng dụng vào nơng trại thơng minh là gì?
Nơng trại thơng minh là cách làm nơng nghiệp sử dụng cảm biến và big data để
dự đoán và đưa ra quyết định chính xác để giúp nơng trại trở nên hiệu suất hơn.
G.s. Hirafuji cho biết: “Cùng với sự phát triển của các kỹ thuật cảm biến và truyền
thơng, chúng tơi có thể thu thập được nhiều loại dữ liệu hơn, từ đó giúp giảm bớt
lãng phí”. Trong tương lai, trí tuệ nhân tạo (AI) có thể được tận dụng để tính tốn
nhanh chóng và chính xác, kết hợp với sử dụng robot thay thế cơng nhân bình
thường.
2. Thành phần cấu tạo nên nông trại thông minh:
- Iot sensors (Cảm biến kết nối vạn vật): Các thiết bị thông minh và các thiết bị cảm
biến kết nối và điều khiển tự động trong suốt quá trình sản xuất giúp ứng phó với

biến đổi khí hậu và cải thiện khí hậu trong nhà kính.
- Robot (Người máy): Người máy sẽ thay thế làm các việc mà người nông dân
thường làm, giúp giảm chi phí nhân lực một cách đáng kể. Các bộ phận phân tích do
các phần mềm trợ giúp sẽ đưa ra xu hướng các trang trại ứng dụng nơng nghiệp
thơng minh một cách nhanh chóng.
- Drones (Thiết bị không người lái) và Satellites (Các vệ tinh): Hai thiết bị này sẽ
giúp khảo sát thực trạng và thu thập dữ liệu của trang trại từ đó phân tích khuyến
nghị trên cơ sở được cập nhập nhằm quản lý chính xác trang trại.
- Solar cells (Tế bào quang điện): Các trang thiết bị doanh trại phần lớn được cấp
điện mặt trời và các bộ pin điện mặt trời để giảm chi phí năng lượng và sử dụng
khơng gian hiệu quả.
- Công nghệ đèn LED: Đèn LED sẽ giúp tối ưu hóa q trình sinh trưởng và cho ra
năng suất tối ưu, được ứng dụng ở những nơi có quỹ đất ít hoặc nơng nghiệp đơ thị.
- Trồng trọt cách ly: Canh tác trong nhà kính, nhà lưới, sử dụng cơng nghệ khí canh,
thủy canh, hệ thống trồng cây, ni cá tích hợp sẽ giúp chủ động ứng dụng đồng bộ
công nghệ.

5


- Farm fintech (Cơng nghệ tài chính phục vụ trang trại): Phục vụ trang trại ứng dụng
nông nghiệp thông minh trong tất cả các hoạt động được kết nối bên ngồi nhằm đưa
ra cơng thức quản trị có hiệu quả cao nhất. Farm Fintech bao gồm dịch vụ cho vay,
thanh toán, bảo hiểm.

6


CHƯƠNG III: GIỚI THIỆU VỀ MỘT SỐ LINH KIỆN ĐƯỢC SỬ DỤNG
TRONG MƠ HÌNH

Giới thiệu chung:
Để có một mơ hình “ESP8266 để điều khiển thiết bị qua blynk” ta cần hai khối
chính đó là khối cảm biến và khối điều khiển.
Trong các khối gồm những linh kiện sau: Module wifi ESP8266, cảm biến nhiệt
độ độ ẩm (DHT11), cảm biến độ ẩm đất, module relay 2 kênh, một máy bơm chìm,
một đèn LED.
Đầu tiên sẽ đi vào phần tìm hiểu các linh kiện được sử dụng trong mơ hình.
3.1. Khối cảm biến:
Cảm biến nhiệt độ và độ ẩm (DHT11):
Cảm biến nhiệt độ và độ ẩm DHT11 ra đời sau và được sử dụng thay thế cho
dịng SHT1x ở những nơi khơng cần độ chính xác cao về nhiệt độ và độ ẩm. Cảm
biến sử dụng giao tiếp số theo chuẩn 1 dây.

Hình 3.1 : DHT11
3.1.1. Thơng số kỹ thuật của cảm biến:
• Điện áp hoạt động: 3V – 5V (DC)
•

Dãi độ ẩm hoạt động: 20% – 90% RH

•

Sai số độ ẩm ±5%RH

•

Dãi nhiệt độ hoạt động: 0°C ~ 50°C

•

Sai số nhiệt độ ±2°C

•

Khoảng cách truyển tối đa: 20m

Nguyên lý hoạt động:
Để có thể giao tiếp với DHT11 theo chuẩn 2 chân vi xử lý thực hiện theo 2 bước:

