Môn học hệ thống nhúng đề tài thiết k ế hệ thống giám sát ao tôm
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (618.18 KB, 27 trang )
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM
KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ
BÁO CÁO MÔN HỌC HỆ THỐNG NHÚNG
ĐỀ TÀI
THIẾT KẾ HỆ THỐNG GIÁM SÁT AO TƠM
Tp.Hồ Chí Minh, tháng 05 năm 2019
MỤC LỤC
PHẦN 1: TỔNG QUAN........................................................................................................1
1. Giới thiệu đề tài.............................................................................................................1
2. Mục đích nghiên cứu..................................................................................................2
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu........................................................................2
4. Thông số giới hạn........................................................................................................2
5. Phương pháp nghiên cứu........................................................................................2
PHẦN 2: NỘI DUNG..............................................................................................................4
CHƯƠNG 1. CƠ SỞ LÝ THUYẾT.............................................................................4
1.1. Mơ tả q trình hoạt động.................................................................................4
1.2. Board mạch intel galileo....................................................................................4
1.3. Cảm biến nhiệt đọ LM35....................................................................................4
1.4. Màn hình LCD 16x2.............................................................................................5
1.5. Module cảm biến mực nước............................................................................7
1.6. Relay...........................................................................................................................7
1.7. Động Cơ Motor Mini V2 3-9VDC...................................................................9
1.8. Mạch chuyển đổi I2C cho LCD.....................................................................10
CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ PHẦN CỨNG...................................................................12
2.1. Thiết kế sơ đồ khơí..............................................................................................12
2.2. Sơ đồ kết nối mạch..............................................................................................12
CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ PHẦN MỀM......................................................................15
3.1. Code thực hiện chương trình..........................................................................15
CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ THỰC HIỆN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN............18
4.1. Kết quả thực hiện.................................................................................................18
4.2 Hướng phát triển....................................................................................................22
PHẦN 3. KẾT LUẬN............................................................................................................23
TÀI LIỆU THAM KHẢO......................................................................................................24
THIẾT KẾ HỆ THỐNG GIÁM SÁT AO TÔM
PHẦN 1: TỔNG QUAN
1. Giới thiệu đề tài
Ngành nuôi tôm và thủy sản Việt Nam gần đây có những bước phát triển
vượt bậc và cả những thơng tin đáng mừng: Chính phủ đã quyết định con tôm
nước lợ là sản phẩm quốc gia và kế hoạch đạt 10 tỷ USD xuất khẩu tôm vào
năm 2025. Tuy nhiên, thời gian qua, ở nước ta đã xảy ra một số sự cố ảnh
hưởng đến môi trường nước nuôi thủy sản, gây nhiều thiệt hại.
Môi trường nước ô nhiễm tạo điều kiện thuận lợi cho dịch bệnh phát sinh. Vào
năm 2012, cả nước có hơn 100.000 ha ni tơm bị dịch bệnh (gần 15% diện tích ni
tơm). Trong các năm 2014, 2015, tổng diện tích ni tôm nước lợ bị thiệt hại vào
khoảng 50.000 ha. Nguyên nhân do thời tiết biến đổi, nắng nóng kéo dài dẫn đến thiếu
nước, nhiệt độ tăng và độ mặn cao làm tôm bị suy yếu, tạo điều kiện cho mầm bệnh
phát triển và gây bệnh; mầm bệnh lưu hành rộng rãi; các yếu tố đầu vào như tơm giống,
hóa chất dùng xử lý cải tạo môi trường, chế phẩm sinh học chất lượng không đảm bảo.
Nuôi tôm là nuôi nước. Để nuôi tôm thành công, c ần đảm bảo hàng loạt chỉ tiêu chất
lượng nước như: nồng độ oxy hòa tan, nhiệt độ, độ pH, TAN, NH3, Nitrit, H2S, độ kiềm,
độ mặn, nồng độ khoáng chất, nồng độ nitrat, nồng độ phốt pho, mật độ vi khuẩn, mật độ
tảo,…phải nằm trong ngưỡng cho phép. Chỉ cần một trong số những chỉ tiêu trên đây vượt
q khỏi ngưỡng thì tơm sẽ bị ảnh hưởng, chậm lớn, giảm sức đề kháng, nhiễm bệnh và
chết. Do vậy, việc kiểm soát tất cả các chỉ tiêu chất lượng nước để kịp thời xử lý nhằm đảm
bảo chúng nằm trong ngưỡng cho phép là hết sức quan trọng.