7


• Gửi tín hiệu muốn đo (Start) tới DHT11 xác nhận lại.
• Khi giao tiếp được với DHT11, Cảm biến sẽ gửi lại 5 byte dữ liệu và nhiệt độ
đo được.
3.2 Khối điều khiển:
3.2.1 Sơ lược về NodeMCU

Phần cứng :

Hình 3. 2 : NodeMCU ESP8266
Sơ bộ về ESP8266 NodeMCU:
Khả năng hoạt động như một modem wifi:
• Có thể qt và kết nối đến một mạng wifi bất kỳ (Wifi Client) để thực hiện
các tác vụ như lưu trữ, truy cập dữ liệu từ server.
• Tạo điểm truy cập wifi (Wifi Access Point) cho phép các thiết bị khác kết
nối, giao tiếp và điều khiển.
• Là một server để xử lý dữ liệu từ các thiết bị sử dụng internet khác.
Nguồn vào và nguồn ra
ESP8266 NodeMCU nhận nguồn từ cổng micro USB tích hợp sẵn trên mạch,

giúp việc nạp code trở nên dễ dàng hơn. Bên cạnh đó, việc cấp nguồn cho module
cũng linh động hơn vì bạn có thể sử dụng sạc dự phòng thay cho nguồn từ USB trên
máy tính (nguồn cấp tối đa là 5V).

8


ESP8266 NodeMCU có thể cung cấp nguồn cho tối đa 4 thiết bị: 3 nguồn ra 3.3V
và một nguồn từ chân Vin (điện thế bằng điện thế từ cổng micro USB). Khi sử dụng
các chân cấp nguồn này, hãy luôn kiểm tra để chắc chắn không cắm nhầm chân
dương (trên mạch in là 3v3 và Vin) và chân âm (GND). Tuy nhiên, 3 chân 3.3V đều
được bảo vệ, khi cắm ngược cực, module sẽ chỉ nóng lên và dừng hoạt động. Chân
Vin thì KHƠNG, cắm ngược cực ở chân này là module bốc khói và có mùi lạ.

Truyền và nhận tín hiệu
ESP8266 NodeMCU có tổng cộng 13 chân GPIO(General-purpose input/output)
chân có thể truyền/nhận tín hiệu (trên mạch in từ D0 đến D8 và RX, TX, SD2, SD3).
(Hình 3.3)

Hình 3. 3 : Sơ đồ chân NodeMCU

9


Hình 3.4: Hình thực tế esp8266
3.3. Khối relay

Hình 3.5: Module Relay 2 kênh
Thơng số kỹ thuật:
• Led báo đóng ngắt trên relay

• Điện áp ni 5v DC
• Đầu ra điện thế ngắt tối đa 30v DC/10A, 250v AC/10A
• + IN1, IN2: Tín hiệu đầu vào, hoạt động mức thấp
• +NO1, NO2: Công tắc thường mở.

10


Cách thức sử dụng:
• Kết nối điện áp đầu vào 5v DC ni Mudole tại vị trí VCC (+) và GND (-)
• Kết nối tín hiệu đầu vào qua các chân tín hiệu IN1, IN2, IN3, IN4
• Kết nối đầu ra điều khiển tại các vị trí NC1-COM1, NO1-COM1, NC2COM2,NO2-COM2
3.4. Cảm biến độ ẩm đất (Hình 3.6):
Bộ sản phẩm gồm một cảm biến độ ẩm đất và một module chuyển đổi với ngõ ra
Analog - Digital. Cảm biến độ ẩm đất được hoạt động với 2 chế độ ngõ ra (Analog &
Digital), trạng thái đầu ra mức thấp (0V), khi đất thiếu nước đầu ra sẽ là mức cao
(5V).
- Cảm biến độ ẩm:
Hai đầu đo của cảm biến được cắm vào đất để phát hiện độ ẩm. Dùng dây nối
giữa cảm biến và module chuyển đổi. Thông tin về độ ẩm đất sẽ được đọc về và gởi
tới module chuyển đổi.

Hình 3.6: Cảm biến độ ẩm
-

Module chuyển đổi:

Module chuyển đổi có cấu tạo chính gồm một IC so sánh LM393, một biến trở,
4 điện trở dán 100 ohm và 2 tụ dán. Biến trở có chức năng định ngưỡng so sánh với
tín hiệu độ ẩm đất đọc về từ cảm biến. Ngưỡng so sánh và tín hiệu cảm biến sẽ là 2

đầu vào của IC so sánh LM393. Khi độ ẩm thấp hơn ngưỡng định trước, ngõ ra của
IC là mức cao (1), ngược lại là mức thấp (0).