Chính vì thế, có nhiều cơng trình nghiên cứu về vấn đề hệ thống giám sát
nuôi tôm. Với những thực tế trên, nhóm em xin tìm hi ểu và nghiên cứu đề tài
“Thiết kế hệ thống giám sát ao tơm.”. mang tính ứng dụng cao, nhằm mục
đích phát hiện kịp thời và cảnh báo khi các điều kiện ao tôm không đảm bảo
giúp người nuôi đạt được năng suất cao và hạn chế các rủi ro.
Trang 1
THIẾT KẾ HỆ THỐNG GIÁM SÁT AO TƠM
2.
Mục đích nghiên cứu
Tạo ra thiết bị giám sát mực nước trong ao tơm
Thiết bị có khả năng bơm nước khi ao cạn và hút
nước khi ao đầy Đo nhiệt độ ao tôm
Cấp khí oxy cho ao tơm
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
Đối tượng nghiên cứu:
Hoạt động của cảm biến nhiệt độ LM35, Module cảm biến mực nước
Hoạt đơng đóng ngắt của relay
Gửi dữ liệu hiển thị lên LCD
Cách lập trình trên Intel galileo
Cách điều khiển động cơ
Phạm vi nghiên cứu:
sử dụng Arduino để lập trình cho Galileo
Khơng kết nối được với các thiết bị ngoại vi
Đề tài chỉ thực hiện trên mơ hình ni tơm giả định.
4. Thơng số giới hạn
Cấp nguồn pin 9V cho board mạch intel galileo.
Không kết nối được với các thiết bị ngoại vi như điện thoại, remote.
5.
Phương pháp nghiên cứu
Phương pháp nghiên cứu lý luận: thơng qua việc đọc phân tích tài liệu cần
thiết phục vụ cho đề tài… thu thậ p những tài liệu liên quan và hệ thống hóa cơ
sở lý luận, đưa ra những quan điểm nghiên cứu cụ thể, rõ ràng, thuyết phục.
Trang 2
THIẾT KẾ HỆ THỐNG GIÁM SÁT AO TÔM
Phương pháp tiếp cận môi trường: qua những khảo sát trong thực tiễn,
nghiên cứu ứng dụng nhằm mang lại những lợi ích thiết thực, có tính ứng
dụng cao và có khả năng phát triển mở rộng.
Trang 3
THIẾT KẾ HỆ THỐNG GIÁM SÁT AO TÔM
PHẦN 2: NỘI DUNG
CHƯƠNG 1. CƠ SỞ LÝ THUYẾT
1.1. Mơ tả q trình hoạt động
Hệ thống sẽ giám sát các thông số về nhiệt độ, mực nước, và cung cấp khi Oxy cho
ao tôm. Dữ liệu sẽ được hiển thị trên LCD. Hệ thống có chức năng bơm thêm nước
vào ao khi mực nước thấp hơm quy định và hút nước ra ngoài khi mực nước cao.
1.2. Board mạch intel galileo
Intel Galileo là bo mạch vi điều khiển đầu tiên mang kiến trúc của Intel, được
thiết kế để phần cứng và phần mềm có thể tương thích với các Arduino shields đượ c
thiết kế cho Arduino UNO R3. Intel Galileo có thể được lập trình bằng Arduino IDE.
Hình 1.1 Board mạch intel galileo
1.3. Cảm biến nhiệt đọ LM35
Cảm biến LM35 là bộ cảm biến nhiệt mạch tích hợp chính xác cao mà điện áp đầ u
ra của nó tỷ lệ tuyến tính với nhiệt độ theo thang độ Celsius. Chúng cũng không yêu cầu
Trang 4
THIẾT KẾ HỆ THỐNG GIÁM SÁT AO TƠM
cân chỉnh ngồi vì vốn chúng đã được cân chỉnh. Cảm biến LM35 hoạt động bằng cách cho
ra một giá trị hiệu điện thế nhất định tại chân Vout (chân giữa) ứng với mỗi mức nhiệt độ.
Hình 1.2 Cảm biến LM35
Thơng số kỹ thuật:
Điện áp đầu vào từ 4V đến 30V
Điện áp ra: -1V đến 6V
Công suất tiêu thụ là 60uA
Độ phân giải điện áp đầu ra là 10mV/oC
Độ chính xác cao ở 25 C là 0.5 C
Trở kháng đầu ra thấp 0.1 cho 1mA tải
Độ chính xác thực tế: 1/4°C ở nhiệt độ phịng và 3/4°C ngồi khoảng -55°C tới 150°C
1.4. Màn hình LCD 16x2
LCD (Liquid Crystal Display) được sử dụng trong rất nhiều các ứng dụng của Vi
Điều Khiển. LCD có rất nhiều ưu điểm so với các dạng hiển thị khác. Nó có khả năng hiển
thị kí tự đa dạng, trực quan (chữ, số và kí tự đồ họa), dễ dàng đưa vào mạch ứng dụng theo
nhiều giao thức giao tiếp khác nhau, tốn rất ít tài nguyên hệ thống và giá thành rẻ…
Trang 5
THIẾT KẾ HỆ THỐNG GIÁM SÁT AO TƠM
Hình 1.3 Màn hình LCD
Thơng số kỹ thuật
Điện áp hoạt động: 5V
Hiển thị tối đa 16 ký tự trên 2
dòng Chức năng các chân của LCD
- Chân 1: (Vss) Chân nối đất cho LCD, khi thiết kế mạch ta nối chân
này với GND của mạch điều khiển
- Chân 2: VDD Là chân cấp nguồn cho LCD, khi thiết kế mạch ta nối
chân này với VCC = 5V của mạch điều khiển
- Chân 3: VEE là chân điều chỉnh độ tương phản của LCD
- Chân 4: RS Là chân chọn thanh ghi (Register select). Nối chân RS với logic “0”
(GND) hoặc logic “1” (VCC) để chọn thanh ghi.bLogic “0”: Bus DB0-DB7 sẽ nối với thanh
ghi lệnh IR của LCD (ở chế độ “ghi” - write) hoặc nối với bộ đếm địa chỉ của LCD (ở chế
độ “đọc” - read). Logic “1”: Bus DB0-DB7 sẽ nối với thanh ghi dữ liệu DR bên trong LCD.
-
Chân 5: R/W là chân chọn chế độ đọc/ghi (Read/Write). Nối chân R/W với logic “0”
để LCD hoạt động ở chế độ ghi, hoặc nối với logic “1” để LCD ở chế độ đọc. Chân 6: E Là chân cho phép (Enable). Sau khi các tín hiệu được đặt lên bus DB0-
DB7, các lệnh chỉ được chấp nhận khi có 1 xung cho phép của chân E.
Chân 7 - 14: DB0 - DB7 - Tám đường của bus dữ liệu dùng để trao đổi
thơng tin với MPU. Có 2 chế độ sử dụng 8 đường bus này:
-
Chân 15: Nguồn dương cho đèn nền
-
Chân 16: GND cho đèn nền
Trang 6
THIẾT KẾ HỆ THỐNG GIÁM SÁT AO TÔM
1.5. Module cảm biến mực nước
Modle cảm biến mức nước đơn giản, dễ sử dụng, đo giá trị chính xác hơn các cảm
biến đo mức nước khác bằng cách có một loạt các đường thẳng song song
tiếp xúc với mức nước đo để xác định kích thước của mực nước. Dễ dàng để
chuyển giá trị nước sang analog, đầu ra có thể đưa trực tiếp vào board Arduino.
Hình 1.4 Cảm biến mực nước
Thơng số kỹ thuật
-
Điện áp hoạt động: DC 3-5V
-
Dòng hoạt động: 20mA
-
Tín hiệu ngõ ra: Analog
-
Nhiệt độ làm việc: 10-30 độ C
-
Độ ẩm làm việc: 10 - 90%Kích thước: 62 x 20 x 8mm
1.6. Relay
Rơle (relay) là một chuyển mạch hoạt động bằng điện. Dòng điện chạy qua
cuộn dây của rơle tạo ra một từ trường hút lõi sắt non làm thay đổi cơng tắc chuyển
mạch. Dịng điện qua cuộn dây có thể được bật hoặc tắt vì thế rơle có hai vị trí
chuyển mạch qua lại. Nó là một cơng tắc vì có 2 trạng thái ON và OFF. Rơ le ở
trạng thái ON hay OFF phụ thuộc vào có dịng điện chạy qua rơ le hay khơng.