11


Hình 3.7: Module chuyển đổi
Thơng số kỹ thuật:
• Điện áp hoạt động: 3.3V-5V
• Led báo hiệu:
+ Led đỏ báo nguồn
+ Led xanh báo mức độ ẩm ở pin DO
• Nguồn vào (VCC): 3.3V-5V
• DO: Đầu ra tín hiệu số (0 và 1)
• A0: Đầu ra analog (tín hiệu tương tự)
Cách kết nối (Bảng 1):
Bảng 1
ESP8266

Module chuyển đổi

5V

Vcc

GND

GND

ADC

A0

12


3.5. Máy bơm chìm (Hình 3.8):

Hình 3.8: Máy bơm chìm.
Thơng số kỹ thuật
- Điện áp hoạt động: 3v-5v DC
- Lưu lượng: 1.2-1.6 lít/phút

13


CHƯƠNG IV: SƠ ĐỒ VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG VÀ THI CƠNG MƠ
HÌNH “NƠNG TRẠI THƠNG MINH”
4.1 Giới thiệu chung:
- Sơ đồ nguyên lý hoạt động :
- Thi công mạch gồm:
- Lựa chọn tiến hành mua linh kiện.
- Thiết kế vẽ sơ đồ mạch..
- Mạch hoàn thiện
- Kết quả
4.2 Sơ đồ mạch (Hình 4.1):

Hình 4. 1 : Mạch mơ phỏng
4.3 Nguyên lý hoạt động:
- Thu thập dữ liệu từ cảm biến, dữ liệu được chuyển lên phần mềm Blynk hiển thị

trên điện thoại thông minh.
- Điều khiển động cơ bơm, đèn được điều khiển qua module 2 kênh thông qua điện
thoại thông minh. =>> Thông báo về điện thoại khi động cơ bơm, đèn ở chế độ bật
hoặc tắt.

14


4.4 Các bước tiến hành:
- Bước đầu là tải phần mềm Blynk về điện thoại (Smart Phone), và cài đặt một số
thông số cụ thể như sau:
+ Đầu tiên ta lấy 2 khối Gauge Settings, sau đó đặt tên lần lượt là nhiệt độ, độ ẩm
và cài đầu vào cho chúng là V10, V11. Giá trị dao động là từ 0 ~ 100. Đối với nhiệt
độ ta sẽ chọn nhãn là ℃, cịn độ ẩm ta chọn %. (Hình 4.2)

Hình 4.2: Thiết lập nhiệt độ và độ ẩm (DHT11)

15


+ Tiếp theo ta sẽ cài đặt tiếp theo đó là giá trị cho độ ẩm đất. Tương tự giống với
nhiệt độ và độ ẩm, ta cài độ ẩm đất đầu vào V12 giá trị dao động từ 0 ~ 100, nhãn sẽ
lấy là %. (Hình 4.3)

Hình 4.3: Thiết lập độ ẩm đất
+ Tiếp đến ta sẽ cài đặt cho relay để điều khiển máy bơm và đèn. Chúng ta sẽ lấy
khối Button Settings trong thư viện ra để cài đặt. Đặt tên lần lượt là Bơm và Đèn,
thiết lập đầu ra là chân V3, V4, dưới tác động là 0 và 1. (Hình 4.4)

Hình 4.4: Thiết lập cho động cơ bơm và đèn

16


+ Ta sẽ cài 2 LED Settings để báo hiệu là động cơ bơm và đèn đang hoạt động.
Thiết lập đầu vào vào V0, V1. (Hình 4.5)

Hình 4.5: Thiết lập đèn LED hiển thị trạng thái hoạt động
- Tiếp đến ta sẽ làm việc với phần mềm Arduino IDE:
+ Việc đầu tiên là chúng sẽ tải các thư viện liên quan tới cảm biến DHT11, cảm
biến độ ẩm đất, ESP8266, Blynk,…

17


18


19


20


21


22

CHƯƠNG V: KẾT QUẢ MÔ PHỎNG
5.1 Ưu Điểm:
- Hoạt động tốt, thời gian sử dụng lâu dài. Có thể điều khiển ở mọi lúc mọi nơi.
5.2 Nhược Điểm:
- Mạch đo chưa chính xác lắm.
- Cảm biến nhiệt độ cũng có thể gặp sai sót do mơi trường ngồi tác động lên cảm
biến, do vậy cần có những bộ xử lý tín hiệu từ cảm biến.
5.3 Hướng phát triển:
- ESP8266 NodeMCU đang phát triển ở việt nam rất mạnh về ứng dụng về IoT
( Internet of Thing).
- ESP8266 NodeMCU có thể làm được như Nhà Thông Minh, Đồng Hồ Thông
Minh, ...
- Về đề tài nơng trại thơng mình của em thì có thể phát triển và ứng dụng trong thực
tế rất cao, chúng ta có thể thêm những cảm biến như cảm biến ánh sáng, cảm biến độ
ẩm đất,... thêm nhiều relay để điều khiển nhiều thứ hơn trong nơng nghiệp,...

Hình 5.1: Mơ hình thực tế

23