Trang 7
THIẾT KẾ HỆ THỐNG GIÁM SÁT AO TƠM
Hình 1.5 Relay trong thực tế
Thơng số kỹ thuật:
-
Điện áp điều khiển: 12V
-
Dịng điện cực đại: 10A
-
Thời gian tác động: 10ms
-
Thời gian nhả hãm: 5ms
-
Nhiệt độ hoạt động: -45oC ~ 75Oc
Sơ đồ chân:
Hình 1.6 Sơ đồ chân của relay
Chân 1 và chân 2 được nối vào cuộn hút, khi có điện vào cuộn hút sẽ
hút tiếp điểm chuyển từ vị trí 4 xuống tiếp điểm 5
-
Chân 3: đặt điện áp (nếu là loại Relay 12V thì đặt 12V DC vào đây)
-
Chân 4, chân 5: tiếp điểm.
Ứng dụng của rờ-le:
Trang 8
THIẾT KẾ HỆ THỐNG GIÁM SÁT AO TƠM
Nhìn chung, cơng dụng của rờ-le là "dùng một năng lượng nhỏ để đóng cắt nguồn năng
lượng lớn hơn.
-
Rờ-le được dùng khá thơng dụng trong các ứng dụng điều khiển động cơ và chiếu
sáng.
-
Khi cần đóng ngắt nguồn năng lượng lớn, rờ-le thường được ghép nối tiếp. Nghĩa là một
rờ-le nhỏ điều khiển một rờ-le lớn hơn, và rơ-le lớn sẽ điều khiển nguồn công suất.
1.7. Động Cơ Motor Mini V2 3-9VDC
Động cơ là thiết bị chuyển hóa một dạng năng lượng nào đó (thiên
nhiên hoặc nhân tạo) thành động năng.
Động cơ điện chuyển hóa điện năng thành động năng, Động cơ Diesel chuyển hóa
năng lượng của nhiên liệu thành động năng, Động cơ thủy lực biến đổi áp năng (áp
suất thủy lực) thành động năng, Động cơ gió (cối xay gió) biến đổi năng lượng của gió
thành động năng. Động cơ mini Dùng chế oto đồ chơi, máy khoan mini. Quạt nhỏ
Hình 1.7 Động Cơ Motor Mini V2 3 -9VDC
Thông số kỹ thuật
-
Đường kính trục: 2MM
-
Độ dài trục: 10MM
-
Kích thước Động cơ: 25x21MM
Trang 9
THIẾT KẾ HỆ THỐNG GIÁM SÁT AO TÔM
-
Động cơ chạy ổn định ở 3V
-
Tốc độ: 3V 12.000r/Min
-
Dòng tiêu thụ: 0.3-0.4A
1.8. Mạch chuyển đổi I2C cho LCD
LCD có quá nhiều chân gây khó khăn trong q trình kết nối và chiếm dụng nhiều chân
của vi điều khiển? Module chuyển đổi I2C cho LCD sẽ giải quyết vấn đề này cho bạn, thay vì
sử dụng tối thiểu 6 chân của vi điều khiển để kết nối với LCD (RS, EN, D7, D6, D5 và D4) thì
với module chuyển đổi bạn chỉ cần sử dụng 2 chân (SCL, SDA) để kết nối. Module chuyển đổi
I2C hỗ trợ các loại LCD sử dụng driver HD44780(LCD 1602, LCD
2004, … ), kết nối với vi điều khiển thơng qua giao tiếp I2C, tương thích với hầu hết các vi
điều khiển hiện nay.
Hình 1.8 Mạch chuyển đổi I2C cho LCD
Ưu điểm
Tiết kiệm chân cho vi điều khiển
Dễ dàng kết nối với LCD
Thông số kĩ thuật
Điện áp hoạt động: 2.5-6V DC
Hỗ trợ màn hình: LCD1602,1604,2004 (driver HD44780)
Giao tiếp: I2C
Trang 10
THIẾT KẾ HỆ THỐNG GIÁM SÁT AO TÔM
Địa chỉ mặc định: 0X27 (có thể điều chỉnh bằng ngắn mạch chân A0/A1/A2)
Kích thước: 41.5mm(L)x19mm(W)x15.3mm(H)
Trọng lượng: 5g
Tích hợp Jump chốt để cung cấp đèn cho LCD hoặc ngắt
Tích hợp biến trở xoay điều chỉnh độ tương phản cho LCD
Trang 11
THIẾT KẾ HỆ THỐNG GIÁM SÁT AO TÔM
CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ PHẦN CỨNG
2.1. Thiết kế sơ đồ khơí
Hình 2.1 Sơ đồ khối
Giải thích chức năng các khối:
-
Khối nguồn: Cung cấp nguồn điện 9V cho board intel galileo
-
Khối cảm biến: Cảm biến mực nước và nhiệt độ từ môi trường gửi cho khối xử lý.
Khối xử lý: Nhận tín hiệu từ cảm biến đem đi xử lý và hiển thị lại trên
LCD từ đó điều khiển động cơ bơm và hút nước.
Khối hiển thị và điều khiển: Hiển thị giá trị nhiệt độ và mực nước lên
LCD, điều khiển quạt quay cấp oxy cho nước và điều khiển việc điều chỉnh lượng
nước trong ao cho phù hợp.
2.2. Sơ đồ kết nối mạch
Kết nối board intel galileo với relay và động cơ
Trang 12
THIẾT KẾ HỆ THỐNG GIÁM SÁT AO TƠM
Hình 2.2 Kết nối relay và động cơ
Sơ đồ kết nối với cảm biến LM35
Hình 2.3 kết nối với cảm biến LM35
So đồ kết nối với LCD và mạch chuyển đổi I2C
Trang 13
THIẾT KẾ HỆ THỐNG GIÁM SÁT AO TƠM
Hình 2.4 kết nối với LCD và mạch chuyển đổi I2C
Chân S của cảm biến mực nước nối với chân A2
Trang 14
THIẾT KẾ HỆ THỐNG GIÁM SÁT AO TÔM
CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ PHẦN MỀM
3.1. Code thực hiện chương trình
#include <Wire.h>;
#include <LiquidCrystal_I2C.h>;
int level;
int nhietdo = 0;
const int Mucnuoc = A2;
int sensorPin = A0;
/* cam bien muc nuoc*/
LiquidCrystal_I2C lcd(0x27,16,2);
void setup() {
Serial.begin(9600);
pinMode(9,OUTPUT);
pinMode(10,OUTPUT);
pinMode(11,OUTPUT);
/
lcd: chon che do....
lcd.init();
lcd.clear();
lcd.backlight();
lcd.setCursor(0, 0);
Trang 15
THIẾT KẾ HỆ THỐNG GIÁM SÁT AO TÔM
lcd.print("AO TOM 2019");
lcd.setCursor(0, 1);
lcd.print("Nhom 1 READY...");
delay(2000);
lcd.clear();
}
void loop() {
level = analogRead(Mucnuoc);
level = 786;
lcd.setCursor(0, 1);
lcd.print("Muc nuoc:");
lcd.setCursor(10,1);
lcd.print(level);
delay(1000);
int reading = analogRead(sensorPin);
float voltage = reading * 5.0 / 1024.0;
float temp = voltage * 100.0+25;
nhietdo = temp/100;
lcd.setCursor(0,0);
lcd.print("Nhiet do:");
lcd.setCursor(10,0);
lcd.print(nhietdo);
lcd.setCursor(12,0);
Trang 16
THIẾT KẾ HỆ THỐNG GIÁM SÁT AO TÔM
lcd.print("do C");
digitalWrite(11,1);
delay(5000);
digitalWrite(11,0);
if (level<500)
{
digitalWrite(9,1);
digitalWrite(10,0);
delay(3000);
}
else if (level>500&&level<700)
{digitalWrite(9,0);
digitalWrite(10,0);
}
else if (level > 700)
{
digitalWrite(9,0);
digitalWrite(10,1);
delay(3000);
}
}
Trang 17
